目前的电力系统通常都建立了用于测量和监视系统稳态运 行的EMS系统和测量电磁暂态过程的故障录波系统。
EMS系统侧重于监测系统稳态运行，测量周期通常是秒级， 而且不带时标，不同地点之间缺乏准确的共同时间标记。
WAMS介绍
继电保护及故障录波数据的采样频率都在几千HZ以上，带 有时标，但是只在发生故障时采集故障点附近的数据，记录数 据只是局部，并且待续时间短，通常在数秒之内，难以用于对 全系统动态行为的监视和分析。
✓ 发电机功角的计算
一般测量发电机功角的方法有3种： ①利用发电厂或变电站测量的电压、电流和功率计算出功角； ②利用键相脉冲检测转子的位置； ③利用转速信号计算功角。
相量概念
正弦信号：
xt 2X sint
采用相量表示为：
X = Ｘ e jφ ＝X cosφ + jX sinφ
相量由两部分组成，即幅值X（有效值）和相位φ，用直角 坐标则表示为实部和虚部。所以相量测量就必须同时测量幅值 和相位。
✓ 对静态稳定监视来说，相角测量将为SCADA系统增加一个新的 数据状态量，加快潮流计算的速度。
发电机功角测量
✓ 功角是指发电机空载电势相量Eq与机端电压U 之间的夹角。同步 发电机并网运行后，其功角δ 是用来观察和判断该机组和电力系统并 列运行稳定性的一个很重要的状态量。正常状态发电机功角在30度左 右运行，当功角在90度时是极不稳定的状态，稍有波动过一点就不能 再同步了。
GD GD GD GD T2 U3
HELP ALPHA
V0 W.X YZ SHIFT
PMU1
PMU2
➢ 利用GPS的秒脉冲作为统一的时间参考点，测得输电线两端的
电压相量为 U11,U22, 1 2
➢ 两地相角差δ实际上是指在同一时刻两个节点正序电压的相角 差，它是系统运行的重要状态变量之一。利用这个角度，可以得 知两端电力潮流的方向与大小；相角差的大小也反映了静稳裕度 的大小，它的周期变化就表明系统发生了功率振荡。
的或其它主站的测量数据、事件标识录波文件、实时记录文件。 另外，还可以接收EMS等其它系统的数据。 ➢子站
配置相应的PMU单元
同步相量监测子站系统介绍
电源
1101 1121
MPC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1401
1101 1121
变送器插件
M PC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
PCS-996 相量测量装置功能(1)
PCS-996相量测量装置是用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态 记录的装置，其核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去 标准时钟信号的守时能力、与主站之间能实时通信并遵循有关通信协议。
实时监测功能：
a) 同步测量安装点的三相基波电压、三相基波电流、电压电流的基波 正序相量、频率和开关量信号， 安装在发电厂时具有测量发电机内 电势和发电机功角的功能。
JA M7
KB N8
LC O9
ENRTUENR PRINT
4BMNbC/s
GD GD GD GD T2 U3
HELP ALPHA
V0 W.X YZ SHIFT
HUB/MAU
NIC
%UTILIZATION
TAB
GD RE I F
JA KB LC M7 N8 O9
ENRUTNER PRINT
4BMNbC/s
相量一次值、频率偏差、频率变化率，发电机内电势等量，实 时传送到数据集中器从而上送主站。
PCS-996 系列同步相量测量装置硬件
➢ PCS－996A可以同时测量6条线路的交流电流、电压，采集56 路开关量信息。
PMU首先1988年配置在美国西部电网中。
同步相量测量的作用
✓ 相量的变化可精确地描述电力系统运行状态的变化。有功潮流基 本上是由母线间的电压相角差来决定的，各母线电压相量是实际 电网运行的状态变量。
✓ 相量分析是交流电网的重要工具，根据电压相量值可以确定系 统的能量函数，其提供的频率测量值可以预测电网中各节点相对 角的趋势，大大地提高判断系统运行稳定性的速度和精度。当系 统受到扰动时，相角测量系统可以为励磁、调速、电容器的接入 等提供反馈控制量，以便进行更有效的控制；当故障时，调度中 心可根据各个点实时相角，判断出那个机组可能失稳并采取相应 的对策，或者在当地根据实时相角进行控制，如切机、切负荷、 解列等，以防止事故的进一步扩大。
b) 当装置监测到电力系统发生扰动时，结合时标建立事件标识，并向主站 发送实时记录告警信息。
c) 记录的数据具有足够的安全性。直流电源中断不会丢失已记录的数据； 无法通过外部访问删除记录数据；无法人工删除和修改记录数据
d) 响应主站召唤向主站传送记录数据
PCS-996 相量测量装置性能（3）
➢ 装置实时监测数据按时间顺序逐次、均匀上送 ➢ 装置实时监测数据的输出时延（相量时标与数据输出时刻之时间
PCS-996 系列同步相量测量装置硬件
PCS-996系列装置正面视图
运行 报警 同步 录波
区 号
确认 取 消
PCS-996A/B 同步相量测量装置
PCS-996 系列同步相量测量装置硬件
PCS-996A 装置后视图
NR1101C NR1101B NR1121A
NR1401
NR1401
NR1401
#5，#6机组录波及 功角测量单元
PCS-996B
#3,#4机组控制室
#5,#6机组控制室
PMU分析主站
路由器 交换机
GPS单元 RCS-9785C
数据集中器
2回500KV线路相量 测量及录波单元 PCS-996A
100M以太网交换机 RCS9883
100M光交换机 RCS9881
光纤线标志
电源
1101 1121
1522
开入
1522
开入
1522
开入
1522
开出
电源
1101 1121
MPC5200
DSP 121
变送器插件
M PC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1522
开入
1522
开入
1522
开入
1522
开出
#3,#4机组录波 功角测量单元
PCS-996B
100M以太网交换机 RCS9883
差）不大于50ms ➢ 装置实时监测数据的输出速率应可整定，有25、50、100次/秒的
可选输出速率 ✓ 装置实时记录数据的最高速率为100次/秒，并具有多种可选记录
速率 ✓ 当电力系统发生下列事件时装置能建立事件标识
a) 频率越限 b) 频率变化率越限 c) 相电压越限 d) 正序电压越限 e) 相电流越限 f) 正序电流越限 g) 线路功率低频振荡 h) 发电机功角越限。
PCS-996 电力系统同步相量测量系统简介
WAMS介绍
中国电力系统正在进行西电东送和全国联网，同时电力市 场化改革也在积极推进之中。在电力工业取得长足发展同时， 电力系统也面临严峻的考验。例如：电网潮流的不确定性加大, 互联电网稳定性水平有下降的可能, 联络线的输送功率限制了 更大规模的功率传送。因此，对电力系统信息采集和运行状态 的监视提出了更高的要求。目前采用的采集的稳态数据和局部 暂态数据已经不能胜任这种大范围的实时动态数据采集任务。
b) 能将所测的电压基波正序相量一次值、电流基波正序相量一次值、 频率、发电机内电势实时传送到多个主站。
PCS-996 相量测量装置功能(2)
实时记录功能：
a) 连续实时记录所测电压电流基波正序相量、三相电压基波相量、三相电 流基波相量、频率及开关状态信号；此外，安装在发电厂时能连续实时 记录发电机内电势。
WAMS介绍
GPS、通信技术、DSP领域的进步，为实现电力系统动态 监 测 提 供 了 可 能 。 基 于 成 就 的 GPS 技 术 上 的 PMU 装 置 ， 正 是 WAMS系统的基础。
PMU 能以数千HZ速率采集电流、电压信息、通过计算获 得测点的频率、相位、功角等信息，并以每秒几十帧的频率向 主站发送。PMU通过GPS对时，能保证全网数据同步性，时标 信息与数据同时存储并发到主站。PMU可以连续记录长达半个 月的动态数据，而且可以触发记录暂态数据。电网内的变电站 和发电厂安装PMU后，能使调度人员实时监测到电网的动态过 程。
WAMS介绍
WAMS(Wide Area Measurement System ) 广域测量系统 连续 监视电网运行性能，异常的频率，低频振荡，扰动期间和扰动 后的动态特性。给调度人员提供高质量的信息和分析工具，探 测电网将要发生的紧急情况并降低电网事故。
PMU(Phasor Measurement Unit) 同步相量测量系统 用于电力 系统同步相量测量和输出以及动态过程的记录。PMU和GPS、 高速通信网络、子站和主站分析系统共同构成WAMS，实现了 区域以及跨区域大电网的动态过程监测和分析。
幅值可以用交流电压电流表测量；而相位的大小取决于时 间参考点，同一个信号在不同的时间参考点下，其相角值是不 同的。所以，在进行系统相量测量时，必须有一个统一的时间 参考点 。
电力系统同步相量
电压：U1 相角：δ1
GPS卫星
电压：U2 相角：δ 2
HUB/MAU
NIC
%UTILIZATION
TAB
GD RE I F
MPC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1401
1101 1121
变送器插件
M PC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1522
开入
1522
开入
1522
开入
1522