1 2000年以前WAMS技术的研发

　　1993年左右，WAMS技术传入我国。全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）的定时功能成为电力系统同步测量的廉价、可靠和高精度时钟源。

　　1994年,清华大学在国家自然科学基金的支持下开展了WAMS技术的系统化研究^［3,4］。华北电力大学、中国电力科学院、东北电力学院和西安交通大学等也相继开展了WAMS技术研究。1995年前后，国内研究重点是同步相量测量算法及其实现方式。相量测量算法需完成在非工频周期、三相不对称和谐波影响下得到误差不超过0.1度的测量结果，继电保护领域广泛采用的过零点检测方式被证明不能满足相量测量的要求。国内外学者提出多种基于DFT算法的误差补偿方案，其中瞬时频率概念对重新认识电力系统的周期交变信号模型提供了重要帮助。1998年前后国内研究重点是如何利用WAMS实现电力系统动态过程监控。

　　1997年，PMU测量系统在黑龙江省电网投入试验运行，标志我国已经初步具备了自主研发WAMS的能力^［5］。1998年前后，中国电力科学研究院引进台湾欧华公司ADX3000监录装置，在华东和南方电网建设了我国早期的具有WAMS部分特征的电网动态过程监测和记录系统。虽然受当时条件的限制，ADX3000系统采用了Modem传输方式，通信协议不满足IEEE
1344，它仍然对我国电力系统认识WAMS技术发挥了积极作用。

2 WAMS标准化

　　我国从开始阶段就特别重视WAMS的标准化工作，这利于未来多个供应商的不同PMU/WAMS可以方便互联。在国家电力调度通信中心的领导下，北京四方继保自动化股份有限公司、中国电科院、华北电力设计院和国内各大区电网公司共同参与，2003年3月颁布了《电力系统实时动态监测（控制）系统技术规范》（试行版）(以下简称《规范》)。《规范》以IEEE C37.118为基础，根据我国实际情况补充完成。其通信协议与IEEE C37.118完全一致，使国外的PMU也可以接入我国主站系统。《规范》还补充了WAMS子站和主站的通信流程和方式。此后，华北、国调中心和东北电网WAMS的工程实践证明《规范》有效保证了国内外厂家PMU的数据共享。

　　2004年10月，《规范》完成第一次修订，各大电网公司参与热情显著提高。此次修订进一步明确了相角和发电机内电势的概念，它使各PMU设备不仅在通信协议上方便互联，在数据内容和物理意义上也保持一致，对进一步制定PMU的检测标准具有重要指导意义。《规范》明确要求相量测量装置优先接入测量TA回路，以电网动态过程监测为主，暂态过程记录为辅，把相量测量装置和故障录波器严格区分开。由于国内已经建成若干WAMS主站，《规范》补充规定了WAMS主站数据交换的协议和内容，对构建全国WAMS联合动态监测系统提供了参考。

3 国内WAMS工程的新实践

　　2000年以前，华东、南方和福建等电网均安装了ADX3000系统用于相角测量和记录，其他同步相量测量工程还带有明显的科研性质，不具备大规模推广应用的条件。

　　2000年以后，美国首先提出了WAMS的概念，其充分强调了PMU联网的必要性，WAMS从早期以动态数据记录和离线分析为主转变为实时动态监测、分析和控制。2003年，美国“8.14”大停电为我国敲响了警钟，电力系统的安全问题得到中央和各级电力部门的高度重视。WAMS因其与EMS等传统测量和控制手段的技术比较优势，倍受各大电网公司的关注，几乎与美国东部电网相量测量工程同步，我国也相继实施了若干WAMS项目，它们加速了我国WAMS技术的工业转化，并掀起了新一轮WAMS应用研究的热潮。

　　2002年，北京四方继保自动化股份有限公司和清华大学合作致力于WAMS产品的开发工作。这种产学研紧密结合的方式，充分发挥了双方的优势，当年即推出CSS－200电力系统动态安全监测第一代产品。2002年底，CSS－200首先在江苏电网WAMS一期工程中投入使用^［6］。

　　2003年后，国调、华北、东北和南方电网等均建设了各自的广域测量系统，并都采用了CSS－200的解决方案。2004年，华东电网广域测量、分析和保护（Wide
Area Measurement Analysis Protection，WAMAP）计划也把WAMS建设纳入其中，并采用了电科院PAC－2000和南瑞系统的SMU－1相量测量装置。2004年，河南省调与河海大学合作开发了WAMS系统，主要布置在河南省内的发电厂。2002~2004年我国建设投运的标准WAMS项目见表1。

表1 2002~2004年我国建设投运的标准WAMS


WAMS主站
变电站PMU子站数量/个
发电厂PMU子站数量/个

国调中心
6
2

南方网调
5
0

华北网调
3
3

东北网调
10
2

华东网调
8
7

江苏省调
6
8

广东省调
5
2

合  计
43
24

4 新WAMS的技术特点



　　2002年后,我国建设的新WAMS与此前的ADX3000系统与国外在建的WAMS相比呈现出以下几个新的技术特点：①PMU子站采用电力数据网或2M专线向主站上送数据。子站上送速度通常为50次/s，最高达到100次/s。②PMU子站具备同时向多个主站发送数据的功能。③PMU子站具备连续无条件记录功能，不受启动条件限制，保证距离扰动较远的子站也可记录数据，可得到完整的扰动记录波形。④安装在电厂的PMU子站均具备发电机内电势测量功能，有的还直接测量转子键相脉冲信号、励磁电压和励磁电流信号。⑤PMU子站多为分布式、装置化的测量系统。⑥WAMS主站可向应用工作站发送实时同步数据，总延迟不超过100ms^［7］。⑦WAMS主站系统均采用类似EMS的体系结构，以UNIX操作系统为主。⑧主站和子站之间多采用《规范》协议，保证系统可方便扩展。

5 PMU布点的原则



　　PMU布点问题不是孤立的，必须以WAMS的应用目的为出发点。国内WAMS以监测电网动态过程为主，所以PMU应优先放在与电网稳定关系密切的发电厂和变电站。PMU尚不具备替代RTU的条件，因此不宜在电网中各厂站全面安放。此外，WAMS应以省网为最小单位，地区级调度没有必要考虑组建独立WAMS。

　　不同的电网，其关心的稳定问题不同，PMU布点的原则也会发生变化。通常布点原则可概括为：①重要的500 kV变电站，包括大电源送端出口变电站、枢纽变电站、负荷中心变电站和网间联络线两侧的变电站。②重要的发电厂，通常机组容量在300
MW以上，包括位于电网边缘地区和负荷中心的重要发电厂。③与电网稳定密切相关的重要的220 kV变电站。

　　根据上述布点原则，有经验的系统分析和运行人员可以初步确定可能的PMU布点位置，如果有条件可辅助动态特征值分析确定各布点的灵敏度。通常，人为确定的正确率在90％以上。

　　除上述布点原则外，国内外也有提出以状态估计为目标的，即保证系统可观测性的PMU布点方法，目前国内对用完全基于PMU的状态估计方案尚没有实际需求。

6 WAMS数据共享



　　由于我国电网实行分级调度——省调只管理省内220 kV及以下电网，网调仅管理500 kV电网，同一省网内的发电厂分别由省调和网调管理，造成省调自建的WAMS只能观察到省网内的220
kV以下电网，大区电网WAMS仅能观察到本区网内的500 kV骨干网架。我国各大区电网互联后，大区电网除关心区内运行情况外还应关心区域边界对侧、甚至相邻区域重要电源的运行情况，省网缺乏省内500
kV骨干网架的动态信息，也不利于全面分析省内电网的动态过程。因此省调、网调和国调的WAMS应对重要数据实现共享。WAMS数据实时共享，可充分发挥广域测量的技术特点。WAMS监测的区域电网越广阔，WAMS技术的优势越突出。

　　数据共享方式有2种：①一个PMU子站同时向多个WAMS主站发送数据，适合已经具备直送通道条件的子站向省调、网调主站上送数据，例如华北电网WAMS主站与国调WAMS主站共用河北邯东变电站PMU子站的数据；②WAMS主站之间交换数据，适合不具备通道条件的子站向外区、外省电网传送数据，例如云南省调WAMS需通过南方网调的WAMS得到广东负荷中心PMU的参考相量。

7 典型记录曲线



　　目前投运的系统多次记录到系统中典型的扰动，对分析仿真计算模型的正确性具有重要作用。例如，2004年10月28日江苏省过江线故障后伴随的稳控装置动作切机过程是我国第一次在省网级多点记录到的故障后动态过程，见图1。

　　图1 2003年10月28日江苏安控动作切机2004年3月25日东北大扰动试验中，在合南线进行了2次人工三相短路试验，这是国际上少有的在500
kV实际系统上进行人工三相短路试验，东北、华北和国调的WAMS同时记录了2次试验的全部过程，见图2。为分析我国大区互联电网动态过程提供了第一手资料，也是我国首次得到如此大范围的同步相量扰动数据。2004年7月30日，广东省切负荷71万kW和2004年10月6日云南与南方电网解列事件，广东省WAMS及时记录了系统频率变化的全过程，见图3、图4。

    

图2 2004年3月25日东北大扰动试验

图3 2004年7月30日广东损失负荷

71MW频率变化过程

图4 2004年10月6日云南电网与南方

电网解列频率变化过程

8 2005~2010年WAMS应用展望



　　2005年以后我国的WAMS技术将逐渐走向成熟，新的应用也将不断涌现。概括起来，应注意做好以下几项工作：

　　（1） 建立全国WAMS互联系统。实现国调—东北—华北—西北—华中—华东WAMS数据共享，实现南网调—广东—广西—贵州—云南WAMS数据共享。

　　（2） 落实基于WAMS数据修正仿真计算模型。建立WAMS电网事故分析的管理制度，使仿真计算模型校核与修正工作制度化。

　　（3） 落实WAMS测量结果提供给调度员。用最简单直观的方式辅助调度员决策，让调度员真正从WAMS中获得好处。

　　（4） 建立PMU的质量检测体系。包括相量测量的精度检测，角度和频率，静态和动态，通信协议标准化检测，实时数据传输协议，相量测量的时效性检测，数据处理时间和相量存储功能检测等。

　　（5） 在有条件的地区电网实现基于WAMS的广域动态稳定控制^［8］。    

9 参考文献



［1］ Phake A G. Synchronized phasor measurements in power systems［J］.IEEE
Trans on Computer Applications in Power, 1993,6(2):10~15.

［2］ Disturbance Monitoring Work Group.WSCC plan for dynamic performance
and disturbance monitoring,2000.

［3］ 丁仁杰.电力系统同步相量动态测量技术的研究与实现［博士学位论文］.北京:清华大学电机工程与应用电子技术系,1995.

［4］ 吴京涛. 基于PMU的电力系统动态监测系统软件包的框架研究［博士学位论文］.北京:清华大学电机工程与应用电子技术系,2001.

［5］ Wu J T, Kong W C, Han Y D,et al, Dynamic monitoring and control system
based on synchronized phasor measurement in heilongjiang eastern power system,
Proceedings of IEEE PES Winter Meeting 2000,Jan.23～27,2000, Singapore.

［6］ 罗建裕，王小英，鲁庭瑞,等，基于广域测量技术的电网实时动态监测系统应用. 电力系统自动化,2003,27(24):78~80.

［7］ 胡志祥,谢小荣,肖晋宇,等.广域测量系统的延迟分析及其测试.电力系统自动化,2004,28(15):39~43.

［8］ 肖晋宇. 基于PMU/WAMS的互联电网广域阻尼控制研究［博士学位论文］.北京:清华大学电机工程与应用电子技术系,2004.