第33卷 第9期2005年9月Vol. 33 No. 9Sep. 2005
PMU 同步相量测量装置的检测和误差处理方法
庄黎明，潘永刚
（华东电力试验研究院，上海 200437）
对比了传统的检测方法与动态检测方法的不同，分析了测量原理和误差处理上的区别，认定了传统的摘 要：
误差处理方法的不可用性。对PMU 同步相量测量装置，提出运用概率统计的原理建立新的检测方法和误差处理方法。
关键词：PMU 装置；动态测量；随机误差；标准偏差；误差离散性；置信区间中图分类号： TM743 文献标识码：B 文章编号：1001-9529（2005）09-0045-02
Detection function of Phase Measurement Unit and its error treatment methods
ZUANG Li -ming ，PAN Yong -gang
（East China Electric Power Test &Research Institute ，Shanghai 200437，China ）
Abstract ：The difference between the Phase Measurement Unit （PMU ）and the traditional measurement method is compared ，including the difference between the two in the aspects of measurement principle and error treatment ，and the traditional error treatment method is proved inaccurate. The new detection and error treatment methods using prob-ability statistics are put forward for PUM.
Key words ：PMU ；dynamic measurement ；random error ；standard deviation ；error discretization ；confidence interval
为了进一步加强电力系统调度中心对电力系统的动态稳定监测与分析的能力，需要在重要的变电站和发电厂安装PMU 同步相量测量装置（Phase Measurement Unit ，以下简称PMU 装置），构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心站实现对电力系统动态过程的监测和分析。
PMU 装置是电力系统实时动态监测系统的基本核心组成部分，其必须具备高稳定性和可靠性、高精度、强大的计算处理、存储和通讯能力、良好的人机界面和开放性。
在PMU 装置高速实时动态的测量方面，其测量技术是与传统的交流采样装置不一样的，如何评定PMU 装置的测量准确度，是测量技术上的一个新课题。
之内。以至少25帧/s 的输出速率传输实时监测数据。
每个相量都带有精确的时标，处于调度中心的主站系统就能够在大电网层次上对同一时间断进面的所有有关电气量的相量数据（幅值/相角）行分析，从而掌握大电网的动态变化过程（毫秒级），尤其是重要母线间、联络线两端和发电机组之间的相角变化演变。
2 PMU 装置与传统测量方式上的差异
传统的检测方式，如对远动交流采样装置、
交流变送器和远动测量设备RTU 的检测方法，是在暂态测量的基础上利用直接比较法进行测量的。
也就是说，这种测量方式是建立在被测量系统处于相对稳定的状态，信号波动很小的情况下进行的。
被检测装置和标准检测装置在一定时间内测量的值不会发生较大变动，两者进行比较获取稳态的测量误差。
同时，在被测量的信号发生较大变化时，还会
人为地剔除由于被检测装置和检测装置在采样时
1 PMU 装置的设计原理
PMU 装置是以UTC （Universal Time Code ，全
球时间坐标）度量绝对电量和绝对相位角。用PMU 装置测量三相电压和电流信号的相量数据（幅值/相角），信号之间的同步在时间上可以达到1pps ，而在世界任何地方的同步误差都在1µs
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的时间偏差产生的粗大误差。这种检测方式不适用于动态检测。
对于实时动态监测电力运行系统数据的PMU 装置，要求在测量时做到每个周波采样200点，每秒钟至少传送25次数据，每次的传送的采样值都必须满足测量精度的要求。
针对这一特点，作为检测PMU 装置测量精度的标准检测装置，必须达到甚至超过被检测装置的相关技术要求。而测量误差也不再是一但是由于PMU 装置的动态测量特性，e 还不-能体现PMU 在动态测量过程中的误差分布情况。将每次的测量误差与真实的测量误差µe 进行比
较，会产生一定的偏差。根据正态分布的特性，通过对其标准偏差σ的计算，可以计算出测量误差的离散性。
也就是所谓的贝塞尔（Bessel ）公式：
σ=
N 2
（e n -e ）Σ-N -1n =1
个装置的总误差，必须体现PMU 装置在一段时间内每一点的测量误差，及其测量误差分布状态。
即使在运行系统的电量信号发生了一定范围内的波动或系统发生振荡时，PMU 装置传送的每一点测量误差都必须满足测量精度的要求。
3 应用概率统计的方式计算和分析PMU
装置的测量精度
由于检测参照对象（检测时电力系统的运行环境）处于变化中，PMU 装置通过GPS 高精度的时间标定，保证了PMU 装置和标准检测装置的测量结果都在同一时间点上，然后对相同的时间点上的数据进行比较。
由于测量设备的不同，两套采样结果仍会存在着一定的偏差，这就是产生了测量误差e 。而每一个测量时间点上的测量误差都不完全相同，这种测量误差的大小是随机变化的，真实的测量误差µe 是不可知的。
如何分析被检测PMU 装置的测量精度呢？经过大量的测量最终发现，这种测量误差的分布还是遵循正态分布规律的。通过统计的方法，在一列N 次等精度测量中，可以得到N 个测量误差e 1，
e 2，e 3，…，e n ，…，e N ，对真实的测量误差µe 作出的最佳估算值，就是诸e n 的算术平均值：
e -=1N
N n Σ=（1e 1+e 2+……+e n +……+e N ）应当注意，当测量次数N 为无穷大时，e -才会依概率收敛于真实的测量误差µe 。
平均误差e -表示了PMU 装置的真实的测量误差。
标准偏差σ的数值，并不是一个具体的误
差，其大小表征着诸测量误差的弥散程度。σ值愈小，则正态分布曲线愈尖锐。这意味着偏差较小的测量误差出现的概率愈大，而偏差较大的测量误差出现的概率愈小。
由于对PMU 装置高速准确的测试有较为严格的技术要求，对其测量的准确度评价也不只是平均误差e -这么简单，测量误差的标准偏差σ则表现了对测量误差离散性的要求。
通过正态分布曲线的原理可以知道，被检测误差e 出现在区间［e --a ，e -+a ］的概率是与标准偏差σ的大小密切相关的，故常把区间极限取为σ的若干倍，即是a =k σ，国内统计常规的取值为3σ。查阅正态分布密度表可知，有99. 73%的测量误差出现在区间［e --3σ，e -+3σ］的范围内。
测量误差的取值区间代表了测量误差的具有较高概率出现的范围，间隔越小代表测量结果的离散越小。如果这一区间的间隔范围在PMU 装置测量等级的范围内，则认为该检测装置符合其等级要求。对于测量误差的标准偏差σ，现有的检测标准都没有明确的规定，这有待于今后对PMU 检测标准的制定。
4 结束语
这种测量方式的提出，是建立在概率统计理论基础上的，也是建立在传统测量原理上的。不但可以运用于
PMU 装置，对于各种动态测量装置或系统都可以适用，也不局限于对电力电量的测量装置。
收稿日期：2005-06-18
作者简介：庄黎明（1969-），男，工程师，从事继电保护和综合自动化专业工作。