高精度电力系统轻型广域测量装置及系统

广域测量技术是智能电网技术的关键研究领域之一。能够获得全球同一时标的实时动态信息和稳态信息,为电力系统区间动态监视分析、控制提供条件,将电力系统监控从稳态阶段提升到动态阶段,对于提高电力系统的安全稳定运行水平具有重要意义。随着风电、光伏等新能源的分布式接入,配电网中电源点增多,动态行为日趋复杂。智能电网的发展要求进一步拓展对电网的监控范围和细致程度,为电网运行和管理提供更全面、细致的电网状态视图,拓展电网监测手段,从低压侧同步监测电网,实现区域电网动态和主网大扰动同时监测,具有重大理论和工程意义。 本研究为高精度电力系统轻型广域测量装置及系统的开发。针对中国电网实际情况,以及广域测量系统(WAMS)及其测量单元PMU存在的不足,设计开发高精度多模式的轻型同步相量测量装置(PMU Light),直接在低压用户侧安装即可组网,安装维护方便、成本低。采用高精度二次自适应数据重构频率算法,有效解决了常规离散傅里叶算法(DFT)的频谱泄露效应,在更大频率偏移范围内显著提高了装置测量精度、稳定性和实时性。双核微处理器硬件并行处理构架,显著提高系统的处理能力和实时性能。多模式数据传输方式允许选择成熟的Internet有线、GPRS/3G无线以及串口通信方式,使装置组网更加灵活简便。双模式互备授时系统采用GPS和北斗导航系统互为备用授时,克服常规PMU授时定位仅选择GPS受美国控制的资源和技术之风险,使得装置同步安全性增强,对同步数据采集对标及控制具有重要的战略意义。PMU Light装置集成可装操作系统的工控机模块,解决了部分测量安装点联网通信受客户端登陆限制问题,同时实现了就地装置的实时图象化显示、在线辨识、预警、越限抓图等功能,增强了测量端与主站服务器的配合和互动,较常规PMU更具人性化人机交互界面和高级应用扩展功能,方便装置高级应用的后续升级。通过对装置整机性能的实际测试,进一步验证了PMU Light同步相量测量的精度、实时性、稳定性、递变跟踪特性较DFT算法的测量有显著提高。 高精度PMU Light的应用,推动了对电网各层级信息耦合性和表征关系探讨,延拓了广域测量内涵。基于PMU Light构建的国内唯一一套轻型广域测量系统(WAMS Light),是对现有电网动态监测系统的有益补充,弥补了中国低压侧广域同步测量的空白。实现了频率安全评估、低频振荡在线监测与预警等功能,且在频率响应特性统计分析、数值仿真有效性校验、配网状态估计精度提高、微网的测量及控制等方面有广泛的应用意义。实际运行结果表明,WAMS Light系统具有较好的精确度和可靠性。目前WAMS Light系统的测点在二十几所高校／中科院实验室安装,已覆盖华北-华中互联电网、东北电网、西北电网、华东电网、华南电网大陆六大区域电网。数据中心设在电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学),全天候收集我国电网广域数据,为电力系统动态特性研究提供源源不断实测数据。未来的工作是将PMU Light装置在现有算法和结构的基础上升级为三相同步相量测量单元,添加高精度功率、电流相量测量、风光储新能源并网跟踪等功能,整合低压广域测量和负荷实时预测与控制,进一步为智能电网的系统全景式可观、可控奠定理论和应用基础。