实时动态监测主站系统.pdf

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1、实时动态监测主站系统实时动态监测主站系统 吴京涛，2007.3 北京吴京涛，2007.3 北京 ?华北电网WAMS现状（60分钟） 网调WAMS和山东省调WAMS的情况 WAMS主站技术 （休息15分钟） ?WAMS新应用技术（30分钟） ?低频振荡检测新方法（30分钟） 内 容 提 要内 容 提 要 华北华北WAMS现状现状 现 状现 状-规模规模 ? 2004年3月建成，2005年1月鉴定，获得华北电网公司科 技一等奖，电力科技三等奖 ? 截至2007年2月，主站系统为双机双网，包括10台服务 器，800G硬盘存储容量。接入35个PMU，其中电厂8 个，500kV变电站27个。传输速度10

2、0次/s，总测点6000 个，为全国规模最大的WAMS主站。 现状重要作用现状重要作用 ? 在多次电网扰动事故中发挥重要作用 2004年3月东北电网第一次大扰动试验 2005年3月东北电网第二次大扰动试验 2005年9月1日蒙西低频振荡 2005年10月29日三峡低频振荡 2006年7月1日华中低频振荡 2007年1月12日托克托机组扭振试验 2007年2月26日山东低频振荡 现状重要技术改进现状重要技术改进 ? 动态监视界面：提高界面的运行效率。 ? 数据存储：摆脱Oracle，实现高效连续数据压缩存储。 ? 在线低频振荡检测：摆脱Prony，开发高效的EMD算法， 实现全部线路有功的振荡检

3、测。 ? 实现与国调、东北WAMS主站的数据互联 ? 编制PMU通信协议的命名规范 ? 完成PMU接入发电机励磁和一次调频信号 ? 完成PMU入网检测平台 现状现状山东山东WAMS ? 2006年9月一期工程通过鉴定 子站 实现PMU双机冗余记录方式 实现北斗+GPS互备授时方式 主站 提出并实现参考相角自动修正技术 提出并实现基于频率信号进行振荡检测的技术 编制管理规定 同步相量测量子站工厂验收规程 同步相量测量子站工程设计原则和规范 同步相量测量子站运行维护管理规范 现状现状-山东山东WAMS ?二期项目 基于WAMS的安全预警高级应用 基于EMD方法的振荡检测技术 低频振荡中节点分群和可

4、视化技术 在线小干扰振荡模式评估与预警(动态稳定预警) 最大相角差突变预警(暂态稳定预警) 广域阻尼控制方案研究 WAMS主站系统技术主站系统技术 主站体系结构主站体系结构 前置机前置机 实时 服务器 实时 服务器 历史数据 服务器 历史数据 服务器 分析分析/维护维护/ 图形工作站图形工作站 WEB 服务器服务器 高级应用 服务器 高级应用 服务器 互联网关互联网关 山东省调山东省调WAMS主站主站 系统功能系统功能 WAMS WAMS GPS WAMS主站实时数据流主站实时数据流 通信前置 服务器 通信前置 服务器 实时数据库实时数据库 历史数据 服务器 历史数据 服务器 WEB 服务器服

5、务器 工作站工作站 隔离装置隔离装置 高级应用 服务器 高级应用 服务器 互联网关互联网关 前置通信技术前置通信技术 ?功能： 接收PMU子站实数据； 向PMU子站发送管理指令； 召唤PMU子站的记录数据。 WAMS数据通信协议数据通信协议 ?依据 电力系统实时动态监测系统技术规范（第 一次修订）2005.7 华北电网实时动态监测系统技术规范2004 华北电网实时动态监测系统命名规范2006 WAMS通信帧类型通信帧类型 ?数据帧: PMU 主站 ?配置帧 CFG1: PMU 主站 ?配置帧 CFG2: PMU 主站 ?命令帧: PMU 主站 ?头帧：PMU 主站 数 据 帧数 据 帧 ? 方

6、向：由PMU根据CFG2产生，发送到主站 ? 作用：承载实时数据 ? 内容：数据时标、数据质量、相量、频率和功率 ? 传送周期：10ms，带宽占用200500kbps SYNFRAMSIZESOCFRACSECSTAT PHASORSFREQDFREQANALOGDIGITALCHK 配 置 帧配 置 帧 ? CFG1 由PMU产生，表明PMU可以传输的最大数据集合； PMU根据CFG1生成就地连续动态数据记录； 根据主站召唤，从PMU传送到主站。 格式（内容）： 各相量数据的名称和转换系数，各模拟量的名称和转换系 数。 1个PMU只有1个CFG1. 华北华北WAMS通信命名规则通信命名规则

7、? 2006年编制实施 ? 规定配置帧的具体内 容： 每个元件的正序和三 相电压电流相量 每个元件的频率、频 率变化率、有功和无 功 发电机内电势、功角 ? 格式（共16字节） “站名4-元件名7-类型3” ? 举例 辛安开关站辛蔺线A线 电压相量 0XAk-000辛蔺-UAV 崂山变2主变500kV 侧正序电压相量 0LSb-2#变500-U1V 聊城变辛聊1线有功 0LCb-辛聊1线-00P 配置帧配置帧CFG2 ? 主站根据CFG1产生，下发给PMU； ? 规定PMU实际传输的数据集合和传输速度； ? PMU根据CFG2生成数据帧发送给主站； ? 可根据主站召唤，从PMU传送到主站。 ?

8、 格式与CFG1一致。 ? 1个PMU可以有多个CFG2，分别对应不同的主站 命 令 帧命 令 帧 ?传递主站和子站之间的指令及其确认信息 ?常用指令包括： 主站PMU：开始发送数据，停止发送数 据，上传CFG1，接收CFG2，上传CFG2，触 发记录 PMU 主站：确认命令 WAMS数据通信建立过程数据通信建立过程 主站 PMU 建立管理管道 “开启实时数据传输” 建立数据流管道 发起连接 接受连接请求 接收CFG2 接收命令 下发CFG2 发送命令 发起连接 接受连接 CFG2帧 接收数据 . 按照CFG2的要求,发送 实时数据 PMU数据映射到实时数据库数据映射到实时数据库 ? 根据子站

9、测量的元件配置实时数据库 ? 启动通信前置的配置工具 ? 召唤PMU的CFG1 ? 从CFG1中选择需要的相量和模拟量 ? 设置通信传输速度为100次/s ? 组成CFG2，下发给PMU ? 召唤子站的CFG2，比较主站和子站的CFG2 ? 将CFG2映射到实时数据库 实时数据库配置工具实时数据库配置工具 通信通信CFG2配置工具配置工具 ? 召唤CFG1? 构造CFG2 CFG2映射到实时数据库映射到实时数据库 通信管理工具通信管理工具 ?通信状态监视 ?通信路由检测 ?通道数据监视 ?通道报文记录和分析 通信状态监视通信状态监视 通道路由检测通道路由检测 通道数据监视通道数据监视 通道报文

10、记录和解析通道报文记录和解析 WAMS主站互联技术主站互联技术 ?网络组织方式 网调主站 国调主站 网调主站 省调主站省调主站 通信网络 通信网络 互联网关互联网关-实时数据流实时数据流 实时数据库 互联数据 前置模块 PMU数据 前置模块 互联数据服务 本地数据应用 实时曲线 低频振荡检测 本地数据应用 实时曲线 低频振荡检测 历史数据入库 历史数据入库 其他WAMS主站 互联网关互联网关-离线数据流离线数据流 使用离线数据服务代理，端口透明转发 互联网关互联网关-设备设备 互联网关互联网关-技术指标技术指标 ?通信协议参考电力系统实时动态监测系 统技术规范（试行） ?数据刷新间隔20ms,

11、 传送相量200个 ?通信整体延迟小于100ms 实时数据库技术实时数据库技术 ?实时数据库： 以时标为索引组织数据 数据时间间隔10ms 缓存10s数据，过期数据放入历史数据库 EMS的数据库(2D)WAMS的数据库(3D) 带时标的实时数据库带时标的实时数据库 时标 PMU数据 PMU1 PMU2 PMU3 PMU4 PMU5 PMU6 16:22:50.200 16:22:50.300 16:22:50.400 16:22:50.500 数据正常 坏数据 数据未到达 实时数据库配置工具实时数据库配置工具 ? 配置PMU信息 ? 配置实时库的数据间隔和厚度 ? 配置扰动数据存储提前量 实时

12、数据库浏览工具实时数据库浏览工具 动态监测可视化技术动态监测可视化技术 ?方便选择参考角度 ?数据刷新间隔1s ?动态曲线刷新间隔100ms ? 操作简便 常规操作不超过3次点击 紧急状态不超过1次点击 母线相对角度监视母线相对角度监视 有功功率分布监视有功功率分布监视 送电断面监视送电断面监视 弹出式动态曲线图弹出式动态曲线图 弹出式历史曲线弹出式历史曲线 厂站数据监视厂站数据监视 发电机运行裕度监视发电机运行裕度监视 告警技术告警技术 ?告警来源 电网扰动/WAMS主站故障/PMU异常 ?告警后的动作 窗口点亮告警灯 弹出告警窗口,文字提示告警内容 退出告警曲线,持续显示,不滚动 点击告警

13、列表,弹出故障曲线 形成告警统计报表 告警告警 告警查询历史曲线告警查询历史曲线 历史数据存储技术历史数据存储技术(1) ?WAMS的海量数据 密度(Hz)1分钟1小时1天数据点 15012K720K17.3M 100501.2M72M1.73G 50005060M3.6G86.4G 1万50120M7.2G173G 1秒 200B 20K 1M 2M 1月 519M 51.9G 26T 52T 1万100240M14.4G346G4M104T 2万100480M28.8G692G8M204T 历史数据存储技术历史数据存储技术(2) ?WAMS的数据时刻都在变化 ?每秒1次或10次的存储速度不

14、能满足离线分析 要求. ?应该按50Hz或100Hz速率存储 ?动态事故持续时间长,应具备连续存储的能力. ?存储和访问的效率要高 ?压缩文件. 历史数据存储技术历史数据存储技术(3) ? 数据存储方式： 连续数据存储 10次/s，无触发条件，不见断存储 存储周期由磁盘阵列容量决定 ? 扰动数据存储 100次/s，根据触发命令启动 ? 子站历史数据提取和追忆 ? 主站历史数据追忆和分析 历史数据存储技术历史数据存储技术(4) ?“旋转门”算法专用的数据库系统 ?优点 稳定、高速存储（100Hz、6000点， CPU20%） 高速查询（单点1小时数据，查询到完成曲线 绘制3秒） 容量管理（只删除

15、无事件时刻数据） 数据压缩允许误差可灵活定义 WAMS新应用展望新应用展望 在线小干扰振荡模式评估和预警在线小干扰振荡模式评估和预警 ?电网振荡时刻存在 ?连续统计分析小干扰引发的短期振荡可提 前发现电网的薄弱点 顺义 安定 万全 丰泉 0.44-0.46Hz 永圣 候村石北 晋中 0.56-0.58Hz 辛安聊城 0.31Hz 通州 2007年年1月月29日辛聊线振荡日辛聊线振荡 基于最大相角差突变的暂态报警基于最大相角差突变的暂态报警 10分钟 发电机组调频性能评价发电机组调频性能评价 ?频率调节效应系数与调差系数 ?延迟时间、死去识别 广域阻尼控制广域阻尼控制 ? 利用远方信息对发电 机组的励磁和调速附 加控制信号，抑制区 间低频振荡。 ? 南方电网多回直流自 适应阻尼控制 CSS-200/5M CSS-200/5C CSS-200/1 CSS-200/1 CSS-200/1 CSS-200/5C 联合状态估计联合状态估计 ?数据误差来源 测量误差 非同时性误差:个别地区非同时误差超过8 ?WAMS可以消除非同时误差 ?通过对某电网的分析 362个厂站，100个PMU，误差 谢 谢!