秦刚

【摘要】伴随着大规模直流交流混合电网的快速发展和建设，在电力系统控制和稳定上，对其时间维度以及空间广度提出更高的要求。在时间以及空间上，广域测量系统就满足了这些要求，所以，广域测量技术在电力中的应用研究非常的重要。从其原理以及结构来看，最近五年广域测量技术总结了在电力系统故障分析和动态检测、广域保护和系统稳定控制以及估计和辨识等方面的研究，并且对于其中的问题作出了详细分析。

【关键词】广域测量技术；电力系统的稳定和控制；广域保护

在我国西电东送的原则下，随着特高压电网以及西气东送工程的建立和电网大规模的扩大，我国目前处在一个快速建设大规模电能传输的互联电网。远距离的输电和互联电网加强了不同地方电网之间的联系，同时也带来了新问题，比如对电网安全性有影响的区间低频震荡，这需要电网的控制以及稳定运行有更高的要求。

广域测量技术是对运行在广阔地域的电力系统的状态进行分析、监测，为其控制服务以及实时运行的系统。广域测量技术测量出来的信息有空间广域以及时间同步的优点，这对电力系统的可观性有了大大的改善。广域测量技术得出的数据有三个特点：时间同步。广域互联的电网会出现电网暂态的问题，这个问题是原来监测系统没有办法处理的，但是广域测量技术的时间按同步特点就能够对这些问题进行改善。空间广域。广域测量技术在时间同步的情况下，能够得到广域电网的数据，从而可以对其进行是实时监测以及处理。对相角数据可以直接进行测量，和EMS比较其精度更加准确。本文根据广域测量技术的工作原理及其结构，把最近几年其在电力系统上的状态估计、安全稳定控制、参数辨识、以及故障分析等应用一一介绍，并对电力系统中广域测量技术的前景做出进一步的展望。

1.PMU基本技术

1.1相角测量算法

实现广域测量技术应用的基础是PMU，而PMU的核心就是相角测量算法，PMU对测量出来数据的精度有大大的提高，精度对电力系统中的故障分析、继电保护及其稳定控制的准确性有着直接的影响。为了提高其精度去满足工程的要求，一些学者提出了很多算法并且还有一定的效果。就目前来看，通用的算法有：离散傅里叶变换法、瞬时值计算法、最小二乘法等。

当系统处在一个稳定状态的时候，以上的一些方法都可以满足工程的需要。但是系统在动态情况下，怎样既快速又准确地测量出相角，是这些算法需要改进研究的地方。

1.2广域测量系统

广域测量系统通常包括系统关键点的子站、调度中心的服务器以及联系它们的网络，拓扑结构通常选取主站——子站树状结构。

子站就是指变电站或者发电厂装的同步测量装置，广域测量系统对它们的要求重点体现在实时性、准确性以及可靠性三个方面。主站就是指调度中心主站，通常是由基础平台以及一些高级应用功能组成的。广域测量技术很有可能可以克服分散控制的不足，去达到一个全局协调控制的目标。

二、WAMS的应用

1.动态过程检测

广域动态检测以及故障分析基于PMU数据，可以反应全网的动态行为。

就目前来看，国际上已经有很多的WAMS系统进行了实际运行的过程当中，而作为MAMS的基本功能，动态监测能够有效的分析系统的故障原因，并为调度中心提供系统状态。在系统的检测过程当中，WAMS系统能够根据动态对电网的状态进行见识，在系统出现异常的时候进行报警，对于系统的异常状态等进行观测以及分析。并通过这种方法提供稳定系统控制的一句。

2.状态估计

就目前来看，基于SCADA的状态估计当中还有很多问题没有解决，例如对于采集时间的限制等。此外，由于缺乏时标的统一性，这就会使得断面数据没有优秀的精度。而由于采用的是非线性的状态估计模型，这也就会在一定程度上产生收敛性以及快速性的问题。

WAMS虽然无法对上述问题进行统一的解决，但却可以提出解决的思路。将PMU引入到状态估计当中，能够有效的形成模型的混合状态估计。而在PMU配置难以观测的时候，则可以将网络进行分解，并在可观测去应用现行观测器。如今，随着PMU覆盖率的不断提升，将PMU与SCADA进行混合已经成为了全新的研究方向。

除此之外，引入PMU数据测量，还能够在谐波状态、不良数据等多个方面展开研究。

三、广域测量技术的应用

1..线路参数辨识

在线路参数的辨识中广域测量技术的普及和发展为其提供一个新的途径。许多学者提出了多种辨识算法，比如卡尔曼滤波法、最大似然法、最小二乘法等。这几种算法在不同程度上反映了输电线路因各种影响的动态参数。

不对称增量法的引入能够对线路提供一个正确参数，在检测的线路周围发生故障或者负荷不平衡度比较大的时候，不对称增量法能够在线分析线路的零序参数。

2..发电机参数辨识

辨识同步发电机参数的方法有时域辨识法和有频率辨识法。发电机运行的时候，对其附加一个扰动，然后通过PMU记录的数据去进行辨识。按照广域测量技术采集的功能轨迹，可以同时对很多发电机的参数进行辨识。结果证明可以区分辨识大部分参数，但是有一部分的参数是辨识不出来的。

3.励磁系统和调速器参数辨识

同步发电机的参数以及励磁系统性能对系统的动态稳定以及静态稳定有很大的影响，一般情况下影响系统动态稳定是因为电动机的励磁系统参数影响到动态电压。而调速器因为响应速度比较慢，所以大大影响了扰动后的系统稳态值。

4..负荷参数辨识

严重影响电力系统仿真结果的是负荷特性，负荷特性的不同对电力系统的低频震荡、电压稳定、暂态稳定等有着不一样的影响程度。电力系统同步的数据在符合区域的网络化简以及符合模型辨识，提出广域测量系统的符合模型概念，并且对该模型的参数进行分析。

5.电压稳定评估

广域测量技术的电压稳定控制重点采取在线测量的方法，最近几年对这一方面上的研究着重在通过广域信息的局部指标方面。电压的稳定性指标一般是指0～1之间波动的变量，电压稳定性越好系统数值越小，指标到1的时候系统就会失去稳定性。

6.暂态稳定监测

广域测量技术的暂态稳定监测以及评估一般选择超实时仿真计算，在线决策，实时匹配的模式。对暂态稳定方面可能会出现的问题进行预测评估。对多机系统来说，反应系统稳定性的就是功角最滞后和最超前机组之间的动态行为。

7.故障的定位以及测距

故障的精准定位对快速排除故障以及最快的修复供电设备有着非常重要的意义。在进行故障定位的时候，在理论上选择双端量测量的方式比只采用单端量测量的方式要好很多。广域测量技术让同一时标下的双端测量变成现实，这大大提高了对故障定位的精准度。

四、广域测量技术的发展前景

伴随电力系统的发展，传统的控制策略以及分析手法已经不适合现如今的实际需求。所以必须构建广域测量技术的安全体系。伴随广域测量技术在电力系统中优越性的体现，将来的广域测量技术一定会有一个可观的发展前景。其客观性在以下方面：

（1）目前的广域测量技术平台通常是以省调为单位的建设，需为跨区电网的监测、实时动态的控制以及分析所使用。

（2）开发广域测量技术平台的应用，对系统进行稳定预警、安全分析。

（3）基于广域测量技术的实时控制，动态信息平台要为系统进行稳定监测及分析，形成一个在线预决的稳定控制策略。

4.1电力系统电压稳定分析的理论

上世纪五十年代初，前苏联的马尔柯维奇提出了电压稳定研究的问题，但是，当时由于研究手段较为落后，因此直到上个世纪七十年代，这一问题才获得了有效的进展。

在电力系统当中，如果系统能够位置负荷的增大，那么其消耗的功率也会不断增大，这个时候我们就能够认为该系统拥有稳定的电压。而之所以会造成电压的不稳定，通常是因为过重的有功符合或者是缺乏无功效率。对于后者来讲，很有可能是由于无功源难以产生足够的功率并提供给母线，或者是线路难以传输足够的功率到节点上。这就会使得线路消耗大量的无功功率，并对节点的传输形成了一定的限制作用。此外，这还会在一定的程度上增大附近线路的功率潮流，而随着其余线路负荷的不断增加，还会形成连锁反应，该连锁反应是难以阻止的。最后，所有连接的新路难以提供功率，就会产生电压的不稳定。就目前来看，对电压稳定的分析方法分为三大类，分别是静态分析、动态分析以及广域测量。

5.结语

本文对广域测量技术在电力系统中的状态估计、动态监测、频率和电压的稳定控制、低频振荡分析、故障定位等方面的研究进展作出了总结，表明了广域测量技术为电力系统中存在的一些问题提供了一些新的方法及思路。

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