小編推薦站內最受關注的電力雜志：《電力科學與工程》雜志為國家教育部主管，國內外公開發行的科學技術類刊物。曾榮獲全國水利電力成果獎，并多次被評為電力部和河北省優秀期刊。以報道電力工業科學技術的研究、開發與應用為主。主要刊登發電、供電及電力系統和相關的自動化工程、機械工程、環境工程、計算機及其應用，現代通信等方面的科技發展動態和最新成果。

　　摘要：簡要介紹了同步相量測量裝置的技術原理，綜述了在電力系統狀態估計與動態監視、穩定預測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等方面的研究和應用。現場試驗、運行以及應用研究的結果表明，基于同步相量測量裝置的廣域測量技術，為保證電力系統的安全穩定運行提供了新的方法和手段。

　　關鍵詞：全球定位系統,相量測量裝置,廣域測量

　　20世紀90年代初，借助于全球定位系統(GPS)提供的精確時間，同步相量測量裝置PMU(phasor measurement unit)研制成功后[1]，目前世界范圍內已安裝使用數百臺PMU。現場試驗、運行以及應用研究的結果表明：同步相量測量技術在電力系統狀態估計與動態監視、穩定預測與控制、模型驗證、繼電保護、故障定位等方面獲得了應用或有應用前景。本文綜述了同步相量測量裝置的原理及其應用。

　　1　同步相量測量技術原理

　　PMU的典型結構如圖1所示，其基本原理為：GPS接收器給出1 pps信號，鎖相振蕩器將其劃分成一定數量的脈沖用于采樣，濾波處理后的交流信號經A/D轉換器量化，微處理器按照遞歸離散傅立葉變換原理計算出相量。對三相相量，微處理器采用對稱分量法計算出正序相量。依照IEEE標準1344—1995規定的形式將正序相量、時間標記等裝配成報文，通過專用通道傳送到遠端的數據集中器。數據集中器收集來自各個PMU的信息，為全系統的監視、保護和控制提供數據。圖2示出了PMU與數據集中器的通信，可以采用多種通信技術，如直接連線、無線電、微波、公共電話、蜂窩電話、數字無線等。因特 網技術也可用于PMU數據通信，在通信和功能層應用TCP/IP規約，可靈活控制PMU。數字信號處理、同步通信是同步相量測量技術的關鍵。防混疊濾波器、A/D轉換器等器件的性能直接影響測量的精度。

　　圖1　PMU結構框圖

　　圖2　PMU與數據集中器的通信

　　2　同步相量測量技術的研究與應用

　　2.1　現場試驗及運行

　　20世紀90年代以來，PMU陸續安裝于北美及世界許多國家的電網，針對同步相量測量技術所進行的現場試驗，既驗證了同步相量測量的有效性，也為PMU的現場運行積累了經驗。其中包括1992年6月，喬治亞電力公司在Scherer電廠附近的500 kV輸電線上進行了一系列的開關 試驗[2]，以確定電廠的運行極限并驗證電廠的模型;1993年3月，針對加利福尼亞—俄勒岡輸電項目所進行的故障試驗[3]等。試驗中應用PMU記錄的數據結果與試驗結果相當吻合。

　　�ノ覈�黑龍江省東部電網區域穩定控制系統中裝設的基于GPS的相量測量裝置，在1997年6月29日的一次故障中記錄了3個不同地點的動態數據，包括各點之間的相位差信息[4]。我國南方電網骨干聯絡線天廣500 kV線路的功角振蕩也已可在電網調度中心實時觀測。

　　2.2　研究與應用領域

　　�ツ壳埃�同步相量測量技術的應用研究已涉及到狀態估計與動態監視、穩定預測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等領域。　　��

　　(1) 狀態估計與動態監視。狀態估計是現代能量管理系統(EMS)最重要的功能之一。傳統的狀態估計使用非同步的多種測量(如有功、無功功率，電壓、電流幅值等)，通過迭代的方法求出電力系統的狀態，這個過程通常耗時幾秒鐘到幾分鐘，一般只適用于靜態狀態估計。

　　應用同步相量測量技術，系統各節點正序電壓相量與線路的正序電流相量可以直接測得，系統狀態則可由測量矢量左乘一個常數矩陣獲得，使得動態狀態估計成為可能(引入適當的相角 測量，至少可以提高靜態狀態估計的精度和算法的收斂性)[1]。將廠站端測量到的相量數據連續地傳送至控制中心，描述系統動態的狀態就可以建立起來。一條4800或9600波特率的普通專用通信線路可以維持每2～5周波一個相量的數據傳輸，而一般的電力系統動態現象的頻率范圍是0～2 Hz，因而可在控制中心實時監視動態現象。

　　��(2) 穩定預測與控制。同步相量測量技術可在擾動后的一個觀察窗內實時監視、記錄動態數據，利用這些數據可以預測系統的穩定性，并產生相應的控制決策。文獻[5]介紹了基于同步相量測量技術，采用模糊神經元網絡進行預測和控制決策，取PMU所提供的發電機轉子角度以及由轉子角度推算出的速度(變化率)等作為神經元網絡的輸入，輸出對應穩定、不穩定。在弱節點處安裝PMU，可以觀測電壓穩定性。PSS利用PMU所提供的廣域相量作為輸入，構成全局控制環，可以消除區域間振蕩。

　　��(3) 模型驗證。電力系統的許多運行極限是在數值仿真的基礎上得到的，而仿真程序是否正確在很大程序上取決于所采用的模型。同步相量測量技術使直接觀察擾動后的系統振蕩成為可能，比較觀察所得的數據與仿真的結果是否一致以驗證模型，修正模型直到二者一致。

　　��(4) 繼電保護和故障定位。同步相量測量技術能提高設備保護、系統保護等各類保護的效率，最顯著的例子就是自適應失步保護。對于安裝在佛羅里達—喬治亞聯絡線上的一套自適應失步保護系統，從1993年10月到1995年1月的運行情況分析表明，PMU是可靠和有價值的傳感器[6]。另一個重要應用是輸電線路電流差動保護，在相量差動動作判據中，參加差動判別的線路二端電流相量必須是同步得到的，PMU即可提供這種同步相量�琜7]。

　　��對故障點的準確定位將簡化和加快輸電線路的維護和修復工作，從而提高電力系統供電的連續性和可靠性。傳統的單端型故障定位方法是基于電抗測量原理，這種方法的精度將受故障電阻、系統阻抗、線路對稱情況和負荷情況等多種因素的影響。解決這一問題的根本出路是利用線路兩端同步測量的電壓和電流相量進行故障距離的求解，能獲得高精度和高穩定性的定位結果。

　　2.3　廣域測量系統

　　�ル娏ο到y的穩定已是越來越突出問題。以PMU為基本單元的廣域測量系統可以實時地反映全系統動態，是構筑電力系統安全防衛系統的基礎。

　　�ッ绹�西部電力系統協調委員會(WSCC)在1994年啟動了廣域測量系統(Wide Area Measurement System-WAMS)計劃，WSCC在LabView和Matlab的基礎上編寫了動態信息技術軟件包作為信息管理系統的基本工具。文獻[8]介紹了在法國實施的基于廣域測量系統的主要針對暫態失穩的協調防衛計劃。防衛系統由處理子系統和通信子系統構成。處理子系統采用協調集中式的結構，其決策中心實時處理并比較來自各區域的同步相角測量，一旦預測將要發生暫態失穩就實施必要的控制措施。通信子系統采用微波或衛星網絡作為通信信道，從預測失穩到完成控制，這一系統可在1.07s以內完成。

　　文獻[9]針對我國臺灣省電力系統提出了一種基于廣域相量測量的補救性控制方案。利用PMU監測各發電機和主要的超高壓輸電線，控制中心集中全系統的實時相角測量，由故障檢測/定位系統精確地檢測/定位故障，從而啟動控制措施。

　　我國在黑龍江、湖南、廣東等電網安裝了部分PMU。文獻[10]設計了我國湖南電網狀態監測系統，該系統對電網重要節點的電壓相量、發電機功角等運行變量進行實時測量和同步處理，在湖南省電力調度中心獲得電網的廣域測量。��

　　3　結束語

　　以同步相量測量裝置為基礎的廣域測量系統為電力系統提供了新的安全監控手段，已經或將在狀態估計與動態監視、穩定預測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等方面獲得實際應用。合理配置和充分利用同步相量信息，提出和實施廣域電力系統運行與控制，特別是構筑新一代安全防衛系統，防止大停電事故的發生等都需要進一步研究。因此，應盡快開發滿足上述要求的同步相量測量裝置或系統。

　　4　參考文獻��

　　[1]　A.G.Phadke.Synchronized Phasor Measurements in Power Systems[J].IEEE Computer Applications in Power,1993,6(2):10～15.

　　[2]　R.O.Burnett et al.Synchronized Phasor Measurements of a Power System Event[J].IEEE Trans.on Power Systems,1994,9(3):1643～1650.

　　��[3]　J.F.Hauer.Validation of Phasor Calculations in the Macrodyne PMU for California-Oregon Transmission Project Tests of March 1993.IEEE Trans.on Power Delivery,1996,11(3):1224～1231.

　　��[4]　閔　勇.一次系統事故的同步相量測量結果分析.電力系統自動化，1998，22(7)：10～13.

　　��[5]　劉玉田，林　飛.基于相量測量技術和模糊徑向基網絡的暫態穩定性預測.中國電機工程學報，2000，20(2)：19～23.

　　��[6]　V.Centeno,et al.An Adaptive Out-of-Step Relay.IEEE Trans.on Power Delivery,1997,12(1):61～71.

　　��[7]　高厚磊，江世芳，賀家李.輸電線路新型電流差動保護的研究.中國電機工程學報，1999，19(8)：49～53.

　　[8]　O.Faucon and L.Dousset.Coordinated Defense Plan Protects Against Transient Instabilities[J].IEEE Computer Applications in Power,1997,10(3):22～26.

　　[9]　Y.-J.Wang et al.A Remedial Control Scheme Protects Against Transient Instabilities Based on Phasor Measurement Units(PMUs)-A Case Study.IEEE Power Engineering Society Summer Meeting,July 2000,Seattle,USA,1191～1195.

　　��[10]　苗世洪.基于GPS的電網狀態監測系統的設計與實現.電力系統自動化，2000，24(12)：52～54.