多功能同步測量網絡第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五0引言在1992年，紐約電力管理局（NYPA）及其他獨立州的電能研究合作委員會（ESEERCO）發起在紐約高壓傳輸系統中推廣使用采用相量測量技術的同步測量網絡。五年以后，總數為150個測量信道已建立，其中138個信道測量的是46個可測相量的三相量。第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五到現在為止，相量數據僅用于離線方式。與一個新的能量管理系統一起，紐約電力管理局發起了一個工程，相量數據將實時的送進能量管理系統并輸入到新的正在研究的狀態估計器。采用相量數據作為電力系統狀態的直接測量被預計將改善估計器的性能，估計器是能量管理系統其它應用的重要部分。這篇文獻確定了測量網絡當前和未來的地位（見圖1），富有特色的諧波測量、擾動監視和地磁感應電流監視功能。第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五1同步測量

一個同步測量系統要求在不同子站的測量除了幅值外還包括相對于一個參考點的相角數據。相位信息在測量的絕對時間被獲得。所有測量的時間對于一個時間參照而言必須是同步的，這個時間參照對于所有局部系統必須是同樣的。這個時間參照從全球定位系統（GPS）獲得，全球定位系統是由美國防御部門運行的24顆衛星組成的星座。由全球定位系統接受器提供的參考信號精度達到0.5微秒。這是一個對于基頻為0.02度或25階諧波為小于1度的絕對相位分辨率。第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五2硬件宏達因模型（theMacrodyneModel）1690相量測量單元（PMU）用來作為數據采集硬件并包括一個全球定位系統接受器。每一套設備都由安裝有相量測量單元的小格子、用于電壓和電流測量的合適的開關和分流器、一臺帶有液晶顯示屏及監視計時器和調制解調器的個人電腦組成。輸入電壓和電流被過濾并以2880HZ采樣頻率數字化。第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五所有地方的采樣時鐘和從全球定位系統來的1—PPS信號同步。每一個輸入信道都有一個16位模數轉換器，并與常規系統隔離。數字濾波和精確成型的差分輸入平臺提供了好于0.1度的相位匹配及一般拒絕高于輸入帶寬為80DB的噪音模式。圖2展示了硬件的圖形化布置。第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五當前同步測量系統執行三個不同的功能：（1）

諧波測量（2）

擾動監視（3）地磁感應電流（GIC）監視。第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五3諧波測量同步測量網絡的諧波測量功能叫做諧波測量系統（HMS），它由前述硬件和針對子站和主站計算機精心研制的軟件一起組成。每十五分鐘，系統數據的快照被相位測量系統捕獲并送到局部計算機去補償因儀表信道的不理想特性引起的誤差。隨后，諧波通過傅立葉變換被提出來并傳送到亞特蘭大的主站進行全局數據處理，從而系統內的諧波潮流被形成。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五3.1諧波測量的誤差校正諧波測量系統的輸入信號來自于被設計為主要用于60HZ測量的儀表。這些信號對于諧波測量的精度是不知道的但必須被量化。實際上，圖3中的每一個元件也將引進誤差。這些元件是儀表變送器、控制電纜、負載和相位測量單元。第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五從實踐來看，誤差校正方式應當集中于誤差的主要來源。通過實驗已確定測量誤差的主要來源是：（1）

儀表變送器的不理想特性（2）

相位測量單元的不理想特性（3）

電纜和負載的影響第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五圖4介紹了相量測量單元的傳遞函數。圖5展示在麻斯子站電容器終端捕獲的疊加了校正波形的原始數據。注意到誤差校正顯著的提高了諧波測量的精度是非常重要的。從圖5可以看出儀表變送器和其他元件在電力系統和相位測量單元之間會引起相位偏移和信號延遲，這必須利用這些元件頻率響應特性補償這些影響，信號從而得到校正。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五3.2諧波測量系統數據的利用諧波數據被采集、分析和歸檔。這些數據提供了高電壓傳輸系統諧波和系統擾動的產生和傳播的有用的信息。這些數據也用來消除引起系統問題的諧波和估計傳輸線路的參數。圖6作為由諧波測量系統生成報告的例子，闡明了麻斯345KV子站的基頻和整個諧波扭曲的快照。第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4擾動監視一旦監測到系統擾動，諧波測量單元就啟動附有時間標簽的正序系統數據的記錄。監視是基于系統頻率突然變化及最小和最大的系統電壓水平的一個臨界值。基于這些觸發脈沖線性組合和基于兩個量相角差是一樣好，但后者現在一般不使用。基于幾種擾動，所有或一些相位測量單元會被觸發。第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五用來記錄擾動的電流有效采樣頻率是每秒六個樣本，能觀測3Hz以下的震蕩。記錄長度是72秒，包括17秒觸發前的信息。相位測量單元可通過設定參數和通過一般安全檢查的調制解調器遠程到達。每個相位測量單元能儲存16個記錄。每晚，擾動記錄都被送到位于紐約電力庫（NYPP）的主站并送到可通過撥號進入的公告系統（BBS）。公告系統現在位于紐約電力庫并被數據庫工程師監視和維護。成員公司的工作人員通過公告欄進入。第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五相量數據的分析和畫圖是被對用戶友好的、以窗口為基礎、用戶習慣的、名字叫桌面處理程序（TPP）和桌面合并程序（TMP）來完成，這個程序是為這個目的特別研制的。研制的軟件對處理相量數據有特別的考慮。我們的經驗表明在分析相量數據時使用其他數據處理軟件或擴展表格程序是非常煩人和花時間。這是因為為了保持相量畫圖時有意義而在加或減180度之間跳躍。使用桌面處理程序就能通過點擊鼠標計算有功和無功、相角差、對所選擇量進行快速傅立葉變換及畫圖和打印所有量。第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.1發電損失分析圖7顯示甩掉大電機時對美國東部互連系統頻率的沖擊，這是在1997年7月21日美國東部夏令時間16時21分44秒美國電力洛克2端發生的事故。這甩掉了1300MW的發電負荷，導致頻率降低0.036HZ。這可以表示成每3610MW降0.1HZ或每361MW降0.01HZ。這是東部互連系統典型響應。第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五安排頻率恢復花了幾分鐘時間，當開始恢復時這個事故的記錄已結束。像這樣的事件被監視因而系統的自然調節特性可以被計算，頻率偏移值設定。這個記錄來自于羅賓遜路子站，單對這個事故任何一個子站的記錄本質是一樣的。觸發是由頻率偏移到臨界值0.02HZ觸發的。第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.2線路故障分析在1997年8月28日美國東部時間15時40分，潘那爾—克勒2號線發生三相故障（treefault），它被正確切除。同時，克勒—奧而尼6號線也跳閘。這是6號線繼電器的不正確動作。一個記錄，被顯示在圖8中，在麻斯345KV子站東部的2號母線被觸發（因頻率偏移）。第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五這個電壓幅值的特別記錄對分析這個事故非常有用，因為它提供了這個事件的完整圖片。最初的故障是在17秒，隨后被切除，馬上又重合，1秒后故障又發生并被切除。1秒后重合和開斷發生在39秒。6號線大約在53秒重新投入運行，在麻斯的電壓恢復到故障前水平的一半多一點。第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五5地磁感應電流監視眾所周知，地磁感應電流會引起電力系統崩潰。盡管在紐約子站相量測量硬件的裝設一直作為地磁感應電流監視的項目，由于缺少太陽活動及太陽風暴周期的高峰在幾年以后，其他的應用被給予了更多的關注。自從地磁感應電流監視在紐約投入運行，沒有再觸發監視單元，盡管為了提高靈敏性而減小了觸發的臨界值。相反地，地磁感應電流監視系統是可以運行的，監視通過變壓器和電抗器組的中性點的直流電流以及系統諧波的分布。第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五使用霍爾效應測量電流并直接連接到相量測量單元。在相量測量單元里32位68030處理器執行對輸入量的諧波計算并存儲在緩沖存儲器里。當某一個安裝點超過觸發水平時，那個單元開始記錄并通知事故地磁感應