基于GPS的发电机功角广域测量与数据通信
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摘要
基于GPS的电网动态安全稳定监视与控制系统的研究和应用是当前电力系统自动化领域的前沿课题，它对于提高电网安全稳定运行的水平具有十分重大的理论和实际意义。本文针对当前基于GPS的电网动态安全稳定监控系统中一些关键技术，开展了研究工作。主要内容有：
1．在总结了现有发电机功角测量方法的基础上，提出了利用发电机自有的转速信号实时测量功角的新方法，该方法克服了传统方法精度不高，工程实施难等缺点，并能通用于汽轮发电机和水轮发电机，具有较高的理论和实用价值。
2．采用IP技术进行电力信息的实时传输是电力通信发展的趋势，针对当前电力通信面临多业务综合传输的需求，依据OSI参考模型和TCP/IP协议模型，在不同网络层次上，探讨适用于电力系统的网络通信技术，并给出了具体应用的实现模型和协议。
3．为满足电网动态监控系统中对数据传输的要求，采用了ATM技术和以太网技术相结合的方式，通过全光纤通道，构建了一套实时、可靠的全网相角信息实时传输系统。
4．结合具体工程项目，探讨了发电机功角信息在厂站端的应用，实现了相应的软硬件。
现场运行表明，所提出的发电机功角实时测量方法和实时数据传输的模式，达到了工程要求，为最终实现电网动态安全稳定监视和控制打下了坚实的基础，具有重大的工程应用价值。
Along with the growth in interconnections, the complexity of power systems is continually increasing. The stability problem becomes more and more serious. With the PMU(Phasor Measurement Units) based on GPS (Globe Position System), the phase angle of power system is measured, so dynamic behavior of the system is monitored and controlled. Some new applications in the monitoring and control system are presented in this paper. The main contents are followed:
1. A new method for measuring the position of the rotor and the real-time rotor angle of the synchronous generator using GPS and tachometer is presented in this paper, which can be easily realized in engineering practice with high accuracy.
2. Based on OSI and TCP/IP reference model, the principle and technology of data communication network for the power system are introduced .The scheme of constructing data communication network for dynamic monitoring and control system is expounded.
3. A transfer system for PMU data is built based on the Ethernet and ATM technology. In the system, the communication delay is reduced by using the Ethernet switch combined the ATM switch .The error rate is reduced also because the program of the communication is programmed with the Winsock and TCP/IP protocol.
4. The applications of PMU data in monitoring substation are given. The hardware and the software are designed and implemented.
The validity of these methods studying above has been tested by the application in Henan Provincial Power Company, which meet the requirements of the engineering practice.
1．在总结了现有发电机功角测量方法的基础上，提出了利用发电机自有的转速信号实时测量功角的新方法，该方法克服了传统方法精度不高，工程实施难等缺点，并能通用于汽轮发电机和水轮发电机，具有较高的理论和实用价值。
2．采用IP技术进行电力信息的实时传输是电力通信发展的趋势，针对当前电力通信面临多业务综合传输的需求，依据OSI参考模型和TCP/IP协议模型，在不同网络层次上，探讨适用于电力系统的网络通信技术，并给出了具体应用的实现模型和协议。
3．为满足电网动态监控系统中对数据传输的要求，采用了ATM技术和以太网技术相结合的方式，通过全光纤通道，构建了一套实时、可靠的全网相角信息实时传输系统。
4．结合具体工程项目，探讨了发电机功角信息在厂站端的应用，实现了相应的软硬件。
现场运行表明，所提出的发电机功角实时测量方法和实时数据传输的模式，达到了工程要求，为最终实现电网动态安全稳定监视和控制打下了坚实的基础，具有重大的工程应用价值。
Along with the growth in interconnections, the complexity of power systems is continually increasing. The stability problem becomes more and more serious. With the PMU(Phasor Measurement Units) based on GPS (Globe Position System), the phase angle of power system is measured, so dynamic behavior of the system is monitored and controlled. Some new applications in the monitoring and control system are presented in this paper. The main contents are followed:
1. A new method for measuring the position of the rotor and the real-time rotor angle of the synchronous generator using GPS and tachometer is presented in this paper, which can be easily realized in engineering practice with high accuracy.
2. Based on OSI and TCP/IP reference model, the principle and technology of data communication network for the power system are introduced .The scheme of constructing data communication network for dynamic monitoring and control system is expounded.
3. A transfer system for PMU data is built based on the Ethernet and ATM technology. In the system, the communication delay is reduced by using the Ethernet switch combined the ATM switch .The error rate is reduced also because the program of the communication is programmed with the Winsock and TCP/IP protocol.
4. The applications of PMU data in monitoring substation are given. The hardware and the software are designed and implemented.
The validity of these methods studying above has been tested by the application in Henan Provincial Power Company, which meet the requirements of the engineering practice.
引文
[1] Phadke A G.Synchronized Phasor Measurement in Power Systems. IEEE Computer Application in Power Systems, 1993,6(2): 10-15
[2] IEEE Working Group Report. Synchronized Sampling and Phasor Measurement for Relaying and Control .IEEE Trans on PWRD, 1994,9 (1):442-449
[3] Yutaka Ota. Evaluation of Stability and Electric Power Quality in Power System by Using Phasor Measurements.In:PowerCon2000.Perth(Australia):2000.1335-1340
[4] 苗世洪，王少荣．基于GPS的电网状态监测系统的设计与实现．电力系统自动化，2000，24(12)：52-56
[5] 闵勇，丁仁杰，任勇等．电力系统全网同步监测系统，清华大学学报(自然科学版)，1997，7：86-88
[6] 卢志刚，郝玉山，康庆平等．电力系统相角测量和应用．电力系统自动化，1997，21(4)：41-44
[7] 郭炳庆，孙元章，卢强．电力系统稳定性分析与控制实时仿真决策系统．电力系统自动化，2000，24(18)：6-10
[8] 时伯年，崔文，韩英铎等．基于GPS同步相量的电力系统暂态稳定预测控制．清华大学学报(自然科学版)，2002，42(3)：316-320
[9] 杨洪，金李莎．关于电力通信发展战略的思考．电力系统通信，2000，6：2-11
[10] 李春华，潘勇伟．华东电网厂站RUT实时信息上网传输的实现．电力系统自动化，2002，26(6)：59-61
[11] 洪宪平．走向网络化的远动系统．电力系统自动化，2001，25(6)：1-3
[12] 罗毅，涂光瑜，张锦辉等．变电站信息数字化传输方案．电力系统自动化，2001，25(8)：42-44
[13] 吕志来，张保会，哈恒旭．基于PMU的电力系统暂态稳定实时快速预测的研究．继电器2000，1：3-5
[14] 黄晓莉．面向21世纪的国家电力数据网络．电力系统自动化，1999，22(12)
[15] 韩英铎，王仲鸿，林孔兴等．电力系统中的三项前沿课题．清华大学学报(自然科学版)，1997，37(7)：1-6
[16] 聂志伟，陆于平．网络化数字保护信息通信设计．电力系统自动化，2000，24(20)：45-48
[17] 刘清瑞，成海颜．采用因特网进行电力实时数据通信的试验研究．电力系统自动化，2001，25(18)：67-68
[18] 金基圣，南德哲等．电网动态稳定实时监测系统．电力系统自动化，1999，23(10)：17-19
[19] 卢志刚，穆永民．GPS技术在实时相角测量中的应用．电力自动化设备，2000(12)：20-24
[20] 王兆家等．华东电网多功能实时监测系统的开发及应用．电网技术，2002(8)：73-77
[21] 钟志安，程林，孙元章等．全局暂态功角测量研究及动态模拟实验．电力系统自动化，2002，25(8)：16-22
[22] 闫苏莉．电力系统功角测量方案的研究．西安石油学院学报，1999(5)：31-32
[23] 郭茂，彭白杨，冯旭．电力系统实时相角测量新方法．电测与仪表，2000(11)：21-24
[24] 任勇，闵勇，徐飞等．全网同步监测系统的实时数据传输．清华大学学报(自然科学版)， 1997，7：82-85
[25] 卢志刚，韩岩等．电力系统实时相角监测系统动模试验研究．电力自动化设备，2001(10)：7-10
[26] 崔元，程林，孙元章等．应用ATM网络实现电力系统远程实时监控．电力系统自动化，2002，26(14)：7-11
[27] Uyless Black. ATM:Internetworking with ATM. Englewood Cliffs(NJ):Prentice Hall,1999
[28] 吕英华，常卫国等译．ATM技术实用大全．人民邮电出版社，2000，3
[29] Veciana G D,Kesidis G, Walrand J.Resource Management in Wide-area ATM Networks Using Effective Band-widths.IEEE J Select Areas Commun,1995,13(6):1081-1090
[30] 赵斌，刘增基．ATM网络中CBR业务排队性能分析．电子学报，2001，29(10)：1306-1309
[31] 黄立群，汪永明等．IFQ一种新的ATM网络业务调度算法．通信学报，2000，21(2)：23—29
[32] 崔元，程林，孙元章等．电力系统实时决策系统中的实时通信．电力系统自动化，2002，26(8)：6-8
[33] 敖志刚．现代高速交换局域网及其应用．北京：国防工业出版社，2001，4．
[34] 鲁士文．计算机网络协议和实现技术．清华大学出版社，2000．
[35] Microsoft Corp. Microsoft Developer Network Library.Seattle:Microsoft Press,2001．
[36] 专祥涛，郑贵林．基于Web技术的变电站自动化．继电器，2002，30(4)：47-49
[37] 曹惠彬．论21世纪电力通信发展大趋势．电力系统通信，2001，1：8-13
[38] 孙风杰．电力宽带综合业务数字网的建设与发展．电网技术，2000，24(1)：67-71
[39] 洪宪平．电力综合数据网的建设．中国电力，2000，2：61-64
[40] 辛耀中，卢长燕．电力系统数据网络技术体制分析．电力系统自动化，2000，24(21)：1-6
[41] 林荣东，陈枫等．基于广域网连接的电力数据网设计．电力系统自动化，2000，24(17)：53-56
[42] 熊桂喜，王小虎译．计算机网络(第三版)，清华大学出版社，1998．
[43] 王汉新．计算机通信网络实用技术．科学出版社，2000．
[44] 周捷，陈尧，崔建中．母线电压同步相角测量算法研究及实现．继电器，2002，30(3)：13-16
[45] 余晓龙，丁仁杰等．区域稳控装置内部数据传输体系的改进与实现．电力系统自动化，2001，25(24)：41-44
[46] 王强，韩英铎．电力系统厂站及调度自动化综述．电力系统自动化，2000，24(5)：61-69
[47] 元翔，范方黎．电力宽带数据通信网的设计方案．电力系统自动化，2000，24(18)：56-60
[48] 王彬业，蒋桂香，王颖等．发电机功角的计算及应用．继电器，2000，28(5)：28-29
[49] 董清，单波等．同步发电机功角转速测量装置．华北电力大学学报，1999，26(7)：7-10
[50] 刘素英，梁军等．发电机功角微机测量及其应用．电力系统自动化，1993，17(10)：42-46
[51] 孟昭勇，梁军．功角测量系统及其在动模实验室中的应用．继电器，1998，26(4)：27-31
[52] 袁萍生．新型发电机功角测量装置的设计．广东电力，1997，3：43-47
[53] 陈志鹏．基于GPS的发电机转子位置测量：[硕士学位论文]．西安交通大学，2001
[54] 王少荣，孙海顺等，同步发电机功角高精度测量方法及实现．中国机械工程，1999， 10(6)：667-670
[55] Liu C W,et al.Application of a novel fuzzy neural network to rell-time transient stability swings prediction based On synchronized phasor measurements.IEEE Trans on Power Systems,1999,14(2):685-692
[56] C. Rehtanz, Online Stability Assessment and Wide Area Protection based on Phasor measurements, Bulk Power System Dynamics and Control V, August 26-31, 2001, Onomichi, Japan
[57] Kosterev D N,et al.Feasibility study of using synchronized phasor measurements for generator dropping controls in the colstrip system.IEEE Trans on Power Systems,1998,13(3):755-761
[58] Cigré TF 38.02.19 (Convenor: D. Karlsson), System Protection Schemes in Power Networks, to appear 2001.
[59] 陈升．网络化变电站自动化系统的应用．电网技术，2003，27(2)：72-75
[60] 王小华，蒋铁铮．基于单片机的发电机功角自适应在线监测．华北电力技术，2002，2：31-33
[61] 苗世洪，王少荣．利用双口RAM实现主机与远方多个子机的实时数据交换问题．计算机工程与应用，1999，11：120-121
[62] 罗毅．分布式故障录波系统．电力系统自动化，2001，10：59-62
[63] 屠强，周迎秋，白铮等．黑龙江东部电网区域稳定控制系统的研制开发．电力系统自动化，1997，21(7)：106-108
[64] 章育群．大型发电机功角的微机测量系统．微处理机，2001，5：54-57
[65] 汪建，代仕勇．发电机功角的微机测量系统．仪器与仪表，2001，1：17-21
[66] 郑太一．功角特性的同步发电机失磁静稳判据．电力自动化设备，1999，8：50-51
[67] 严伟，陆于平等．基于功角直接测量及预测的发电机失步预测保护．继电器，2001，3
[68] 赵天洪．现场总线与控制系统．电力系统自动化，2000，24(13)：62-65
[69] 杨军，张哲等，基于以太网的发变组监录系统数据通讯的方案设计与实现．继电器，2002，6：43-49
[70] 杨立环，吴希再．在Visurl C++ 6.0下采用多线程实现远程数据采集的方法．继电器，2001，5：27-29
[2] IEEE Working Group Report. Synchronized Sampling and Phasor Measurement for Relaying and Control .IEEE Trans on PWRD, 1994,9 (1):442-449
[3] Yutaka Ota. Evaluation of Stability and Electric Power Quality in Power System by Using Phasor Measurements.In:PowerCon2000.Perth(Australia):2000.1335-1340
[4] 苗世洪，王少荣．基于GPS的电网状态监测系统的设计与实现．电力系统自动化，2000，24(12)：52-56
[5] 闵勇，丁仁杰，任勇等．电力系统全网同步监测系统，清华大学学报(自然科学版)，1997，7：86-88
[6] 卢志刚，郝玉山，康庆平等．电力系统相角测量和应用．电力系统自动化，1997，21(4)：41-44
[7] 郭炳庆，孙元章，卢强．电力系统稳定性分析与控制实时仿真决策系统．电力系统自动化，2000，24(18)：6-10
[8] 时伯年，崔文，韩英铎等．基于GPS同步相量的电力系统暂态稳定预测控制．清华大学学报(自然科学版)，2002，42(3)：316-320
[9] 杨洪，金李莎．关于电力通信发展战略的思考．电力系统通信，2000，6：2-11
[10] 李春华，潘勇伟．华东电网厂站RUT实时信息上网传输的实现．电力系统自动化，2002，26(6)：59-61
[11] 洪宪平．走向网络化的远动系统．电力系统自动化，2001，25(6)：1-3
[12] 罗毅，涂光瑜，张锦辉等．变电站信息数字化传输方案．电力系统自动化，2001，25(8)：42-44
[13] 吕志来，张保会，哈恒旭．基于PMU的电力系统暂态稳定实时快速预测的研究．继电器2000，1：3-5
[14] 黄晓莉．面向21世纪的国家电力数据网络．电力系统自动化，1999，22(12)
[15] 韩英铎，王仲鸿，林孔兴等．电力系统中的三项前沿课题．清华大学学报(自然科学版)，1997，37(7)：1-6
[16] 聂志伟，陆于平．网络化数字保护信息通信设计．电力系统自动化，2000，24(20)：45-48
[17] 刘清瑞，成海颜．采用因特网进行电力实时数据通信的试验研究．电力系统自动化，2001，25(18)：67-68
[18] 金基圣，南德哲等．电网动态稳定实时监测系统．电力系统自动化，1999，23(10)：17-19
[19] 卢志刚，穆永民．GPS技术在实时相角测量中的应用．电力自动化设备，2000(12)：20-24
[20] 王兆家等．华东电网多功能实时监测系统的开发及应用．电网技术，2002(8)：73-77
[21] 钟志安，程林，孙元章等．全局暂态功角测量研究及动态模拟实验．电力系统自动化，2002，25(8)：16-22
[22] 闫苏莉．电力系统功角测量方案的研究．西安石油学院学报，1999(5)：31-32
[23] 郭茂，彭白杨，冯旭．电力系统实时相角测量新方法．电测与仪表，2000(11)：21-24
[24] 任勇，闵勇，徐飞等．全网同步监测系统的实时数据传输．清华大学学报(自然科学版)， 1997，7：82-85
[25] 卢志刚，韩岩等．电力系统实时相角监测系统动模试验研究．电力自动化设备，2001(10)：7-10
[26] 崔元，程林，孙元章等．应用ATM网络实现电力系统远程实时监控．电力系统自动化，2002，26(14)：7-11
[27] Uyless Black. ATM:Internetworking with ATM. Englewood Cliffs(NJ):Prentice Hall,1999
[28] 吕英华，常卫国等译．ATM技术实用大全．人民邮电出版社，2000，3
[29] Veciana G D,Kesidis G, Walrand J.Resource Management in Wide-area ATM Networks Using Effective Band-widths.IEEE J Select Areas Commun,1995,13(6):1081-1090
[30] 赵斌，刘增基．ATM网络中CBR业务排队性能分析．电子学报，2001，29(10)：1306-1309
[31] 黄立群，汪永明等．IFQ一种新的ATM网络业务调度算法．通信学报，2000，21(2)：23—29
[32] 崔元，程林，孙元章等．电力系统实时决策系统中的实时通信．电力系统自动化，2002，26(8)：6-8
[33] 敖志刚．现代高速交换局域网及其应用．北京：国防工业出版社，2001，4．
[34] 鲁士文．计算机网络协议和实现技术．清华大学出版社，2000．
[35] Microsoft Corp. Microsoft Developer Network Library.Seattle:Microsoft Press,2001．
[36] 专祥涛，郑贵林．基于Web技术的变电站自动化．继电器，2002，30(4)：47-49
[37] 曹惠彬．论21世纪电力通信发展大趋势．电力系统通信，2001，1：8-13
[38] 孙风杰．电力宽带综合业务数字网的建设与发展．电网技术，2000，24(1)：67-71
[39] 洪宪平．电力综合数据网的建设．中国电力，2000，2：61-64
[40] 辛耀中，卢长燕．电力系统数据网络技术体制分析．电力系统自动化，2000，24(21)：1-6
[41] 林荣东，陈枫等．基于广域网连接的电力数据网设计．电力系统自动化，2000，24(17)：53-56
[42] 熊桂喜，王小虎译．计算机网络(第三版)，清华大学出版社，1998．
[43] 王汉新．计算机通信网络实用技术．科学出版社，2000．
[44] 周捷，陈尧，崔建中．母线电压同步相角测量算法研究及实现．继电器，2002，30(3)：13-16
[45] 余晓龙，丁仁杰等．区域稳控装置内部数据传输体系的改进与实现．电力系统自动化，2001，25(24)：41-44
[46] 王强，韩英铎．电力系统厂站及调度自动化综述．电力系统自动化，2000，24(5)：61-69
[47] 元翔，范方黎．电力宽带数据通信网的设计方案．电力系统自动化，2000，24(18)：56-60
[48] 王彬业，蒋桂香，王颖等．发电机功角的计算及应用．继电器，2000，28(5)：28-29
[49] 董清，单波等．同步发电机功角转速测量装置．华北电力大学学报，1999，26(7)：7-10
[50] 刘素英，梁军等．发电机功角微机测量及其应用．电力系统自动化，1993，17(10)：42-46
[51] 孟昭勇，梁军．功角测量系统及其在动模实验室中的应用．继电器，1998，26(4)：27-31
[52] 袁萍生．新型发电机功角测量装置的设计．广东电力，1997，3：43-47
[53] 陈志鹏．基于GPS的发电机转子位置测量：[硕士学位论文]．西安交通大学，2001
[54] 王少荣，孙海顺等，同步发电机功角高精度测量方法及实现．中国机械工程，1999， 10(6)：667-670
[55] Liu C W,et al.Application of a novel fuzzy neural network to rell-time transient stability swings prediction based On synchronized phasor measurements.IEEE Trans on Power Systems,1999,14(2):685-692
[56] C. Rehtanz, Online Stability Assessment and Wide Area Protection based on Phasor measurements, Bulk Power System Dynamics and Control V, August 26-31, 2001, Onomichi, Japan
[57] Kosterev D N,et al.Feasibility study of using synchronized phasor measurements for generator dropping controls in the colstrip system.IEEE Trans on Power Systems,1998,13(3):755-761
[58] Cigré TF 38.02.19 (Convenor: D. Karlsson), System Protection Schemes in Power Networks, to appear 2001.
[59] 陈升．网络化变电站自动化系统的应用．电网技术，2003，27(2)：72-75
[60] 王小华，蒋铁铮．基于单片机的发电机功角自适应在线监测．华北电力技术，2002，2：31-33
[61] 苗世洪，王少荣．利用双口RAM实现主机与远方多个子机的实时数据交换问题．计算机工程与应用，1999，11：120-121
[62] 罗毅．分布式故障录波系统．电力系统自动化，2001，10：59-62
[63] 屠强，周迎秋，白铮等．黑龙江东部电网区域稳定控制系统的研制开发．电力系统自动化，1997，21(7)：106-108
[64] 章育群．大型发电机功角的微机测量系统．微处理机，2001，5：54-57
[65] 汪建，代仕勇．发电机功角的微机测量系统．仪器与仪表，2001，1：17-21
[66] 郑太一．功角特性的同步发电机失磁静稳判据．电力自动化设备，1999，8：50-51
[67] 严伟，陆于平等．基于功角直接测量及预测的发电机失步预测保护．继电器，2001，3
[68] 赵天洪．现场总线与控制系统．电力系统自动化，2000，24(13)：62-65
[69] 杨军，张哲等，基于以太网的发变组监录系统数据通讯的方案设计与实现．继电器，2002，6：43-49
[70] 杨立环，吴希再．在Visurl C++ 6.0下采用多线程实现远程数据采集的方法．继电器，2001，5：27-29