Войти
Используя PMU, легко обнаружить аномальные формы сигнала. Математически описанная форма сигнала называется фазором. A блок измерения фазора (PMU) - это устройство, используемое для оценки величины и фазового угла электрической величины фазора (например, напряжения или тока) в электросети с использованием общего источника времени для синхронизации. Синхронизация времени обычно обеспечивается GPS или IEEE 1588 Протокол точного времени, который позволяет синхронизировать измерения в реальном времени нескольких удаленных точек в сети. PMU способны быстро захватывать отсчеты из формы волны и восстанавливать величину вектора, состоящую из измерения угла и измерения амплитуды. Результирующее измерение известно как синхрофазор . Эти синхронизированные по времени измерения важны, потому что, если спрос и предложение сети не полностью согласованы, дисбаланс частот может вызвать нагрузку на сеть, что является потенциальной причиной отключения электроэнергии.
PMU также могут использоваться для измерения частота в электросети. Типичный коммерческий PMU может сообщать измерения с очень высоким временным разрешением, до 120 измерений в секунду. Это помогает инженерам анализировать динамические события в сети, что невозможно с традиционными измерениями SCADA, которые генерируют одно измерение каждые 2 или 4 секунды. Таким образом, PMU оснащают коммунальные предприятия расширенными возможностями мониторинга и управления и считаются одним из наиболее важных измерительных устройств в энергосистемах будущего. PMU может быть выделенным устройством, или функция PMU может быть встроена в защитное реле или другое устройство.
В 1893 году Чарльз Протеус Штайнмец представил работу по упрощенному математическому описанию форм колебаний электричества переменного тока. Стейнмец назвал свое изображение фазором. С изобретением векторных единиц измерения (PMU) в 1988 г. доктором Арун Г. Фадке и Др. Джеймс С. Торп из Технологического института Вирджинии, методика вычисления вектора Стейнмеца превратилась в вычисление измерений вектора в реальном времени, которые синхронизируются с абсолютным эталоном времени, обеспечиваемым глобальной системой позиционирования. Поэтому мы называем синхронизированные векторные измерения синхрофазорами. Первые прототипы PMU были построены в Virginia Tech, а Macrodyne построила первый PMU (модель 1690) в 1992 году. Сегодня они доступны на коммерческой основе.
С увеличением объема распределенных энергоресурсов в энергосистеме потребуется больше систем наблюдения и контроля для точного отслеживания потока энергии. Исторически сложилось так, что электроэнергия доставлялась клиентам в однонаправленном режиме через пассивные компоненты, но теперь, когда клиенты могут генерировать свою собственную энергию с помощью таких технологий, как солнечные фотоэлектрические системы, это превращается в двунаправленную систему для распределительных систем. В связи с этим изменением необходимо, чтобы сети передачи и распределения постоянно отслеживались с помощью передовых сенсорных технологий, таких как ––PMU и uPMU.
Проще говоря, общедоступная электрическая сеть, которой управляет энергокомпания, изначально была спроектирована таким образом, чтобы получать электроэнергию из одного источника: генераторов и электростанций компании-оператора, и подавать ее в сеть, где потребители потребляют электроэнергию. мощность. Теперь некоторые клиенты используют устройства для выработки электроэнергии (солнечные панели, ветряные турбины и т. Д.) И для экономии затрат (или для получения дохода) также возвращают электроэнергию в сеть. В зависимости от региона подача энергии обратно в сеть может осуществляться через чистый учет. Из-за этого процесса необходимо измерять и регулировать напряжение и ток, чтобы гарантировать, что мощность, поступающая в сеть, соответствует качеству и стандартам, которые ожидает оборудование заказчика (что видно по таким показателям, как частота, синхронность фаз и напряжение). Если этого не сделать, как говорит Роб Лэндли, «у людей начнут взрываться электрические лампочки». Эта функция измерения и есть то, что делают эти устройства.
PMU может измерять формы волны переменного тока 50/60 Гц (напряжения и токи), обычно с частотой 48 выборок за цикл, что делает их эффективными при обнаружении колебаний напряжения или тока менее чем один цикл. Однако, когда частота не колеблется около или около 50/60 Гц, блоки PMU не могут точно восстановить эти формы сигналов. Фазорные измерения от PMU строятся на основе косинусоидальных волн, которые следуют приведенной ниже структуре.
A в этой функции - скалярное значение, которое чаще всего описывается как величина напряжения или тока (для измерений PMU). Θ - это сдвиг фазового угла от некоторого заданного начального положения, а ω - угловая частота формы волны (обычно 2π50 Гц или 2π60 Гц). В большинстве случаев PMU измеряют только величину напряжения и фазовый угол и предполагают, что угловая частота является постоянной. Поскольку эта частота считается постоянной, при измерении вектора она не учитывается. Измерения PMU - это задача математической подгонки, когда измерения подгоняются к синусоидальной кривой. Таким образом, когда форма сигнала не является синусоидальной, PMU не может точно соответствовать ей. Чем менее синусоидальной является форма сигнала, например поведение сети во время падения напряжения или неисправности, тем хуже становится представление вектора.
Аналоговые сигналы переменного тока, обнаруженные PMU, оцифровываются с помощью аналого-цифрового преобразователя для каждой фазы. Генератор с фазовой синхронизацией вместе с эталонным источником глобальной системы позиционирования (GPS) обеспечивает необходимую высокоскоростную синхронизированную выборку с точностью до 1 микросекунды. Однако блоки PMU могут принимать несколько источников времени, включая эталоны, не относящиеся к GPS, при условии, что все они откалиброваны и работают синхронно. Результирующие векторы с метками времени могут передаваться на локальный или удаленный приемник со скоростью до 120 выборок в секунду. Возможность видеть синхронизированные по времени измерения на большой площади помогает изучить, как сеть работает в целом, и определить, какие части сети подвержены различным возмущениям.
Исторически только небольшое количество PMU использовалось для контроля линий передачи с допустимыми ошибками около 1%. Это были просто более грубые устройства, установленные для предотвращения катастрофических отключений. Теперь, с изобретением технологии микросинхронных векторов, многие из них желательно установить в распределительных сетях, где можно контролировать мощность с очень высокой степенью точности. Эта высокая степень точности позволяет значительно улучшить видимость системы и реализовать интеллектуальные превентивные стратегии контроля. PMU больше не требуются только на подстанциях, они требуются в нескольких местах в сети, включая трансформаторы с переключением ответвлений, сложные нагрузки и шины для фотоэлектрических генераторов.
В то время как PMU обычно используются для передачи систем, проводятся новые исследования эффективности микро-PMU для распределительных систем. В передающих системах напряжение обычно как минимум на порядок выше, чем в распределительных системах (от 12 кВ до 500 кВ, в то время как распределение работает на 12кВ и ниже). Это означает, что системы передачи могут иметь менее точные измерения без ущерба для точности измерения. Тем не менее, системам распределения требуется большая точность, чтобы повысить точность, что является преимуществом uPMU. uPMU уменьшают ошибку измерения фазового угла на линии с ± 1 ° до ± 0,05 °, обеспечивая лучшее представление истинного значения угла. Термин «микро» перед PMU просто означает, что это более точное измерение.
A фазор - это комплексное число, которое представляет как величину, так и фазовый угол синусоидальных волн в электричестве. Одновременные фазорные измерения на любом расстоянии называются синхрофазорами. Хотя термины «PMU» и «синхрофазор» обычно используются взаимозаменяемо, на самом деле они представляют два отдельных технических значения. Синхрофазор - это измеряемое значение, тогда как PMU - это измерительное устройство. В типичных приложениях единицы измерения вектора берутся из широко разбросанных точек в сети энергосистемы и синхронизируются с общим источником времени глобальной системы позиционирования (GPS) радиочасов. Технология синхрофазора предоставляет системным операторам и проектировщикам инструмент для измерения состояния электрической системы (во многих точках) и управления качеством электроэнергии.
PMU измеряют напряжения и токи в основных пересекающихся точках (критических подстанциях) в электросети и может выводить векторы напряжения и тока с точной отметкой времени. Поскольку эти векторы действительно синхронизированы, синхронное сравнение двух величин возможно в реальном времени. Эти сравнения можно использовать для оценки состояния системы, например: изменения частоты, MW, MVAR, кВ и т. д. Наблюдаемые точки предварительно выбираются с помощью различных исследований, чтобы сделать чрезвычайно точные измерения фазового угла, чтобы указать сдвиги в стабильности системы (сети). Данные векторов собираются либо на месте, либо в централизованных местах с использованием технологий концентратора данных Phasor. Затем данные передаются в региональную систему мониторинга, которую поддерживает местный независимый системный оператор (ISO). Эти ISO будут отслеживать данные вектора от отдельных PMU или от 150 PMU - этот мониторинг обеспечивает точные средства для установления контроля за потоком энергии от нескольких источников генерации энергии (ядерной, угольной, ветровой и т. Д.).
Эта технология может изменить экономику доставки электроэнергии, позволяя увеличить поток энергии по существующим линиям. Данные синхрофазора могут использоваться для обеспечения потока мощности до динамического предела линии, а не до предела наихудшего случая. Технология синхрофазора откроет новый процесс создания централизованного и избирательного контроля за потоком электроэнергии по сети. Эти меры будут влиять как на крупномасштабные (с несколькими состояниями), так и на отдельные участки линий электропередачи на пересекающихся подстанциях. Таким образом, перегрузка (перегрузка) линий электропередачи, защита и контроль будут улучшены во многих регионах (США, Канада, Мексика) за счет соединения ISO.
Векторная сеть состоит из векторных измерительных блоков (PMU), рассредоточенных по всей электроэнергетической системе, для сбора информации и диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) на центральном посту управления. Такая сеть используется в глобальных измерительных системах (WAMS), первая из которых была начата в 2000 г. Bonneville Power Administration. Полная сеть требует быстрой передачи данных с частотой дискретизации векторных данных. Отметка времени GPS может обеспечить теоретическую точность синхронизации лучше 1 микросекунды. «Часы должны иметь точность до ± 500 наносекунд, чтобы обеспечить стандарт времени в одну микросекунду, необходимый для каждого устройства, выполняющего измерения синхрофазора». Для систем с частотой 60 Гц блоки PMU должны доставлять от 10 до 30 синхронных отчетов в секунду в зависимости от приложения. PDC коррелирует данные, а также контролирует и отслеживает блоки PMU (от дюжины до 60). На центральном пункте управления система SCADA каждые 2–10 секунд представляет общесистемные данные обо всех генераторах и подстанциях в системе.
PMU часто используют телефонные линии для подключения к PDC, которые затем отправляют данные на сервер SCADA или глобальной системы измерения (WAMS). Кроме того, блоки PMU могут использовать повсеместные мобильные (сотовые) сети для передачи данных (GPRS, UMTS ), что позволяет потенциально сэкономить на инфраструктуре и затратах на развертывание. за счет большей задержки передачи данных. Однако появившаяся задержка передачи данных делает такие системы более подходящими для исследовательских и опытно-конструкторских кампаний и мониторинга в режиме, близком к реальному времени, и ограничивает их использование в системах защиты в реальном времени.
PMU от нескольких поставщиков могут давать неточные показания. В одном тесте показания различались на 47 микросекунд - или разница в 1 градус при 60 Гц - неприемлемое отклонение. Китайское решение проблемы заключалось в создании всех собственных PMU, соответствующих его собственным спецификациям и стандартам, чтобы не было источников конфликтов, стандартов, протоколов или характеристик производительности от разных поставщиков.
Установка типичного 10 Phasor PMU - простой процесс. Вектор будет либо трехфазным напряжением, либо трехфазным током. Поэтому для каждого фазора потребуется 3 отдельных электрических соединения (по одному для каждой фазы). Обычно инженер-электрик проектирует установку и соединение PMU на подстанции или на электростанции. Персонал подстанции привяжет стойку оборудования к полу подстанции в соответствии с установленными требованиями к сейсмической установке. Затем PMU вместе с модемом и другим вспомогательным оборудованием будет установлен на стойке для оборудования. Они также установят антенну Global Positioning Satellite (GPS) на крыше подстанции в соответствии с инструкциями производителя. Персонал подстанции также установит «шунты» во всех вторичных цепях трансформатора тока (CT), которые должны быть измерены. PMU также потребует подключения канала связи (модем при использовании 4-проводного подключения или Ethernet для сетевого подключения).
Стандарт IEEE 1344 для синхрофазоров был завершен в 1995 году и подтвержден в 2001 году. В 2005 году он был заменен на, который был полностью переработан и касался вопросов, касающихся использование PMU в электроэнергетических системах. В спецификации описаны стандарты измерения, метод количественной оценки измерений, требования к испытаниям и сертификации для проверки точности, а также формат и протокол передачи данных для передачи данных в реальном времени. Этот стандарт не был исчерпывающим - он не пытался учесть все факторы, которые PMU могут обнаруживать в динамической деятельности энергосистемы. В декабре 2011 года была выпущена новая версия стандарта, в которой стандарт IEEE C37.118-2005 разделен на две части: C37.118-1, относящийся к оценке вектора, и C37.118-2, протокол связи. Также были введены две классификации PMU: M - измерение и P - защита. Класс M близок по эксплуатационным требованиям к исходному стандарту 2005 г., в первую очередь для измерения в установившемся режиме. Класс P ослабил некоторые требования к производительности и предназначен для отслеживания динамического поведения системы. Поправка к C37.118.1 была выпущена в 2014 году. IEEE C37.118.1a-2014 изменил требования к производительности PMU, которые не считались достижимыми.
Другие стандарты, используемые с интерфейсом PMU:
