Что такое узел измерения фазора?

Что такое узел измерения фазора?

Узел измерения фазора — УИФ (PMU — Phasor Measurement Units), — электроника, измеряющая электрические волны в системе электрической сети, используя общую функцию синхронизации времени. Общая функция позволяет синхронизировать измерения по нескольким точкам сети в реальном времени, используя удалённый доступ. Такой принцип измерений получил название — синхрофазор. Узел измерения фазора относится к ряду важнейших измерительных приборов энергосистем будущего.

Принцип действия модуля измерения

Электронику УИФ следует рассматривать не только как отдельное специализированное устройство. Допускается использование функционала УИФ, встроенного в конструкцию защитного реле или других устройств.

Измерение волн переменного тока 50/60 Гц (напряжения и токи) узел измерения фазора, как правило, выполняет при скорости 48 отсчетов за цикл. Аналоговые формы сигналов переменного тока оцифровываются аналого-цифровым преобразователем для каждой фазы.

Необходимую высокоскоростную синхронизированную выборку (с точностью 1 мкс) обеспечивает генератор с фазовой синхронизацией и опорный источник — система глобального позиционирования (GPS — Global Positioning System).

Узлы измерения фазора допускают использование нескольких источников времени, включая объекты, отличные от GPS. Главное условие — калибровка и синхронная работа.

Результирующие метки времени фазоров передаются на локальный или удаленный приемник при скорости до 120 выборок в секунду.

Ранее для мониторинга линий электропередач применялось небольшое количество УИФ, да и те имели погрешность измерений около 1%. Эти устройства использовались в основном для предотвращения аварийных отключений.

Схема использования фазоров
Классическая схема использования измерительных приборов комплексной амплитуды гармонических колебаний 1,2 — концентраторы; 3 — измерители; 4, 5 — пользовательский интерфейс; 6 — к автоматике подстанции; 7 — центр контроля

Современные технологии микросинхронного фазора представляют совсем иной конструктивный вариант. Это высокоточные приборы, которые всегда желательны для установки в распределительных энергетических сетях, где мощность требуется контролировать с высокой степенью точности.

Высокая степень точности позволяет значительно улучшить мониторинг системы, реализовать в полной мере интеллектуальные и превентивные стратегии управления. Узлы измерения фазора больше не являются приборами обязательными только на подстанциях.

Потребность узлов измерения фазора очевидна для самых разных установок сети, в том числе переключающие трансформаторы, комплексные нагрузки, шины генерации PV-систем.

Технические особенности процесса измерений

Фазор представляет собой комплексное число – величину и фазовый угол синусоидальных волн электричества. Измерения фазора, происходящие одновременно, называются «синхрофазорами».

Несмотря на тот факт, что термины «УИФ» и «Синхрофазор» обычно используется как взаимозаменяемые термины, фактически это две разных технических интерпретации.

Синхрофазор – это измеренное значение, тогда как УИФ является измерительным устройством. Для типичных применений единицы измерения фазора отбираются из широко распределенных мест в сети энергосистемы и синхронизируются с общим источником времени – системой глобального позиционирования.

Технология «Синхрофазора» предоставляет инструмент для системных операторов и планировщиков под измерения состояния электрической системы и управления качеством электроэнергии.

УИФ предназначены под измерение напряжения и тока основных пересекающихся точек (критические подстанции) электросети и способны выводить метки времени напряжения и тока фазора. Поскольку фазор синхронизирован, сравнение двух величин в реальном времени проходит синхронно.

Полученные сравнения могут использоваться для оценки системных условий:

  • изменений частоты,
  • мощности,
  • реактивной мощности,
  • высоких напряжений и т. д.

Контролируемые точки предварительно выбираются посредством исследований, чтобы достичь точных измерений фазового угла, указать сдвиги стабильности системы.

Данные фазора собираются либо непосредственно на месте, либо через централизованные точки с помощью технологии концентратора данных фазора — КДФ (PDC — Phasor Data Concentrator).

Обработка данных концентратора
Обработка данных, собранных с помощью технологии концентратора с нескольких подстанций энергетической сети

Затем собранные данные передаются в региональную систему мониторинга, которая поддерживается местным независимым системным оператором.

Операторы отслеживают данные фазора отдельных УИФ или данные группы. Такой мониторинг обеспечивает точный способ контроля над потоками энергии нескольких разных источников — ядерного, угольного, ветрового и др.

Технология имеет потенциал изменения экономики поставок электроэнергии, позволяя увеличить расход энергии на существующих линиях. Сведения синхрофазоров могут использоваться для подъёма потока мощности к линии эффективного предела.

Технология «Синхрофазора» открывает новый процесс создания централизованного и выборочного контроля потока электрической энергии в сети.

Построение сетей под мониторинг фазора

Сеть фазоров состоит из нескольких узлов измерения фазора (УИФ), распределенных по всей электроэнергетической системе. Концентраторы данных фазора (Phasor Data Concentrators), предназначенные для сбора информации, представляющие системы диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA), действуют на центральном контрольном объекте.

Такая сеть актуальна под широкомасштабные измерительные системы (WAMS — Wide Area Measurement Systems). Для полноценной сети характерна быстрая транспортировка данных в рамках частоты выборки параметров фазора. GPS-журнал событий теоретически может обеспечить синхронизацию с точностью по времени менее 1 мкс.

Фактор точности времени и передача данных

Чтобы обеспечить один микросекундный стандарт времени, требуется высокая точность часов (± 500 наносекунд) под каждое устройство, исполняющее функции синхрофазовых измерений. Для систем, поддерживающих частоту 60 Гц, узлы измерений фазора должны обеспечивать 10 — 30 синхронных отчетов за 1 секунду.

Концентратор данных фазора коррелирует процесс, контролирует узел измерения с частотой 10 – 60 синхронных отчётов. На центральном объекте управления через технологию SCADA каждые 2 — 10 секунд выбираются сведения по генераторам и подстанциям энергосистемы.

Узлы измерений фазора допускают прокладку телефонных линий с целью подключения к системе концентратора. Через телефонный канал отправляют данные на сервер SCADA или WAN (Wide Area Measurement System).

Сервер SCADA
Таким примерно выглядит мощный сервер SCADA, задействованный в работе вместе с технологией измерения комплексной амплитуды гармонических колебаний

Кроме того, узлы измерения фазора допускают использование мобильных (сотовых) сетей (GPRS, UMTS) под трансляцию данных. Этот метод позволяет потенциально экономить на затратах по развертыванию инфраструктуры за счет большего латентного периода отчётности по данным.

Как устанавливается оборудование

Установка типового устройства УИФ на десять процессоров – процесс достаточно простой. Фазор берётся либо трехфазным напряжением, либо трехфазным током. Поэтому требуется три отдельных электрических соединения (по одному на фазу).

Как правило, инженерной группой установка и подключение УИФ выполняются непосредственно на подстанции. Служебный персонал подстанции сооружает стойку оборудования на полу подстанции в соответствии с установленными требованиями к сейсмическому монтажу.

Далее УИФ в комплекте с модемом и прочим вспомогательным оборудованием закрепляется на монтажной стойке. Также устанавливается антенна системы глобального позиционирования.

Монтаж антенны GPS, как правило, производится на кровле здания подстанции в соответствии с инструкциями производителя.

Персоналу подстанции необходимо смонтировать «шунты» на всех вторичных цепях трансформатора тока, где предполагается проводить измерения. Устройство УИФ требует подключения схемы связи под модем или Ethernet, если используется сетевое подключение.


При помощи информации: EnWiki


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *