PMU在配電網(wǎng)中優(yōu)化配置的研究

胡萌

摘 要：現(xiàn)如今，同步相量測(cè)量單元（PMU）在生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它以全球定位系統(tǒng)所提供的精確時(shí)間為基準(zhǔn)，能夠?qū)崟r(shí)采集電力系統(tǒng)在工作狀態(tài)下的各種參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的同步測(cè)量。隨著配電網(wǎng)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，同步相量測(cè)量單元在配電網(wǎng)中的應(yīng)用備受重視。文章首先介紹了PMU在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，包括診斷應(yīng)用以及控制應(yīng)用，然后介紹了配電網(wǎng)中PMU的配制方法，闡述了模塊功能設(shè)計(jì)和整機(jī)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：同步相量測(cè)量單元；配電網(wǎng)；應(yīng)用；配制方法

1 PMU在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

1.1 診斷應(yīng)用

診斷應(yīng)用又包括故障定位與檢測(cè)、孤島檢測(cè)、狀態(tài)估計(jì)、電壓穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)以及事故后分析幾個(gè)方面。故障定位與檢測(cè)高效且準(zhǔn)確的運(yùn)行是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的必要條件，孤島運(yùn)行是一種特殊的運(yùn)行模式，狀態(tài)估計(jì)就是根據(jù)電壓的角度和大小，增大狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性，對(duì)于配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)等問(wèn)題有很大的幫助。根據(jù)PMU在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，電壓穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)找到了新的思路，目前相關(guān)部門(mén)正在研究電壓穩(wěn)定的分析方法和評(píng)估指標(biāo)。電壓、頻率以及波形能夠衡量電能質(zhì)量的好壞，事故后分析就是指電網(wǎng)在發(fā)生事故之后，尋找事故的起因，如何有效的解決相關(guān)問(wèn)題，從而防止再出現(xiàn)類(lèi)似的事故。

1.2 控制應(yīng)用

控制應(yīng)用包括保護(hù)與控制、電壓無(wú)功優(yōu)化、微電網(wǎng)協(xié)調(diào)以及電力系統(tǒng)恢復(fù)四個(gè)方面。隨著配電網(wǎng)引入分布式能源，其中出現(xiàn)了雙限功率流和旋轉(zhuǎn)負(fù)荷使重合閘無(wú)法重合，PMU的應(yīng)用有效的解決了這一問(wèn)題。電壓無(wú)功優(yōu)化是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平的重要手段，隨著分布式能源的引入，微電網(wǎng)的并網(wǎng)問(wèn)題的重要性逐漸表現(xiàn)了出來(lái)，由于各個(gè)微電網(wǎng)的內(nèi)部功率可能不等，因此很有可能會(huì)引起重大事故而造成大量財(cái)產(chǎn)損失，引入PMU方法有助于解決相關(guān)問(wèn)題，減少了不必要的損失。此外，由于電力系統(tǒng)容易受到外界因素的影響，從而發(fā)生諸如停電等事故，所以為了減少事故帶來(lái)的損失，促進(jìn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行且及時(shí)有效的恢復(fù)其功能是十分重要的。

1.3 其他應(yīng)用

由于PMU可以實(shí)時(shí)的測(cè)量節(jié)點(diǎn)的電壓相量等參數(shù)，而且測(cè)量結(jié)果精度很高，近些年在配電網(wǎng)中也在逐漸開(kāi)始安裝，并且相關(guān)專(zhuān)家也發(fā)表了有關(guān)論文，提出了基于大擾動(dòng)事件的負(fù)荷建模方法以及基于PMU計(jì)算配電網(wǎng)合環(huán)潮流的新方法等等。

2 配電網(wǎng)中PMU的配置方法

本文提到了一種適用于配電網(wǎng)線(xiàn)路的小型化以及低成本的PMU裝置，與主網(wǎng)的PMU裝置相比，將某些功能進(jìn)行了簡(jiǎn)化，主要保留了電流以及電壓的同步測(cè)量和通信等功能。該裝置通過(guò)自取能模塊來(lái)從線(xiàn)路中獲取能量，作為驅(qū)動(dòng)電源，并且使用鋰電池作為后備電源，電流傳感器和電壓傳感器分別實(shí)現(xiàn)了抗干擾性能以及低成本化并且保證了測(cè)量的精度。整個(gè)裝置具有體積小、重量輕且成本較低的優(yōu)點(diǎn)，適用范圍較為廣泛，為新型配電網(wǎng)線(xiàn)路PMU的研制提供了新的思路。

2.1 模塊功能設(shè)計(jì)

感應(yīng)取電模塊應(yīng)用的是電流互感原理，把線(xiàn)路中的電流轉(zhuǎn)化成功率再將結(jié)果輸出，由于該裝置要長(zhǎng)期懸掛在架空線(xiàn)路，所以整體重量不宜超過(guò)1.5千克，磁芯重量不超過(guò)500克。通過(guò)計(jì)算得知，最后選取的磁芯的尺寸是內(nèi)徑55毫米，外徑85毫米，高度為30毫米，匝數(shù)為200。由于配電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)較大，線(xiàn)路電流有時(shí)會(huì)較低，從而不能是PMU裝置一直運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)一個(gè)鋰電池模塊作為后備電源，此外，設(shè)計(jì)了保護(hù)電路，防止電流變化較大時(shí)損壞裝置。裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

取能磁芯套裝于線(xiàn)路上，進(jìn)行功率控制以及過(guò)壓保護(hù)后濾波，經(jīng)過(guò)第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器得到輸出為5伏，然后經(jīng)過(guò)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器后輸出為3.3伏，從而給負(fù)載進(jìn)行供電。當(dāng)取能充足時(shí)，輸出的5伏電壓可以通過(guò)充電管理對(duì)后備電源進(jìn)行充電。

整個(gè)裝置中還包括電流傳感器、電壓傳感器以及通信模塊，通信模塊主要包括相間短距離通信以及遠(yuǎn)距離通信，采用這種短距離通信和遠(yuǎn)距離通信相結(jié)合的方法可以滿(mǎn)足裝置的成本以及功耗要求。

2.2 整機(jī)測(cè)試

為了測(cè)試裝置的性能以及精度，分別進(jìn)行了電流線(xiàn)性度測(cè)試、電壓傳感器線(xiàn)性度測(cè)試。

由以上測(cè)試結(jié)果我們得知，原電流和擬合電流最大誤差為0.32%，說(shuō)明電流線(xiàn)性度良好；電壓的最大百分比誤差為0.35%，顯然電壓傳感器的線(xiàn)性度測(cè)試也滿(mǎn)足精度要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了PMU在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，并對(duì)其中的診斷應(yīng)用以及控制應(yīng)用做了簡(jiǎn)要的描述，也提出了PMU在配電網(wǎng)中的一些其他應(yīng)用，然后配電網(wǎng)中PMU的配置方法，包括模塊功能設(shè)計(jì)以及整機(jī)測(cè)試，并且給出了電流傳感器以及電壓傳感器的線(xiàn)性度測(cè)試結(jié)果，且滿(mǎn)足要求。

PMU在我國(guó)的配電網(wǎng)中已經(jīng)有了非常多的應(yīng)用，但是因?yàn)槟壳暗臏y(cè)量系統(tǒng)體積較大成本較高等因素，不能達(dá)到全面覆蓋，從而也限制了其在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，完善并改進(jìn)目前遇到的難題，必將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。

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