NR-PMU通信规约介绍201610.pdf

务实 求精 协作 创新 PMU通信规约介绍PMU通信规约介绍 2015.07.15 陈玉林 同步相量测量装置（PMU） Phasor Measurement Unit PMU用于同步相量的测量和上送，并进行动态和 暂态数据记录 广域相量测量系统(WAMS) Wide Area Measurement System 由PMU和高速通信网络构建而成，为区域电网提 供实时监测、分析和控制 同步相量测量装置及系统 同步相量测量原理 11U22U 相量1 相量2 12 相量1 相量2 12 参考相量 相量1 1 参考相量 相量1 1参考相量 相量2 2 参考相量 相量2 2 同步相量概念 电力系统中的正弦或余弦电压、电流量： ( )220 2cos(31430 )kV ( )100 2cos(31410 )A u tt i tt 50Hz Re Im 分析电流和电压，便得到幅值和初相 角都是变量，但转速相同的同步相量同步相量 220 30 kV 100 -10 A U I 幅值幅值均取有效值的根号2倍 选取相同的时间参考点，如：1PPS 可得到初始相角初始相角（-180 180） PMU/WAMS系统整体结构 分析中心站 LAN 分析工作站 数据库服务器 数据集中器 WAN LAN LAN WAN 分析中心站 LAN 分析工作站 数据库服务器 数据集中器 LAN LAN WAN WAMS主站主站 LAN 相量测量单元 EMS系统系统 SCADA 系统系统 EMS系 统 系 统 SCAD A 系统系统 EMS系 统 系 统 SCAD A 系统系统 数据集中器 网关 防火墙 前置机 数据库服务器WEB服务器 1. WAMS主站主站 3.同步时钟同步时钟 2.PMU装置装置 2.PMU装置装置 4.通信网络通信网络 PCS-996型PMU系统典型配置 PCS-996G 数据集中器数据集中器 PCS-996B (发电厂发电厂) PCS-996A (变电站变电站) RCS-9785 GPS时钟时钟 PMU装置的3种输出量： 输出1： 实时数据 输出2：动态录波文件 输出3：暂态录波文件 输出1： 实时数据 输出2：动态录波文件 输出3：暂态录波文件 PMU装置的输出量1 1. 实时数据：1. 实时数据： 相量：UABC1, IABC1, 内电势Eq,发电机功角 模拟量: P, Q, f, df/dt，发电机转速 420mA直流量 等 开关量：刀闸位置，机组开关量信号 相量：UABC1, IABC1, 内电势Eq,发电机功角 模拟量: P, Q, f, df/dt，发电机转速 420mA直流量 等 开关量：刀闸位置，机组开关量信号 输出特征：输出特征： 同步时标：与GPS零秒时刻对齐，全网同步 传输速率：100帧、50帧、25帧等可选 同步时标：与GPS零秒时刻对齐，全网同步 传输速率：100帧、50帧、25帧等可选 实时数据示例 PMU装置的输出量2 2. 动态录波数据：2. 动态录波数据： 内容CFG1 + N个数据帧（含相量、模拟量、开关量） CFG1是PMU的最大可输出配置 N个数据帧是1min内的实时数据帧（6000帧） 内容CFG1 + N个数据帧（含相量、模拟量、开关量） CFG1是PMU的最大可输出配置 N个数据帧是1min内的实时数据帧（6000帧） 输出特征：输出特征： 记录速率：能达到100帧/S 形成速率：每分钟形成1个文件 存储要求：能存储14天的数据 上传要求：在主站召唤时传送指定数据 主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析 记录速率：能达到100帧/S 形成速率：每分钟形成1个文件 存储要求：能存储14天的数据 上传要求：在主站召唤时传送指定数据 主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析 动态录波文件示例 数据文件：200704180926.dyn数据文件：200704180926.dyn PMU装置的输出量3 3. 暂态录波数据：3. 暂态录波数据： 标准COMTRADE99格式的暂态录波 内容可以包括：瞬时值，幅值，开关量等 标准COMTRADE99格式的暂态录波 内容可以包括：瞬时值，幅值，开关量等 输出特征：输出特征： 形成条件：开关量变位，电气量启动（电压、电流越 限、突变，频率越限，功率振荡等） 存储要求：能存储1000次扰动数据 上传要求：在主站召唤时传送指定数据 主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析 形成条件：开关量变位，电气量启动（电压、电流越 限、突变，频率越限，功率振荡等） 存储要求：能存储1000次扰动数据 上传要求：在主站召唤时传送指定数据 主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析 暂态录波文件示例 PMU的通信规约 PMU国际标准 IEEE Std 1344-1995 测量+通信(废弃不用) IEEE Std C37.118-2005 测量+通信 (广泛使用) IEEE Std C37.118.1-2011 测量 IEEE Std C37.118.2-2011 通信（兼容2005版） IEC TR 61850-90-5-2012 通信（尚未应用） PMU国内通信标准（V2）(国内广泛使用) Q/GDW 131-2006 电力系统实时动态监测系统技术规范 PMU国内通信标准（V3）（不兼容V2，国内尚未使用） GB/T 26865.2-2011电力系统实时动态监测系统 第2部分： 数据传输协议 各PMU通信规约的关系 IEEE Std 1344-1995 标准升级(前标准废除) IEEE Std C37.118-2005 （V1） 标准升级(兼容前标准) IEEE Std C37.118.2- 2011 （V2） IEEE,IEC联合制定 IEC TR 61850-90-5-2012 标准修改及扩充(不兼容) Q/GDW 131-2006 （V2） 标准修改(不兼容) GB/T 26865.2-2011 （V3） 小结：PMU通信规约繁多，国内标准应尽量与国际接轨 PMU国际通信规约概况 当前国际主流规约：IEEE Std C37.118-2005 国际PMU规约无文件管道通信。 实时数据通信有三种实现模式 模式1：纯TCP模式（4712端口，CMD+DATA） 模式2：纯UDP模式（4713端口，CFG+DATA,组播） 模式3：TCP+UDP模式（TCP=4712,UDP=4713组播） TCP：CMD管道：start，stop，CFG1,CFG2 UDP：DATA管道 PMU国内通信规约概况 当前国内主流规约：Q/GDW 131-2006 比海外PMU规约多文件管道 数据管道有两种工作模式（历史原因造成） 交互过程比海外PMU规约繁琐 TCP端口五花八门 数据管道(TCP)：8000 （9000，2501，2510） 管理管道(TCP) ：8001 （9001，2502，2511） 文件管道(TCP) ：8600 （9002，2503，2512） PMU数据的存储、传送 暂态 录波 实时 数据 暂态 录波 实时 数据 采集单元采集单元 动 态 录 波 实时数据 数据集中器 暂态 录波 主站 配 置 管 理 860080008001 管理管道（管理管道（8001）：）： 命令，配置命令，配置 数据管道（数据管道（8000）：）： 实时数据实时数据 离线文件管道（离线文件管道（8600）：）： 动态录波文件 暂态录波文件 动态录波文件 暂态录波文件 实时数据通信的主要流程 配置帧格式 序号字段长度（字节）说明 1SYNC2同步字 2FRAMESIZE2帧字节数 3SOC4时标 4D_FRAME2数据帧格式 5MEAS_RATE4秒等分数，宜采用毫秒表示 6NUM_PMU2数据帧包括的PMU的数量 7STN16站名：16 字节ASCII码 8IDCODE88 字节 PMU 硬件标识符 9FORMAT2数据帧的数据格式 10PHNMR2相量数量：2 字节整数 (0 到32767) 11ANNMR2模拟量数量：2字节整数 12DGNMR2开关量状态字的数量：2字节整数 13CHNAM相量和通道的名称，16字节ASCII码 14PHUNIT4 PHNMR相量通道的转换因子 15ANUNIT4 ANNMR模拟通道的转换因子 16DIGUNIT4 DGNMR开关量状态字掩码 17FNOM2额定频率和标志 18PERIOD2相量传送的周期 19CHK2CRC16 数据帧格式 编号字段长度编号字段长度 (字节字节)说明说明 1SYNC2帧同步字帧同步字(AA02) 2FRAMESIZE2帧长帧长 3SOC4世纪秒，从世纪秒，从1970-1-1 0:0:0开始开始 4FRACSEC4秒等分（分辨率秒等分（分辨率10ms） 5STAT2状态字状态字 6PHASORS4P相量相量(幅值，相角幅值，相角) 7FREQ2 频率偏差频率偏差 8DFREQ2 频率变化率频率变化率 9ANALOG2A模拟量模拟量 10DIGITAL2D开关量开关量 命令帧格式 序号字段长度（字节）说明 1SYNC2同步字 2FRAMESIZE2帧字节数 3SOC4时标 4IDCODE88 字节 PMU 硬件标识符 5CMD2 Bits 1513: 001 否定确认 010 心跳信号 011 系统复位 100 下传CFG-2配置文件 101 联网触发 110 保留 111 确认命令 Bits 3-0: 0001 关闭实时数据 0010 打开实时数据 0011 发送头文件 0100 发送CFG1文件 0101 发送CFG2文件 1000 以数据帧格式接收参考相量 6CHK2CRC16 离线数据通信的主要流程 文件传输指令帧格式 字段长度（字节）说明 SYNC2帧同步字，规定为0x5540。 FRAMESIZE2帧字节数。使用无符号的整数表示。表示范围为（0到65535）。 SOC4世纪秒。表示发令时刻。 IDCODE88 字节 PMU 硬件标识符。 CMD2 命令字 低字节（LoByte）：指令编号，命令编号及含义参见表9.2； 高字节（HiByte）：当低字节为4，高字节为1时，传送暂态文 件的目录； 其他：保留。 CMD_PARASN 命令参数字段，根据CMD字段有不同的定义，详见 “CMD_PARAS字段格式定义” CHK2CRC16校验。 离线数据帧格式 编号字段 长度 （字节） 说明 1SYNC2帧同步字，定为0x5500。 2FRAMESIZE2帧字节总数。 3SOC4世纪秒，表示该数据帧发送的时刻。 4IDCODE88 字节 PMU 硬件标识符 5FRAMECOUNT2需上传离线数据帧的总数，16位无符号整数。 6FRAMENO2当前报文帧的顺序编号 7TYPE2 0：以二进制数据流的方式传输CFG文件； 1：以二进制数据流的方式传输DAT文件； 2：以二进制数据流的方式传输动态记录数据； 3：传输文件 其他：保留 8DATASOC4离线数据对应的记录时间，世纪秒表示。 9CONTENTN 传送的离线数据，用二进制表示。 离线数据类型（TYPE）： 0：数据按照CFG组织 1：数据按照DAT组织； 2：数据按照实时数据帧组织 3：前64个字节为所传输文件的名称，其后的（N64）个字节 为文件内容。 10CHK2CRC16校验。 PMU通信规约的差异配置帧 C37.118-2005国内国内V2(基准基准)国内国内V3说明说明 SYNCSYNCSYNC同步字 FRAMESIZEFRAMESIZEFRAMESIZE帧长 IDCODE2-DC_IDCODE8IDCODE SOCSOCSOC世纪秒 FRACSEC-FRACSEC秒等分，品质 -D_FRAMED_FRAME数据帧格式 TIME_BASEMEAS_RATETIME_BASE秒等分基准 NUM_PMUNUM_PMUNUM_PMUPMU个数 STNSTNSTN厂站名 IDCODE2IDCODE8IDCODE8IDCODE FORMATFORMATFORMAT数据帧格式 PHNMRPHNMRPHNMR相量个数 ANNMRANNMRANNMR模拟量个数 DGNMRDGNMRDGNMR开关量个数 CHNAMCHNAMCHNAM测量量名称 PHUNITPHUNITPHUNIT相量因子 ANUNITANUNITANUNIT模拟量因子 DIGUNITDIGUNITDIGUNIT开关量掩码 FNOMFNOMFNOM额定频率标志 CFGCNT-CFG变化次数 DATARATEPERIODPERIOD上送速率 CHK(crcitt)CHKCHK校验码 PMU通信规约的差异数据帧 C37.118-2005国内国内V2(基准基准)国内国内V3说明说明 SYNCSYNCSYNC同步字 FRAMESIZEFRAMESIZEFRAMESIZE帧长 IDCODE2-DC_IDCODE8IDCODE SOCSOCSOC世纪秒 FRACSECFRACSECFRACSEC秒等分，品质 STATSTATSTAT状态字 PHASORSPHASORSPHASORS相量 FREQFREQFREQ厂站频率偏移 DFREQDFREQDFREQ频率变化率 ANALOGANALOGANALOG模拟量 DIGITALDIGITALDIGITAL开关量 CHK(crcitt)CHKCHK校验码 PMU通信规约的差异命令帧 C37.118-2005国内国内V2(基准基准)国内国内V3说明说明 SYNC SYNC SYNC 同步字 FRAMESIZE FRAMESIZE FRAMESIZE 帧长 IDCODE2-DC_IDCODE8IDCODE SOCSOC SOC世纪秒 FRACSEC-FRACSEC秒等分，品质 -IDCODE8 -IDCODE CMD CMD CMD 命令 CHK(crcitt)CHK CHK 校验码 PMU通信规约的差异STAT字段 BIT位位C37.118-2005国内国内V2(基准基准)国内国内V3 Bit 15Data valid,数据可用标志数据可用标志 Bit 14PMU error装置异常装置异常 Bit 13PMU sync同步状态同步状态 Bit 12Data sorting数据排序数据排序 Bit 11trigger detected触发标志触发标志 Bit 10CFG changed备用配置变化 Bits 0908Reserved备用备用 Bits 0704 Bits 0706 Reserved Bits 07-06: 时标质量： 00 = 同步精度5s 01 = 同步精度50 s 10 = 同步精度500 s 11 = 同步精度500 s Bits 07 备用 Bits 54: Unlocked time: 00 = sync locked01 = Unlocked for 10 s 10 = Unlocked for 100 s 11 = Unlocked over 1000 s Bits 05-04: 时标异常： 00 = 同步锁信，最好效果 01 = 持续10秒锁信失败 10 = 持续100秒锁信失败 11 = 持续1000秒锁信失败 Bits 06-04: 时标异常： 00 = 同步锁信，最好效果 01 = 持续10秒锁信失败 10 = 持续100秒锁信失败 11 = 持续1000秒失败 Bits 0300Trigger reason触发原因触发原因 PMU通信规约的差异FRACSEC字段 BIT位位C37.118-2005国内国内V2(基准基准)国内国内V3 Bit 31Reserved闰秒，1表示闰秒保留 Bit 30Leap second direction闰秒预告（下一秒闰秒）闰秒方向 Bits 29Leap second occurred保留闰秒发生标志 Bits 28Leap Second Pending保留闰秒预告 Bits 27-24 Four-bit Time Quality: 1111= Four-bit Time Quality: 1111= Clock failure, 0000= clock locked 保留 Four-bit Time Quality: 1111= Four-bit Time Q