Descripción general del sistema de medición de fasores de área amplia basado en PMU: vector
Resumen Este artículo presenta primero los principales problemas técnicos de PMU (Unidad de medición de fasores): métodos de recopilación de datos sincrónicos y cálculo de fasores, un análisis preliminar de los factores y soluciones que afectan la precisión de la unidad de medición de fasores, y finalmente una breve introducción La aplicación de PUM en sistemas de potencia.
Palabras clave PMU; WAMS; medición de fasores de área amplia; tecnología de aplicación
1. Introducción
El dispositivo de medición de fasores sincronizados PMU se propuso por primera vez en 1980. Con la aplicación del GPS en el campo civil, nació PMU, y varios accidentes importantes de redes eléctricas en todo el mundo promovieron la aplicación de la tecnología de medición de fasores sincronizada WAMS (Sistema de medición de área amplia) basada en PMU y PMU en el sistema. Con base en los datos fasoriales precisos proporcionados por la PMU, el personal técnico y de ingeniería puede determinar la secuencia de una serie de eventos en la falla del sistema y determinar la causa y el punto de falla de la falla del sistema. Las pruebas de campo y los resultados de la investigación muestran que la tecnología WAMW tiene amplias perspectivas de aplicación en la predicción y control de la estabilidad del sistema eléctrico, estimación del estado y monitoreo dinámico, protección de relés, verificación de modelos, localización de fallas, etc.
2. Problemas técnicos de la PMU
La PMU requiere que el error de tiempo de sincronización no exceda 1 s, el error de amplitud fasor sea inferior al 0,2%, el error de ángulo no sea superior a 0,2 grados, la medición de frecuencia sea 45- 55 Hz, el error no supera los 0,005 Hz y se pueden registrar datos de forma continua durante 14 días, el más rápido es 100 Hz. Puede mantener la hora automáticamente cuando se pierde la señal del GPS durante 60 minutos, el error no excede los 55 segundos y los datos dinámicos se transmiten de acuerdo con los protocolos estándar. Las principales cuestiones técnicas de PMU incluyen la adquisición síncrona y el cálculo de fasores.
2.1 Adquisición sincrónica
La estructura de una PMU típica se muestra en la Figura 2-1. El principio básico es: el oscilador de fase bloqueada divide la señal de 1 pps proporcionada por el receptor GPS. en una serie de pulsos Para el muestreo, la señal de CA se filtra y cuantifica mediante el convertidor analógico a digital A/D, y luego el microprocesador realiza una transformada discreta de Fourier para calcular el fasor. El microprocesador también puede calcular el fasor de secuencia positiva utilizando el método de componentes simétricos. El dispositivo PUM ensambla marcas de tiempo, fasores de secuencia positiva, etc. en mensajes de acuerdo con ciertos estándares y los transmite al concentrador de datos remoto. Recopile información de PMU de varios concentradores de datos para proporcionar datos para la protección, el control y el monitoreo de todo el sistema.
2.2 Cálculo de fasores
Los principales algoritmos de medición de fasores incluyen la transformada discreta de Fourier (DFT), el método de detección de cruce por cero, etc.
2.2.1 Método de detección de cruce por cero
El método de detección de cruce por cero solo necesita comparar el momento de cruce por cero de la señal de frecuencia industrial medida con un cierto tiempo estándar para obtener El valor relativo. La diferencia de ángulo es un método de medición de fasores sincronizados relativamente intuitivo. Para una señal de frecuencia eléctrica de 50 Hz, la diferencia de ángulo de fase de voltaje entre la subestación y la estación de referencia es. El reloj oscilador de cristal preciso en la CPU establece una señal estándar de 50 Hz. La CPU pone una marca de tiempo en el voltaje cuando cruza cero y luego. Calcula la diferencia de ángulo de fase de cada voltaje de nodo en relación con la señal estándar de 50 Hz. El principio del método de detección de cruce por cero es relativamente simple y fácil de implementar, pero se ve fácilmente afectado por armónicos, ruido y componentes no periódicos, tiene baja precisión y bajo rendimiento en tiempo real, y debe usarse junto con otros medios técnicos.
2.2.2 Método de la Transformada Discreta de Fourier
DFT es uno de los algoritmos más utilizados en el cálculo de fasores de sistemas eléctricos. DFT tiene una función de filtrado que puede determinar con precisión el componente de CC, el componente de onda fundamental y los componentes armónicos en la señal. La precisión del cálculo no se ve afectada por el componente de CC ni el componente armónico.
N es el número de puntos de muestreo por onda, X es el valor efectivo del fasor y es el valor de muestreo. Este método de cálculo de fasores puede eliminar la influencia de todo el componente armónico, pero requiere un filtrado de paso bajo de la señal de entrada antes del cálculo de fasores para evitar el alias en el dominio de frecuencia.
El cálculo del fasor DFT requiere que la frecuencia de muestreo sea un múltiplo entero del período de la señal fundamental. Cuando la frecuencia de la señal no está sincronizada con la frecuencia de muestreo, la fase de la señal de muestreo periódica es discontinua al principio y al final, y se producirá una fuga de frecuencia, lo que provocará errores de cálculo. El método de muestreo de intervalo fijo y el método de muestreo de ángulo igual pueden reducir este efecto adverso.
2.2.3 Método de diferenciación digital
El método de diferenciación digital aprovecha las características de las cantidades sinusoidales. Después de la diferenciación, la frecuencia de la señal se puede convertir en coeficientes después de citar y eliminar el tiempo. variables de dominio, se obtiene la fórmula de cálculo de cantidad. El método de diferenciación numérica se basa esencialmente en el método de ajuste de curvas de interpolación lagrangiana y la diferenciación numérica. El método diferencial digital tiene una pequeña cantidad de cálculo, alta precisión y poco tiempo. Sin embargo, el algoritmo no tiene la capacidad de resistir interferencias, lo que limita su alcance de aplicación. El método diferencial digital puede suprimir la interferencia armónica hasta cierto punto seleccionando intervalos de datos apropiados. Sin embargo, es difícil obtener buenos resultados para la interferencia aleatoria y los componentes no periódicos, y aún se requiere filtrado.
2.3 Factores que afectan la precisión de la medición
La frecuencia del sistema no es fija Cuando la señal es una señal de frecuencia sin potencia, la ventana de muestreo fija es inconsistente con el período de la señal. y es necesario corregirlo. Las señales de frecuencia no eléctricas se utilizan para compensar el error; de lo contrario, tendrá un cierto impacto en la precisión de la unidad de medición del fasor. Los armónicos en el sistema también afectarán la precisión de la medición del dispositivo PMU. Cuando el método de cálculo fasorial utiliza DFT, los armónicos enteros se pueden eliminar y desempeñar un cierto papel de filtrado. Además, la distorsión transitoria también afectará la precisión de la medición fasorial de la PMU.
3. Aplicación de PMU en sistemas de energía
En 1993, ingenieros y técnicos estadounidenses desarrollaron el primer dispositivo PMU, marcando la aplicación práctica de la tecnología de medición de fasores sincronizados en sistemas de energía. llevando la promoción y aplicación de la tecnología de medición de fasores sincronizados a una nueva etapa. Con el rápido desarrollo de la investigación de aplicaciones y la implementación de ingeniería de PMU por parte de las principales compañías eléctricas e instituciones de investigación científica, la tecnología de medición de fasores sincronizados basada en PUM tendrá amplias perspectivas de aplicación en la protección de sistemas de energía, el control de sistemas de energía y el monitoreo de sistemas de energía.
3.1 Monitoreo y registro dinámico de procesos
3.1.1 Registro de fallas del sistema eléctrico
Al principio, los canales de comunicación tenían baja capacidad de transmisión y eran costosos inicialmente. , PMU era casi la única La aplicación más importante es el registro de ondas de falla. En la actualidad, el registro de ondas de falla sigue siendo la aplicación más básica y muy importante de PMU. Incluye registro de fallas de protección convencional y registro del comportamiento del sistema en condiciones de perturbación.
3.2 Monitoreo, identificación y supresión de oscilaciones de baja frecuencia del sistema
El problema de oscilaciones de baja frecuencia del sistema eléctrico se ha convertido en uno de los factores más importantes que restringen la capacidad de transmisión del red eléctrica y pone en peligro el funcionamiento seguro y estable de la red eléctrica. WAMS basado en PMU puede realizar mediciones sincrónicas en línea del proceso dinámico del sistema de energía y puede medir rápidamente cantidades de medición estrechamente relacionadas con el estado transitorio electromecánico del generador, como el ángulo de potencia del generador, la velocidad angular, el potencial interno y el voltaje del bus. , etc., y transmitir la información de manera oportuna. La transmisión terrestre al centro de despacho proporciona una plataforma de información para el análisis en línea de oscilaciones de baja frecuencia en toda la red. WAMS configura los parámetros de PSS en función de los resultados de la identificación para suprimir eficazmente las oscilaciones de baja frecuencia. Los operadores del sistema pueden aprender sobre las características de amortiguación, la frecuencia de oscilación y las unidades relacionadas que ocurren a menudo en la red eléctrica, comprender de antemano los principales problemas de oscilación en la red eléctrica actual, ajustar los parámetros del sistema de control, organizar razonablemente los métodos de operación y formular el control de corrección. planes con antelación.
4. Conclusión
La tecnología de medición síncrona de fasores de área amplia basada en PMU es todavía algo nuevo y tendrá amplias perspectivas de desarrollo en sistemas de energía. más espacio para el desarrollo. El despacho inteligente es la columna vertebral de las redes inteligentes, y la tecnología de medición de fasores de área amplia es la base para realizar redes inteligentes y un medio importante para garantizar la seguridad de la red. El control inteligente es uno de los aspectos importantes de la red inteligente, y el sistema WAMS basado en PMU es la clave para garantizar un control inteligente. Para lograr el ambicioso objetivo de China de una red inteligente sólida, WAMS será una parte importante del mismo.
Referencias
[1] Peng Hai. Investigación sobre protección adaptativa de sistemas eléctricos basados en redes de área amplia [D]. Tesis de maestría de la Universidad Southwest Jiaotong, 2006.
[2] Zhang Chao. Investigación sobre la unidad de medida de fasores sincronizados PMU [D]. Tesis de maestría de la Universidad de Guangxi, 2007.
[3] You Yan, Zhang Ye, Sui Huibin, Lu Jinchuan. Basado en el sistema de protección de área amplia de PMU[J]. Shandong Electric Power Technology, 2005(3).