电力系统广域测量试题2011

1、电力系统广域测量试题汇总1、 WAMS系统与传统SCADA系统的区别是什么？（李晨） SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统即数据采集和监控系统，它是电网调度自动化系统的基础和核心，负责采集和处理电力系统运行中的各种实时和非实时数据，是电网调度中心各种应用软件主要的数据来源。 WAMS系统即广域测量系统，其采用同步相角测量技术，通过逐步布局全网关键测点的同步相角测量单元（PMU），实现对全网同步相角及电网主要数据的实时高速率采集。采集数据通过电力调度数据网络实时传送到广域监测主站系统，从而提供对电网正常运行与事故扰动情况下的实时监测与

2、分析计算，并及时获得并掌握电网运行的动态过程。 两者主要有以下几点区别： （1）监测范围不同：SCADA采用RTU单元只能采集系统稳态量（如V、I、P等），而且不能采集各母线的相量信息以及发电机的功角。而WAMS采用的PMU单元利用GPS信号实现数据的同步采集，采集信号除稳态量外，还包括各个母线电压电流的相角，并且能对各台发电机的功角进行测量。 （2）对动态过程的监测不同：SCADA系统采集的数据一方面采样周期较长（一般3秒刷新一次）而且数据不同步，调度中心不能通过这些信息跟踪系统运行的动态情况。而PMU可以在更为精细的时间尺度上（毫秒级）直接测量节点电压的幅值和相角以及发电机的功角，装设PM

3、U的子站具有完全可观性，可以更好地监控电力系统的动态过程。 （3）对数据共享的要求不同：WAMS系统测量的是各母线电压的相量和发电机功角，要求数据的同步采集和传输，并且WAMS系统数据几十毫秒刷新一次，带来的海量数据对数据共享和通信系统具有较高的要求。 （4）应用范围不同：WAMS系统将系统监测的水平由稳态水平提高到动态水平，在此基础上具有更广泛的高级应用。在低频振荡、广域保护、状态估计、故障测距方面具有很广泛的应用。 （5）造价不同：建立完备的WAMS系统投资比较大，抛弃原有的SCADA系统也比较浪费。一种可行的方案是：只在系统中最关键的部分安装 WAMS系统，以精细的 WAMS 量测数据对

4、这部分系统进行精确监控，并利用这些精细数据来提高系统其它部分SCADA数据的精度。2、 系统数据传输、检错和纠错方式分别有哪几种？（龙波） 数据交换方式：系统数据传输方式主要有CDT（循环传送）和polling（询问应答式）两种。CDT技术要求本规约采用可变帧长度、多种帧类别循环传送、变位遥信优先传送，重要遥测量更新循环时间较短，区分循环量、随机量和插入量采用不同形式传送信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。Polling当中心站主动发出指令，定时或随时地呼叫遥测站，遥测站响应中心站的查询并实时采集数据发送给中心站的遥测系统；当中心站没有发出指令时，不传送数据。 检

5、错方式： 奇偶校验：根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数 来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。 累加和校验， 异或校验：把所有数据都和一个指定的初始值（通常是0）异或一次，最后的结果就是校验值，通常把她附在通讯数据的最后一起发送出去。接收方收到数据后自己也计算一次异或和校验值，如果和收到的校验值一致就说明收到的数据是完整的。 循环校验(CRC)：它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CRC值不同，则说明数据通讯出现错误。 许用码/

6、禁用码. 纠错方式：（网上找的）反馈纠错，前向纠错，混合纠错。 反馈纠错（重发数据）：这种方式在是发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，在接收端则根据编码规则收到的编码信号进行检查，一量检测出(发现)有错码时，即向发信端发出询问的信号，要求重发。发信端收到询问信号时，立即重发已发生传输差错的那部分发信息，直到正确收到为止。所谓发现差错是指在若干接收码元中,知道有一个或一些是错的，但不一定知道错误的准确位置。 前向纠错：这种方式是发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到信码中不仅能发现错码，还能够纠正错码。采

7、用前向纠错方式时，不需要反馈信道，也无需反复重发而延误传输时间，对实时传输有利，但是纠错设备比较复杂。 混合纠错：混合纠错的方式是：少量纠错在接收端自动纠正，差错较严重，超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要求重发。因此，“混合纠错”是“前向纠错”及“反馈纠错”两种方式的混合。对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制技术，否则就将事倍功半。3、 简述WAMS的架构及其关键技术？ 架构：1. 各节点上的监测和控制装置均以GPS为广域公共时间基准。2. 节点之间建立信息交互通道，并进行必要的信息交换，以满足相互协作和配合的需要。3. 整个系统按预定的程序运行，能够满足广域同步测量、协调控制

8、和广域并行计算等诸方面的要求。 关键技术：高性能的PMU 高性能的同步发电机功角测量单元高性能的基于GPS的同步时间单元可靠快速的数据交换技术运行机制设计动态过程录波技术数据共享技术广域监测系统的远程维护技术提高广域监测系统可靠性的技术。4、 简单说明发电机功角的测量方法 （1）根据同步发电机运行相量图，利用在发电机端测得的电压电流数据以及发电机参数，利用发电机参数和相量关系计算功角。优点是概念清楚，简单且容易实施（无需装设转子位置传感装置）。缺点：但是，简单地根据发电机运行相量图计算获得功角，其测量精度受到限制。如果说，发电机在稳态运行，铁芯不饱和且各有关参数能够准确获得，那么，无疑能得到准

9、确的功角。然而，发电机在运行时，其铁芯总有一定的饱和度，且其饱和度随着运行工况的变化而变化，不仅与励磁电流有关而且与负荷有关。因此，用于计算功角的同步发电机参数存在误差，导致功角计算值有较大的误差，并且该误差会随运行工况的变化而变化。在暂态过程中，发电机内部电磁关系非常复杂，严格的讲，这时应该用微分方程描述各电磁量之间的关系而不能用相量图描述发电机的运行状态。此时，若用相量图计算功角，其误差将会更大。解决办法：于是，有文献在相量图计算功角的基础上提出了一些修正方法。文献113介绍了利用发电机内部的电磁关系修正暂态过程功角计算值的方法。文献114介绍了一种利用发电机励磁电流进行修正的方法，该文介

10、绍了计算结果，未介绍有实际应用。上述各种修正方法的实际应用效果还有待于实际应用的检验。 （2）利用发电机转速的积分测量发电机功角。这种方法的依据是旋转矢量的角位移是其瞬时角速度对时间的积分这一基本关系。如果对两个旋转矢量的瞬时角速度同时进行积分，则理论上能保证任意时刻两积分值之差即是两旋转矢量的相位差。问题：在实际应用中，这一方法要解决两个问题，其一是如何确定各旋转矢量的初始位置，其二是如何消除累计误差。办法：确定初始位置的一种方法是，在发电机空载时，将功角初始化为零。但这种办法也有缺陷，如果发电机连续运行，在功角测量装置失掉电源再上电时，就会丧失功角的初值，因为此时发电机已不是空载，而无法再

11、初始化。文献111-112介绍了根据上述原理研制的同步发电机功角测量装置，其中，发电机转速从转速传感器获得。为了消除外来干扰引入的累计误差，该装置根据发电机运行相量图通过计算确定初始功角，并通过发电机转子每转一周减去2消除累计误差。 （3）在发电机转轴上安装均匀齿盘测量发电机功角，这种方法乃是利用测速装置测量功角，主要用于实验室，许多文献介绍了这种方法。这种方法的基本原理是，通过固定传感器感应与发电机转子一起旋转的均匀齿盘获取反映发电机旋转状态的脉冲信号，再将该脉冲信号分频获得与发电机电压同频率的方波信号，用这一方波信号跟发电机端电压进行比相获得功角。问题：由于分频的起始点是随机的，每次开机都

12、可能不同，所以每次测量时都要校零。除此之外，在测量中，如果受到外来干扰，功角测量值出错，则再也无法在线校正了。由此可见，这种简单方法是不能满足实际应用要求的。（4）利用能够准确确定转子位置的传感装置实现同步发电机功角直接测量。 要完成功角测量任务，必须比较Eq与Us的相位，由于发电机空载电势是不可测得的，因此必须找到一个与它具有恒定相位关系的量来替代它参与相位比较。从电机学的知识知道，当同步发电机转子d轴与定子绕组某相轴线重合时，该相空载电势正好从负到正过零点。根据转子位置与空载电势这一相位上的对应关系，可以装设转子位置传感器获取转子位置信号，由转子位置信号代替空载电势参与相位比较。 由于传感

13、器与齿轮的安装不可能精确，设圆盘的齿轴线与转子d轴在空间上相差电角度，以圆盘的齿轴线滞后d轴为正。位置传感器的轴线与A相轴线在空间上相差电角度，以位置传感器2的轴线滞后为正。则有关系 +=+ 为转子位置信号与机端电压方波uA的相位差，以转子位置信号滞后为正。+仅仅与空间位置有关，当发电机组和转子位置传感装置安装完毕后，其值不会再改变，并且可由发电机空载运行时测得。当发电机空载时=0。记此时测得的角为0，则有： +=0因此 =0-优点：这种方法的优点是十分明显的：一是能够准确确定转子位置，能够实现转子位置的自动校零；二是实现功角直接测量，所测量到的功角不受发电机铁芯饱和情况的影响，即使在发电机的

14、暂态过程中也能实现功角的准确测量；三是能够实现每个齿的独立校零，既免去齿盘的精加工，对安装精度也没有苛刻的要求。四是具有很强的抗干扰性能，无论何时受到干扰使功角测量值出错，在下一轮特殊脉冲的到来时即可自动校正。（5）其他原理的功角测量方法。除了前面介绍的测量原理外，还提出了一些新的功角测量原理。如利用发电机固有的3的整倍次谐波测量发电机功角的方法、采用神经网络的功角测量方法。但这些方法尚未见到实际应用报道，都有待于实际应用的检验。5、 倍频器的其他实现方法（锁相倍频）（叶松） 6、 基于GPS的电力系统广域同步时间服务系统的时间同步方法有哪几种？请简要阐述。答案：博士论文第44页 （1）实时监

15、视GPS和窄脉冲选通1PPS策略。在GPS信号接收与预处理单元中，一方面实时监视卫星信号接收的状态，当卫星数量少于4颗时，立刻屏蔽下传的1PPS；另一方面，实时监视两个相邻秒脉冲间隔的均匀性，如果发现异常也立刻屏蔽1PPS。这两种措施的作用是对1PPS进行“预审查”，通过它可以有效避免将错误1PPS传送到同步定时信号发生器。为了避免错误同步，在同步定时信号发生器中通过一个与门用窄脉冲选通1PPS。在正常运行时，根据守时钟产生一个与1PPS同步的窄脉冲，该脉冲的宽度为10 s,其前沿比1PPS的前沿提前5 s。这样，只有前沿在正确1PPS的前后5 s内摆动时，该1PPS才能通过，通过这种方法大大

16、提高了时间服务系统的抗干扰能力和避免了错误同步的可能。 （2）GPS校频和余数分摊法。（论文第45页） （3）渐进同步法。将GPS的和广域同步定时信号发生器产生的秒脉冲信号分别引入DSP的两个捕获输入端，每当它们的上升沿到来时，就在捕获寄存器中得到一个相应时刻得计数值。比较两个捕获寄存器得到的计数值，就可以知道两个秒脉冲信号是否同步，如果不同步，也可以通过它们求得需要调整同步的方向和调整量。当调整量较小时，可以采用一次调整到位的方法进行调整。但对于过小的调整量，可以不作调整，因为GPS的秒脉冲本身也不是绝对没有误差的，也存在着相位抖动问题。如果在出现非常小得误差时就进行调整，就会将这种抖动传递

17、给输出信号，这显然是不合理的。当需要调整的量较大时，应采用多次调整逐渐逼近的方法，即渐进同步法。采用这种方法时，先设定一个调整步长，每次调整时最多调整一个步长的调整量，调整步长的选择要兼顾相位抖动和调整速度两个方面。采用渐进同步法有两个方面的好处：一是输出的同步定时信号相位抖动小；二是即使受到比较大的干扰也不大可能错误同步。因为一次只调了一个步长，即使本次调整不当，在下一个秒脉冲到来时即可得到纠正。7、 发电机功角直接测量原理概述4.（3） 简述测量广域电力系统中电压相位的方法（过零检测法）上一届第2题简述电力系统中通信系统的结构（丁璐）：博士论文第28页的图 在图 3.3 所示的通信模型中，

18、使用了两个专用信道和一个网络端口，并在远程数据交换控制器和信道之间插入了一个负载调配器。其中，两个专用信道带宽相同，用于传输要求快速交换的实时数据，网络端口用于对传输可靠性和实时性要求相对较低一些的数据和批量数据的交换。负载调配器用于执行负载调配策略，分配具体数据包的传输时间和传输端口。为此，本系统将实时数据按对实时性和可靠性程度要求的不同分成 3 个级别，对实时性和可靠性要求最高的称为 1 级，次之的称为 2 级，最次之的称为 3 级。同时采用了如下负载调配策略：（1）1 级数据传输。选择专用信道带宽，使得单独一个专用信道带宽的某一固定百分数（如 20）就能满足所有 1 级数据的实时传输。在

19、专用信道正常时，在第一工作步骤传输所有 1 级数据包，而且将同一包 1 级数据同时在两个专用信道中传输，以提供相互备份，可避免数据在传输过程中出错时重传，保证 1 级数据传输的实时性。当有一个专用信道故障时，第一工作步骤在健全的专用信道中传输所有的1级数据包，29接着再重传一次所有的 1 级数据包，通过这种方法仍然可以提供数据备份，但可靠性有所降低。（2）2 级数据传输。在专用信道都正常时，同一包 2 级数据也同时在两个专用信道中传输，但这种传输只有 1 级数据传输完毕后才能进行。在一个专用信道发生故障时，在传输完两遍 1 级数据后，2 级数据在专用信道中只传输一次。此时，在第一工作步骤将 2

20、 级数据从网络端口输出一次，可以提供降低了实时性要求的数据备份。（3）3 级数据传输。在专用信道都正常时，在 2 级数据传输完毕后，3 级数据在传用信道中传输一次，再通过网络端口输出一次。当有一个专用信道故障时，3 级数据通过网络端口输出两次。（4）批量数据传输。批量数据传输往往对实时性要求不高，它根据请求传输，对于一次请求，批量数据从网络端口输出一次。在有重传要求时，才再次进行批量数据的传输。为了不影响 2 级和 3 级数据在网络中的实时传输，批量数据应该分装成多个小数据包分时传输。 按照上述负载调配策略，远程数据传输具有很好的实时性和可靠性。上述 1 级、2 级和 3 级数据的划分是根据预

21、先的约定进行的，由子系统主动发送。批量数据的发送由于是通过响应请求进行的，不存在预先约定的问题，依据当时的请求发送。 在实际应用中，不同级别的数据对实时性的要求可能相差很大。例如，有可能 1级数据在每个工作节拍需要传送一次，而2级数据可能若干工作节拍才要求传送一次。在这种情况下，如果 2 级数据包比较长，则应将其分成多个包传输，这样可节约信道带宽。 对于那些对实时性和可靠性要求非常高的问题，如将平台用于电力系统的暂态稳定控制，则图 3,3 所示通信系统模型的两个专用通道可扩展为两组专用通道。此时，不仅信道带宽被扩展，而且通信的可靠性也得到了提高。在一个信道发生故障时，则只需将故障信道的负载分摊

22、到本组的其它信道即可。 从上面分析可知，本文所提出平台的通信模型具有很强的可扩展和可升级能力，其实现可以通过改变负载调配策略进行。顺便指出，通信系统模型中的负载调配器可以是通过物理实现的，也可以是通过逻辑实现的。如果是通过逻辑实现的，则它可以将是远程数据交换控制器中的一个子程序。8、 电力系统传统的监测和控制系统存在的问题？博士论文第5页 （1）每台装置或每个应用系统自成体系，缺乏全局协调和配合。 （2）缺乏高精度的广域同步时间基准。 （3）缺乏统一的相互协调相互配合机制和技术手段。 （4）缺乏实现电力系统协调控制的理论依据。9、 同步向量测量单元测量向量的基本方法和原理。 离散傅式变换法（参见上一届第6、13题）及博士论文第67页 过零检测法（参见上一届第2题）10、 如果利用算法的改进，使gps的测量精度更加准确（马龙鹏）。44页 实时监视GPS和窄脉冲选通1PPS策略。 GPS校频