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對稱分量法的基本原理范文1

關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng) 相量測量裝置 廣域測量

20世紀(jì)90年代初，借助于全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的精確時間，同步相量測量裝置PMU(phasor measurement unit)研制成功后［1］，目前世界范圍內(nèi)已安裝使用數(shù)百臺PMU?，F(xiàn)場試驗、運(yùn)行以及應(yīng)用研究的結(jié)果表明：同步相量測量技術(shù)在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗證、繼電保護(hù)、故障定位等方面獲得了應(yīng)用或有應(yīng)用前景。本文綜述了同步相量測量裝置的原理及其應(yīng)用。

1　同步相量測量技術(shù)原理

PMU的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其基本原理為：GPS接收器給出1 pps信號，鎖相振蕩器將其劃分成一定數(shù)量的脈沖用于采樣，濾波處理后的交流信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器量化，微處理器按照遞歸離散傅立葉變換原理計算出相量。對三相相量，微處理器采用對稱分量法計算出正序相量。依照IEEE標(biāo)準(zhǔn)1344—1995規(guī)定的形式將正序相量、時間標(biāo)記等裝配成報文，通過專用通道傳送到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)集中器。數(shù)據(jù)集中器收集來自各個PMU的信息，為全系統(tǒng)的監(jiān)視、保護(hù)和控制提供數(shù)據(jù)。圖2示出了PMU與數(shù)據(jù)集中器的通信，可以采用多種通信技術(shù)，如直接連線、無線電、微波、公共電話、蜂窩電話、數(shù)字無線等。因特 網(wǎng)技術(shù)也可用于PMU數(shù)據(jù)通信，在通信和功能層應(yīng)用TCP/IP規(guī)約，可靈活控制PMU。數(shù)字信號處理、同步通信是同步相量測量技術(shù)的關(guān)鍵。防混疊濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器等器件的性能直接影響測量的精度。

4　參考文獻(xiàn)

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對稱分量法的基本原理范文2

關(guān)鍵詞：核電站 主管道 自動焊 三維測量 精密組對

中圖分類號：TG457.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0073-04

核電站主管道自動焊技術(shù)是一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，廣泛應(yīng)用于核電站建設(shè)與運(yùn)行維修階段。在中廣核CPR1000堆型和三代EPR堆型核電站建設(shè)過程中均采用了主管道窄間隙自動焊技術(shù)，該技術(shù)要求主管道的組對間隙不超過1 mm，組對錯邊量不超過1.5 mm。為了滿足主管道的精確組對要求，需要對相關(guān)的核島主回路設(shè)備進(jìn)行三維精密測量和模擬計算。

CPR1000堆型核電站主管道自動焊采用的是傳統(tǒng)的手工焊施工邏輯，EPR堆型核電站主管道自動焊施工邏輯是基于蒸汽發(fā)生器（簡稱SG）更換的經(jīng)驗，采用SG后裝的施工邏輯。由于自動焊施工邏輯不同，兩者在三維測量和組對技術(shù)方面也有不同，各有優(yōu)缺點。

1 主管道自動焊技術(shù)簡介

1.1 CPR1000與EPR核島主回路布置

CPR1000核島主回路主要由3大主設(shè)備（簡稱RPV、SG、RCP）以及連接主設(shè)備的主管道組成，共有3個環(huán)路，每個環(huán)路有一臺SG和一臺RCP，通過主管道與壓力容器連接起來。3個環(huán)路相互之間成120度布置。其主回路布置如圖1所示。

EPR堆型為了提高單堆功率，其核島主回路系統(tǒng)在CPR1000堆型的基礎(chǔ)上增加了一個環(huán)路，形成了對稱布置的四環(huán)路系統(tǒng)。每個環(huán)路依然包括一臺SG、一臺主泵、以及相連的主管道冷段、熱段和過渡段。其主回路布置如圖1所示。

1.2 主管道自動焊焊口分布

CPR1000核島主回路系統(tǒng)每個環(huán)路的主管道分5段到貨，分別為冷段、熱段、過渡段AO段、過渡段BO段和過渡段CO段。單個環(huán)路共8個現(xiàn)場焊口，分別為C1、C4、F1、F4、U1、U2、U4、U6。3個環(huán)路總共24個現(xiàn)場焊口。

1.3 主管道自動焊施工邏輯

CPR1000主管道沿用傳統(tǒng)手工焊的施工邏輯，采用先焊接冷熱段，再焊接過渡段的順序。冷熱段焊接相互獨立，互不影響。每個環(huán)路的過渡段作為閉合環(huán)路的調(diào)整段，共分3段到貨，預(yù)留水平方向和垂直方向共兩個調(diào)節(jié)口補(bǔ)償整個環(huán)路焊接過程中的變形位移。具體單個環(huán)路8個現(xiàn)場焊口的焊接順序為U1C4/F4C1/F1U4U2/U6。

EPR主管道安裝施工邏輯基于SG的更換經(jīng)驗。SG是整個環(huán)路最后安裝的設(shè)備，連接SG的兩個焊口H3和U1口作為閉合環(huán)路的調(diào)節(jié)口。具體單個環(huán)路6個現(xiàn)場焊口的焊接順序為C1/C2H1/U4H3/U1。兩種堆型自動焊施工邏輯對比如圖3所示：

1.4 主管道自動焊組對要求

CPR1000與EPR主管道焊接均采用窄間隙自動焊工藝，其組對技術(shù)要求包括：組對間隙0～1 mm，組對錯邊量0～1.5 mm。為了滿足自動焊組對要求，CPR1000與EPR均采用了高精度三維測量技術(shù)對主設(shè)備和主管道安裝過程進(jìn)行精密測量計算。

2 三維測量組對技術(shù)對比

由于主設(shè)備制造公差和現(xiàn)場安裝公差的影響，很難保證主管道窄間隙自動焊的組對要求。因此需要通過對主設(shè)備竣工尺寸進(jìn)行三維精密測量，計算得到相應(yīng)的主管道需要加工的坡口尺寸。并在安裝過程中通過測量，嚴(yán)格控制設(shè)備安裝位置，實現(xiàn)自動焊的組對要求。由于CPR1000與EPR自動焊施工邏輯不同，兩種三維測量和計算的方法也有差異，以下從4個方面進(jìn)行對比分析。

2.1 三維測量、組對計算的基本原理

根據(jù)CPR1000自動焊的施工邏輯，其冷熱段安裝相互獨立，互不影響。過渡段兩個調(diào)節(jié)口分別補(bǔ)償水平方向和垂直方向的偏差，也是相互獨立的計算。由于主設(shè)備本身安裝精度要求比較高，要實現(xiàn)自動焊組對要求，重點是根據(jù)主設(shè)備的竣工尺寸計算出對應(yīng)的主管道坡口尺寸，其基本原理如下：

（1）進(jìn)行主設(shè)備竣工尺寸測量。

（2）主管道冷熱段預(yù)留坡口長度并進(jìn)行三維測量。

（3）主設(shè)備與主管道模型進(jìn)行最佳組對擬合計算，得到坡口尺寸。

（4）過渡段預(yù)留U2/U4坡口長度。

（5）冷熱段焊接完成之后，測量過渡段連接口的安裝尺寸。

（6）考慮焊接收縮量和溫度補(bǔ)償，計算U2/U4調(diào)節(jié)口的最終坡口加工尺寸。

具體測量與計算流程如圖4所示：

EPR測量計算基本原理與CPR1000類似。由于EPR采用SG最后安裝的施工邏輯，H3和U1口作為調(diào)節(jié)口最后組對焊接，而H3和U1口分別是50度彎頭和40度彎頭上的焊口，焊接過程中同時存在水平分量和垂直分量的焊接收縮量，增加了測量、計算以及組對的難度。EPR自動焊測量與計算的基本原理如下：

（1）進(jìn)行主設(shè)備竣工尺寸測量。

（2）進(jìn)行主管道初始尺寸測量。

（3）進(jìn)行RPV、RCP和CL最佳擬合計算，得到冷段C1/C2口最終坡口尺寸。

（4）進(jìn)行RPV、SG和HL最佳擬合計算，得到熱段H1口最終坡口尺寸。

（5）進(jìn)行RCP、SG和COL最佳擬合計算，得到過渡段U4口最終坡口尺寸。

（6）C1、C2、H1和U4口焊接完成之后，測量H3和U1口的位置，并結(jié)合SG進(jìn)出口管嘴竣工尺寸數(shù)據(jù)，考慮U1口焊接收縮量的補(bǔ)償，計算得到主管道H3和U1口的最終坡口尺寸。

（7）由于U1口預(yù)留了焊接收縮量，組對之前需要對過渡段用千斤頂進(jìn)行強(qiáng)制位移，然后安裝SG，組對和焊接H3/U1口，完成環(huán)路閉合。

具體測量與計算流程如圖5所示。

CPR1000與EPR自動焊測量的基本原理大體相同，都是通過對主設(shè)備進(jìn)行三維測量建模，然后結(jié)合具體的安裝邏輯，考慮焊接收縮量的補(bǔ)償?shù)纫蛩赜绊懀捎米罴呀M對擬合計算出主管道的最終坡口尺寸，以滿足自動焊組對要求。

2.2 三維測量與建模

CPR1000自動焊三維測量使用的是API激光跟蹤儀系統(tǒng)，其特點是可以實時自動跟蹤目標(biāo)靶球的位置，測量目標(biāo)靶球在三維空間的位置坐標(biāo)，適合單點三維坐標(biāo)測量和實時跟蹤，以及動態(tài)掃描測量。

EPR自動焊三維測量使用的是GSI三維攝影測量系統(tǒng)，其特點是通過布置大量反射標(biāo)記點進(jìn)行目標(biāo)體三維測量，適合用于對大型設(shè)備進(jìn)行三維測量（如圖6）。

從測量精度來看，激光跟蹤儀的測量精度稍高。從采集的測量特征點來看，攝影測量所需標(biāo)記點要更多。采用激光跟蹤測量時RPV測量特征點約100個，而三維攝影測量時RPV布點數(shù)達(dá)到500個以上，與激光測量方法形成鮮明的對比。下圖是兩種測量方法獲得的三維測量模型。

2.3 組對計算

2.3.1 組對計算的實現(xiàn)方法

CPR1000與EPR的組對計算均采用SA測量軟件的最佳擬合功能。其基本步驟是根據(jù)主設(shè)備安裝技術(shù)要求，先對主設(shè)備測量模型進(jìn)行定位，然后導(dǎo)入主管道測量模型，通過最佳擬合計算得到主管道的安裝位置和坡口尺寸。

2.3.2 非調(diào)節(jié)口的組對計算

非調(diào)節(jié)口是指按照設(shè)計尺寸加工，不用于補(bǔ)償整個環(huán)路焊接變形的焊口。非調(diào)節(jié)口的坡口尺寸計算只依賴于主設(shè)備竣工尺寸以及主設(shè)備安裝要求。在主設(shè)備制造完工之后，現(xiàn)場安裝工作開始之前即可對非調(diào)節(jié)口進(jìn)行坡口擬合計算，并加工完最終坡口。計算過程中需要在每個焊口預(yù)留焊接收縮量。如上節(jié)所描述的，CPR1000與EPR對于非調(diào)節(jié)口的坡口尺寸計算所采用的計算方法相同。

2.3.3 調(diào)節(jié)口的組對計算

調(diào)節(jié)口是整個環(huán)路最后焊接的焊口，承擔(dān)著補(bǔ)償環(huán)路焊接位移的任務(wù)。調(diào)節(jié)口的坡口尺寸需要等到環(huán)路中所有其他焊口都已經(jīng)焊接完成，并對環(huán)路的開口進(jìn)行實際測量之后計算得到的。整個環(huán)路的焊接變形可以分解到水平和垂直兩個方向。CPR1000調(diào)節(jié)口U2/U4就是分別在這兩個方向上對環(huán)路焊接變形進(jìn)行補(bǔ)償。

EPR主管道自動焊的調(diào)節(jié)口是與SG相連的H3和U1口，兩個焊口都是斜焊口，每個焊口的焊接收縮都會分解到水平和垂直方向。而且由于預(yù)留收縮量之后，兩個管口之間的距離會比SG管嘴之間的距離小，導(dǎo)致SG不能直接與主管道兩個管口組對，需要先將過渡段U1口通過千斤頂進(jìn)行強(qiáng)制位移，然后才能完成H3和U1口的組對。因此在H3/U1口組對過程中，需要通過測量精確控制U1口的位移量，確保能夠滿足自動焊組對要求。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，CPR1000自動焊調(diào)節(jié)口的坡口計算和組對更加容易控制和實現(xiàn)，EPR自動焊調(diào)節(jié)口的坡口計算和組對安裝難度比較高。

3 結(jié)語

通過對CPR1000與EPR主管道自動焊測量與組對技術(shù)的對比分析，可以得出以下一些結(jié)論：

從施工邏輯上分析，EPR堆型采用SG后裝的施工邏輯，可以將過渡段作為一整個組件在現(xiàn)場安裝，減少了現(xiàn)場的焊口數(shù)量，有利于縮短工期。但同時也增加了SG安裝和主管道組對的難度。

對稱分量法的基本原理范文3

關(guān)鍵詞：PMUGPS繼電保護(hù)

0 引言

PMU系統(tǒng)能夠以較高的數(shù)據(jù)采集速率獲得比電力系統(tǒng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)還帶有同步精度很高的時標(biāo)。這就意味著控制中心(中心必須配備WAMS或升級SCADA使其可以處理PMU數(shù)據(jù))可以獲得更加豐富的實時信息，使原來很難完成的一些任務(wù)，比如實時在線監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀況成為可能。更加準(zhǔn)確和快速地對電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測，及時作出控制反應(yīng)，可以增加電網(wǎng)運(yùn)行安全性，壓縮運(yùn)行時的安全裕度，提高電網(wǎng)輸送功率。基于PMU的監(jiān)控系統(tǒng)所具備的這些誘人特性使其成為各大公司和學(xué)者注意的焦點，值得我們關(guān)注。隨著GPS(全球定位系統(tǒng))全面民用化及計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和快速通信技術(shù)的發(fā)展，PMU (向量測量單元)在電力系統(tǒng)獲得了廣泛應(yīng)用，它可以根據(jù)GPS提供的高精度時鐘構(gòu)造全網(wǎng)一致的同步參考相量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)任意節(jié)點之間的相對相角測量，實現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步采集、實時記錄、遠(yuǎn)距離實時傳輸及對數(shù)據(jù)的同步分析處理，并在此基礎(chǔ)上得到電壓、電流向量這些反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，從而在時空坐標(biāo)下動態(tài)地監(jiān)測電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況，彌補(bǔ)了現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)和故障錄波儀的不足。由于系統(tǒng)的任何變化均可反映在量測的同步相量中，廣域相角測量技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)控制的死區(qū)，為電力系統(tǒng)廣域保護(hù)系統(tǒng)的建立和完善奠定了基礎(chǔ)。本文主要針對電力系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域中基于PMU的應(yīng)用研究情況展開綜述，主要介紹PMU在電力系統(tǒng)動態(tài)、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、二次保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究情況，以期對該領(lǐng)域的研究工作有所促進(jìn)。

2 PMU技術(shù)簡介

PMU是一多功能信號采集系統(tǒng)。它能實時測量電壓相角、電壓和電流，作有功的實時計算，將數(shù)據(jù)幀送調(diào)度中心。PMU的典型結(jié)構(gòu)見圖l。它的基本原理是：GPS接收器給出lpps(1pulse persecond，每秒1個脈沖)信號，鎖相振蕩器將其劃分成一定數(shù)量的脈沖用于采樣，濾波處理后的交流信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器量化，微處理器按照遞歸離散傅立葉變換原理計算出相量。對三相相量，微處理器采用對稱分量法計算出正序相量。依照IEEE標(biāo)準(zhǔn)1344．1995規(guī)定的形式將正序相量、時間標(biāo)記等裝配成報文，通過專用通道傳送到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)集中器。數(shù)據(jù)集中器收集來自各個PMU的信息，作為全系統(tǒng)的監(jiān)視、保護(hù)和控制的數(shù)據(jù)。

相量是交流電路分析中的基本工具，PMU提供了系統(tǒng)的電壓、電流相量和頻率、功率等測量值并在這些測量值上打上了GPS時標(biāo)。相量測量的關(guān)鍵在于相角測量，相角測量的關(guān)鍵又在于獲得一個全系統(tǒng)統(tǒng)一的同步時鐘，這個時鐘靠GPS來提供。借助于這個同步時鐘，在各個廠站建立一個以工頻旋轉(zhuǎn)的參考相量，廠站測得的相量相對于這個參考相量以絕對值的形式傳送到控制中心，控制中心獲得各站數(shù)據(jù)后利用參考相量信息就得到了各個相量測量值的相對相位關(guān)系。

3 PMU在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用

3.1 阻尼控制

互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，遠(yuǎn)距離功率傳輸?shù)娜萘恳踩找鏀U(kuò)大，使得低頻振蕩問題日漸突出。要抑制低頻振蕩，保持系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定，首先必須對低頻振蕩的模式等有深入的了解。傳統(tǒng)的經(jīng)典低頻振蕩分析方法是特征值分析法，只能適用于離線分析。而電力系統(tǒng)的振蕩模式總是隨著運(yùn)行條件的改變而變化，離線獲得的結(jié)果并不能保證在線計算的精確性。傳統(tǒng)的穩(wěn)定控制裝置均是采取就地信息進(jìn)行控制，隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜化，這種分散就地控制的缺陷日益顯現(xiàn)：缺乏全系統(tǒng)的信息，分裝在不同點的裝置之間不能相互協(xié)調(diào)，在嚴(yán)重的情況下甚至不能有效地實現(xiàn)穩(wěn)定控制。而完全由一個控制中心實現(xiàn)全局的集中控制，相對于電力系統(tǒng)的大規(guī)模、分散性、多層次、地理分布廣、暫態(tài)過程快的特點，也是較困難的。

3.2 暫穩(wěn)分析及控制

穩(wěn)定破壞是電網(wǎng)中較為嚴(yán)重的事故之一，大型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞事故，往往會引起大面積的停電，因此快速、準(zhǔn)確的暫穩(wěn)分析及控制對于防止系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞意義重大?，F(xiàn)有的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法按其采用的系統(tǒng)模型情況，大致可以分為三類：一是經(jīng)典的時域仿真法，或稱逐次積分法，需要考慮系統(tǒng)的精確模型；二是經(jīng)驗型預(yù)測方法，這類方法無需考慮系統(tǒng)的物理模型；三是介于前兩者之間的考慮系統(tǒng)簡化模型的分析方法，例如直接法等，這類方法通常都采用了合理的系統(tǒng)簡化模型。經(jīng)典的時域仿真法是一種可靠的暫穩(wěn)分析方法，可以精確地考慮各種復(fù)雜模型。但是其計算量很大，計算速度慢，且不能給出系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的定量指標(biāo)，在現(xiàn)有技術(shù)條件下還較難應(yīng)用于電力系統(tǒng)的在線穩(wěn)定分析。而經(jīng)驗型預(yù)測方法和考慮系統(tǒng)簡化模型的分析方法，前者不考慮系統(tǒng)模型，后者采用簡化的系統(tǒng)模型，這樣就大大減少了計算工作量。提高了暫穩(wěn)分析的速度；再結(jié)合PMU裝置提供的快速廣域同步量測數(shù)據(jù)，有望取得較好的在線應(yīng)用效果。

3.3 PMU在電壓穩(wěn)定中的應(yīng)用

電壓穩(wěn)定的指標(biāo)的發(fā)展也還處于一個比較不完善的階段，雖然電壓失穩(wěn)是動態(tài)過程這一結(jié)論已經(jīng)得到公認(rèn)，但現(xiàn)在得到應(yīng)用的指標(biāo)都是靜態(tài)指標(biāo)，計算量大速度較慢，應(yīng)用范圍受到限制。PMU和WAMS的出現(xiàn)使人們看到解決問題的希望，因此近來有很多學(xué)者對此作了大量的研究。利用PMU信息構(gòu)建的電壓穩(wěn)定指標(biāo)本質(zhì)上也都基本屬于靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)，因為這些指標(biāo)大都是以功率傳送極限作為電壓穩(wěn)定的臨界點，圍繞PV曲線及潮流解在臨界點附近的性質(zhì)來提出的。究其方法基本都是基于阻抗解析的，主要研究如何將系統(tǒng)等值成戴維南電路即如何確定等效電路的參數(shù)，如何處理節(jié)點負(fù)荷，然后分析等效電源內(nèi)阻和節(jié)點負(fù)荷阻抗之間的關(guān)系。對基于阻抗解析方法分析電壓穩(wěn)定性作了深入的探討，文中將負(fù)荷阻抗的變化分為兩類，一為由于用戶投切用電設(shè)備等引起的阻抗模值的變化，另一為節(jié)點負(fù)荷自身非線性引起的第二類變化。靜態(tài)的分析只考慮第一類變化而忽略由于電壓變化而導(dǎo)致的第二類變化。作者用負(fù)荷節(jié)點的ZL--V特性取代P―V特性，節(jié)點Z--V特性和負(fù)荷Z―V特互作用決定新的平衡點(兩條曲線的交點)，并由此得出了兩條曲線在平衡點附近的特性.但在負(fù)荷緊張的情況下，和被觀測節(jié)點相連的節(jié)點可能由于發(fā)電機(jī)無功越限而變成PQ節(jié)點等原因，對該節(jié)點提供無功支持的主要節(jié)點不是臨近節(jié)點反而可能是原先的外層節(jié)點，所以必然會在負(fù)荷緊張的情況下獲得不正確的結(jié)果。

3.4 二次保護(hù)應(yīng)用功能

現(xiàn)代電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，對二次保護(hù)的要求也越來越高，主要表現(xiàn)在以下幾點：1)需要動態(tài)的測量和描述事件；2)必須在保護(hù)設(shè)計中引入廣域系統(tǒng)的觀點；3)需要對保護(hù)動作進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化；4)要有處理連鎖故障的能力。而傳統(tǒng)的保護(hù)裝置顯然無法適應(yīng)這些要求。因此，必須引入以同步動態(tài)量測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的廣域保護(hù)系統(tǒng)來適應(yīng)這些要求。直接利用廣域信息完成繼電保護(hù)功能是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究方向之一。

4 結(jié)語