发电厂、变电站同步相量测量系统应用设计

2015-12-17赵岱平,丁绍骏,詹满杰

安徽水利水电职业技术学院学报 2015年2期

关键词：发电厂测量应用

发电厂、变电站同步相量测量系统应用设计

赵岱平1，丁绍骏2，詹满杰3

(1.国网安徽省电力公司培训中心，安徽合肥230022；2国网安徽省池州供电公司，安徽池州247100;

3 国网芜湖供电公司，安徽芜湖，241000)

摘要:根据发电厂的实际工程情况，同时结合PCS-996系列PMU同步相量测量装置的功能，设计同步相量测量系统在电厂和变电站的配置及应用。

关键词:发电厂；同步相量；测量；应用

收稿日期：2015-03-06；修回日期：2015-03-20

作者简介：赵岱平(1972-)，男，安徽合肥人，讲师，从事电网运行分析与培训工作。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.019

中图分类号：TM62

Design of synchronized phasor measuring device

in thermal power plant and substations

ZHAO Dai-ping1，DING Shao-jun2，ZHANG Man-jie3

(1.Anhui Provincial Electric Power Company Training Center, Hefei 230022，China；2.Chizhou Power Supply Company，Chizhou 247100,China; 3.Wuhu Elctric Power Supply Company, Wuhu 241000,China)

Abstract:According to the actual situation of the power plant project, at the same time, combined with, the bartender electric PCS-996-PMU the function of synchronous phasor measurement device, This paper puts forward the design of synchronous phasor measurement system in power plant and substation configuration and application.

Key words:power plant；synchronous phasor；measurement；applications

0　引　　言

在发电厂和变电站运行中往往需要知道系统中两点间的电力潮流的方向与大小，可以通过同一时刻两个节点正序电压的相角差反应出来。相角差的大小也反映了静稳裕度，它的周期变化也表明系统发生了功率振荡。对相角的实时监测能使调度员及时采取措施，以维持系统的稳定运行。

1　同步相量的测量方法

相量测包括幅值和相角两部分，由于相角与时间有关，同步相是测量，需要设置一个统一的时间参考点，统一的时间参考点通常利用GPS的秒脉冲，测得输电线两端的电压相量:

其实测量方法如图1所示。

图1　同步相量测量方法示意图

2　工程实例

某发电目前总装机容量1510MW(一期2×125MV，二期2×300MW，三期2×330MW)，是电网的枢纽点及系统电压支撑点。

发电厂分220kV及110kV两个电压等级，2台150MVA的主变，220kV为双母线单分段接线方式，220kV系统有7条线路接入系统主网，3条线路供地区负荷，110kV系统有5条线路供地区负荷。

2.1电力系统同步相量测量典型方案

PMU装置由同步相量采集单元(PCS-996A和PCS-996B)、实时数据集中处理单元(PCS-996G)、GPS授时单元(RCS-9785C)以及相应的通讯设备构成。并配有便携式辅助分析和维护设备。

相量测量配置图2所示。

2.2发电厂PMU配置

在网控室和网络继电器室、#3机组电子间、#4机组电子间、#5机组电子间、#6机组电子间分别布置同步相量采集装置，实时采集所需信息；在网络继电器室装设数据集中器，负责实时数据集中处理、远方通信、数据存储，在网络继电器室装设GPS授时单元，用GPS对同步相量采集单元、实时数据集中器等单元进行时间同步。其示意图如图3所示。

2.3设计要点

(1) 同步相量测量装置PCS-996A。采集母线、线路、主变的电气量以及开关量。

(2) 同步相量测量装置PCS-996B。采集2台机组的交流量、直流量、开关量以及键相脉冲。

(3) 数据集中器PCS-996G。接收采集单元(PCS-996A/B)输出的数据，进行集中处理，并向WAMS(Wide Area Measurement System 广域监测系统,下同)主站上送实时数据和离线数据(动态录波数据和暂态录波数据)。

数据集中器屏柜与通信机房相距较远时，还需在通讯机房配置1台PCS-9882C，与数据集中器实现光以太网连接。

采集单元和数据集中器之间采用两种连接方式，1路上送实时性比较高的数据，1路上送非实时数据，比如动态录波数据和暂态录波数据。两路数据均可采用光纤模式。

(4) 交换机。数据集中器所在屏柜通常需配置1台PCS-9882C交换机(2光+24电)，当2个光口不够用时，再配置1台PCS-9882B(全光)。

(5) 对时装置RCS-9785C。GPS时钟RCS-9785C通常配置在数据集中器屏柜中。所有的PMU装置(PCS-996A/B/G)都需采用B码对时。

与RCS-9785C同屏柜(或相距很近)的装置直接采用RS-485B码，与RCS-9785C相距较远的装置，应使用光纤B码，并采用RCS-9884转换为RS-485B码接入装置。

图3　电厂PMU系统图

2.4通讯方式

采用TCP/IP网络通讯方式。GPS授时单元(RCS-9785C)与其它设备之间采用光纤连接方式。

数据集中器PCS-996G和同步相量采集单元PCS-996A及PCS-996B采用TCP/IP网络方式及光纤两种方式，数据集中器和调度数据网连接也为网络方式，由数据集中器处理单元通过调度数据网将信息实时地传送山东电网高度中心主站端，数据为单向传输。

间隔层至站控层网络通讯介质采用光纤连接。

2.5TA二次线圈特性的选择

PMU装置需要从TA(电流互感器)的二次线圈采集交流电流。TA的二次线圈按特性可分为测量和保护两大类，目前系统中运行TA，用于测量的二次线圈特性有0.2和0.5级，用于保护的二次线圈特性有TP、5P和10P级，由于TP级二次线圈要适应系统大扰动后的暂态过程，加大了TA的稳态误差，因此不能用于对测量精度要求较高的WAMS系统。

由于WAMS系统的主要功能之一是功角测量，因此，对于相位差未作出定义的10P级线圈是不适用于WAMS系统的。在正常运行情况下，测量级线圈的精度优于5P级线圈。但在大扰动产生短路电流时，测量级线圈将出现饱和状态，这将导致WAMS系统无法使用暂态过程中的各种应用功能。考虑PMU功能要求以动态检测、记录及辅助调度系统为主，因此，推荐优先采用TA的测量级0.2或0.5级二次线圈。

2.6TV二次线圈特性的选择

PMU装置需要从TV(电压互感器)的二次线圈采集交流电压。TV的二次线圈按特性可分为测量和保护2类。

目前220kV及以上系统中，一般情况下，计量和测量使用0.2级和0.5级TV二次线圈，保护使用3P级TV二次线圈。由于WAMS系统既要求稳态、动态情况下的准确测量，又要求暂态过程中保证必要的测量精度，因此，0.2、0.5/3P测量/保护复合级TV二次线圈是最适宜的。

2.7GPS对时系统的布置

WAMS系统要求对时精度远高于保护等其它装置所要求的对时精度，因此，无论是集中式布置或分布式布置的子站均应独立使用专用的GPS对时装置。对于分布式布置的子站，分散布置于各设备间内的受时装置均应通过光纤互联。在组成对时光纤网时，应注意GPS对时装置的安放位置，按照标准光速3×105km/s计算，对应50Hz系统，每百米的光纤传输将造成0.006 的误差，因此，应保证尽可能缩短对时光纤的长度。

2.8PMU布点的原则

PMU布点问题不是孤立的，必须以WAMS的应用目的为出发点。国内WAMS以监测电网动态过程为主，所以PMU应优先放在与电网稳定关系密切的发电厂和变电站。PMU尚不具备替代RTU的条件，因此不宜在电网中各厂站全面安放。此外，WAMS应以省网为最小单位，地区级调度没有必要考虑组建独立WAMS。

不同的电网，其关心的稳定问题不同，PMU布点的原则也会发生变化。通常布点原则可概括为：

(1)重要的500kV变电站。包括大电源送端出口变电站、枢纽变电站、负荷中心变电站和网间联络线两侧的变电站。

(2)重要的发电厂。通常机组容量在300MW以上，包括位于电网边缘地区和负荷中心的重要发电厂。

(3)与电网稳定密切相关的重要的220kV变电站。根据上述布点原则，有经验的系统分析和运行人员可以初步确定可能的PMU布点位置，如果有条件可辅助动态特征值分析确定各布点的灵敏度。通常，人为确定的正确率在90%以上。

2.9WAMS数据共享

由于我国电网实行分级调度——省调只管理省内220kV及以下电网，网调仅管理500kV电网，同一省网内的发电厂分别由省调和网调管理，造成省调自建的WAMS只能观察到省网内的220kV以下电网，大区电网WAMS仅能观察到本区网内的500kV骨干网架。我国各大区电网互联后，大区电网除关心区内运行情况外还应关心区域边界对侧、甚至相邻区域重要电源的运行情况，省网缺乏省内500kV骨干网架的动态信息，也不利于全面分析省内电网的动态过程。因此省调、网调和国调的WAMS应对重要数据实现共享。WAMS数据实时共享，可充分发挥广域测量的技术特点。WAMS监测的区域电网越广阔，WAMS技术的优势越突出。