有限广域监视保护和基于MATLAB中SIMULINK的PMU模型的控制05Word文档下载推荐.docx
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保护和控制（WAMPAC）；
相量测量单位（PMU）；
广域监控（WAM）；
全球定位系统（GPS）；
广域控制器（WAC）；
局部控制器（LAC）；
相位角监控器（PAM）；
自动发生器控制（AGC）；
断路器（CB）；
电流互感器（CTs）；
电压互感器（PTs）
1.前言
电力系统不是单一的物体，而是一个复杂的人造系统，因此有很多问题存在，然而它应该能可靠并持续没有任何中断地供给电力能源。
停电，尤其是异常停电是一系列相关联事件的组合，即使是现代电力系统也很难解释这些事件。
且这些事件占电力系统中比例已不小，有些时候这些小事件甚至会扩大直至影响全系统。
然而许多技术相继被研发出来使得电力系统在受干扰期间仍能维持运行。
近期研发并被使用的技术是具有同步测量功能的WAMPAC。
这项技术能将选定区域的局部信息传动到远程站从而克服干扰大量传播，其采用的主要技术是一项最精确先进的PMUs，PMUs能提供电流和电压的相量、相量频率、频率变化率，所有这些信息与ＧＰＳ提供的通用时间高精度同步,并且这项技术的运行环境保护区域大，是以数学测量算法为基础；
如只以固定参数设置为基础，就很难设计保护或紧急控制方案。
随着科技进步，同步信息需要的时间从分钟稳步降低到秒、毫秒、到现在的微秒。
即使仅使用PMU测量，状态评估过程中极性和矩形评估值也不会混乱，因为在传统状态评估时PMU会处理（这些数据）。
例如：
PMU的一个应用就是监测控制、警报控制和操作控制。
电脑、程式技术和ＧＰＳ信号等方面的进步使得PMUs技术成为可能,。
现今时代所有测量设备、测试都有高精度、准确性的时间同步功能。
其它领域进步需与时间同步的进步相
匹配，以便获得潜在优势。
其中实例如数据交流，ＰＭＵ数据从远程传送到中心设施，交流渠道变得更快更可靠。
互感器（如光学互感器）的重大进步对ＰＭＵ信号很重要。
另一领域是开发应用程式方面的进步，例如：
操作运行PMUs输出的数据软件，如其它具有先进性的工具一样，一些学者、制造商、企业和顾问已经研发大量的方法、算法、系统分析和研究以应用PMUs,只有受训者使用，PMUs才能更好发挥作用。
现今技术能将PMU信息传送到偏远地区控制中心并以图像模式呈现给操作者。
此论文中我们利用模型探讨具有进步意义的PMUs技术。
在MATLABSIMULINK环境下建立PMU模型，并将此模型安装于SIMULINK环境下微型电力系统传输线两端。
这些都是用来验证PMU测试值，此应用主要用于电力系统保护、监控机制。
此论文也探讨我们对此主题所做的相关研究。
图示1是传输线，PMUs安装于传输线两端，PMUs从CT（电流感应器）和PT（电压感应器）获取数据，并发现电流相量、电压相量、频率相量和频率变化率相量。
这些相量根据GPS时间同步，并会被输出传送到局部PDCs（配电控制），然后进一步传送到上级PDCs，上级PDCs将数据提供给数据服务器。
图1WAMPAC框图
2.同步相量测量单元（PMU）
电力系统中最重要的测量设备就是PMU，PMU在电力系统中（应用）能同步测量电压相量和电流相量。
GPS的商业化使相量测量单元商业化生产成为可能，这种GPS的时间脉冲精确到1微秒并具有有序性。
PMU被认为是未来电力系统中最重要的测量设备，因为PMU能从电力系统网络广泛分散的站点同步测量到电压相量、电流相量，模拟和实际经验说明PMU能改革电力系统的检测和控制方案。
此论文介绍PMU在MATLAB软件的模型，将PMU整合到一个简单的系统。
并建立了数字模型，在SIMULINK中的MALTAB模块进行模拟实验。
PMU数学模型
以下数学模型用来计算电流的幅值、相角和电压的幅值、相角。
方程式如下：
真实计算部分：
现在：
将方程式
（2）和（3）代入方程式
（1）：
模拟部分：
将方程式（5）和（6）代入方程式（4），因此：
此数学模型分开计算模拟数据和真实数据，从而计算幅值和相量。
图2显示PMU得到的电流相量、电压相量、频率相量、频率变化相量，并且与GPS时间同步。
PMU能实现同步测量（相位）角，这是PMU重要优势。
图2PMU的Simulink框图
3.广域模型
图3显示主要模型，此模型包括有微型电力系统，母、子系统和配以500KV传输线的两大负荷区，这些负荷区包含家庭区和供应商负荷区。
该电力系统传输线两端和子系统都安装PMU。
图3广域主要Simulink框图
图4国内负荷建模图5商业负荷建模
4.广域监控
PMU将创建图像显示监控区域内节点的稳定性，同一时间PMU抓取此图像。
智能电网以此实时信息和自动控制（功能）能预测、判断系统故障，做出回应从而自动避免或减少供电中断、停电、电力质量问题。
PMU分布于整个相量供电网，PDC（配电控制）从PMU收集信息，并且GPS时间使同步时间理论精度达到1微秒以上，PMU时钟精度需达到±
500纳秒，这样每个测量设备才有足够1微秒时间进行同步相量测量。
对于50HZ系统，根据不同应用功能，PMU在每秒必须同步发送10到30份报告。
PDC（配电控制）将数据和控制关联起来,也监控PMUs（数量从12到60）。
图6工业负荷建模
图像7显示相位C电流幅值,线路1电流输入、线路2电流输入和母线电流输入。
母线电流比线路1和线路2高，母线端电流比线路1和线路2高，因为母线端电压11kV，传输线电压500kV，所有这些电流幅值信息都是有PMU测量。
对于其他所有相位幅值，我们都是如此类似测量。
所有这些电流数据具有实时性和同步性。
图像8显示相位C得电压幅值，线路1的电压、线路2的电压和母线端得电压。
母线2的电压比线路1和线路2电压低，因为（此线路）使用升压电压进行传输（供电的）。
所有这些电压幅值信息都是有PMU测量。
所有这些电压数据具有实时性和同步性。
5.广域控制
常规控制方法都与持久性控制行为有关，这些控制行为可以是分散的如：
分级开关、关联设备；
也可以是连续性的如：
频率控制。
常规控制具有保护性如：
常规控制已经采取措施调整控制电力系统运行条件，并预防将来可能达到的状态。
常规控制通常都是重复性的如：
分接开关、关联设备。
平率控制和AGC（自动发电控制）。
常规控制和应急控制之间的区别在于判断电力系统控制作用是否正常运行。
如果是常规控制，保护机制没有运行的话，电力系统不稳定性的风险会增加，当收到严重干扰时，其稳定性就会失控；
如果是应急控制，校正控制机制没有运行，电力系统就不完整健全。
大部分应急控制功能都是具有习惯（惯常）性，而常规控制可以是自动或者手动的，例如与警报相结合；
然后常规控制盒应急控制所采取的（补救）措施相当类似。
保护、系统保护、应急控制包含补救措施，如：
需要采取措施补救部件或者系统，保护可以被认为是on/off应急控制；
而通过自定义，保护措施是可以相当确切的。
如果以PMU为基础，相角控制会更为精确。
如没有PMUs能流只是间接测量和控制相角；
但对于能流控制重要测试则相类似。
以通用时间（角）为参考，PMU能同步测量交流电压和电流。
GPS（时间）信号即是最常用的时间参考，精确度超过１微妙。
能计算交流量，转换成相量（由幅值和相角组成的复杂数据），并且记录对应时间。
通过PMU从传输线两端抓取电流、电压、相位角信息，通过交流方式传送给远程站，并根据ＧＰＳ时间对比这些数据。
事实上我们尝试控制能流，控制室会设置算法，PMU发送出的数据会与这些算法进行对比，如果两者的电流、电压、相位角有区别，能流就会发生变化，为了克服这一问题，就会发送相应信号到局部配电室。
广域系统构建包含如：
居民区、商业区、农场、农业和工业不同负荷区。
居民区和商业区包含电阻负荷、电阻负荷和三相电机负荷。
由WAC（广域控制）控制这些负荷区，每个负荷区的用户则由LAC（局域控制）控制。
每个控制单元从故障感应系统接受到信息，故障感应系统通过TCP/IP发送器、接收器发送控制信号给WAC并通过双向交流管控制每个区域（设备）。
广域控制器是（信息）集中部分，是广域电网体系中主要部分，因为其计算引擎和信息用户定义才能进行指控控制。
因此通过TCP/IP数据双向交流，WAC能很好的控制其管辖区域。
通过PMU，我们采样一个传输线两端的电压、电流和相位角，然后以通讯方式发送到远方的控制中心，在控制中心我们会比较不同时间节点的这些值。
事实上我们尽量控功率变化。
在控制室有一些预先定义的算法，这些值（由PMU发送）与这些算法然后比较，如果有电压值、电流值、角向量有偏差，我们会改变功率，使所产生的信号不再发送给区域的控制室。
广域结构设计由不同地区负荷，即住宅，商业、农业、农业和工业，住宅和商业负载和农业负载由电阻和电阻负载构成。
农业负荷及工业负载由电阻，电感和三相电机负载组成。
负载由WAC控制和附加的负载由LAC控制。
每个客户端的控制区管理中心接收它通过TCP/IP发送/接收器发送控制信号。
控制中心通过双向通信的方式将控制信号，通过TCP/IP协议和发送/接收器发送控制信号到WAC和每个区域。
频率减载的方式是最普遍使用的控制系统，以平衡的生产和负载（要求功率平衡）。
它是用于防止电力系统从停电最后的控制步骤。
它用切除不重要的负载的方式，解决过载的情况。
负载的切除会有不同选择，因为不同的负载切除，会使频率降低不同的百分比。
PMU在电力系统中的作用是用来决定切除哪一个负载时合适的。
它通过切除负载的数量来决定哪一个负载被切除。
6.广域保护
几分钟到几毫秒的一些干扰总是存在在一个电力系统中。
时间取决于扰动的性质。
因此在所有这类情况下，保护需要考虑以下因素：
干扰的分类；
扰动位置；
识别干扰的预测。
为了保护电网，我们必须有一个对电网的状态完全了解。
通过实时状态测量，输入多个网络参数，可以使我们了解整个电力系统的网络。
拥有能够适应不断变化的环境的优先应用。
自适应系统的最低要求设计是应满足具有与外界进行通信的能力。
通信链路必须是安全的，并且必须允许用于自适应继电器的设计其失效的可能性。
在使用继电器测量的系统中，必须帮助观察扰动传播的参数。
这样的测量必须提供改变系统条件，因为他们对系统扰动的管理是有用的。
PMU可以明确地满足电力系统的这一要求。
电源系统状态状“电压的大小、电压相角、电流幅值、电流相位角、频率和频率的变化率”是由PMU提供的。
所有给定的状态是实时的，准确时间同步的，无差错的，因为这些数据是从互感器直接测量。
这就是为什么我们的保护系统不会去做常规的操作将系统保持稳定。
PMU位于传输线的两端（发送端和接收端），并连续地向远程地点发出时间同步的系统状态。
图9过电流保护，显示当故障了发生在时间等于0.5秒，然后保护系统的操作和断路器跳闸和电流输出降为零。
7.相角监控
通过PMU我们可以精确地监视不同的节点的实时相位角，因为它是时间同步的，准确的PAM对电力系统是非常重要的，PAM可以访问实时的任何一对母线之间精准的相位角差。
PAM允许本地和区域的潜在问题的预测。
基本PAM功能已经实现商业化并成为飞行员的软件工具，并在实践中得以应用。
虽然很基本，但是PAM可以在各种实时业务的情况下由系统操作员和区域协调员精心操作。
如：
监视相角分离或者系统中两个总线或者两个网格之间的相角变化速率。
PAM的另一个重要应用是恢复过程中相角发生180度变化时，会导致线路断开或者开环回路的闭合。
闭合仅会当相位角为低于预设定值时发生，用于预测的一种新的方法是讲PMU和人工智能相结合来监测大电力系统的转子角度稳定性。
图10表示C相的相位角。
是发电机线路1和发电机线路2的相角。
这些相角是相同的，并且由PMU计算。
该图表明，这些相位角从零或120度或由于感性负载120度偏移。
相位角用相同的方式计算的。
相位角的这些所有的值都是和时间同步的。
8.频率和频率变化率的监测
我们可以通过PMU测量频率和频率的变化率。
频率变化能够反映在电力系统元件的阻抗的变化。
我们可以通过频率的变化速率观察系统的稳定性。
图9过流保护
图10电流相角测量
图11示出频率和频率测量块的变化率的模型。
该模型被集成在PMU，因为它是IEEE标准的要求。
该模型的结果示于图12和13。
9.事件记录
如果记录的数据不具有实时性，就很难找出断电的原因或判定大规模干扰的根本原因，PMU为此提供了解决方案。
PMU能长时间、广范围内进行精确动态记录，并且此技术的高速率数据和精度能（及时）捕获电力系统（不断）变化的动态信息。
广域电力系统的动态记录有助于判定系统的如：
线参数、热限制、负荷模型，机械设备性能和与其相关联的控制系统的模型参数，所有数据可以记录硬盘和软体里。
10.实时时间线性状态估计
如果状态估计可能只有PMU测量作为输入，则与传统状态估值相关的许多问题是可以解决的。
由于电源管理单元都与GPS同步，扫描时间的问题变得无关紧要。
一旦扫描时间的问题已经被解决，唯一的问题是采集信息、信息处理、得出解决方案、装置执行之间的延迟。
此外，使用的PMU作为计量装置时，该系统的状态实际上是被直接测量。
不过，仍然需要过滤多余和错误的数据。
正因为如此，PMU应有一个至关重要的可观测的系统——用来检测多余和错误的数据。
11.结论
此论文阐述了执行只用WAMPAC系统的主要原因。
论文开始部分展示讨论典型的WAMPAC结构设计及其主要构建模块。
并附有索引供参考针对此主题所做的研究和取得的成就。
未来供电网络的稳定状态和传输状况会更难以被猜测，因此对于每个控制室系统，WAMPAC系统将会变的不可或缺。
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