LPS-700同步相量测量装置说明书(2012.02.16).doc

LPS 700 同步相量测量装置同步相量测量装置 技术说明书技术说明书 编 制 孟 新 校核 宁元元 审 定 于 浩 技术支持电话 025 86728200 市场部电话 025 52103712 传真 025 52103712 网 址 版权所有 江苏华瑞泰科技股份有限公司 2 20 01 12 2 0 02 2 V Ve er r2 2 2 2 注 本公司保留对此说明书修改的权利 如果产品与说明书有不符之处 请您及时与我公司联系 我们将为您提供相应的服务 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 I 目录目录 第第 1 章章 LPS 700 系统概述系统概述 1 1 1 LPS 700 开发背景 1 1 2 LPS 700 系统特点 1 1 3 LPS 700 技术创新 2 1 4 同步相量测量技术 2 第第 2 章章 PMU 测量系统体系结构概述测量系统体系结构概述 4 2 1 PMU 测量系统体系结构组成 4 2 2 主站系统体系结构 4 2 3 PMU 子站装置体系结构 5 2 4 通道接口及网络系统 6 第第 3 章章 LPS 700 同步相量测量装置的技术指标同步相量测量装置的技术指标 7 3 1 LPS 700 同步相量测量装置功能 7 3 2 LPS 700 同步相量测量装置的技术条件 7 3 2 1 环境条件 7 3 2 2 绝缘性能 7 3 2 3 电磁兼容性 8 3 2 4 机械性能 8 3 2 5 安全性能 9 3 2 6 热性能 过载能力 9 3 2 7 输出触点容量 9 3 3 LPS 700 同步相量测量装置的功能指标 9 第第 4 章章 LPS 700 同步相量测量装置原理同步相量测量装置原理 11 4 1 概述 11 4 2 LPS 700 装置硬件单元组成 11 4 3 PMU 装置数据流 11 4 4 PMU 装置的同步 12 4 5 PMU 装置的测量数据类型 12 4 6 PMU 装置的稳态 动态 测量 12 4 7 PMU 装置的暂态测量 12 4 8 发电机功角 的测量原理 13 第第 5 章章 计算方法计算方法 15 5 1 软件自适应频率跟踪计算法 15 5 2 相量计算 15 5 3 序量计算 16 5 4 高次谐波相量计算 18 5 5 功率及相角计算 18 5 6 平均值计算 19 5 7 突变量计算 19 5 8 变化率 滑差 计算 20 第第 6 章章 LPS 700 同步相量测量装置的硬件部分同步相量测量装置的硬件部分 21 6 1 装置的结构布局 21 6 2 装置的硬件结构 22 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 II 6 3 装置的硬件组成 22 6 3 1 非智能插件 22 6 3 2 智能插件 23 第第 7 章章 相量数据集中器相量数据集中器 PDC 单元单元 27 7 1 PDC 相量数据集中器功能 27 7 2 PDC 相量数据集中器性能 27 7 2 1 技术参数 27 7 2 2 接线端子及前面板指示灯 28 7 3 动态数据文件名命名规则 29 第第 8 章章 通过彩色触摸屏使用装置通过彩色触摸屏使用装置 30 8 1 概述 30 8 2 装置面板 30 8 2 1 主机面板包括 30 8 2 2 扩展装置面板灯 30 8 3 触摸屏 31 8 3 1 开机界面 31 8 3 2 实时数据显示 32 8 3 3 定值整定界面 34 8 3 4 整组试验界面 38 8 3 5 异常查询界面 39 第第 9 章章 通过本地工作站使用装置通过本地工作站使用装置 41 9 1 本地监视工作站概述 41 9 2 数据分析软件 42 9 3 PMU 模拟软件 43 9 4 客户端软件 44 9 4 1 PDC 软件 LINUX 版 44 9 4 2 主站监控系统 44 9 4 3 数据分析软件 51 9 4 4 PMU 模拟软件 54 第第 10 章章 LPS 700 同步相量测量装置暂态录波说明同步相量测量装置暂态录波说明 55 10 1 暂态数据文件名命名规则 55 10 2 记录方式及采样频率 55 10 3 录波启动判据 56 10 3 1 电压判据 56 10 3 2 电流判据 57 10 3 3 频率判据 58 10 3 4 其它判据 59 10 3 5 关于长期越限启动的说明 59 第第 11 章章 安装调试安装调试 60 11 1 装置调试方法简介 60 11 2 对测试仪器的要求 60 11 3 装置的一般检验 60 11 4 运行前检查 61 第第 12 章章 定货与维护定货与维护 62 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 III 12 1 运行与维护 62 12 2 产品包装 62 12 3 运输条件 62 12 4 贮存条件 62 12 5 保修时间 62 12 6 供应成套性 62 12 7 产品附件 63 12 8 订货须知 63 附录 1 PMU 装置插件布置图 64 附录 2 屏后端子图 65 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 1 页 第第 1 章章 LPS 700 系统概述系统概述 1 11 1 LPS 700LPS 700 开发背景开发背景 电力系统中两种传统的监测方法都存在一定的不足 故障录波器记录的原始波形的快 速暂态数据量太大 难以保存长时间的数据 仅记录故障前后短时间内的采样数据 对于 电网中许多系统类型的故障不足以进行分析 SCADA 系统中慢速刷新的稳态数据不能满 足电力系统动态状态估计 低频振荡分析 故障分析的数据动态需求 基于同步相量测量技术的广域测量系统能在时 空 幅值三维坐标下实时地 并且同 步地观测系统全局的动态过程 弥补了现有 EMS SCADA 系统和数字故障录波系统的不足 同时也为电力系统动态分析与监控提供了最直接的技术手段 是电力系统安全稳定经济运 行的重大基础设施 它是由相量测量单元 PMU Phase Measurement Units 相量数据集中 器 PDC Phase Data Concentrator 分析与应用中心 AAC Analysis and Application Centre 以 及作为其基础的高速数据通信网络和电网运行状态定位 时间和空间 的全球卫星通信系统 GPS Global Positioning System 等 5 部分组成 分布于广域电网各处的 PMU 同步测量各站点 电厂和变电站 的相量数据 实时发 送至上级主站 它是 WAMS Wide Area Measurement System 的核心 其最大价值在于传送 相量数据 真实 实时地对互联电网进行广域测量 PMU 在电力系统中的广泛应用不仅为 解决电网安全稳定问题 提高电网动态安全水平和防止大停电事故提供了新的技术途径 同时 PMU 装置采集的同步数据也为电力系统在线应用领域中的分析 控制功能的研究开 发提供了新的数据源 1 21 2 LPS 700LPS 700 系统特点系统特点 江苏华瑞泰科技股份有限公司 依托多年电力系统相关产品的开发经验和雄厚的开发 人才优势 成功研制出 LPS 700 型全局相量同步测量系统 该系统是按 电力系统实时监 测系统技术规范 在华瑞泰稳定控制产品及系统的基础上开发出来的新一代数字电力系统 实时计算平台 它以电力系统各种电压等级的厂站 子站 为数据源 用最前沿的 先进的 IT 技术 电子技术 通信技术和网络技术 将其同步采集并实时传送到数据处理中心 为 电力计算及控制提供实时数据 整套系统是基于全局 应用 前沿技术 以及行业积累的 设计 主要有以下特点 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 2 页 1 性能指标最高的配置 采样密度高 9600Hz 192 点 周波 快速存储 传输数据 10ms 基本间隔 子站裸机方式 无操作系统 下实现网络传输 并采用实时性极强的 UDP 协议 探 索解决了 PMU 用于全局控制和保护的技术障碍之一 准确判断低频振荡 精确补偿装置内 PT CT 及滤波电路的相位延迟 采用新的 IEEE Std C37 118 2005 规约 理论相量取在相量计算时间窗的中点 2 软件自适应频率跟踪计算法 采用独有的软件跟频新算法 保证了相量在任何频率 20 200Hz 下计算的准确性 可以彻底消除基频波动引起的计算误差 能在任何频率下准确计算出当时系统的基波分量 序分量和谐波分量 1 31 3 LPS 700LPS 700 技术创新技术创新 采用独特的高精度光纤自同步技术方法 为 PMU 在实时控制领域的应用提供了可行 性 1 基于 2M 光纤通信和高密度门阵列技术 而不依赖于 GPS 接收装置 实现远距离采样 时钟的同步技术 其原理是通过精确计算对时报文在光纤中的传输时间 同步被对时 站的采样脉冲上升沿 同步精度 0 050 s 开机同步时间 3ms 100km 计算和同步 过程完全由高密度门阵列 CPLD 组成的硬件完成 2 鉴于目前还没有对不同地点的 GPS 秒脉冲精确性进行测量和校准的手段 利用电力系 统的光纤通信网结合光纤自同步技术 为测量异地 GPS 的同步精度提供了可能性 同 时也为区域性的不依赖 GPS 同步技术提供了可能性 1 41 4 同步相量测量技术同步相量测量技术 电力系统常见的正弦电压和电流均可以表示为相量 例如电压信号 表示成相量形式为 如图 1 1 所示 2cos 2 uUf j UUe 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 3 页 ftUu2cos2 j UeU 50Hz Re Im ftUu2cos2 j UeU 50Hz Re Im 图 1 1 瞬时量转化为相量 GPS 为电力系统提供了全网统一的时钟信号 定时精度可达 ns 级 借助 GPS 时钟信号 可以在各厂站构造以余弦函数的参考相量 其它相量都与参考相量比较 得到 0 50fHz 绝对 相角 经过通信系统传输 异地相量按时标综合在一起 削去共同的参考相量就 得到 相对 相角 如图 1 2 Re Re Re Im Im Im O O O Phasor1 Phasor2 Phasor2 Phasor1 Ref1 Ref2 a b c 1 2 同步相量测量原理 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 4 页 第第 2 章章 PMU 测量系统体系结构概述测量系统体系结构概述 2 12 1 PMUPMU 测量系统体系结构测量系统体系结构组成组成 整个测量系统由测量站或参考站 子站 调度中心站 主站 远程通信网组成 PMU装置 PMU装置 PMU装置 主站系统1 PMU装置 PMU装置 主站系统2 通信网络1 通信网络2 GPS卫星 图 2 1 LPS 700 系统体系结构 LPS 700 装置安装于 PMU 子站 采用 9600Hz 的采样速率 实时监测系统的各种实时 运行信息 并通过 100M 以太网可向多个主站实时传送所有采集到的同步信息 为主站端 观测系统的稳定裕度 记录电压失稳 低频振荡等动态过程 实现电力系统安全预警提供 数据支撑 进而逐步实现电力系统控制分析等高级应用 2 22 2 主站系统体系结构主站系统体系结构 主站是安装在电力系统调度中心 用于接收 管理 存储 分析 告警 决策和转发 动态数据的计算机系统 其主要功能包括 接收 管理 存储和转发源自子站的实时测量 数据 对电力系统的运行状态进行监测 告警 分析 决策等 主站之间交换实时测量数 据 并与调度中心 EMS 系统及安全自动控制系统进行数据交换 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 5 页 图 2 2 同步相量测量系统主站体系结构 2 32 3 PMUPMU 子站装置体系结构子站装置体系结构 PMU 子站 LPS 700 装置根据模拟量或开关量信息的采集 形成电压相角信息 调度根 据各子站的相量数据得出系统的惯性中心 或得到相对于参考站功角信息 并自上而下地 提供各枢纽变电站同惯性中心的相角差 或相对于参考站的功角信息 以作为调度人员对 系统稳定性分析判断的参考量 LPS 700 装置同时具备完备的暂态录波的功能 所有变电站 发电厂所需的触发方式都 集成在装置中 可以做到在系统发生扰动时能完整记录系统扰动发生后暂态及动态过程各 阶段的系统电参量变化过程 LPS 700 装置具有下列主要功能 1 功角测量 装置以 9600Hz 的频率进行采样 在每一采样脉冲的上升沿装置同步锁存测量安装点 的三相基波电压 三相基波电流 频率和开关状态 形成数据的时间断面 并在下一次采 样脉冲的上升沿到来前将所有量转换为数字量供装置的其他功能模块处理 2 带时标传送 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 6 页 子站对模拟量或开关量信息进行采集 并进行电压相角测量 将测量信息打上时标 向主站端传送 可接收调度端计算系统的惯性中心向各子站传送相应的参考功角信息 3 故障录波及分析 当系统发生大的扰动 如系统发生短路 系统摇摆 包括低频振荡 次同步振荡 时 进行启动录波 同时对动态相角和电压正序分量进行记录 并可在故障后对所记录的数据 进行分析 子站具有对本子站的故障过程进行重演 并对各模拟量的正 负 零序分量进 行分析 形成故障报告的功能 子站向主站发送故障报告信息等 主站能对各子站的故障 过程进行重演 并进行分析 形成总故障报告 2 42 4 通道接口及网络系统通道接口及网络系统 LPS 700 功角测量装置的测量信息通过电力系统数据网络送到调度端 各子站的 LPS 700 功角测量装置经隔离装置通过以太网接入本站的交换机 各子站内 的交换机为电力系统数据网络的一个节点 功角测量系统由各子站内的交换机及相应的子 站 主站系统形成一个功角测量系统 ATM 实时虚网 与 ATM 网络的接口采用 IEEE Std 1344 1995 R2001 IEEE Std C37 118 2005 应用层规约及 TCP IP 传输规约 通过以太网接 入至各子站内电力系统数据网络的交换机 在调度端 调度中心的处理机通过所配置的路 由器交换机经 10 100M 网络口接入 ATM 网 功角测量系统的传输特性满足下列网络要求 LPS 700 装置通过 100M 以太网接口和 IEEE Std 1344 1995 R2001 IEEE Std C37 118 2005 规约 从数据管道向主站传送实时监测数据 实时记录数据 装置的状态信息以及装 置发出的请求信息 同时可以从命令管道接收主站下达的命令 装置的数据集中器 PDC 可 以扩展多个 100M 以太网接口并配有相应的多个应用进程与 4 16 个主站进行数据通信且互 不干扰 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 7 页 第第 3 章章 LPS 700 同步相量测量装置的技术指标同步相量测量装置的技术指标 3 13 1 LPS 700LPS 700 同步相量测量装置功能同步相量测量装置功能 装置的主要功能 1 采用接受 GPS 北斗等卫星时钟信号或光纤高速自同步信号 为系统的同步采集提供 时钟基准 2 高速采集各通道信号 计算出三相电压电流相量 序量值 开关状态等 3 采用直接法测量发电机内电势角度和功角 计算出内电势相量值 4 通过以太网 采用 IEEE Std 1344 1995 IEEE Std C37 118 2005 电力系统实时动态 监测系统技术规范 的规约 向数据集中器发送带时标的相量值 5 实时数据上传 支持一发多收 可同时与多个主站实时通信 6 按 100Hz 间隔保存实时相量值 可保存 15 天的相量值 7 具备暂态录波功能 可完成故障录波的功能 按 9600Hz 高速采样 录波存盘数据符 合 ANSI IEEEC37 111 1999 COMTRADE 的要求记录故障数据 3 23 2 LPS 700LPS 700 同步相量测量装置的技术条件同步相量测量装置的技术条件 3 2 1 环境条件环境条件 装置在以下环境条件下能正常工作 工作环境温度 10 55 运输中短暂贮存环境温度 25 70 在极限值下不 施加激励量 装置不出现不可逆的变化 温度恢复后 装置应能正常工作 相对湿度 最湿月的月平均最大相对湿度为 90 同时该月的月平均最低温度为 25 且表 面无凝露 大气压力 80kPa 110kPa 3 2 2 绝缘性能绝缘性能 绝缘电阻 各电路分别与地 即外壳或外露的非带电金属零件 之间 交流电流电路与交 流电压电路之间 交流电路与直流电路之间 用开路电压为 500V 的测试仪器测定其绝缘 电阻值不小于 100M 湿热条件下不小于 1 5M 介质强度 1 产品能承受表 3 1 所示的耐压试验 无击穿或闪络现象 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 8 页 2 出厂检验时 允许试验历时缩短为 1s 但此时试验电压值应提高 10 表 3 1 耐压试验数据 试 验 部 位耐压水平 工频 1min 交流电路对地2KV 交流电流和电压电路之间2KV 直流电源电路 包括逆变电源输入端及各开出触点 对地 2KV 交流和直流电路之间2KV 24V 电路 包括开入 24V 电源及所有开入端子 对地1KV 冲击电压 1 产品的各电路分别与地 即外壳或外露的导电件 之间 以及交流电流电路与交流电压电 路之间 能承受标准雷电波的短时冲击电压检验 检验电压的峰值为 5kV 2 承受冲击电压后 产品主要性能指标符合本标准的要求 在检验过程中 允许出现不 导致绝缘损坏的闪络 如果出现闪络 则应复查绝缘电阻及介质强度 此时介质强度 检验电压值为规定值的 75 3 2 3 电磁兼容性电磁兼容性 衰减振荡波脉冲群抗扰度 装置能承受 GB T 14598 13 eqv IEC60255 22 1 规定的 1MHz 和 100kHz 脉冲群干扰试验 第一半波电压幅值共模为 2 5kV 差模为 1kV 静电放电抗抗扰度 装置能承受 GB T 14598 14 idt IEC60255 22 2 规定的 级 接触放 电 6kV 静电放电干扰试验 辐射电磁场抗扰度 装置能承受 GB T 14598 9 idt IEC60255 22 3 规定的 级 10V m 的辐射电磁场干扰试验 快速瞬变抗扰度 装置能承受 GB T 14598 10 idt IEC60255 22 4 规定的 级 通信端口 2 kV 其它端口 4kV 的快速瞬变干扰试验 浪涌 冲击 抗扰度 装置应能承受 GB T 17626 5 规定的 级的浪涌 冲击 抗扰度试验 射频场感应的传导抗扰度 装置应能承受 GB T 17626 6 规定的 级的射频场感应的传导抗 扰度试验 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 9 页 3 2 4 机械性能机械性能 振动 装置能承受 GB T 11287 idt IEC60255 21 1 规定的 I 级振动响应和振动耐受试验 冲击和碰撞 装置能承受 GB T 14537 idt IEC60255 21 2 规定的 I 级冲击响应和冲击耐 受试验 以及 I 级碰撞试验 3 2 5 安全性能安全性能 装置符合 GB 16836 规定的外壳防护等级不低于 IP20 安全类别为 I 类 3 2 6 热性能热性能 过载能力过载能力 1 交流电流回路 在 2 倍额定电流下连续工作 10 倍额定电流下允许 10s 40 倍额定电 流下允许 1s 2 交流电压回路 2 倍额定电压下允许连续工作 3 2 7 输出触点容量输出触点容量 电压不大于 250V 电流不大于 0 5A 时间常数 L R 为 5 0 75 ms 的直流有感负荷回路 中 触点断开容量为 30W 长期允许通过电流不大于 3A 3 33 3 LPS 700LPS 700 同步相量测量装置的功能指标同步相量测量装置的功能指标 表 3 2 输入信号 序号名称范围精度备注 1模拟量96 路可扩展 2开关量路数256 路可扩展 3交流额定电压 Un 有效值 0 5V 140V 0 2 Umax 4交流测量电流 In 有效值 0 001 1 4In 0 2 Imax 1 4A 7A 可选 5交流保护电流 In 有效值 0 01In 20In 5 启动值 20A 100A 可选 6 交流电流最大过载倍数 持续 时间 注 1 40 倍 1s 7直流信号输入范围 0 75mV 5V 300V 750V 4 20mA 可选 0 2 最大值 注 1 施加 1 2Un 装置可持续工作 施加 2In 装置可持续工作 施加 10In 持续 10s 施加 40In 持续 s 后无绝缘损坏 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 10 页 表 3 3 采样指标 采样速率9600Hz 同步采样误差 1us 采样精度16Bits 开关量分辨率 0 1ms 表 3 4 记录容量 嵌入式硬盘200GB 相量存盘速率100Hz s 相量数据保存天数存储最近 15 天 循环刷新 暂态数据记录文件保存数量3000 个以上 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 11 页 第第 4 章章 LPS 700 同步相量测量装置原理同步相量测量装置原理 4 14 1 概述概述 LPS 700 型 PMU 测量系统由同步相量测量装置 PDC 相量数据集中器及本地监控工 作站等三部分硬件组成 并通过软件形成装置内部的数据流和各部分之间的数据流 相量数据集中器 PDC GPS授时单元 100M光 电以太网 100M电以太网 同步相量采集插件开关量测量插件内电势测量插件 GPS授时信号 PMU实时数据中心站1 本地工作站 PMU实时数据中心站2 相量数据存储单元 相量数据传输单元 GPS天线 图 4 1 LPS 700 同步向量测量系统硬件组成 4 24 2 LPS 700LPS 700 装置硬件单元组成装置硬件单元组成 授时同步时钟单元 产生各部分被 PPS 同步的时钟脉冲 相量同步采集单元 进行模拟量 直流量 开关量 内电势的 A D 转换及计算 相量数据存储单元 本地暂态数据的存储 相量数据传输单元 向 PDC 在线发送动态相量数据及离线暂态数据 相量数据集中器 PDC 接收并存储相量测量装置的相量数据并向多个数据中心站发送相量 数据 本地监控工作站 对装置工作情况的显示及设置 4 34 3 PMUPMU 装置数据流装置数据流 104 s 实时采集数据流 各采集单元均以 9600Hz 采集数据并缓存 10ms 实时计算数据流 汇集各采集单元的所有采集数据完成计算并缓存 形成 10ms 动态 数据 10ms 传送动态数据通信数据流 将缓存的 10ms 动态相量数据通过 100M 以太网口输出 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 12 页 暂态数据通信数据流 将存储的故障信息暂态数据通过 100M 以太网口输出 4 44 4 PMUPMU 装置的同步装置的同步 GPS 秒脉冲同步测量时钟 以测量时钟再同步采样时钟 开入量采集时钟 计算时钟 判断时钟及数据传输时钟 4 54 5 PMUPMU 装置的测量数据类型装置的测量数据类型 交流模拟量类型 母线三相电压及正序相量 线路三相测量电流及正序相量 线路三 相保护电流 线路有功 线路无功 机端三相电压 机端三相电流 开关输入量类型 接入母线的刀闸位置信号用于母线切换以及发电机端等开关量信号 频率量类型 直流输入量类型 4 20mA 励磁电压 励磁电流 调速系统信号 AGC 信号 AVC 信号 鉴相与内电势角度类型 发电机转速类型 4 64 6 PMUPMU 装置的稳态 动态 测量装置的稳态 动态 测量 在同步时钟下同一时刻装置完成所有采集量的采集及计算 1 10ms 稳态 PMU 相量数据的生成 2 10ms 稳态 PMU 相量数据的存储 3 10ms 20ms 40ms 间隔稳态 PMU 相量数据的传送 4 装置上的文件存储系统 5 数据集中器 PDC 上的文件存储系统 6 装置上的 PMU 数据传输规约格式 7 裸机 UDP 实时传输协议 8 离线调取 传送 历史 PMU 数据传输协议格式 9 1 分钟数据文件规定 10 参考相量的接收及应用 4 74 7 PMUPMU 装置的暂态测量装置的暂态测量 1 104 s 的 A D 暂态数据流 2 暂态数据的启动记录 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 13 页 3 暂态数据的记录时间长度 A 段 B 段 时间可达 5 秒 4 暂态数据的记录密度 A 段 B 段全部 104 s 间隔密集采集及记录 5 暂态数据的启动定值 6 暂态数据的处于长期越限的处理 7 设置多数据存储缓冲区应对连续故障的暂态数据记录 8 暂态数据存储缓冲区到本地硬盘永久存储的数据搬移 9 暂态数据接近无限的硬盘永久存储量 10 暂态数据硬盘文件的命名形式 11 暂态数据存储及传输的 Comtrade 数据格式 12 离线调取 传送 暂态记录数据传输协议格式 13 故障信息分析软件 4 84 8 发电机功角发电机功角 的测量原理的测量原理 发电机功角 是发电机内电势 Eq 与机端电压之间的夹角 它反映了同步发电机的 出力大小 同时也是衡量系统中各发电机是否同步运行的直接标志 对于功角稳定判别 区域间低频振荡监测有着重要作用 LPS 700 装置中为测量功角 专门配置有内电势测量插件 本插件采用鉴相脉冲与机 端电压的方法测得发电机功角 原理如下 图 4 2 发电机功角测量原理图 图中 Eq 发电机内电势 U 发电机机端电压 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 14 页 发电机功角 鉴相脉冲矢量始终领先内电势 Eq 常数角 鉴相脉冲的产生 在发电机的大轴上安装一个齿轮 整个齿轮只有一个齿 在齿轮边 上固定一个电涡流传感器 当发电机旋转一周时 电涡流传感器感应出一个脉冲 该脉冲 信号即为鉴相脉冲 鉴相脉冲上升沿之间的角度为 360 鉴相脉冲与内电势之间的角度 为固定的 而内电势与机端电压之间的角度为发电机 功角 该功角 与发电机的出力有关 当发电机的出力为 0 时 即满足以下三个条件 时 发电机在额定转速 已给发电机提供励磁电压 此时发电机机端电压为额定电压 发电机还没有同期合闸 此时功角为 0 即机端电压 U 与内电势 Eq 之间的角度为 0 此时的机端电压与鉴相 脉冲上升沿之间的角度即为鉴相脉冲上升沿与内电势 Eq 常数角 该角度可由发电机功 角采集插件 内电势测量插件 自动获得 并做为定值保存到 EEPROM 中 该角度发电 机运行过程中 发电机脱离空载状态后 不再修改 自动闭锁 角的校准功能 在发电机正常运行时 只需获得机端电压与鉴相脉冲上升沿之间的角度后 再减去常 数角 即为发电机功角 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 15 页 第第 5 章章 计算方法计算方法 5 15 1 软件自适应频率跟踪计算法软件自适应频率跟踪计算法 采用频率跟踪技术 是软件跟频计算的新方法 可以彻底消除基频波动引起的计算误 差 能在任何频率下准确计算出当时系统的基波分量 序分量和谐波分量 以下公式都是基于自适应频率跟踪相量算法 5 25 2 相量计算相量计算 以下所有计算均采用软件跟频付氏算法计算各通道相量 相量的数字表示 j Ae Acos jAsin 余弦基波分量的定义 1 11coscossinsintxAtAt 1 1111cossintxatbt 则 1cosaA 1sinbA 电压相量的实部 24 1 22 cos 2424 k k Uruk 电压相量的虚部 24 1 22 sin 2424 k k Uiuk 电压有效值 22 UUrUi 电流相量的实部 24 1 22 cos 2424 k k Irik 电流相量的虚部 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 16 页 24 1 22 sin 2424 k k Iiik 电流有效值 22 IIrIi 5 35 3 序量计算序量计算 1 正序相量 正序电压的实部 1 13 3 22 U rUarUbrUcrUbiUci 虚部 1 13 3 22 U iUaiUbiUciUbrUcr 有效值 22 1113 3 3 UU rU i 正序电流的实部 1 13 3 22 I rIarIbrIcrIbiIci 虚部 1 13 3 22 I iIaiIbiIciIbrIcr 有效值 22 1113 3 3 II rI i 2 用线电压计算正序电压相量 正序电压的实部 1 13 3 22 U rUacrUbcrUbci 虚部 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 17 页 1 13 22 U iUaciUbciUbcr 有效值 22 1113 3 3 UU rU i 3 负序相量 负序电压的实部 2 13 3 22 U rUarUbrUcrUbiUci 虚部 2 13 3 22 U iUaiUbiUciUbrUcr 有效值 22 2223 3 3 UU rU i 负序电流的实部 2 13 3 22 I rIarIbrIcrIbiIci 虚部 2 13 3 22 I iIaiIbiIciIbrIcr 有效值 22 2223 3 3 II rI i 4 用线电压计算负序电压相量 负序电压的实部 2 13 3 22 U rUabrUbcrUbci 虚部 2 13 3 22 U iUabiUbciUbcr 有效值 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 18 页 22 2223 3 3 UU rU i 5 零序相量 零序电压的实部 03 rarbrcrUUUU 虚部 03 iaibiciUUUU 有效值 22 0003 3 3 UU rU i 零序电流的实部 03 rarbrcrIIII 虚部 03 iaibiciIIII 有效值 22 0003 3 3 II rI i 5 45 4 高次谐波相量计算高次谐波相量计算 n 次谐波的相量计算公式 实部 24 1 22 cos 24 k k Xrnxnk N 虚部 24 1 22 sin 24 k k Xinxnk N 有效值 22 XnXrnXin 5 55 5 功率及相角计算功率及相角计算 视在功率 Q SPjUIUrIrUiIij UiIrUrIi 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 19 页 有功功率 PUrIrUiIi PUarIarUaiIaiUbrIbrUbiIbiUcrIcrUciIci PUabrIarUabiIaiUbcrIcrUbciIci 无功功率 QUiIrUrIi Q UaiIarUarIaiUbiIbrUbrIbiUciIcrUcrIci Q UabiIarUabrIaiUbciIcrUbcrIci 相角 时 PQ Q arctg P 时 PQ P 90arc Q tg 当 P Q 0 则 0 P 0 Q 0 时 为第 象限 P 0 Q 0 时 为第 象限 P 0 Q 0 时 为第 象限 P 0 Q 0 时 为第 象限 5 65 6 平均值计算平均值计算 直流量计算采用平均值计算的方法 采用每 10ms 内的连续 96 个采样点的平均值作为 直流量的值 96 1 1 96 k k Xx 5 75 7 突变量计算突变量计算 电压突变量 100 ttmsUUU V 电流突变量 100 ttmsIII V 零序电压突变量 00 0 100 ttmsUUU V 零序电流突变量 00 0 100 ttmsIII V 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 20 页 注 突变量为有符号数 5 85 8 变化率 滑差 计算变化率 滑差 计算 频率变化率 100 100ttmsdfdtffms 电压变化率 100 100ttmsdu dtuums 注 变化率为有符号数 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 21 页 第第 6 章章 LPS 700 同步相量测量装置的硬件部分同步相量测量装置的硬件部分 6 16 1 装置的结构布局装置的结构布局 LPS 700 测量装置结构如下图所示 从上到下依次为多功能机箱 彩色触摸屏主机箱 AC 插件机箱 所有装置安装在一个标准机柜内 机柜为全封闭结构 在机柜前边设有密 封玻璃门 以减少灰尘污染 装置的进出线由柜底进出 所有引线通过机柜内端子排转接 PMU 测量装置 图 6 1 LPS 700 同步相量测量装置屏体布置图 内含 交流输入插件 直流调理插件 直流输出插件 低压开入隔离 插件 逻辑输出插件 内含 管理 CPU 插件 录波 CPU 插件 采集 CPU 插件 开入集中插件 GPS 及功角测量插 件 内含 PDC 相量数据集中器 本地监控工作站 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 22 页 6 26 2 装置的硬件结构装置的硬件结构 录波插件 管理 CPU 插件 采集插件 电 源 面板操作及通讯 交流插件 GPS 天线或光纤 4 路电压 发电机功角测 量插件 对时插件 开入量集中插件高 低压开入隔离 2 个以太 2 个串口 三相机端电压 鉴相脉冲 直流调理插件 图 6 2 LPS 700 同步相量测量装置硬件结构 6 36 3 装置的硬件装置的硬件组成组成 硬件包含两种类型插件 非智能插件和智能插件 6 3 1 非智能插件非智能插件 不含 CPU 主要用于信号转换及提供电源 一共有 5 种非智能插件 它们为交流插件 直流调理插件 低压开入隔离插件 电源 内含 交流输入插件 直流调理插件 直流输出插件 低压开入隔离 插件 逻辑输出插件 2 个以太 2 个串口 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 23 页 插件 逻辑插件 分别介绍如下 1 交流插件 AC 8201 每个交流插件共有 12 个交流量变换器 12 路可任意指定为电压或电流 用于将二次 交流信号 三相电压 三相电流 隔离变换为小电压信号 输入给采集插件 转化两种信 号 1 将现场的二次交流电压 TV 信号 额定值 57 7V 0 140V 转化为 0 3 53V 2 将现场的二次交流电流测量 TA 信号 额定电流 5A 0 7A 转化为 0 3 53V 3 将现场的二次交流电流保护 TA 信号 额定电流 5A 0 100A 转化为 0 3 53V 2 直流调理插件 TMP 8001 将现场的直流输入信号 0 75mV 5V 300V 750V 4 20mA 转换为 0 5V 的直流 信号 考虑到现场输入信号为双极性输入 变换后的信号再经隔离放大器后 变换成共地 0 5V 信号 输入给采集插件 3 低压开入隔离插件 DI 7204 提供给现场开入激励源为直流 220V 或直流 110V 考虑到高压信号不能直接进入采 集插件 现场的信号需经过高压开入隔离插件 转换成 24V 低压开入信号 该高压开入隔 离插件具有施密特特性 当有高电压电平 Ue 输入时 高电平需要 70 Ue 当从高电平变 为低电平时 低电平为 30 Ue 这样可以有效防止外部开入信号接触不良引起的电平抖 动 4 电源插件 POW 6002 输入为直流 220V 或交流 110V 输出为 5V 12V 24V 为各功能插件提供电源 5 逻辑插件 LOG 6901 当装置有告警信号时 录波 CPU 插件通过逻辑插件 发出告警信号 同时在面板上提 示告警信息 异常 1 灯 系统异常 异常 2 灯 装置正常 异常 3 灯 备用 异常 4 灯 暂态故障录波 6 3 2 智能插件智能插件 含 CPU 主要用于信号采集 信号处理 通信 一共有 6 种智能插件 它们分别是开入量集中插件 对时插件及发电机功角采集插件 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 24 页 采集插件 管理 CPU 插件 录波插件 触摸屏 它们的功能分别为 1 开入量集中插件 DI 7205 现场的开入信号 经过低压开入隔离插件隔离后 由开入插件采集开关量信号 每个 低压开入隔离插件可采集 64 路开关量信号 将开关量信号经过内部总线送给录波 CPU 开入插件的分辨率为 0 1ms 2 对时及功角测量插件 GPS 7604 功能 根据秒脉冲信号生成同步采样信号和 10ms 信号 同时可采集 4 路频率和 4 路 鉴相信号 具体功能如下 1 可编程的大规模集成电路根据卫星对时模块 GPS 或北斗系统 的秒脉冲 该秒脉 冲信号精度为 1us 产生同步的采样脉冲 9600 点 秒 给采集板 这样所有的装 置采样信号都被秒脉冲同步 也就是不同地点的装置都是同步采样的 误差 6us 高速 DSP 根据秒脉冲产生统一时标 根据采样脉冲和 GPS 秒脉冲的信号 同步 生成 10ms 脉冲给各采集插件 2 本插件具有接收光纤对时信号 B 码对时信号及脉冲对时信号的功能 当站内接 收不到 GPS 信号时 本插件能通过接收远端的光纤对时信号进行数据采样的同步 大规模集成电路 通过精确计算光纤的延时时间 由同一主站根据 GPS 的秒脉冲 信号通过光纤向各子站发出采样脉冲 各子站根据光纤的延时时间产生采样脉冲 同步精度可达到 60ns 采用这种方式可以保证不同的装置在不同的地点也是同时 采样 3 本插件还提供守时功能 当接收授时信号丢失或者异常时 GPS 信号中断时 能继 续为整个 PMU 装置提供同步采样脉冲信号 直到 GPS 信号重新获得连接 4 可采集 4 路频率信号 首先将 4 路电压信号经过硬件滤波及过零比较后 转化为 4 路方波信号 分别输入给高速的 DSP 芯片 DSP 芯片采用上升沿触发功能 获 得上升沿间的主频脉冲个数 从而获得上升沿之间的宽度 可以计算出频率 一 共可获得 4 个频率 采取四取一方式获得频率 同时计算出频率变化率 5 可采集 4 路鉴相脉冲信号 在发电机正常运行时 只需获得机端电压与鉴相脉冲 上升沿之间的角度后 再减去常数角 即为发电机功角 指示灯说明 面板有四个灯 从上到下的定义如下 1 灯 运行灯 1 秒钟闪动一次 2 灯 GPS 秒脉冲灯 捕捉到秒脉冲后闪动一次 该灯闪动时 表示秒脉冲信号接 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 25 页 收正常 3 灯 GPS 串口通讯灯 接收 GPS 串口的时间信息 每收到正确信息后 该灯闪动 一次 4 灯 与主 CPU 板通讯灯 与主 CPU 通讯正常时闪动 3 采集插件 ATD 8808 采集插件以 32 位机 ARM9 为核心 每路采用独立 16 位 A D 每个采集插件可采集 24 路交流信号或直流信号 且此插件的前 12 路具有测频功能 依据对时模块的采样脉冲 进 行同步高速采样 并进行标度变换 采样频率为 9600Hz S 在 10ms GPS 秒脉冲同步 中断程序中 分别对交流信号和直流信号进行如下处理 对于交流量用付氏滤波生成相量的实部和虚部 有效值 对于直流采用平均值的方式计算出直流量的有效值 实时地将所采集到的 A D 码值 有效值送给主 CPU 4 管理 CPU 插件 CPU 9002 以 32 位机 ARM9 为核心 采用微内核的实时多任务操作系统 它的特点为 实时性 强 中断响应速度快 主要完成暂态录波数据的收集和存盘 通过以太网与远方进行通讯 接收远方指令 可以将录波文件通过以太网发送给远方 指示灯说明 面板上有 9 个灯 从上到下定义如下 1 灯 1 以太网载波灯 2 灯 1 以太网通讯灯 1 以太网发送或接收数据时闪动 3 灯 2 以太网通讯灯 2 以太网发送或接收数据时闪动 4 灯 2 以太网载波灯 5 灯 驱动程序运行灯 当驱动程序运行时 400 毫秒钟闪动一次 6 灯 应用程序运行灯 当应用程序运行时 400 毫秒钟闪动一次 7 灯 录波数据传送灯 当接收录波 CPU 板传送的录波数据时点亮 8 灯 存盘灯 当向硬盘存储录波数据时点亮 9 灯 备用 未定义 5 录波插件 CPU 9004 以 32 位机 ARM9 为核心 完成数据的传输 它收集各采集插件的数据 并打成一个 数据包 根据对时插件的时标 在每一个数据包上打上时标 按规定的格式将采样数据 相量数据及有效值据根据 电力系统实时动态监测系统技术规范 规定的规约通过高速以 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 26 页 太网送给数据收集器 PDC 1 按 100Hz s 速率将相量数据按照 电力系统实时动态监测系统技术规范 的数据 格式发送给 PDC 2 录波判断 根据测得数据 实时判断有无故障 如有故障 自动将采样数据按 A B 段记录格式存入硬盘 3 与人机界面进行通讯 将实时数据送到触摸屏上显示 同时接受触摸屏发送过来 定值修改及其它命令 指示灯说明 面板上有 8 个灯 从上到下定义如下 1 灯 1 以太网载波灯 2 灯 1 以太网通讯灯 1 以太网发送或接收数据时闪动 3 灯 2 以太网通讯灯 2 以太网发送或接收数据时闪动 4 灯 2 以太网载波灯 5 灯 备用 未定义 6 灯 程序运行灯 当程序运行时 400 毫秒钟闪动一次 7 灯 录波数据传送灯 当向管理 CPU 板传送录波数据时闪动 8 灯 录波动作灯 当装置正在录波时闪动 6 彩色触摸屏 以 32 位机 ARM9 为核心 采用 Windows CE 操作系统 完成采集单元的人机交互 可实时显示各种采集量 便于现场的监测 可输入修改定值 IP 地址等可变参数 可现场 调取各种异常及事件的信息 显示直观 操作方便 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 27 页 第第 7 章章 相量数据集中器相量数据集中器 PDC 单元单元 7 17 1 PDCPDC 相量数据集中器功能相量数据集中器功能 本装置可以连接多个 LPS 700 同步相量测量装置或其它 PDC 支持与多个远方主站通 信 完成数据接收 数据汇集与调度 数据上发 中间层 数据分发 顶层 1 可以连接 1 16 个 LPS 700 同步相量测量装置或 PDC 用以太网组网 方便扩展 2 转发延时小于 5ms 数据不发生堵塞 数据包丢失率Open Table 图 9 18 弹出 Open Table 打开数据表 对话框 选择打开需要修改设置的数据表 修改后保 存即可 数据表存放在程序文件的 data 文件夹中 共有六个数据表 analog DB 模拟量表 digital DB 开关量表 event DB 事件记录表 phasor DB 相量表 江苏华瑞泰科技 LPS 700 同步相量测量装置技术说明书 第 50 页 pmuinfo DB pmu 装置信息表 stationinof db 子站配置表 图 9 19 打开相量表 点击菜单上的 Table 如下所示 图 9 20 选择 Edit Data 就可