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[摘要]：广域测量系统WAMS（Wide Area Measurement System）利用全球定位系统GPS时钟同步，进行广域电力系统的状态测量，以满足电力系统在空间上广域以及时间之上的同步需求。以下通过对电力系统稳态分析、全网动态过程记录和事后分析等方面的WAMS的应用综述，可见WAMS为电力系统分析和控制提供了新的视角和解决方式，十分具有研究意义。
[关键词]：WAMS GPS 电力系统
一、引言
广域测量系统WAMS是近年以来运用在电力系统前沿技术当中属于最是活跃的领域之一，其核心技术就是PMU，即相角测量单元。目前对于大规模互联电力系统进行动态分析以及控制还存在困难，而广域测量系统的运用在一定程度上缓解了这个难题。
二、PMU测量的原理
PMU是在GPS的相量测量单位的基础之上进行，它属于一种多功能的信号采集系统。除了需要对电压相角的实时测量并且以此来获得参考相位角，还需要实现对电压、电流、有功的实时测量和计算，最终再将得出的数据帧送到调度中心。
PMU的测量原理是：先要通过GPS接收器给出1pps（1个脉冲每秒）信号，然后经过锁相振荡器将这个信号划分成一定的数量以便于采样，被滤波处理之后的交流信号又通过A/D转换器的量化，最后通过微处理器按照递归离散傅立叶变换原理计算得出相量。测量当中相角的测量是一个关键，因为只要有1ms的误差就会相应的带来18°工频相角误差，如果误差需要控制在0.1°，则时间同步的精度需要为5μs。为了保证最后的相位测量，GPS脉冲信号和国际标准同步误差应当小于1μs。
三、广域测量系统的应用
（一）全网的动态过程记录和事故分析
因为WAMS中的PMU能够在同一参考时间框架之下获得在各种扰动之下全网的动态过渡过程信息，所以仅从这个意义上来讲WAMS就相当于是一个大的故障录波器。PMU不仅可以实时上传得到的动态过渡过程信息起到一个监视作用，而且在事故发生之后也能够被用在事故分析之上。
（二）稳态分析
PMU的测量精度较高，一般可以直接对所装节点的电压幅值以及相角进行测量，并且可以避免一般的潮流计算或者状态估计的迭代过程，如果和现有的SCADA系统结合使用的话，可以大大提高系统状态估计的精度。由于现在谐波问题日益严重，可以在相量测量的电力系统的谐波状态估计方法的基础之上，把全系统范围内的谐波状态估计问题转化成为多个单母线系统的状态估计问题，这样做能够从很大程度上降低问题的求解难度。
（三）暂态稳定预测以及控制
如今已经被实际应用在工业当中的稳定控制系统可以分成两种模式：一是“在线预决策、实时匹配”；二是“离线计算、实时匹配”。不过当遇见那些不可预见的连锁故障所引起的大停电之时，这两种模式可能无法得到响应。为了达到对各种系统的运行工况、各种类型故障的完全自适应，可以选择采用WAMS。首先，WAMS提供的系统动态过程的时间序列响应，可以直接应用在某种时间序列预测方法或者人工智能方法系统未来的受干扰轨迹，并且判断出系统的稳定性。但受到电力系统在动力学之上的复杂性影响，此种方式可靠性尚且需要考究。
其次，WAMS通过对系统故障之后的状态初始值的提供，经过在巨型机或者PC机群之上进行一个电力系统超实时暂态时域仿真，通过仿真的结果来得到系统未来的受干扰轨迹，然后根据这个轨迹来判断系统的稳定性。
最后，根据WAMS所提供的系统动态过程时间序列的响应，先利用某种辨识方法得到一个简化系统动态模型，再对这个模型通过超实时仿真，通过这个仿真最后能够得到系统未来的受干扰轨迹，并且以此来判断系统的稳定性。
（四）电力系统动态模型辨识和模型的矫正
一个正确有效的电力系统动态模型是对所有的电力系统进行动态分析和控制的起点。电力系统动态模型可以通过在各离散时间点之上差分化为一系列的非线性方程，然后利用WAMS所获取的全网动态过程的时间序列信息对其动态模型进行辨识和模型的矫正工作，最终使负荷建模的准确性得到提高。
（五）低频振荡分析和抑制
随着大电网的互联，区域间的低频振荡对互联电力系统的安全稳定运行构成威胁。一般情况如果只在本地信息的阻尼控制器基础上去抑制区域间的低频振荡效果不会非常好，面对这样的情况可以选择采用WAMS信号的区间阻尼控制器附加至发电机励磁控制器当中，从而达到抑制区域间振荡的目的。在使用WAMS信号作为控制器输入的时候，需要注意信号的时滞问题，当时滞太大的时候就很有可能会导致闭环系统不够稳定。
（六）电压、频率稳定监视及控制
因为静态电压问题以及频率稳定是属于慢动态的范围，所以相较于暂态稳定的问题，前者更容易利用WAMS信息来实现稳定的监视以及控制。可以利用WAMS提供的实测信息辨识出一个用于稳定电压分析的系统动态模型，并且在此基础之上预测系统电压的稳定性。也可以利用WAMS得到各个节点的电压相量测量值，并且将系统通过等值的方式分成两节点系统，这样的方式可以快速给出电压稳定裕度。在电压稳定控制方面可以利用WAMS提供的实测信息辨识出一个用在低频减载系统的动态模型，并且在此基础之上预测出系统的频率稳定性，然后对某一个给定的频率门槛值给出应当要切除的负荷量。
（七）全局反馈控制
對于全局信息的反馈和控制，可以在WAMS信号的全局电力系统稳定器控制的基础之上，通过仿真得出全局电力系统稳定器比分散/就地电力系统稳定器的控制效果更好。考虑到电力系统的固有非线性，可以在WAMS信号的全局非线性励磁控制器的基础之上，通过仿真的结果表明，和完全分散的非线性励磁控制进行比较，它明显可以更大的提高系统的暂态稳定性。
（八）故障定位及线路参数测量
故障定位的方法主要有两种：第一是阻抗法，这种方法有一个缺陷，是不能排除故障对于过渡电阻的影响。第二是行波法，行波法相较于阻抗法是可以达到不受过渡电阻影响的目的。而WAMS的使用，可以通过PMU来获取电流相量以及输电线路实时的电压，然后再通过一种经过改进而得到的离散傅立叶变换提取当中暂态电气量的基频分量，这样做就可以大大提高定位的精度。
结语
通过以上对WAMS在全网的动态过程记录和事故分析、故障定位及线路参数测量等方面的应用综述，可以看出WAMS的优势很多，在以后的研究当中可以更加充分利用它的优越性以更好的分析和控制电力系统。
参考文献
[1]方家琨. 超导磁储能技术在电力系统稳定控制中的应用研究[D].华中科技大学，2012.
[2]陆超，谢小荣，吴小辰，吴京涛. 基于广域测量系统的电力系统稳定控制[J]. 电力科学与技术学报，2009，02：20-27.
[3]谢磊. 基于同步相量测量的电力系统电压稳定性的研究[D].华南理工大学，2012.
[4]童进波，胡非，杨绍春，林秋华，王彦康，吴晗. 广域测量系统在电力系统中的应用研究[J]. 电气开关，2012，05：11-15.
[关键词]：WAMS GPS 电力系统
一、引言
广域测量系统WAMS是近年以来运用在电力系统前沿技术当中属于最是活跃的领域之一，其核心技术就是PMU，即相角测量单元。目前对于大规模互联电力系统进行动态分析以及控制还存在困难，而广域测量系统的运用在一定程度上缓解了这个难题。
二、PMU测量的原理
PMU是在GPS的相量测量单位的基础之上进行，它属于一种多功能的信号采集系统。除了需要对电压相角的实时测量并且以此来获得参考相位角，还需要实现对电压、电流、有功的实时测量和计算，最终再将得出的数据帧送到调度中心。
PMU的测量原理是：先要通过GPS接收器给出1pps（1个脉冲每秒）信号，然后经过锁相振荡器将这个信号划分成一定的数量以便于采样，被滤波处理之后的交流信号又通过A/D转换器的量化，最后通过微处理器按照递归离散傅立叶变换原理计算得出相量。测量当中相角的测量是一个关键，因为只要有1ms的误差就会相应的带来18°工频相角误差，如果误差需要控制在0.1°，则时间同步的精度需要为5μs。为了保证最后的相位测量，GPS脉冲信号和国际标准同步误差应当小于1μs。
三、广域测量系统的应用
（一）全网的动态过程记录和事故分析
因为WAMS中的PMU能够在同一参考时间框架之下获得在各种扰动之下全网的动态过渡过程信息，所以仅从这个意义上来讲WAMS就相当于是一个大的故障录波器。PMU不仅可以实时上传得到的动态过渡过程信息起到一个监视作用，而且在事故发生之后也能够被用在事故分析之上。
（二）稳态分析
PMU的测量精度较高，一般可以直接对所装节点的电压幅值以及相角进行测量，并且可以避免一般的潮流计算或者状态估计的迭代过程，如果和现有的SCADA系统结合使用的话，可以大大提高系统状态估计的精度。由于现在谐波问题日益严重，可以在相量测量的电力系统的谐波状态估计方法的基础之上，把全系统范围内的谐波状态估计问题转化成为多个单母线系统的状态估计问题，这样做能够从很大程度上降低问题的求解难度。
（三）暂态稳定预测以及控制
如今已经被实际应用在工业当中的稳定控制系统可以分成两种模式：一是“在线预决策、实时匹配”；二是“离线计算、实时匹配”。不过当遇见那些不可预见的连锁故障所引起的大停电之时，这两种模式可能无法得到响应。为了达到对各种系统的运行工况、各种类型故障的完全自适应，可以选择采用WAMS。首先，WAMS提供的系统动态过程的时间序列响应，可以直接应用在某种时间序列预测方法或者人工智能方法系统未来的受干扰轨迹，并且判断出系统的稳定性。但受到电力系统在动力学之上的复杂性影响，此种方式可靠性尚且需要考究。
其次，WAMS通过对系统故障之后的状态初始值的提供，经过在巨型机或者PC机群之上进行一个电力系统超实时暂态时域仿真，通过仿真的结果来得到系统未来的受干扰轨迹，然后根据这个轨迹来判断系统的稳定性。
最后，根据WAMS所提供的系统动态过程时间序列的响应，先利用某种辨识方法得到一个简化系统动态模型，再对这个模型通过超实时仿真，通过这个仿真最后能够得到系统未来的受干扰轨迹，并且以此来判断系统的稳定性。
（四）电力系统动态模型辨识和模型的矫正
一个正确有效的电力系统动态模型是对所有的电力系统进行动态分析和控制的起点。电力系统动态模型可以通过在各离散时间点之上差分化为一系列的非线性方程，然后利用WAMS所获取的全网动态过程的时间序列信息对其动态模型进行辨识和模型的矫正工作，最终使负荷建模的准确性得到提高。
（五）低频振荡分析和抑制
随着大电网的互联，区域间的低频振荡对互联电力系统的安全稳定运行构成威胁。一般情况如果只在本地信息的阻尼控制器基础上去抑制区域间的低频振荡效果不会非常好，面对这样的情况可以选择采用WAMS信号的区间阻尼控制器附加至发电机励磁控制器当中，从而达到抑制区域间振荡的目的。在使用WAMS信号作为控制器输入的时候，需要注意信号的时滞问题，当时滞太大的时候就很有可能会导致闭环系统不够稳定。
（六）电压、频率稳定监视及控制
因为静态电压问题以及频率稳定是属于慢动态的范围，所以相较于暂态稳定的问题，前者更容易利用WAMS信息来实现稳定的监视以及控制。可以利用WAMS提供的实测信息辨识出一个用于稳定电压分析的系统动态模型，并且在此基础之上预测系统电压的稳定性。也可以利用WAMS得到各个节点的电压相量测量值，并且将系统通过等值的方式分成两节点系统，这样的方式可以快速给出电压稳定裕度。在电压稳定控制方面可以利用WAMS提供的实测信息辨识出一个用在低频减载系统的动态模型，并且在此基础之上预测出系统的频率稳定性，然后对某一个给定的频率门槛值给出应当要切除的负荷量。
（七）全局反馈控制
對于全局信息的反馈和控制，可以在WAMS信号的全局电力系统稳定器控制的基础之上，通过仿真得出全局电力系统稳定器比分散/就地电力系统稳定器的控制效果更好。考虑到电力系统的固有非线性，可以在WAMS信号的全局非线性励磁控制器的基础之上，通过仿真的结果表明，和完全分散的非线性励磁控制进行比较，它明显可以更大的提高系统的暂态稳定性。
（八）故障定位及线路参数测量
故障定位的方法主要有两种：第一是阻抗法，这种方法有一个缺陷，是不能排除故障对于过渡电阻的影响。第二是行波法，行波法相较于阻抗法是可以达到不受过渡电阻影响的目的。而WAMS的使用，可以通过PMU来获取电流相量以及输电线路实时的电压，然后再通过一种经过改进而得到的离散傅立叶变换提取当中暂态电气量的基频分量，这样做就可以大大提高定位的精度。
结语
通过以上对WAMS在全网的动态过程记录和事故分析、故障定位及线路参数测量等方面的应用综述，可以看出WAMS的优势很多，在以后的研究当中可以更加充分利用它的优越性以更好的分析和控制电力系统。
参考文献
[1]方家琨. 超导磁储能技术在电力系统稳定控制中的应用研究[D].华中科技大学，2012.
[2]陆超，谢小荣，吴小辰，吴京涛. 基于广域测量系统的电力系统稳定控制[J]. 电力科学与技术学报，2009，02：20-27.
[3]谢磊. 基于同步相量测量的电力系统电压稳定性的研究[D].华南理工大学，2012.
[4]童进波，胡非，杨绍春，林秋华，王彦康，吴晗. 广域测量系统在电力系统中的应用研究[J]. 电气开关，2012，05：11-15.