DL／T 860.905-2019  电力自动化通信网络和系统 第90-5部分：使用IEC61850传输符合IEEE C37.118的同步相量信息

同步相量通信在变电站内可用于检同期或变电站层级状态估计，多个变电站的同步相量传输至 控制中心，用于区域或者全网的电网异常告警及稳定计算。这两个方面的应用都在下面的章条中进行 介绍。 在以下用例中，箭头表示数据流从一个设备流向另一个设备。实线箭头是示意图中应用的基 本数据流，虚线箭头是来自其他位置的可选数据流。对象组边上的虚线框如标签所示是共同协作的 设备。

5.2同步相量的广域应用

在大多数应用中，同步相量数据的数据源和实际应用点距离很远。在本部分中，“远”是指距离比 典型局域网（LAN）覆盖范围更远 在任意长距离进行数据传输可以选择使用IP协议。无论任何距离，IP协议允许数据包（IP包）在 不同网络之间进行路由传输。本部分重点介绍利用IP协议的方式。 将UDP用于同步相量数据流的传输是一种经过验证且实用的方法。基于IEEEC37.118协议的很多 工程应用证实了这一点。因此，需要再次使用UDP传输SV数据流，TCP传输也可用，且已在使用， 旦有所保留地在6.4中进行阐述。 在所有的用例中，延迟要求指的是端到端通信延迟。这是报文从测量设备发送到应用程序接收报 文的时间间隔。它包括所有通信时延，包括局域网、广域网和路由器延迟以及中间处理单元（如 ssPDC和PDC单元）的时延。它不包括从信号输入到同步相量计算的测量时延。对于所述应用，在每 个用例下都指定了通用的通信规划导则。个别应用需求将有所不同，这些特定需求需要在实施时进行 评估。 对于一个基于接收数据进行动作的应用，丢包大大增加了响应的时延。单独丢一个包所产生的延 迟等于设定数据报告速率下的相邻数据包传输间隔时间。应用所允许的丢包数的上限等于所允许的延 迟响应。因此，数据传输率愈高，系统所允许连续丢包数愈大。一些应用可以通过之前的数据估计丢 失数据的值，但是即使这样也会导致延迟动作。在所有情况下，依靠传输数据的应用需要一个超时来 侦测过度的丢包和回退操作模式，且/或在发生时进行警告。 记录数据的应用、绘制响应曲线用以计算或者可视化的应用可以容许一些数据丢失而不产生较大 的影响。它们可以使用各种填补技术去拟合丢失的数据。相对于单纯的数据丢失问题，更在于数据丢 失的类型。相比长的连续的丢失，短时的数据丢失更容易被合理精确填补。一些连续采样数据中多次 短暂报文丢失的丢包类型比不那么频繁但长间隔丢包更容易被忍受。如前所述，任何响应都会出现延 迟。同样需要超时检测、回退操作以及告警。 抖动或者延迟变化将导致使用这些数据的响应时间的变化。只要抖动明显低于数据速率间隔，它 就不会对应用产生太大的影响。如果抖动时间接近允许的延迟时间，这允许延迟时间可能大于或小于 连续数据样本间间隔时间，则抖动将对应用响应产生影响，并且能成为限制因素。数据集中器将由于 抖动而延迟，因为程序必须等待所有数据到达纸箱标准，然后组装完整的数据包并转发它。在所有情况下，抖 动需要考虑最坏延迟

在该应用中，数据从一 般的信息流如图1月 器使用该信息来确认断路器两便 可以无冲击合通。

应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示： 执行单元：

对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如 单元：

基本流程： a）数据生成和发送。

约束： 同步相量测量可以以多种速率传送并可遵循如IEEEC37.118.1等标准。下表总结了最小测量传输 速率，数据传输的最大延迟和最大测量时间误差。测量时间误差将直接影响相角测量，而这对本应用 是很重要的。这种测量误差由IEEE.C37.118.1规定

在该应用中，数据从一个或多个PMU设备发送到继电保护监视功能中。一般信息流如图2所 设备接收该信息来调整继电保护参数或设置，使保护装置基于实际系统配置做出最佳决策。目 应用设定为一种低速的应用，该应用充分利用 量测量系统的高精度和广域可观测性的优势。

应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示：

应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示： 执行单元：

图2自适应继电保护监测单元的用例框图

b）数据接收和动作。

步相量测量可以以多种 电标准如IEEEC37.118.1。由于自适应继电保 护并非已有的功能，实际时间和传输速率可能与本技术规范有很大不同。以下数值的估计表示的是本

5.5失步（OOS）保护

在该应用场景中，数据从两个（或更多）PMU设备发送到控制单元，该控制单元用于监测变电站 或区域电网间的失步情况。它利用相角和频率测量来检测过大或不断增加的相角，并且进行动作以减 小角差或解列系统。一般流程如图3所示。

应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示：

图3失步（OOS）保护的用例流程图

基本流程： a）数据产生和发送。

b）数据接收和动作。

约： 失步控制必须在限定的时间内执行，测量值必须在短时间内完成验证。数据传输速率必须足够快 以支撑采样值之间的允许延迟。下表总结了本应用中可以接受的最小测量传输速率，允许的延迟范围 和最大测量时间误差，

在本应用中，数据从一个或多个PMU设备发送到控制 理和报警功能，如振荡监测和断面过载越限告警。这些应用基于数据与预决策判据的比较而获得的信 息向操作员发送告警。一般信息流如图4所示。

应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示： 执行单元：

基本流程： a）数据产生和发送。

数据接收中间环节（可

）应用程序处理数据同时发送告警给操作员。

约东： 同步相量测量数据可以在多种速率下传输，该测量数据应遵循其他标准，如IEEEC37.118.1。下表 数据传输的时间延迟和最大测量时间误差。

同步相量测量数据可以在多 据应遵循其他标准，如IEEEC37.118.1。 了所列举应用所需 和最大测量时间误差。

5.7状态估计和在线安全评估分析

在该应用中，数据从一个或多个PMU设备发送到控制中心中的状态估计模块和安全评估应用中。 状态估计模块负责计算电网中所有节点的电压和潮流。安全评估应用通过将不同指标应用于状态估计 来确定故障风险。最初，状态估计将使用同步相量数据作为传统SCADA数据的补充以增加其功能， 完善性能。这些都是由于最初同步相量数据测点较少而无法满足其应用需求。一旦同步相量测量数据 可充分获得，状态估计可以只用同步相量数据进行计算。一般流程如图5所示。

应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下

5状态估计用例示意图

基本流程： a）数据产生及发送，

b）数据接收中间层（可选路径）。

d）应用程序数据处理并向操作员发送告警。

应用类型 速率范围 传输时间等级 时间同步精度等级 1/5min 状态估计 TTO >1s T3 0.025ms 10顿/s

5.8数据存储（事件与连续存储）

PMU的测量结果应进行存储用于系统分析。存储数据应包括连续测量和异常事件触发的快速录 波。在后续的检索分析应能获取这些数据。连续存储由相应应用程序完成，这样的程序要么能保证充足的 存储空间不会在预定周期耗尽存储，要么可以利用空间限定功能在一定时间范围内覆盖早期的数据。触发 存储功能由事件触发器（ET）初始化，这里将触发存储功能视为黑匣子，它会向一个或多个数据存储器 （DA）发送需要进行存储的事件标识，事件标识告知DA要进行事件数据存储。数据存储可以是PDC 和ssPDCs内的一个功能模块，或者也可以是一个独立的应用。一般信息流程图如图6所示。

应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示

目对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束

图6存储数据的用例图

基本流程： a）数据产生和发送。

b）数据接收中间层（可选路径）。

d）事件触发发送和接收

下文中提供了在广域控制背景下使用同步相量几种不同用例，以下记录了相关的例子。

在该应用中，数据从一个或多个PMU设备发送到变电站、控制中心或其他相应设施的控制模块 中。数据可以直接发到控制模块或者经由ssPDC或PDC等数据集中设备发送到控制模块。控制器将基 于这些测量量，采用预先编好的算法，执行响应策略。控制功能包括投切电容器、电抗器或线路，发 电机降出力，SVC阻尼以及可以执行的任何其他控制操作。该操作既可以包括传统的特殊保护方案 SPS、SIPS、RAS等），也可以是基于被测量系统响应而非预编响应的更复杂方案。同步相量提供的 准确高速测量量有助于这些实施方案的实现，一般信息流程图如图7所示。

应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如

图7广域控制的用例图

基本流程： a）数据采集和发送。

b）数据接收中间环节（可选路径）。

约东： 控制行为必须在限定的时间内发生，有些需要在毫秒级时间内响应，有些则在秒级内执行即可。 数据速率和延迟必须支持特定控制行为要求。控制操作速度受数据发送速率（datarate）以及发送数据 后接收数据所需时间（延迟）的限制。通过使用基于广域系统的同步相量能够完成实现多种不同的控 制操作。下表仅仅是部分控制行为的例子，不涵盖所有控制操作。下表应作为考虑到测量传输速率、 时标错误、延识范围和测量时间误差的更为高速的应用的指导大纲。

5.93动态稳定的预测维持系统

当连接两个主要电力系统的回路或网络发生严重故障时天然气标准规范范本，这两个系统间可能会发生失步。通过检 查合适的指标，能够发现扰动在5s～10s间有渐进扩大趋势，一旦检测到失步条件，随后在特定的节点 解列系统就有可能防止失步的发生。这个系统主要由用于收集信息并分布在各个主要电力系统节点上 的PMU组成；IED能够解列电力系统。IED和PMU通过通信网络连接在一起。 每个PMU将其所在部分电力系统电压角度发送给IED。IED比较各个PMU之间的角度并预测将 来的角度变化。如果系统A中的PMU与系统B中的PMU之间的预测角度超过整定值，则IED认为 失步条件形成，并会触发断路器。 可选方法：IED在正常条件下测量各个PMU之间的角度差。当扰动发生时，通过发电机转子角 （速度）或频率偏移量计算角差。 一般信息流程如图8所示。

图8用于预测动态稳定的用例图

相关通信要求可如下进行概括，应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示：

约束： 控制行为必须在限定的时间内进行。该应用可以预测未来150ms～200ms的电压角度差。当预测 角度超过整定值时，执行控制命令，解列部分系统。 考虑到IED的输出时间和断路器的操作时间，对通信延迟（latency）时间的要求如下表所示；还 需要高可靠性数据通信。此外，所要求高精度测量允许的最大时间误差如下表所示。这样使得ED能 够比较多个PMU之间的角度。

例如1987年在东京和法国发生的停电事件，以及2003年在北美东部和欧洲南部发生的停电事件， 都与电压失稳有关。 很难证明增强传输能力能够解决电压失稳和极端条件下发生的级联停电，而低压减载似乎是一种 合适的可替代的应急措施。 示例系统由安装在四个500kV变电站的PMU和安装在几个275kV或154/66kV变电站的IED组 成。IED连接所有PMU。 IED的其中一个目的是检测长期电压崩溃；这通常在500kV电网中进行。这与275kV或更低电压 等级电网不同，它们通常会自动调节500/275kV或154kV变压器分接头。 IED通过以下方式提供高可靠性。在8s～2min的范围内，IED通过监测异常连续变化的△VI△At， 来监测缓慢的电压下降。在1s数据窗内计算△VI△t，也可用来检测快速电压跌落。每个IED可至少触 发一回线。当IED检测到电压崩溃时经延时逐条跳开每条线路断路器，每条线定时器可以独立地设置。 （独立的时间设定应用在每条线上） 一般信息流如图9所示

通信要求可如下概括，应用对应的执行单元、操作功能、基本流程、约束如下所示： 热行单元：

工程施工数据基本流程： a）PMU操作。

基本流程： a）PMU操作。