电力系统同步相量测量装置动态测试方法及装置

摘要

本发明公开了一种电力系统同步相量测量装置动态测试方法及装置，其中方法包括：在实时数字仿真装置RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和等值电网的仿真模型；利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试验对同步相量测量装置PMU进行检测。本发明实现方便，可以正确合理地检测和评估PMU的性能，更好地推动PMU技术的进一步发展；满足实验室对PMU动态性能测试需求，为入网检测提供一种有效的手段，满足生产厂家的产品开发、出厂检验等工作的需求，规范和保证电力系统同步相量测量装置的质量，对于提高电网的运行可靠性具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及电力测量技术领域，尤其涉及电力系统同步相量测量装置动态测试方法及 装置。

背景技术

PMU（Phasor Measurement Unit，同步相量测量装置）是用于进行同步相量的测量和 上送，并进行动态和暂态数据记录的装置。随着电网互联的不断发展，电网安全稳定运行 的问题日益突出，基于PMU的WAMS（Wide-area Measurement System，广域测量系统） 在电力系统的应用，为上述问题的解决提供了新的技术手段。WAMS对电力系统运行状态 进行准确而全面的实时监测，一般将其作为除保护或安控装置外的第三道防线。PMU是 WAMS的核心部分，在整个系统中起到原始数据采集、同步相量计算和同步相量发送的作 用。

随着投入电网的PMU大量增加，相关的测试也成为备受关注的课题。目前针对PMU 的测试，主要集中于环境测试、EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）测试 和静态测试。国家质量监督检验检疫总局颁布的《电力系统同步相量测量装置检测规范》 国家标准中规定了系统操作、系统故障等PMU动态试验，目前相关的动态试验尚属空白。

现有技术中的PMU性能测试一般是由交流信号源输出三相交流电压和三相交流电流 至录波器和PMU，脉冲发生器输出模拟发电机键相信号的脉冲、标准GPS（Global  Positioning System，全球定位系统）校验时钟输出PPS（Pulse Per Second，秒脉冲）信号 和PPM（Pulse Per Minute，分脉冲）信号至录波器；同步相量测量装置测量动态三相电压、 三相电流的绝对相角和发电机的功角；录波器同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM 信号和脉冲波形，通过时域波形分析得到动态三相电压绝对相角标准值、三相电流绝对相 角标准值和发电机功角标准值，计算同步相量测量装置绝对相角和发电机功角测试误差。 然而，现有技术中的PMU性能测试操作复杂、费时费力，且难以实现系统操作、暂态、 异常等动态工况下的PMU动态性能测试。

发明内容

本发明实施例提供一种电力系统同步相量测量装置PMU动态测试方法，用以简单方 便、正确合理地检测和评估PMU的性能，更好地推动PMU技术的进一步发展，该方法包 括：

在实时数字仿真装置RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和等值电 网的仿真模型；

利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试验对PMU进行检测。

一个实施例中，所述仿真模型是在动模测试两站、单电压等级、双电源模型的基础上， 扩展形成的500kV和220kV两电压等级电磁环网结构模型。

一个实施例中，所述仿真模型包括：

在电厂侧，模拟两台机组，通过500kV和220kV线路将功率送出，其中500kV母线 为3/2接线，220kV母线为双母接线形式；

在变电站侧，500kV母线和220kV母线均为双母线接线方式，并通过联络变联接，与 等值系统相连。

一个实施例中，利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，包括：

利用所述仿真模型模拟电力系统的系统操作、暂态和异常行为对PMU的影响。

一个实施例中，通过实时仿真试验对PMU进行检测，包括：

将所述仿真模型输出的互感器二次侧电压模拟量通过功率放大器送至PMU的电压接 点；

利用PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波 文件并审核录波的正确性。

一个实施例中，通过实时仿真试验对PMU进行检测，包括：

将所述仿真模型输出的互感器二次侧电流模拟量通过功率放大器送至PMU的电流回 路；

利用PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波 文件并审核录波的正确性。

本发明实施例还提供一种电力系统PMU动态测试装置，用以简单方便、正确合理地 检测和评估PMU的性能，更好地推动PMU技术的进一步发展，该装置包括：

模型建立模块，用于在RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和电网 模型的仿真模型；

模拟检测模块，用于利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试 验对PMU进行检测。

一个实施例中，所述模型建立模块具体用于搭建所述仿真模型为：在动模测试两站、 单电压等级、双电源模型的基础上，扩展形成的500kV和220kV两电压等级电磁环网结构 模型。

一个实施例中，所述模型建立模块具体用于搭建如下仿真模型：

在电厂侧，模拟两台机组，通过500kV和220kV线路将功率送出，其中500kV母线 为3/2接线，220kV母线为双母接线形式；

在变电站侧，500kV母线和220kV母线均为双母线接线方式，并通过联络变联接，与 等值系统相连。

一个实施例中，所述模拟检测模块具体用于：

利用所述仿真模型模拟电力系统的系统操作、暂态和异常行为对PMU的影响。

一个实施例中，所述模拟检测模块具体用于：

将所述仿真模型输出的互感器二次侧电压模拟量通过功率放大器送至PMU的电压接 点；

利用PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波 文件并审核录波的正确性。

一个实施例中，所述模拟检测模块具体用于：

将所述仿真模型输出的互感器二次侧电流模拟量通过功率放大器送至PMU的电流回 路；

利用PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波 文件并审核录波的正确性。

本发明实施例中，在RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和电网模 型的仿真模型；利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试验对PMU 进行检测；实现起来简单方便，可以正确合理地检测和评估PMU的性能，更好地推动PMU 技术的进一步发展；满足实验室对PMU动态性能测试需求，为入网检测提供一种有效的 手段，满足生产厂家的产品开发、出厂检验等工作的需求，规范和保证电力系统同步相量 测量装置的质量，对于提高电网的运行可靠性具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中电力系统PMU动态测试方法的处理流程图；

图2为本发明实施例中在RTDS平台上搭建的仿真模型的具体实例图；

图3为本发明实施例中通过实时仿真试验对PMU进行检测的示意图；

图4为本发明实施例中电力系统PMU动态测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实 施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不 作为对本发明的限定。

发明人考虑到，RTDS（Real-time Digital Simulator，实时数字仿真装置）动模系统， 具有模型构建方便、系统模型多、故障工况可重复等优点；通过在RTDS平台上模拟实际 电力系统发生振荡和故障的运行工况，开展PMU的动态试验研究具有重要意义，可以正 确合理地检测和评估PMU的性能，更好地推动PMU技术的进一步发展。RTDS是由加拿 大曼尼托巴直流研究中心推出的电力系统实时数字仿真系统，该系统以电力系统电磁暂态 计算理论为基础，采用多处理器的并行计算方法，通过适当的任务分配方式和通信技术， 实现电力系统的实时数字仿真，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装 置。

图1为本发明实施例中电力系统PMU动态测试方法的处理流程图。如图1所示，本 发明实施例中电力系统PMU动态测试方法可以包括：

步骤101、在RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和等值电网的仿 真模型；

步骤102、利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试验对PMU 进行检测。

具体实施时，本发明实施例中在RTDS平台上搭建的包含发电机组、变压器、线路、 负荷和等值电网的仿真模型，可以是在动模测试两站、单电压等级、双电源模型的基础上， 扩展形成的500kV和220kV两电压等级电磁环网结构模型。其中，动模测试两站、单电压 等级、双电源模型由《电力系统同步相量测量装置测试规范》（GB_T_26862—2011）3.8 章节定义。在本发明实施例中可以参照现行的国家标准、行业标准和电网公司的相关要求 来进行的数字仿真试验；试验时可以根据实际电力系统中的相关参数，搭建包含发电机组、 变压器、线路、负荷和等值电网等元件的仿真模型，详细模拟实际电力系统的动态特性， 并通过实时仿真试验对PMU进行检测。

图2为本发明实施例中在RTDS平台上搭建的包含发电机组、变压器、线路、负荷和 等值电网的仿真模型的具体实例图。如图2所示，在RTDS平台上搭建的仿真模型可以包 括：在电厂侧，模拟两台机组，通过500kV和220kV线路将功率送出，其中500kV母线 为3/2接线，220kV母线为双母接线形式；在变电站侧，500kV母线和220kV母线均为双 母线接线方式，并通过联络变联接，与等值系统相连。图2中的仿真模型，左侧为电厂， 右侧为变电站。

具体实施时，在RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和等值电网的 仿真模型之后，可以利用该仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试验对 PMU进行检测。具体的，利用仿真模型模拟电力系统的动态特征可以是：利用仿真模型模 拟电力系统的系统操作、暂态和异常行为对PMU的影响。例如在实施时，为配合电力系 统对PMU功能的测试需要，也为了检查PMU在动态系统中的运行性能，进行区域系统级 动态仿真测试，该测试试验是基于RTDS的数字仿真测试试验，其中模拟电力系统的动态 特征主要针对电力系统的系统操作、暂态、异常等动态行为对PMU的影响，通过系统操 作、系统异常运行及各种暂态故障的模拟，检测PMU装置在各种工况下运行情况。

图3为本发明实施例中通过实时仿真试验对PMU进行检测的示意图。如图3所示， 本发明实施例中通过实时仿真试验对PMU进行检测，具体可以包括：将所述仿真模型输 出的互感器二次侧电压模拟量通过功率放大器送至PMU的电压接点；利用PC机模拟接受 端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波文件并审核录波的正确性。 或者，通过实时仿真试验对PMU进行检测可以包括：将所述仿真模型输出的互感器二次 侧电流模拟量通过功率放大器送至PMU的电流回路；利用PC机模拟接受端监测PMU实 时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波文件并审核录波的正确性。实施时被测 PMU可以通过ethernet与PC机相连，由PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确 性，并通过PC机调取触发录波文件并审核录波的正确性。

下面举一具体实施说明本发明实施例中电力系统PMU动态测试方法。本例中，在 RTDS平台上搭建的仿真模型如图2所示，其中各元件参数如表一所示：

表一元件参数表

本例的试验项目中，在图2所示的仿真模型中共设置故障点8个；其中500kV线路上 设置3个故障点K1～K3；220kV线路上设置3个故障点K4～K6，220kV母线上设置1个故 障点K7，500kV母线上设置1个故障点K8。

本例中可以利用上述仿真模型对PMU进行如下检测：

1、金属性故障

模拟各故障点瞬时性和永久性金属性单相接地、两相短路接地、两相相间短路、以及 三相短路接地故障，PMU除正常测量及实时上送外，还应正确触发并录波；

模拟瞬时性金属性故障，并模拟线路两端保护相继动作切除故障时引起被保护线路功 率倒向。

2、发展性故障

模拟同一故障点经不同时间由单相接地故障发展成为两相接地或者三相接地短路故 障；发展性故障的两次故障间隔时间为5ms～200ms。

3、转换性故障

模拟线路末端与相连母线上故障点，异名相间经不同时间相继发生单相接地故障的发 展性故障；转换性故障的两次故障间隔时间为5ms～200ms。

4、系统频率偏移

使仿真模型分别运行在48Hz和52Hz，并模拟金属性单相接地、两相短路接地、两相 相间短路、三相短路接地故障。

5、系统稳定破坏

模拟系统因静稳破坏及动稳破坏而引起的全相振荡，振荡频率0.1～2.5Hz；

模拟因线路开关单相跳开而引起的非全相振荡；

模拟在全相振荡和非全相振荡中再发生区内、外金属性单相接地、两相短路接地、两 相相间短路、三相短路接地故障。

6、电流互感器断线

模拟电流互感器单相、多相断线以及断线后的故障。

7、电压互感器断线

模拟电压互感器单相、多相断线以及断线后的故障。

8、电流互感器饱和

模拟线路一侧电流互感器出现暂态饱和的情况。

9、线路空载合闸充电、解合环及手合带故障线路

模拟在线路停电情况下，手合操作及手合于故障线路；

相邻线重负荷运行，操作被保护线路两侧断路器进行解、合环试验。

10、投切负荷

电厂侧负荷模拟不同容量和无功类型，进行投切操作测试。

变电站侧负荷模拟不同容量和无功类型，进行投切操作测试。

11、投切机组

模拟投切不同出力机组测试。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种电力系统PMU动态测试装置，如 下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与电力系统PMU动态测试方法相似，因 此该装置的实施可以参见电力系统PMU动态测试方法的实施，重复之处不再赘述。

图4为本发明实施例中电力系统PMU动态测试装置的结构示意图。如图4所示，本 发明实施例中电力系统PMU动态测试装置可以包括：

模型建立模块401，用于在RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路、负荷和 等值电网的仿真模型；

模拟检测模块402，用于利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿 真试验对PMU进行检测。

具体实施时，所述模型建立模块401具体可以用于搭建所述仿真模型为：在动模测试 两站、单电压等级、双电源模型的基础上，扩展形成的500kV和220kV两电压等级电磁环 网结构模型。

具体实施时，所述模型建立模块401具体可以用于搭建如下仿真模型：

在电厂侧，模拟两台机组，通过500kV和220kV线路将功率送出，其中500kV母线 为3/2接线，220kV母线为双母接线形式；

在变电站侧，500kV母线和220kV母线均为双母线接线方式，并通过联络变联接，与 等值系统相连。

具体实施时，所述模拟检测模块402具体可以用于：

利用所述仿真模型模拟电力系统的系统操作、暂态和异常行为对PMU的影响。

具体实施时，所述模拟检测模块402具体可以用于：

将所述仿真模型输出的互感器二次侧电压模拟量通过功率放大器送至PMU的电压接 点；

利用PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波 文件并审核录波的正确性。

具体实施时，所述模拟检测模块402具体可以用于：

将所述仿真模型输出的互感器二次侧电流模拟量通过功率放大器送至PMU的电流回 路；

利用PC机模拟接受端监测PMU实时上送数据的正确性，并通过PC机调取触发录波 文件并审核录波的正确性。

综上所述，本发明实施例中，在RTDS平台上搭建包含发电机组、变压器、线路和负 荷的仿真模型；利用所述仿真模型模拟电力系统的动态特征，并通过实时仿真试验对PMU 进行检测；从而通过在RTDS平台上搭建PMU动态性能检测平台，开展PMU动态性能试 验，实现起来简单方便，可以正确合理地检测和评估PMU的性能，能够实现系统操作、 暂态、异常等动态工况下的PMU动态性能测试，更好地推动PMU技术的进一步发展；满 足实验室对PMU动态性能测试需求，为入网检测提供一种有效的手段，满足生产厂家的 产品开发、出厂检验等工作的需求，规范和保证电力系统同步相量测量装置的质量，对于 提高电网的运行可靠性具有重要意义。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产 品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程 序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图 和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程 和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指 令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生 一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现 在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方 式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装 置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方 框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机 或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他 可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方 框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。