肖晋宇1，谢小荣1，李建1，张涛2，罗建裕3，王小英3，吴玉林3
(1．清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084；2．北京四方同创保护与控制设备有限公司，北京100085；3．江苏省电力调度通信中心，江苏省南京市210024)
WIDE-AREADYNAMICSECURITYMONITORINGSYSTEMFORPOWER
NETWORKANDITSDYNAMICSIMULATION
XIAOJin-yu1，XIEXiao-rong1，LIJian1，ZHANGTao2，LUOJian-yu3，WANGXiao-ying3，WUYu-lin3
(1．DepartmentofElectricalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．SifangTongchuangProtectionandControlCo.，Ltd.，Beijing100085，China；3．JiangsuPowerDispatchingCenter，
Nanjing210024，JiangsuProvince，China)
ABSTRACT:Thekeyfunctionsofanovelwide-areadynamicsecuritymonitoringsystem(DSMS)forpowersystemanditsdynamicsimulationtestarepresented,theDSMSisconstitutedbythreeparts,theyare:substationsbasedonphasormeasurementunit(PMU),amainstationwithareal-timesynchrophasordataplatformandananalysiscenterintegratedwithvariousreal-timeandpost-eventanalysissoftware.Thesynchronousreal-timemeasurementofthephasorsandtheirpackingandtransmittingareperformedbyPMU;thephasordatafromthedispersedsubstationarere-synchronized,storedandtransferredbythedataconcentrator(DC)inmainstationtoprovideanopenRTDB(RealTimeDatabase)accessinterfacefortheotheranalysissoftwarepackages;thesoftwareforreal-timeon-linemonitoringandpast-eventanalysisareintegratedinanalysiscentretorealizedynamicsecurityanalysisandmonitoringofpowersystem.Tovalidatetheeffectivenessoftheproposedsystem,partlyandasawhole,anall-arounddynamicsimulationtestwascarriedoutina3-machineand9-buspowersystem,whichwasconstructedinTsinghuaUniversityaffiliated“StateKeyLaboratoryofControlandSimulationofPowerSystemandGenerationEquipment”.Theexperimentalsimulationstobeconductedincludethemeasurementprecisionanddynamicresponsesofthesystemunderthedisturbancessuchasshort-circuitfault,transmissionlinetripping,etc.ThesimulationresultsshowthatthepresentedDSMSpossessesthecapabilitytoperformwide-areareal-timemonitoringandanalysisonthedynamicprocessesoccurredinpracticalpowersystems.
KEYWORDS:Phasormeasurementunit；Wideareameasurementsystem；Dynamicsecuritymonitoringsystem；Dynamicsimulationtest；Powersystem介绍了一种新型电网广域动态安全监测系统及其动态模拟试验。该系统由3部分组成：以相量测量单元(PMU)为核心的子站系统、以同步相量数据平台为核心的主站系统和分析中心站高级应用系统。PMU在子站实现相量的同步实时测量和打包发送；主站系统对来自子站的相量数据进行再同步处理、存储管理以及转发，为高级分析功能提供实时的或历史的相量数据；分析中心站集成了用于实时在线监视与事后分析的软件。在清华大学电力系统大型发电设备安全控制与仿真国家重点实验室用3机9节点的试验系统，对该系统的性能进行了全面测试，进行了精度测试以及短路故障、线路无故障跳开和断线等多种扰动下的模拟试验。试验结果表明，该系统具备了对实际电网动态过程进行广域实时监测与分析的能力。
关键词：相量测量装置；广域测量系统；电网动态安全监测；动态模拟试验；电力系统
1引言
对电力系统运行状态进行准确而全面的实时监测是了解和把握电力系统运行情况的重要手段。以数据采集和监控/能量管理系统(SCADA/EMS)及相关应用软件为代表的调度监测系统是建立在稳态潮流水平上的电力系统运行监测工具，但它不能监测电力系统的动态行为[1]。电力系统动态过程的监测通常采用故障录波来实现。但这种装置需要记录故障过程中节点电气量的三相瞬时采样值，因此记录的时间长度受限，而且各个独立的故障录波装置之间无法进行通信，录波数据之间也难以精确同步，因而使得对于同一故障不同录波器的数据在事后进行整合分析时就非常困难。一些带有同步时钟的故障录波器因缺乏全局算法及无法测量异地机组或母线间的相位关系等而受到限制。因此建立电网稳态和动态过程的直接监测系统是必要的[2]。
电力系统的动态过程可以通过同步的节点电气量的空间矢量进行观测。在不考虑零序、负序和谐波分量的影响时，正序基波的空间矢量可被用来监测电网的动态过程。这与电网运行方式计算和规划部门的数值仿真结果的性质是一致的，二者可以互为校正。基于广域测量技术的电网广域动态安全监测系统(DynamicSecurityMonitoringSystem，DSMS)可在时空二维坐标下监测电力网全局的机电动态过程。所谓广域测量系统(WideAreaMeasurementSystem，WAMS)，是指一种基于同步相量测量及现代通信技术的，对地域广阔的电网运行状态进行监测和分析的，为电网实时控制和运行服务的综合应用系统。
相量测量单元(PhasorMeasurementUnit，PMU)在整个系统中起到了原始数据采集、同步相量计算和同步相量发送的作用。我国对相量测量装置的研究始于20世纪90年代初[3]，经过十几年的研制开发，相量算法[4,5]与相量测量装置已达到工业商品化的要求。
多功能的PMU子站、数据集中器和分级的调度中心站是电网动态安全监测系统不可缺少的组成部分。它是一个具备记录、显示、计算和分析功能的综合应用系统。它需要满足对电网动态过程进行监测的各种要求，并留有对后续的广域控制系统必要的接口。
2动态安全监测系统的体系结构与主要功能
2003年5月在江苏电网投运的电网动态安全监测系统的体系结构如图1所示，其主要功能有：
(1)提供电网中各个节点的相量信息；
(2)在线提供电网实时动态过渡过程的数据和分析结果；
(3)提供电网广域动态安全分析和广域安全稳定控制系统的基础数据平台。
电网的广域动态安全监测可以按照分布实施、统一互联的方案进行。如图1所示，可通过逐级互联实现对地区电网、省内电网、大区电网和跨大区电网的广域监测。
本文介绍的动态安全监测系统主要由3部分组成：以PMU为核心的子站系统，由数据集中器组成的主站数据平台系统，由一系列在线、离线数据分析软件包组成的分析中心站系统。根据各软件模块应用的场合，该系统的软件大致可分为子站软件、数据中心站软件和分析中心站软件。子站软件模块主要包括相量处理算法、综合的误差估计与补偿算法以及发电机内电势的电气量推算算法[6]。数据中心软件平台应用于系统的主站或者[1][2][3]下一页
