WAMS 監測系統

相量量測技術在電力系統中的應用基礎，要求其資料之取樣必須同步。要達 到此要求，則必須將同步脈波同時送至各相量量測裝置(Phasor Measurement Unit, PMU)，當做各監測站之同步取樣參考信號。各監測站根據此時間信號將所擷取 之信號給予時間標記，然後透過通訊設備，將各監測站資料送至主電腦做資料之 分析。此相量量測方式可用在監測電力系統中，不同匯流排上之相角，用以偵測 系統動態現象及作為保護控制之參考信號。相量量測裝置之電力系統應用如圖 2-12 所示。其中，PMU 分佈在各監測站，透過通信設備將資料送至主控站之處 理器加以運算分析，以作為系統之監控應用。

圖 2-12 相量量測裝置之電力系統應用

2.3.1

電力系統相量量測系統中，負責相量量測之基本單元裝置之構造如圖 2-13 所示。包括數個基本單元：(a)GPS 衛星信號接收器，(b)前端信號處理單元(鎖相 振盪器、濾波器及 A/D 轉換器)，(c)相量微處理機單元，和(d)一具能與主電腦及 站電腦間通訊的串列通訊裝置。前端信號處理單元提供了突波保護裝置及電磁干

擾防制能力，並將電流信號經由轉換為電壓信號，以便做 A/D 轉換及後端之相 量運算處理。系統之電壓及電流由 PT、CT 之二次側取得，經信號處理之隔離及 濾波送至取樣及保持電路。濾波電路之設計為取樣頻率的一半，用以濾掉假雜訊 (Aliasing Signal)，避免計算相量時產生誤差。衛星信號接收器送同步信號至鎖相 電路中以提供取樣信號。電壓及電流類比信號經由多工處理器及類比至數位轉換 器(A/D Converter)，將所有信號同步取樣，轉換成數位信號，然後儲存於記憶體 中。這些取樣資料經由相量處理器單元以遞迴式分散式傳立葉轉換(Recursive DFT)方式，計算出正相序電壓及電流的相量。所算出來的相量資料，在電力系 統穩定時，不斷的被中央控制站監視與儲存。系統異常情況發生時，將被以另外 一種格式儲存，作為故障分析之用。

圖 2-13 相量量測裝置之架構

由衛星信號接收器 GPS 所提供的時間標記(Time 秒 tamp)信號，在每一筆取 樣及相量資料之前，均加以時間標籤(Time-tag)。另外，由接收器送至微處理機 的 1 PPS 信號，提供取樣數目(Sample Number)重置的參考。在取樣頻率為 720-Hz 系統中，其每秒鐘之取樣數目由 0 至 719 變化。此取樣數目亦伴隨在每筆取樣資 料的格式中。因此可由時間標籤及取樣數目來比較不同 PMU 所量測到的電壓、

電流相量。

2.3.2

由於經濟成長使用電需求增加，但環保要求使電力設施新建日益困難，復由 於台電系統為南北狹長之獨立系統，北部為負載中心供電不足，需以 6 條 345-kV 超高壓輸電線將不足之電量由中、南部往北輸送，致系統發生小擾動時，時有區 間振盪發生，使系統不穩定，故設置 WAMS 監測系統以分析統計電力系統動態 特性、發覺系統弱點及提供改善建議。

相量量測之目標為準確獲取變電所間之各電氣相量及匯流排頻率，其技術源 自測距保護電驛的對稱成份理論。為瞭解台灣電力系統之即時運轉狀況，台電公 司已完成 10 套「台電電網即時狀態監測系統」（即 Wide Area Measurement System, WAMS），分別設於 2 座電廠、4 座變電所及 1 座開閉所等 7 個相量監測站（Phase Measurement Unit, PMU）。包括：核能二廠、龍潭變電所、峨眉變電所、中寮開

閉所、嘉民變電所、龍崎變電所及核能三廠等。有關台電公司相量監測系統之概 念圖如圖 2-14 所示。

圖 2-14 台電公司相量監測系統之概念圖

台電公司之監測系統主要功能包括：電力系統即時狀態監視、動態行為監錄 分析、事故紀錄分析及穩態相量紀錄分析等，WAMS 監控系統架構圖如圖 2-15 所示。各監測點（PMU）之資料經公司光纖通訊專線傳送至中央監控站進行即 時監測與資料處理。本研究據此 WAMS，取得核三 BUS1 之 4 回引出線 I2監測 資料，以修正 EMTP 模型及參數。

E th e r N e t

SQL server

WEB server ^GPS ...

GPS

Central Control Unit Modem

Array Disk

圖 2-15 WAMS 監控系統架構圖

在廣域監測系統（Wide Area Measurement System, WAMS）中，以同步相量

量測單元（Phasor Measurement Unit, PMU）所組成。而同步相量量測單元則由三 個基本單元所組成，同步相量量測單元之方塊圖如圖 2-16 所示，即信號處理單 元（Signal Conditioning Unit, SCU），監測單元（Measurement Unit, MU）及衛 星同步信號單元（Signal Synchronized Unit, SSU）。所有 PMU 之輸出信號透過 通訊網路送到中央站作即時線上運算後，再將控制指令送返現場電驛執行。為能 在各個變電電所得到相量信號及匯流排頻率資料，需要一組全球性之參考資料。

PMU 的時間標籤（time stamp）的功能就如同全球定位系統（Global Positioning System, GPS），其量測方法為將原始數據瞬時三相電壓或電流值經即時對稱成份 離散傅立葉法則（symmetrical Component Discrete Fourier Transform Algorithm）

找出衍生信號正序電壓與正序電流相量。

不同 PMU 的資料經由光纖送到中央處理單元，並在相同之時間基礎上以不 連續富利葉演算法(discrete Fourier transform algorithm)予以轉換，以立即計算電 壓及電流等瞬間值之資料。

圖 2-16 同步相量量測之方塊圖