GB/T 14598.118-1—20XX/IEC/IEEE 60255-118-1:2024
E E 附 录 E
（资料性附录）
利用PMU的采样值输入进行同步相量测量
E.1 概述
通常，同步相量测量装置（PMU）通过互感器直接与交流模拟电力系统信号连接。然而，这并不是唯一的实现方式。PMU可以接收带时间戳的数字样本流，称为“采样值”（SV），来作为电力系统信号，其中模拟到数字的转换直接集成到电子式互感器（EIT）或“独立合并单元”（SAMU）中。这会导致不同的PMU输入要求以及本文件中对PMU性能要求的变更。附录E概述了这些变更对PMU性能的影响，并提出了需要在本文件中进行的变更。 E.2 采样值的生成
有很多种方法以数字波形样本流的形式提供电力系统信号。采样方法的考虑因素包括采样率、采样分辨率、输入滤波、采样定时和噪声处理。为简化起见，假定相关标准所要求的限制都已经得到满足。
涉及采样值生成和分发的标准或技术报告有：IEC 61869-6[11]、IEC 61869-9[12]、IEC 61869-13[13]、IEC 61850-9-2[14]和IEC TR 61850-90-5[15]。电子式仪用互感器（EIT或SAMU）包含产生采样值所需的输入保护、滤波和A/D转换。在EIT或SAMU内部实现的逻辑设备和合并单元（MU）可以组合来自电压和电流EIT设备的样本，提供一个时间标签，并处理将样本值发送给应用所需的通信。应用将样本用于各种任务，如故障定位、故障记录、继电保护以及同步相量估计。如图E.1所示。
时钟输入时钟输入电子式仪用互感器一次值电流 1电流n电压1合并单元适用标准：IEC 61850-9-2IEC 61869-6IEC 61869-9IEC 61869-13* *独立合并单元采样值相量测量单元适用标准：IEC/IEEE 60255-118-1IEC TR 61850-90-5同步相量电压nIEC 61869-9规定的采样值具有以下特性（对于60 Hz系统）。 ——值是具有固定比例系数的32位整数：
? 电压：1 LSB（最低有效位）为10 mV； ? 电流：1 LSB（最低有效位）为1 mA； ? 采样抖动<4 μs。
——测量值按比例缩放到电力系统一次侧。 ——数据速率为每秒4 800或14 400个样本。
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......
图E.1 以采样值作为输入的同步相量
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——SV数据帧可能包含：
? 多个测量通道；
? 每帧1到6个连续样本。
在变电站应用中，SV 消息只包含一个亚秒级时间戳字段。合并单元（ MU ）的时钟输入通常只按几分之一秒提供采样绝对时间。为了完成同步相量所需的完整的世纪秒时间戳（SOC），需要给PMU提供时钟输入。从MU到PMU的延时时间必须小于400 ms，以确保正确地设置SOC。如果合并单元提供一个完整的时间戳，例如发送到变电站以外区域的SV（如IEC 61850-90-5所定义），则PMU可以在没有图E.1所示的本地“时钟输入”的情况下运行。另一种可能性是使用IEC 61850-9-2中定义的可选时间戳字段。允许使用带有完整SOC信息的可选时间戳，但可能并非所有SAMU都支持它，因为在IEC 61869-13中没有明确提及。强烈建议用于PMU的SAMU设备支持IEC 61850-9-2中定义的可选时间戳字段。 E.3 使用采样值时同步相量的误差来源
IEC标准中给出的采样值准确度规范包含了端到端的所有误差，即从互感器一次侧到到数字端口输出带时间戳的信息全过程，包括时间同步系统带来的所有的误差。
具有模拟量输入的传统PMU的前端由输入保护元件、互感器或分流器、模拟量比例缩放和A/D转换器组成。PMU在这一部分出现的误差包括“静态误差”和“线性和噪声误差”。静态误差包括前端滤波器滚降、缩放比例误差以及模拟回路延时时间和A/D采样的延时时间。一般来说，静态误差主要影响TVE，是相位偏移和幅值误差的结果。线性和噪声误差包括来自电路元件的热噪声、A/D量化以及转换算法中的近似值。它们主要影响频率和ROCOF误差。
带外抑制和带宽要求主要是同步相量估计算法的一个函数，尽管“静态”误差的存在可能对估计性能提出了更严格的要求。 E.4 性能 E.4.1 概述
使用SV输入时，符合性试验只包括PMU的算法部分，因为前端已经移到EIT/SAMU。E.4.2 至E.4.4讨论了模拟和 A/D 前端、PMU 功能信号处理之间（现在为分开的）的误差分配。 E.4.2 稳态性能考虑因素
稳态条件包括恒定的幅值、相位角和频率以及不变的干扰。然而，当频率偏离标称值时，测得的相位角将以恒定速率变化。这些是6.3中所述的条件。
a) 在标称幅值和频率下，仅用同步相量估计算法就应达到TVE≤0.01%。在标称频率下的转换算
法非常精确，几乎没有误差。降低的要求基本上将“标称状态下”性能的责任转移到合并单元的单独标准，并包括所有固定或静态模拟误差（量值和相位，包括时间），这些误差如今控制着集成PMU“标称状态下”的性能。
b) PMU信号幅值范围试验在标称频率下进行，幅值可低至10%。鉴于EIT/SAMU报告的规定范围，
这不应导致采样分辨率降低，因此PMU应具有与标称值相同的准确度。因此，这些试验的建议限值为TVE ≤ 0.01%。 c) 对于频率范围试验，“非标称”频率误差与DSP算法有关，与前端的增益和相位误差无关。因
此，通过将前端误差移动到MU，性能不会得到实质性的改善。在本文件中，0.5%的TVE分配给本试验中的前端误差。因此，频率范围试验的新限值应为TVE ≤ 0.5%。 d) 稳态条件下的频率和ROCOF准确度主要由噪声和带外信号决定。噪声的主要来源是前端，在这
种情况下，前端移动到EIT/SAMU，并有效地从试验中去除。但是，稳态试验是使用信号频率范
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围试验进行的，由于算法的原因可能会产生误差，因此建议将这些限值降低到0.5%（即减为二分之一）。
e) 对于谐波畸变和带外干扰信号试验，由于性能主要由同步相量估计算法决定，而同步相量估计
算法不会随着前端的不同而改变，因此建议保持现有的限值。
f) 建议PMU制造商申明所要求的EIT/SAMU归一化信噪比与工作信号电平的关系，以满足本文件
正文中规定的频率误差（FE）和频率误差变化率（RFE）的要求。有关合并单元信噪比规范的更多详细信息，请参见IEC 61869-6。 E.4.3 动态性能考虑因素
动态条件是幅值、相位角、频率或ROCOF发生变化。这些是6.4、6.5和6.6中所述的条件。
a) 同步相量动态性能特性主要由同步相量算法决定，而不是A/D性能。例如，滤波器决定阶跃变
化的响应时间以及上冲/下冲和稳定时间。因此，不宜改变动态相量响应要求。
b) 同样，动态频率和ROCOF响应也主要由计算算法控制。这两者都受到噪声的影响，传统PMU的
动态信号要求中已经考虑了噪声的影响。这种差异不大，因此不建议更改性能需求。 E.4.4 延迟
延迟是指从测量时间开始到应用接收到测量结果的时间。PMU报告延迟在6.7和C.7中进行了描述。 a) 延迟几乎完全由以太网网络延时时间和PMU的性能控制。对于性能试验，建议将6.7中定义的
延迟余量增加2 ms，以覆盖最大EIT/SAMU/MU延迟。
b) EIT/SAMU/MU中的延时时间不应超过IEC 61869-9中定义的限值2 ms，因为这将增加整个PMU
系统延迟。 E.5 性能要求的建议变更
表E.1 建议性能要求变更汇总表
要求 6.3稳态幅值和频率范围 6.3稳态TVE、谐波和带外 6.4、6.5、6.6 带宽、斜坡、阶跃 6.7延迟 TVE 标称频率下，为0.01%（包括幅值范围试验） 全频率范围下，为0.5 % 没有变化 FE 降低到 FE = 0.5 % RFE 降低到 FE = 0.5 % 说明 对于FE和RFE，PMU制造商宜声明使PMU符合要求所需的最大信噪比 没有变化 没有变化 误差主要是由于PMU的DSP特性，和没有变化 没有变化 没有变化 其它误差来源相比，这个特性占绝对主导地位 裕度增加2 ms 裕度增加2 ms 裕度增加2 ms 43
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F F 附 录 F （资料性附录）
环境影响下PMU评估试验子集（建议）
在多种环境影响下，对PMU的所有功能进行完整试验将是极其繁重的工作。基于对各种PMU要求如何受环境影响的理解而选择的试验子集更合适。
在进行PMU功能试验中，建议对环境影响条件进行以下试验子集：
标称频率和标称幅值下的稳态，在最低额定温度和最高额定温度下,温度跨度适宜。 Fs=?0 (50 Hz或60 Hz)，100%额定幅值，在最低和最高温度下进行以下试验： ——幅值范围，10%和120%或200%（仅限终点）； ——双向频率斜坡试验；
——相位调制试验，?mod = 5 Hz； ——延迟试验。
使用M类响应，以设备的最大报告速率进行试验，除非设备仅提供P类响应才可使用P类。
对于所有其它环境影响量，被试设备/试验系统宜配置为在参考条件下测量稳态TVE：Fs = ?0 = 50或60 Hz，100%额定幅值，M类，最大报告速率。
该子集是基于这样的观察：第6章中的其它试验主要受数字信号处理（DSP）特性的影响，不会受到环境方面任何程度的显著影响，以至于环境方面的影响不能被上面列出的试验所揭示。
该试验子集基于以下观察：第6章中的其它试验主要受数字信号处理（DSP）的影响，且不应受到环境影响的显著影响，且在任何程度上，都不能被上述试验所显示。
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GG 附 录 G
（规范性附录） 稳态PMU准确度扩展规范
G.1 概述
PMU可获得比第6章要求更高的准确度或更宽的范围测量能力的认证。本附录G提供了在稳态条件下规定和证明PMU准确度的方法，比第6章要求的更详细。这些方法包括：
——除TVE外，单独对幅值和相位准确度的规定； ——比1%TVE规则要求更高的准确度测量规定；
——对不同的输入信号幅值范围的准确度规定，尤其是超过PMU连续热额定值的短期电流； ——对改进的频率测量准确度的规定。
满足第6章和第7章中基本总体要求的任何PMU都可以使用本附录的方法进行认证。 G.2 适用条件
应在表G.1指定的试验条件下，对根据附录G要求进行扩展准确度认证的PMU进行试验。该测量能力试验应建立在单个输入的基础上；不同的输入不要求具有相同的扩展测量能力。除非另有说明，否则应使用6.2和6.3中的参考试验条件。未有意引入谐波或带外信号。
表G.1 扩展准确度试验条件
增强型测量 输入电压 输入电流 输入信号频率 条件 标称频率 标称频率 标称电压（或电流） 范围 供应商声明的电压范围 供应商声明的电流范围 标称频率，或由供应商声明 注1：在某些情况下，根据第6章进行的认证试验包括可用于根据表G.1扩展准确度认证的试验点。根据指定的条件，
这可以是一个单点（例如，一个标称频率的电压），也可以是一个宽范围。
如果电压和（或）电流超出第6章指定的幅值范围，则需要进行额外的试验以证明符合性。
注2：当频率和幅值都规定了扩展范围时，6.2详细说明了如何分别试验这些参数。试验点的数量取决于指定的范围，
并应遵循IEEE同步相量测量成套试验规范[10]中给出的示例。
G.3 准确度规范
准确度应描述为指定条件下允许的最大TVE，并可选择单独的幅值和相位误差。也允许扩展频率测量准确度规范。
准确度应按如下方式表示（粗体部分为强调内容）：
字母“A”和在规定的测量条件下的TVE（以百分比表示）。 括号中的百分比内容为可按如下方式表示：
——字母“Am”和一个表示幅值准确度的数字（以百分比表示）； ——字母“Ph”和一个表示相位准确度的数字（以度为单位）。 频率测量的准确度可选择用如下方式表示：
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利用PMU的采样值输入进行同步相量测量、环境影响下PMU评估试验子集(建议)
