電力系統實時動態監測子站關鍵技術探究

錢永亮 李成文

[摘? ? 要] 電力系統實時動態監測子站屬于廣域測量系統中的主要組成部分，可以輸出精準、完善的數據。在電力線路網絡愈加延展的條件下，電力系統實時監測子站也必然要進一步嚴格運行標準。在具體行動中，就需先對電力系統實時動態監測子站及其顯著效用進行詳盡闡述，然后再對實時動態監測子站的技術要點做出研討，最后，再對這些技術作業過程的影響因素進行分析，總結相應的防控對策，以此在保證消除這些影響因素的基礎上，助力電力系長久穩定發展。

[關鍵詞]實時動態監測子站;次同步振蕩;PMU;PDC;同步相量算法

[中圖分類號]TM712 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–000–02

Research on Key Technologies of Real-time Dynamic Monitoring

Substations in Power Systems

Qian Yong-liang，Li Cheng-wen

[Abstract]The power system real-time dynamic monitoring sub-station is the main component of the wide-area measurement system， which can output accurate and complete data. Under the condition that the power line network is more and more extended， the real-time monitoring sub-stations of the power system will inevitably require further stricter operation standards. Then， in specific actions， it is necessary to first elaborate on the real-time dynamic monitoring sub-stations of the power system and their significant effects， and then discuss the technical points of the real-time dynamic monitoring sub-stations， and finally， the impact of these technical operations The factors are analyzed and the corresponding prevention and control countermeasures are summarized， so as to ensure the elimination of these influencing factors， and also help the long-term stable development of the power system.

[Keywords]real-time dynamic monitoring sub-station; subsynchronous oscillation; PMU; PDC; synchronous phasor algorithm

在廣域監測系統正常運轉條件下，借助了同步相角測量技術顯著功效，和關鍵子站實時性檢測的優勢條件，力求達到全網數據統一收集的目標，保證在電力線路網絡穩定順暢運轉的條件下，對其中所涉數據進行精準計算，保證使后續調度的作業過程可以隨時收集到電力線路網絡運行情況方面的信息。

1 電力系統實時動態監測子站概述

電力系統實時動態監測子站主要是說被定位于電力企業線路網絡的相量測量設備。在電力線路網絡自控成效逐步加強的條件下，在對監測子站相關設備進行充分運用的基礎上，監測子站的創新升級提高了技術標準，其中就會涉及電力線網絡運行數據進一步體現真實性、完善性和精準性。線路網絡中PDC屬于數據監測系統中的主要裝置，如果是在電力網絡系統存在故障的條件下，就可能會導致調度工作無據可依。所以，就需要基于變電站角度考慮，制定具有雙網作用的監測系統設計計劃，以此力求電力線路網絡運行數據進一步體現真實性、完善性和精準性。

2 基本原理

電力系統實時動態監測子站在具體運行環節，通常都會遵循如下：在電力企業將相量裝置定位于動態監測子站的條件下，電力系統實時動態監測子站可以面向母線相線電流予以樣品的收集選取，其間，若是融入了相量計算模式，來對相量、頻次和功率進行計算，就能夠將電力系統的內電勢相量做出明確。在此基礎上，再借助對相量裝置輸出數據的參考，把動態監測系統的測量數據進行備注，繼而遵循共同的接口協議（如IEEE 1344標準）將帶時標的相量數據打包并通過高速通信網絡傳送至數據中心，數據中心對各子站的相量進行同步處理和存儲，并可計算系統慣性中心角度和各機組、母線的相對相角，進一步由相應的應用程序，對相量數據執行實時評估以動態監視電網的安全穩定性，或進行離線分析為系統的優化運行提供依據，進一步與控制結合起來，提高電網的安全穩定水平和傳輸能力。WAMS的關鍵之處在于可以在時空坐標下觀察系統全局的機電動態全貌，彌補了現有監測系統和故障錄波系統的不足，為現代大型電力系統的安全穩定監測與控制提供了新的途徑，消除了國內電力企業發展伴隨的各方面影響因素，比如電力資源的錯線流通、直交流電運行，電力網絡阻尼弱化等問題。

3 實時動態監測子站典型結構

實時動態監測子站包括PMU、PDC，主要完成數據采集、計算，PMU的主要功能：第一是信號采集。采集模擬量、開關量，接收對時信號。第二是相量計算。計算模擬量，相量，加工品質。第三是暫態錄波。觸發錄波功能，連續錄波功能。第四是界面顯示。顯示相量、模擬量、裝置告警、自檢等信息。第五是對外通信。通過IEC61850協議與后臺通信，通過IEEE1344或GB/T26865.2協議與PDC通信。PDC的主要功能：第一是界面顯示。顯示裝置告警、自檢、PMU上送的模擬量、相量等信息。第二是數據存儲。存儲動態數據、事件標識、PMU上送的暫態錄波數據。第三是對外通信。通過IEC61850協議與后臺通信，通過IEEE1344或GB/T26865.2協議與WAMS主站通信。

4 關鍵技術研究

近些年來，由于一些新型能源的大量涌現和運用，導致電力線路網絡內部架構進一步趨向于繁瑣化。在這樣的條件下，電力系統欲保證呈現長久穩定發展的態勢，就需要采取一切可行性措施，進一步增進電力系統實時動態監測的質量成效。所以在相關工作中，就可以先行對將TV/TA斷線監測、次同步振蕩監測算和同步相量算法進行研討運用。

4.1 實時動態監測子站組網技術

從目前來看，國內電力線路網絡幾乎都進行了雙平面系統的建立。這種系統的建立明顯加強了線路網絡的現實性和完善性，也明顯擴展了電力線路網絡的荷載力和兼容性，能夠在電力線路網絡長期穩定運行方面體現顯著效用。PDC則屬于相量數據傳輸的主要裝置，如果在故障存在的條件下，也就難以保證在指定時期內，把關聯性信息傳輸到電力系統實時動態監測子站，繼而則可能會使得子站相關技術作業過程難以有序開展，所以，從關鍵性變電站的角度來說，需要增高2個PDC裝置，以此力求增進電力系統實時動態監測的快捷性和精準性。

4.2 多間隔TV、TA斷線邏輯

PMU相關標準要求具備TV/TA斷線功能，該文采用多間隔 TV/TA 斷線邏輯，可以保證當電壓互感器二次回路出現一相、兩相或三相斷線時，裝置能夠正確檢測并發出TV斷線告警信號;電流互感器二次回路出現單相斷線時，裝置能夠正確檢測并發出TA斷線告警信號。TV斷線判斷邏輯：關聯電流任一相大于0.5%In，同時電壓任一相小于30%Un且正序電壓小于70%Un;或者負序電壓或零序電壓大于10%Un。TA 斷線判斷邏輯：電流任一相小于0.5%In，且負序電流及零序電流大于10%In。

4.3 同步相量算法

在將相量從子站向主站的傳遞的環節，如果未對關聯性的專業理論知識進行全面參考結合，就可能導致主站難以將有所有信息數據進行計算，繼而只可將滿足相關條件的數據進行計算。我國PMU子站的相量傳遞頻率通常都處于25、50和100Hz，如果從知識分析的角度來說，因為有帶外信息的存在，就可能使得電力系統實時動態監測系統子站運行過程伴隨一干擾因素，應當將這些帶外信息予以全面消除。如果是運用了同步相量算法，就需要在融入仿真濾波裝置的基礎上，再結合相量計算模式，融入第二輪的數據波，第一輪數據波在消除帶外信息的條件下，第二輪數據波也同樣消除了帶外信息。在此期間，第二輪數據波的參考數據也會結合傳輸速度，來實現自主掌控的目的。

4.4 次同步振蕩監測算法

所謂同步振蕩現象，也就是說電力網絡中設備間的實時性耦合，所導致的有別于往常的異常現象。如果電力線路網絡的運用存在這種異常現象，就容易使得線路網絡設備的軸系及其主變更出現不間斷的振蕩現象。這樣的不良現象，假若是不能在第一時間得到有效處理，長此以往，就可能使得發電裝置中的轉子出現明顯的受損情況，進而可能會導致電力線路網絡的穩定順暢運轉受到較大程度的干擾。

想要保證以上現象得到根本上的改變，并且保證電力線路網絡的穩定順暢運轉不會受到任何影響。就可對以下內容進行考慮，同步振蕩監測法，其中包含了兩種：電氣測量和設備測量兩部分，結合以上狀況，就可以先行對電氣測量法進行優先選用，在具體的方法運用中，可以將TV/TA確定為輸入數據，這樣的測量過程會進一步體現真實性和安全性，有利于相關工作的持續穩定開展，也會切實保證將PMU顯著效用得到充分體現。從振蕩研究法的角度來說，應用較為廣泛的主要有以下兩種，即FFT、Prony，然而FFT往往都會出現頻譜等信息外漏的情況，而且Prony則是往往都會在涉及大量數據計算的同時，也時常伴隨噪音的影響。為將FFT中信息外漏現象進行全面防控，專業高資質人員便給出了插值算法。這種計算法通常都會體現出數據少，精準性高、無噪音影響等優勢條件，實際計算流程可以參考以下內容：第一是計算主瓣幅值W（i/N1）和譜值比R（i/N1）。0≤i≤N1。第二是計算加窗后的原始信號頻譜值，找出峰值及次峰值位置，確定兩者幅值比a。第三是確定a在譜值比的位置σ，通過插值求得。第四是通過插值計算σ處的主瓣值。第五是重復步驟2～4，直至計算出頻譜范圍內所有符合要求的主瓣值。以信號x=√2×cos（2πf0t）+0.3√2×cos（2πf1t）+0.2√2×cos（2πf2t）為例，對次同步算法進行仿真。其中，f0為50，f1為27.1，f2為80，采樣率為2000Hz，數據取2s。那么在沒有噪音影響的良好條件下，其中所涉插值的具體計算過程會體現顯著的真實性和精準性，然而在頻譜相關信息外泄的條件下，這種計算過程也就可能會存在嚴重的偏差。

5 偽振蕩

偽振蕩也就是說因為在樣品選取、數據計算模式等方面存在不合理的現象，繼而使得所涉非振蕩被錯判為振蕩信號，比方說，時有發生頻譜混疊導致的偽低頻振蕩及偽次同步振蕩。這主要是歸屬為以下因素：在對連貫性信號予以探尋、收集和樣品選取過程中，假若沒有對關聯性的專業理論知識進行充分參考和運用，必然會使得樣品選取后信號發射的波頻出現疊加的現象，也就是說，如果樣品收集、選取過程的頻次超出了既定的頻次基準，會使得樣品選取發射信號的頻次則會出現相應的減少。因此，從同步相量監測子站的角度看，由于所涉及的數據計算過程沒有設置適當的樣本采集選擇頻率，必然會引起波頻疊加現象，進而容易使高頻區域的疊加頻率達到50Hz左右，由此可以看出，信號頻率與排號振蕩的頻率不相稱，導致工作人員操作過程難度大，加重工作人員的負擔。所以，基于這樣的考慮，保證收集和選取到理想中的樣品，接收和判定出正確的信號，保證振蕩頻次的合理，就需要以全面防控頻譜疊加、采樣頻次處于最高頻次的2倍以上為前提。

6 結語

現代電力系統技術的快速更新升級，促進了廣域測量工作標準的提升。在相關工作開展中，就應當重點對動態監測子站中的技術要點做出分析，通過對這些技術要點使用狀況的分析，總結其中影響因素，落實具有高度相應性和精準性的優化對策，進而在力求增進動態監測子站技術水平的同時，也助力電力系統長久穩定發展。

參考文獻

[1] 王英濤，張道農，謝曉冬，等.電力系統實時動態監測系統傳輸規約[J].電網技術，2007（13）：81-85.