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 能电网技术 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T可 表示为 Ta=T+T+T 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3.3~5μskm: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AD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x,,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EEE C37.118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x,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、传播延时B和交换延时y。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∫个节点和k条链路，则 t.=E(a+B+ 根据以上的分析，WAMS总延时公式为T=石+石2+T+T,与，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 4
第二章 同步光纤网(Synchronous Optical Network,SONET)和同步数字系列 (Synchronous Digital Hierarchy,SDH)技术为广域测量系统提供了通信方式。 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 能 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 按预定方式重新组配，大大提高了通信的灵活性和可靠性。 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 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。 11 图24广域测量系统示意图 1.PMU PMU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 智能电 控CPU、存储设备及实时通信接口，如图2-5所示。 技 卡CU CPCI色线 时钟同步电路 32bit DSP 32bit DSP l6bi:A/D 1/0辑 前置处理 离变换 枝拟搭号编入 开关信号检入 开关信号输 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26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。 调变中心 毫装白隆瑞网我 通信系统 2 通信系统三 子站 数据集中器 子射 E PM西PMN的P (a) (b) 图26集中式和分布式PM示意图 (a)集中式PMU:(b)分布式PMU 26
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 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 智能 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。 网基 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 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、Wb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，采用双网冗余热备份的方式，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），可以采用双机冗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 站A 主站B 区城电树A 区域电网 站AI F结A2 人子站Bl 子站B2 图2-7广域测量系统信息通信的结构
(三)广域测量系统标准 l995年，美国电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics 智能电网 Engineers,IEEE)电力系统继电保护委员会主持制定了IEEE1344-1995IEEE Standard for Synchrophasors for Power Systems(《电力系统同步相量标准》)，该标 准规定了相量测量单元通信的统一数据格式。2001年，正EE成立了同步相量标 准工作组，在EEE1344-1995的基础上制定了新的EEEC37.118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 数据帧、配置帧、头帧和命令帧4种数据单元格式。所有帧以2个字节的帧同步 字开始，其后紧随2个字节的帧字节数和4个字节的世纪秒。这8个字节的顿头 提供了帧类型和时间同步信息，帧同步字的第4~6位定义了帧类型，所有帧以 CRC16校验字结束，且帧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