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东北电力学院学报

第25卷第1期JournalOfNortheastChinaVol.25,No.1

2005年2月InstituteOfElectricPowerEngineeringFeb.,2005

文章编号:1005-2992(2005)01-0028-04

基于广域测量系统的电压稳定在线监测系统设计

刘道伟1,黎平1,穆钢1,谢小荣2
(1.东北电力学院电力工程系,吉林吉林132012;2.清华大学电机工程系,北京海淀100084)

摘要:电压稳定性的离线分析不仅计算量大,而且难以适应实际系统运行方式的改变,因而电压
稳定性的实时监视和控制逐渐变得重要。基于同步相量技术的广域动态测量系统,可以在时空坐标下
监测电力系统动态运行特性,弥补了现有SCADA系统和故障滤波系统的不足,为大电网动态电压稳定
监测奠定了基础。较详细的介绍了WAMS的基本理论、系统监测的内容和分析方法、系统设计综述、系
统功能模块的具体设计说明。
关键词:电力系统;电压稳定;电压稳定在线监测;广域测量系统
中图分类号:TM714.2文献标识码:A

近几十年大面积的电压失稳或崩溃在不少电力系统经常发生[1]。电压稳定研究主要是评估系统
在正常或偶然状态下保持所有节点电压在可接受水平的能力[2]。近几十年来,电力系统向大电网、高
电压和远距离输电发展,虽然对提高经济效益、促进环境保护起到了重要作用,但是也给电力系统的安
全运行带来了新的问题,电压失稳就是其中之一[3]。电压稳定性的离线分析不仅计算量大,而且难以
适应实际系统运行方式的改变,因而电压稳定性的实时监视和控制逐渐变得重要[4。]
20世纪90年代初,基于全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)的相量测量单元(Phasor
MeasurementUnit,PMU)的成功研制,标志着同步相量(synchrophasor)技术的诞生。它在电力系统中
的广泛应用,促进了大电网广域测量/监视系统(Wide2AreaMeasurement/MonitoringSystem,WAMS)的
形成和发展。现代电网的规模不断扩大,动态特性非常复杂,电压在线稳定性监测越来越需要从系统整
体来考虑。WAMS能实现广域电网运行状态的在线同步测量,借助于高速通信网络还可将测得的相量
数据进行汇总,这就为实现全局型的电压稳定性在线监测创造了条件[5]。因此,设计开发出一种基于
广域测量系统的电压稳定综合在线监测和分析的高级应用系统具有重要的意义。

1WAMS的基本原理

WAMS的基本原理可用图1来说明。在发电厂和变电站
安装相量测量单元(PMU),它对母线电压和线路电流进行三
相交流采样,采用相量算法计算正负零序相量、频率和功率,
对于发电厂还得到机组的内电势相量,然后由GPS接收器提
供的高精度时钟信号将测量结果打上时标,继而遵循共同的
接口协议(如IEEE1344标准)将带时标的相量数据打包并通
过高速通信网络传送到数据中心,数据中心对各子站的相量图1WAMS系统结构图

收稿日期:200421129
作者简介:刘道伟(1981-),男,东北电力学院电力工程系硕士研究生.
基金项目:国家自然科学基金项目(50323002,50407001)。

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第1期刘道伟等:基于广域测量系统的电压稳定在线监测系统设计92

进行同步处理和存储,并可计算系统惯性中心角度和各机组、母线的相对相角,进一步由相应的应用程
序,对相量数据执行实时评估以动态监视电网的安全稳定性,或进行离线分析为系统的优化运行提供依
据,进一步与控制结合起来,提高电网的安全稳定水平和传输能力。

2监测的内容和分析方法

2.1电压越限监测
电压失稳的判据可为母线电压下降,平均值持续低于限定值。具体的电压数值和持续时间可以根
据系统具体情况设定。根据WAMS采集的电压相量信息,实时监测系统电压的分布,当出线异常状态
(稳态越限、暂态越限)时,进行报警、启动录波等功能。
2.2灵敏度指标监测
灵敏度指标从定性的物理概念出发,利用系统中某些量的变化关系分析稳定性问题,得到了广泛应
[7,8]
用。本监测系统主要用其中的:dPL/dVL和dQL/dVL两个,即负荷节点电压与该节点无功、有功需

求变化的相互关系。PL,QL分别表示负荷节点输出的有功、无功功率,VL为负荷节点电压。实时计算
上述指标,显示给用户,根据灵敏度指标判断系统系统薄弱母线,并与离线计算的临界值或经验值进行
对照,从而实现预报。
2.3裕度指标监测

文献[9]给了裕度指标定义,在本电压监测系统中所有的电压稳定裕度指