第2章 广域同步相量测量技术

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1、第2章广域同步相量测量技术同步相量技术能够利用GPS信息同步地采样模拟电压、电流信号，可以得到电压和电流信号的幅值和相角，被认为是电力系统未来最重要的测量技术。同步相量技术的特性：（1）它能够提供时间同步的次秒级采样数据，典型的每秒10，25或60个采样值。可用于电力系统广域实时动态监测、稳定监测、稳定裕度监测，同时也可以提高状态估计，实施广域控制与保护等功能。(2)传统的SCADA系统是基于稳态潮流分析，因此无法观测系统的动态特性。而同步相量技术通过采集次秒级的同步相量数据能够观测电力系统的动态行为。（3）同步相量数据可以使得局部母线测量信息用于电网的广域动态显示，因此可以实现分布式

2、传感和协调控制；（4）同步相量测量可以直接提供次秒级的相角信息。这些相角数据传统上是通过状态估计得到的，一般每5分钟更新一次。（5）同步测量信息能够提高事故后扰动分析能力。为了实现同步相量测量，IEC制定了IEC1344－1995规约，而后进行了修正，并在2005年形成IECC37.118-2005规约，该规约对非额定频率的信号进行了详细的定义。系统必须要能够接收具有高精度、可靠的时钟信号。目前，世界上共有四大卫星定位系统：美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯的格洛纳斯GLONASS和我国的北斗卫星导航系统。美国的全球定位系统（GPS）使用21+3颗高度约2.02万千米的卫星组

3、成卫星导航系统。每颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 欧洲“伽利略”系统与GPS相比，有较大的不同。“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。该系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心，可以为公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步

4、旅行者有保障地提供精度为1米的定位导航服务。“伽利略”系统可以发送实时的高精度定位信息，这是现有的卫星导航系统所没有的，同时“伽利略”系统能够保证在许多特殊情况下提供服务，如果失败也能在几秒钟内通知客户。与美国的GPS相比，“伽利略”系统更先进，也更可靠。美国GPS向別国提供的卫星信号，只能发现地面大约10米长的物体，而“伽利略”的卫星则能发现1米长的目标。“格洛纳斯”是俄语中“全球卫星导航系统”的缩写。该系统标准配置为24颗卫星，而18颗卫星就能保证该系统为俄罗斯境内用户提供全部服务。美制GPS从卫星反馈到地面的GPS信号很弱，如果对方采取多种干扰，都会使地面GPS接收机无法正常工作

5、。而“格洛纳斯”系统的卫星具有更强的抗干扰能力。该系统卫星分为“格洛纳斯”和“格洛纳斯－Ｍ”两种类型，后者使用寿命更长，可达７年。研制中的“格洛纳斯－Ｋ”卫星的在轨工作时间可长达10年至12年。北斗卫星导航系统空间段由５颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为１０米。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。美国的全球定位系统（GPS）是一个接收型的定位系统，只转播信号，用户接收就可以做定位了，不受容量的限制。“北斗一号”是双向的，既有定位又有通信的系

6、统，但是有容量限制。中国计划2008年满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，逐步扩展为全球卫星导航系统。传统的电力系统SCADA系统，为了满足采集信息的全局可用性，采样调度校对时钟的方法不断向监控站发送对时命令，以使全网信息采集系统的时钟一致。由于精度不够，因此计算出的相角信息无法做到实际监测和控制应用。将同步相量测量技术应用到电力系统，为电力系统真正实现实时安全监控提供了必要的基础。132.1同步向量技术2.1.1向量相量是用于表示正弦信号的具有幅值和相角的量。设正弦信号表示为（2－1）其中，为正弦波形的幅值，为正弦信号的瞬时频率，为初始相角。信号的相量表示为（2－2）图2－1

7、.相量表示对一个简单的RL电路，其方程为其解，我们可以用指数形式复数表示电压和电流为，则相量方程为电流相量解由上可知，相量有一下特点：l相量表示的是正弦波形。相量幅值与正弦波形的最大值相等，相角为时间时刻波形的相角；l相量只表示单一频率分量；l在相量解中已经没有时间变量，所有参数都为常数；l在稳态研究中，用相量表示再理论上没有必要定义时间参考点；l在电力系统中，相量技术可用于任何参数恒定、频率单一的问题研究。如潮流计算和短路计算程序等。从理论上