系统的动态响应，广域信息的提取、传输及处理周期需要在百毫秒级，以保证在失稳或崩溃之前实施紧急控制措施。因此，必须清楚地知道实时数据传输各个环智能节中存在的延时，并尽可能减少可避免的延时。通常而言，通信系统的延时工可电表示为网技Td=Tm+T,+T。术式中：T为发送延时，取决于数据量和发送波特率；T为传输延时，与传输距离和速度有关，通常情况下电信号或者光信号传输速度为3.3～5us/km；T为网络阻塞造成的排队延时，与排队方案有关，而且呈随机分布。对于广域测量系统而言，电压、电流在传送到主站数据处理中心之前，先后通过传感器（电流、电压传感器）、同步采样、相量计算和数据封装、子站通信模块、通信链路、主站通信前置机等环节，每一环节都会产生延时。传感器将实际的工频电量幅值变换成采样模块能接收的信号量程，其工频相移小于1°，此延时记为t，为微秒级。数据同步采样装置在GPS时钟标签下同步进行A/D采样，其延时很小，可忽略不计。相量计算中采用较多的算法是离散傅里叶变换，实际应用改进的离散傅里叶变换使计算量大大降低，计算耗时记为，为微秒级；数据封装是PMU数据包报文构造和通信协议栈调用的过程。数据包采用IEEEC37.118协议数据格式，在进行数据传输过程中，PMU数据需要进行数据包重组，调用协议驱动模块并通过链路发送，这部分延时的大小决定于测量量的多少和数据处理单元的效率，记为，为微秒级：实时数据在广域网络中传输均会产生分组延时，即一个数据分组从子站通信模块发送经过通信链路到达主站通信前置机所需时间，记为t。相邻节点及其之间的链路定义为一个中继段，在每个中继段内，分组延时包括串行化延时α、传播延时β和交换延时。假定一个PMU数据包从子站通信模块传输到主站通信前置机，经f个节点和k条链路，则TT,=Z(α,+β)+ZY。A/=1根据以上的分析，WAMS总延时公式为T=T++,+4，与t直接相关，t是延时抖动最重要的因素，直接反映延时的分布特征。同时还要考虑实时软件运行所造成的延时和由于概率分布带来的延时抖动。其中传感器、采样及相量计算中的延时属于固定延时，链路延时和子站与主站数据封装及协议栈调用延时为可变延时。因此，减少延时的主要手段是提高硬件处理速度，采用合适的网络拓扑和有效的阻塞管理。24
第二章同步光纤网（SynchronousOpticalNetwork，SONET）和同步数字系列（SynchronousDigitalHierarchy，SDH）技术为广域测量系统提供了通信方式。智能SONET/SDH的数据通信速度达到每秒兆比特以上，通过使用专用通道，通道延电时大大减少。SONET采用自愈混合环网，与数字交换系统结合使用，可使网络网基按预定方式重新组配，大大提高了通信的灵活性和可靠性。础TCP协议（基于连接方式）和UDP协议（基于无连接方式）均可用来通过技术网络传输实时信息和数据。由于基于连接方式的通信协议必须保证可靠地传递数据，TCP协议在一定程度上牺牲了快速性。除非在没有其他数据竞争带宽的专用信道中，数据传输基本不会出错外，在一般信道中，有时可能会出现传输错误。由于TCP层位于互联网参考模型的高层，由其进行数据重传，将有可能造成长时间延时。此时，后面的数据必然会被阻塞而无法传输，可能导致控制过程失败。UDP协议不必考虑由于数据的重发或确认造成的额外延时，并且在干扰较小的WAMS专用网络中采用UDP协议基本不会出现数据丢失的情况。如果在允许的范围内数据丢失，可以利用软件对数据进行补偿。（二）广域测量系统的结构广域测量系统由PMU、主站（控制中心）及通信系统组成，如图2-4所示。RUUCU图2-4广域测量系统示意图1.PMUPMU将电网各点的相量测量值送到控制中心的数据集中器，数据集中器将25
各个厂站的测量值同步到统一的时间坐标下，得到电网的同步相量。PMU一般包括卫星时钟同步电路、模拟信号输入、开关信号输入/输出、主智能控CPU、存储设备及实时通信接口，如图2-5所示。电网技通信系统Modem术主控CPU西以太网CPCI总线时钟同步电路32bitDSP32bitDSPGPS16bitA/D1/0透辑同步时钟输入同步时钟输出前置处理隔离变换继电器1模拟信号输入开关信号输入开关信输出图2-5相量测量装置示意图PMU具有同步相量测量、时钟同步、运行参数监视、实时记录数据及暂态过程监录等功能。PMU分为集中式和分布式两种，如图2-6所示。量测量集中于单个集控室的厂站，使用集中式PMU与主站通信：量测点分布较为分散的厂站，采用分布式PMU，使用数据集中器将各个PMU的数据集中打包后传送到主站。调度中心调度中心调度中心调度中心调度中心调度中心主站！主站2主站3主站1主站2主站3交交金金金通信系统通信系统子站数据集中器价子站.PMUPMUIPMU2PMU3PMU4(a)(b)图2-6集中式和分布式PMU示意图（a）集中式PMU：（b）分布式PMU26
第二章2.主站主站接收、存储、转发、处理各子站的同步相量数据，根据各子站的相量数智能电网基础技据得到各子站相对于参考站的功角差。在此基础上，主站进行系统状态的动态监测，在系统出现异常扰动时能及时报警，并启动各子站的录波；另外，监测系统可以通过实时通信接口与EMS交换信息。主站包括3层结构：下层的数据通信主要功能是与PMU通信以及实时接收术相量数据：中间层是实时数据库，主要功能是储存和管理量测数据；上层为动态信息应用层，提供量测数据与其他系统的接口。主站是多个计算机构成的全分布式体系结构，由数据集中器、监测系统服务器、分析工作站、Web服务器、数据库服务器等组成。系统软件采用基于客户/服务器模式的设计方案，系统各部分通过高速以太网连在一起。为提高系统的可靠性，采用双网元余热备份的方式，所有的服务器和工作站都可以连接到以太网。当主网出现故障时，在固定时间内，系统可以自动或手动切换到备网运行。对关键节点（如监测系统服务器），可以采用双机余热备份的工作方式。3.通信系统目前，广域测量系统是按照分层分区原则进行信息传递的，包括厂站层、区域监测主站、全网监测主站，通信的方向为PMU将数据传送给区域监测主站，区域监测主站将数据传送给全网监测主站，如图2-7所示。全网监测主站主站A主站B区域电网A区域电网B省级电网2主站1子站人F站A2子站B2子站B图2-7广域测量系统信息通信的结构27
（三）广域测量系统标准1995年，美国电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronics智能Engineers，IEEE）电力系统继电保护委员会主持制定了IEEE1344-1995IEEE电网StandardforSynchrophasorsforPowerSystems（《电力系统同步相量标准》），该标技准规定了相量测量单元通信的统一数据格式。2001年，IEEE成立了同步相量标术准工作组，在IEEE1344-1995的基础上制定了新的IEEEC37.118标准，目前该标准已列入美国智能电网系列标准。2003年，中国国家电力调度通信中心颁布了《电力系统实时动态监测系统技术规范（试行）》，该规范规定了PMU传输规约。随着运行经验的积累，该规约得到了不断完善。2006年，国家电网公司颁布了《电力系统实时动态监测系统技术规范》。WAMS标准规定了实时通信的数据格式及通信流程，实时通信方式主要包括数据顿、配置顿、头顿和命令顿4种数据单元格式。所有顿以2个字节的顿同步字开始，其后紧随2个字节的顿字节数和4个字节的世纪秒。这8个字节的顿头提供了顿类型和时间同步信息，顿同步字的第4～6位定义了帧类型，所有顿以CRC16校验字结束，且顺的传输都没有分界符。实时通信基于TCP通信协议，使用Client/Server模式建立实时数据管道及管理管道。数据管道是子站和主站之间的实时数据传输的连接，传输方向是单向的，为子站到主站。管理管道是子站和主站之间的管理命令及配置信息传输的连接，传输方向是双向的。（四）广域测量系统在智能电网中的应用近年来，广域测量技术在中国、美国、俄罗斯、欧洲各国快速发展起来，广泛应用于电力系统状态实时监测、稳定分析等多个领域。WAMS为智能电网提供了动态信息平台，将推动智能电网运行规划、控制技术的发展。它能够实时监测电力系统的状态量，对电力系统动态扰动进行辨识，提前预测系统的问题，并为电力系统运行、规划、检修操作、控制等服务，如图2-8所示。1.大电网稳定性可视化我国互联电网覆盖了广大的地理范围，传统技术无法直接观测整个大电网，而WAMS带来了电力系统稳定状态可视化的革命性变化：它将广域电力系统的量测量集中在统一时间坐标系，进行三维可视化（电力系统的地理分布x轴、时28