湯一達(dá)

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙410114）

WAMS及其支撐通信技術(shù)探討

湯一達(dá)

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙410114）

基于相量測(cè)量裝置（PMU）的廣域監(jiān)測(cè)和保護(hù)控制正成為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的關(guān)注。而通信的可靠性和技術(shù)指標(biāo)對(duì)其功能的實(shí)現(xiàn)起到關(guān)鍵的作用。文中介紹了PMU/廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）在美國(guó)的發(fā)展歷史、研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，總結(jié)了WAMS對(duì)通信的具體要求。并基于國(guó)內(nèi)電力通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了在不同的WAMS應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用功能下的可行的通信方式及過(guò)渡方案。

PMU；WAMS；廣域保護(hù)控制；通信技術(shù)

由于缺乏高精度的時(shí)間源以及受數(shù)據(jù)通信條件的限制，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)是一個(gè)分散處理系統(tǒng)，在時(shí)間上是異步的，在空間上是局部的。以其為基礎(chǔ)的能量管理系統(tǒng)（EMS）不能滿足超大規(guī)模電力系統(tǒng)精確的分析和保護(hù)控制方面的需求。隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）的發(fā)展，為電力系統(tǒng)分散的測(cè)量裝置提供了高精度的時(shí)間基準(zhǔn)源。同時(shí)隨著以太網(wǎng)技術(shù)和光纖技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的電力通信網(wǎng)具有高可用性、高可靠性和高安全性，各個(gè)電廠、變電站內(nèi)部以及它們與調(diào)度中心之間有可能實(shí)時(shí)地交換大量信息。正是在這樣的技術(shù)背景下，廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）和廣域保護(hù)控制成為研究和開發(fā)的熱點(diǎn)［1］。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于網(wǎng)絡(luò)阻塞、設(shè)備問(wèn)題或信息攻擊，WAMS的通信系統(tǒng)往往會(huì)造成數(shù)據(jù)的延時(shí)或不完整。這將使得WAMS系統(tǒng)的可靠性降低，并進(jìn)而影響基于WAMS高級(jí)應(yīng)用的可靠性和安全性［2，3］。

1　PMU/WAMS在美國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用簡(jiǎn)介

1.1PMU/WAMS在美國(guó)的發(fā)展

1988年，Bonneville能源管理局（BPA）在美國(guó)西部 電 網(wǎng)（Western Electric Coordinating Council，WECC）首次安裝了相量測(cè)量裝置（PMU），并對(duì)這些裝置進(jìn)行了室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。1993年，弗吉尼亞理工成功研制了全球第一臺(tái)商用的同步相量測(cè)量裝置，它可以輸出帶GPS時(shí)標(biāo)的正序電壓、電流相量、有功和無(wú)功功率值，采樣頻率為2880 Hz。1994年，EPRI在其一個(gè)研究項(xiàng)目中，將這些PMU裝置在WECC投入商業(yè)運(yùn)行。1995年，在美國(guó)能源部的支持下，廣域電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)/動(dòng)態(tài)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在WECC投入試運(yùn)行。

2002年，美國(guó)東部互聯(lián)網(wǎng)的相量項(xiàng)目（Eastern Interconnection Phasor Project，EIPP）在美國(guó)東部互聯(lián)電網(wǎng)啟動(dòng)，希望在東部互聯(lián)網(wǎng)安裝PMU，并形成一個(gè)相量測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。2007年，美國(guó)能源部（U.S.Department of Energy，DOE）和北美電力可靠性公司（North American Electric Reliability Corporation，NERC）倡導(dǎo)實(shí)施了北美電力同步相量倡議計(jì)劃 （North American Synchrophasor Initiative，NASPI）。其目的在于將北美電力系統(tǒng)的多個(gè)相量發(fā)展計(jì)劃進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)信息的共享，并最終形成北美統(tǒng)一的相量測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，便于DOE 和NERC能更好地地支持WAMS的發(fā)展。

1988年到2008年的20年，PMU在北美的發(fā)展相對(duì)較緩，主要是安裝的PMU數(shù)量有限。到2008年底僅有200套實(shí)驗(yàn)用的PMU裝置。2009年，受美國(guó)政府的American Recovery and Reinvestment Act的資助，共有

3.28億美元的資金投向和PMU相關(guān)的14個(gè)項(xiàng)目。如圖1所示。計(jì)劃新安裝超過(guò)1000套PMU裝置。

圖1　美國(guó)ARRA資助的PMU相關(guān)項(xiàng)目

2014年，北美共安裝了近1700套PMU裝置，覆蓋了100%的大電網(wǎng)，如圖2所示。同時(shí)在美國(guó)能源部和工業(yè)界的投資下，建立了高速相量數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、PMU測(cè)量、功能和數(shù)據(jù)格式的交換標(biāo)準(zhǔn)等。美國(guó)能源部也資助了各類PMU高級(jí)分析和應(yīng)用的研究和開發(fā)項(xiàng)目。

NASPI最近提出了PMU在北美應(yīng)用的遠(yuǎn)景，希望通過(guò)建立NASPInet（見(jiàn)圖3），利用分布式數(shù)據(jù)分享和

交換結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)PMU數(shù)據(jù)在電力公司、區(qū)域可靠性委員會(huì)和北美可靠性公司（NERC）間的共享和應(yīng)用，從而可以充分利用PMU提供的信息。

圖2　2014年底北美PMU的分布圖

圖3　NASPInet遠(yuǎn)景

PMU/WAMS在北美主要應(yīng)用在狀態(tài)感知（Situational Awareness）、監(jiān)測(cè)報(bào)警（Monitoring Alarming）、分析估計(jì) （Analysis Assessment）、高級(jí)應(yīng)用（Advanced Application）等領(lǐng)域。目前研究和應(yīng)用的重點(diǎn)：

（1）在研究方面，主要是失步保護(hù)、中短期穩(wěn)定控制、反饋控制等；

（2）在規(guī)劃應(yīng)用方面，主要是事故分析、模型校核、相量測(cè)量網(wǎng)絡(luò)行為和數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、新的實(shí)時(shí)應(yīng)用的測(cè)試等；

（3）在調(diào)度應(yīng)用方面，主要是狀態(tài)感知（通過(guò)調(diào)度屏顯示）、實(shí)時(shí)合規(guī)（compliance）監(jiān)測(cè)、頻率失穩(wěn)的判別和解列等；

（4）在運(yùn)行應(yīng)用方面，主要是系統(tǒng)實(shí)時(shí)行為監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)告警和報(bào)警、事件判別、故障點(diǎn)判斷、預(yù)防控制和緊急控制策略制定、線路動(dòng)態(tài)容量確定、互聯(lián)電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)等。

PMU/WAMS的其他應(yīng)用還包括［4］動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄和事后分析、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)、暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測(cè)及控制、電壓和頻率穩(wěn)定監(jiān)視及控制、低頻振蕩分析及抑制、故障定位及線路參數(shù)測(cè)量、擾動(dòng)重演與仿真校核，同時(shí)還可以對(duì)新型繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、測(cè)量和控制裝置進(jìn)行在線測(cè)試。

1.2廣域頻率監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（FNET）

從2000年開始，田納西大學(xué)的Yilu Liu教授主導(dǎo)建立了一個(gè)基于120 V用戶側(cè)測(cè)量的廣域頻率監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（frequency monitoring network，F(xiàn)NET）。它橫跨了3個(gè)北美電網(wǎng)：東部互聯(lián)電網(wǎng) （Eastern Interconnection，EI），西部電力協(xié)調(diào)聯(lián)盟WECC和德克薩斯電網(wǎng)的電力可靠聯(lián)盟（Electric Reliability Council of Texas system，ERCOT），目前的信息收集和分析系統(tǒng)在田納西大學(xué)。與常規(guī)PMU不同，F(xiàn)NET中帶有GPS同步時(shí)鐘的頻率測(cè)量單元 （Frequency Disturbance Recorders，F(xiàn)DR）安裝在用戶側(cè)（110/220 V），測(cè)量電壓相量和頻率。目前安裝了200多個(gè)FDR。經(jīng)過(guò)對(duì)安裝在變電站的PMU和安裝在辦公室的FDR對(duì)統(tǒng)一擾動(dòng)記錄的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在低壓側(cè)測(cè)得的頻率信息與高壓側(cè)的頻率動(dòng)態(tài)行為高度一致。FNET頻率測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到± 0.000 5 Hz［5］。測(cè)量信息通過(guò)Internet迅速傳送到信息管理系統(tǒng)。

記錄的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果顯示了在較低的電壓等級(jí)上也能夠得到大量有價(jià)值的大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)信息。FNET系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括事件檢測(cè)和定位；振蕩檢測(cè)；設(shè)備開斷和系統(tǒng)解列檢測(cè)；系統(tǒng)失穩(wěn)預(yù)測(cè)和停電預(yù)防；提供系統(tǒng)控制輸入信號(hào)；頻率和相角變化動(dòng)態(tài)演示；支持新能源接入等。FDR在北美的分布情況如圖4所示。由廣域頻率監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供的北美地區(qū)實(shí)時(shí)等相角圖如圖5所示。該網(wǎng)絡(luò)亦可提供系統(tǒng)實(shí)時(shí)等頻率圖。

圖4　FDR在北美分布圖

圖5　FNET提供的北美地區(qū)實(shí)時(shí)等相角圖

1.3配網(wǎng)側(cè)μPMU

美國(guó)能源部的Advanced Research Projects Agency 的ARPA-E計(jì)劃于2012年資助加州大學(xué)伯克利分校400萬(wàn)美元開發(fā)用于配電網(wǎng)的微電網(wǎng)同步相量研究。主要是考慮到分布式電源，特別是屋頂光伏和風(fēng)能主要在配電網(wǎng)接入。相比現(xiàn)在的配網(wǎng)，今后的配網(wǎng)將有電源，潮流也將是雙向的。因此在配網(wǎng)側(cè)安裝μ PMU可以提高配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，促進(jìn)可再生能源的接入。

與輸電側(cè)的PMU相比，安裝在配電網(wǎng)策的μPMU面臨一些新的挑戰(zhàn)，如配電網(wǎng)的電壓相角差別小，μ PMU需有較高的靈敏度；配網(wǎng)測(cè)量側(cè)噪聲多；X/R比值不一樣；三相不對(duì)稱；測(cè)量點(diǎn)多，因而成本要低。配網(wǎng)側(cè)μPMU項(xiàng)目的主要目標(biāo)：

（1）開發(fā)高精度的μPMUs，可以測(cè)量小于0.05°范圍的電壓相角；

（2）理解電壓相角作為配電網(wǎng)狀態(tài)量的作用和意義；

（3）研究如何利用配電網(wǎng)的μ PMU數(shù)據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，提高可靠性，促進(jìn)可再生能源和其他分布式能源的接入；

（4）評(píng)估特殊的分析和控制功能對(duì)μ PMU數(shù)據(jù)的要求；

（5）推動(dòng)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用（規(guī)劃、監(jiān)視和診斷、運(yùn)行和控制）。

目前該項(xiàng)目開發(fā)的第一代μ PMU（PQube）具有如下的性能指標(biāo)：16 GB存儲(chǔ)空間；采用基于TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)方式通信；Certifications（UL，emissions，CE，etc）；Five±1000 V，0.01%voltage channels；Eight 0.01%current channels；“Class A”電能質(zhì)量記錄儀；“Class 0.2”電能收益計(jì)量表；可拔插擴(kuò)展模塊。

加州大學(xué)伯克利分校建設(shè)的μ PMU實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。在一條 12.47 kV的線路上安裝了 4個(gè)μPMU。

圖6　μ PMU實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)

2　WAMS對(duì)通信的要求

廣域測(cè)量系統(tǒng)由3部分組成：分布在廠站的同步PMU，PMU數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)和安裝在調(diào)度端的監(jiān)測(cè)中心。

PMU對(duì)安裝點(diǎn)的電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并給測(cè)量數(shù)據(jù)加上時(shí)標(biāo)。帶有時(shí)標(biāo)的相量數(shù)據(jù)按通信規(guī)約實(shí)時(shí)上傳監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心對(duì)實(shí)時(shí)相量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和控制決策的制定。因而通信在其中起到了非常關(guān)鍵的作用。WAMS由于應(yīng)用場(chǎng)景不同（輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、用戶側(cè)）和實(shí)現(xiàn)功能不同（監(jiān)視記錄、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)控制），其對(duì)通信的需求也不一樣。國(guó)家電網(wǎng)公司220～750 kV相量測(cè)量裝置對(duì)通信的要求：

（1）通道要求。相量測(cè)量裝置與主站通信通道帶寬不低于2 M，宜采用電力系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）與主站通信的底層傳輸協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)通信方式下底層傳輸協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議。

（3）與主站通信的應(yīng)用層協(xié)議。相量測(cè)量裝置與主站通信的應(yīng)用層協(xié)議符合 《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求。與主站、當(dāng)?shù)亟换⒄针娏ο到y(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

（4）與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的通信。相量測(cè)量裝置向當(dāng)?shù)貜S站監(jiān)控系統(tǒng)傳送裝置的狀態(tài)信息時(shí)宜采用符合相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。

（5）通信接口。相量測(cè)量單元具有不少于2個(gè)100 M網(wǎng)絡(luò)接口和不少于2個(gè)RS-232/RS-485接口，數(shù)據(jù)集中器具有不少于4個(gè)100 M網(wǎng)絡(luò)接口和不少于2個(gè)RS-232/RS-485接口，接入主站數(shù)量且不少于4個(gè)。

南方電網(wǎng)公司在其同步相量測(cè)量裝置配置和運(yùn)行管理規(guī)定中，要求PMU裝置應(yīng)具有不少于3個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，支持接入2 M專線通道（接入MSTP口或經(jīng)路由設(shè)備接入 E1口），支持接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。IEEE Standard C37.118［6］將PMU分為2類：P類PMU和M 類PMU。P類要求通信的延時(shí)較小，主要用于廣域保護(hù)控制；M類要求精度高，而對(duì)延時(shí)要求較低，主要用于測(cè)量類的應(yīng)用。在該標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)PMU測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，提出了要求，對(duì)2類PMU都要求其TVE（total vector error）小于1%。用LTVE表示，則：

式（1）中：Xr（n）和Xi（n）是輸入信號(hào)在時(shí)刻n的真值，（n）和（n）是其估計(jì)值。

北美電力同步相量倡議計(jì)劃（NASPI）將PMU的應(yīng)用分為4類：閉環(huán)控制、開環(huán)控制、事件分析、監(jiān)視和可視化。每一類的應(yīng)用對(duì)通信延時(shí)、數(shù)據(jù)精度和完整性有不同的要求，如表1所示。

表1　PMU應(yīng)用分類

3　支撐WAMS的通信技術(shù)

3.1電力通信網(wǎng)

國(guó)家電網(wǎng)公司的電力通信網(wǎng)（見(jiàn)圖7）是公司除電網(wǎng)外的另一張實(shí)體網(wǎng)，由多級(jí)骨干通信網(wǎng)和終端通信接入網(wǎng)組成，是全球最大的電力專用通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)承載能力正在由10 G提升到400 G。

電力通信網(wǎng)基本實(shí)現(xiàn)傳輸技術(shù)手段光纖化、業(yè)務(wù)承載方式網(wǎng)絡(luò)化。與運(yùn)營(yíng)商相比，在用戶終端、服務(wù)對(duì)象、承載業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面均存在顯著差異。

（1）調(diào)度的通信支撐。調(diào)度的通信需求主要是傳輸EMS，PMU以及繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、故障錄波等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線穩(wěn)定分析、安全預(yù)警、調(diào)度輔助決策。基于調(diào)度的通信需求，主要的通信方式：基于SDH技術(shù)建設(shè)繼電保護(hù)通道專線，提供高可靠、低時(shí)延繼保、安穩(wěn)信號(hào)傳輸要求；基于TDM技術(shù)構(gòu)建的SDH/MSTP電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，提供電網(wǎng)調(diào)度、PMU等電網(wǎng)生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)。

（2）配電網(wǎng)的通信支撐。以光通信 （無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)EPON和工業(yè)以太網(wǎng)）為主干技術(shù)，中壓載波、無(wú)線專網(wǎng)（光載無(wú)線）和無(wú)線公網(wǎng)為輔助手段，多種通信技術(shù)相結(jié)合，形成安全、可靠、多點(diǎn)、實(shí)時(shí)的智能電網(wǎng)通信信息網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)能量流、信息流、業(yè)務(wù)流的雙向運(yùn)作與高度整合，構(gòu)建具備集成、互動(dòng)、自愈、兼容、優(yōu)化等特征的智能配電系統(tǒng)，促使配電網(wǎng)網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)智能。

3.2配電網(wǎng)各類通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）載波通信（Power line Communication，PLC）。PLC利用電力架空明線或地埋電纜，通過(guò)配電載波設(shè)備來(lái)傳遞信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是可用現(xiàn)有的配電線路傳輸不需另鋪線路，而且便于管理。缺點(diǎn)是電力線環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重信號(hào)衰減、噪聲干擾及輸入阻抗不匹配，制約信號(hào)傳輸距離，不適于信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸。

（2）同步數(shù)字體系（SynchronousDigitalHierarchy，SDH）。SDH在傳統(tǒng)電力傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用非常廣泛，它以優(yōu)異的性能為電力通信提供了一個(gè)健壯的平臺(tái)。但在配電網(wǎng)通信中，SDH應(yīng)用的缺點(diǎn)和它的優(yōu)點(diǎn)一樣的突出。

優(yōu)點(diǎn)：① 高帶寬；② 多種環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議；③ 光纖通信方式。

缺點(diǎn)：① 工作環(huán)境要求高；② 高帶寬同時(shí)帶來(lái)了帶寬的浪費(fèi)；③ 施工難度大，實(shí)現(xiàn)困難；④ 成本投入不切實(shí)際。

（3）通用無(wú)線分組業(yè)務(wù) （General Packet Radio Service，GPRS）。GPRS通信方式目前在電力集中抄表系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。它依靠租借駐地移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線資源組建電力無(wú)線專網(wǎng)，這種方式不需要電力投資線纜資源，而且組網(wǎng)靈活。

優(yōu)點(diǎn)：① 基礎(chǔ)資源豐富，不需要投資線路建設(shè)；②組網(wǎng)方便靈活。

圖7　國(guó)網(wǎng)公司電力通信網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

缺點(diǎn)：① 帶寬較低，最大帶寬114 kb/s，很難滿足配網(wǎng)終端接入需求；② 實(shí)時(shí)性和擴(kuò)展性較差，受制于運(yùn)營(yíng)商；③ 適合遙測(cè)、遙信上行采集信號(hào)傳輸，不滿足主站下發(fā)遙控、遙調(diào)控制信號(hào)的可靠性傳輸要求。

（4）以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò) （Ethernet passive optical network，EPON）。EPON基于以太網(wǎng)無(wú)源（光的傳輸及分配無(wú)需電源）光網(wǎng)絡(luò)，是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)墓饫w通信技術(shù)。EPON技術(shù)特性：在物理結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流上均實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到多點(diǎn)；在光傳輸上使用無(wú)源分光器（無(wú)需電源）；采用WDM（波分復(fù)用）技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。

優(yōu)點(diǎn)：① 通過(guò)EPON分光器可以形成點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模式，適應(yīng)復(fù)雜的線路資源情況；② EPON分光器不需要電源，對(duì)惡劣的環(huán)境的適應(yīng)能力非常強(qiáng)，工作穩(wěn)定、不易損壞；③ EPON網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)展新終端和新線路的時(shí)候?qū)W(wǎng)絡(luò)的影響很小，無(wú)源分光器的設(shè)計(jì)使EPON網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容變得簡(jiǎn)單、靈活；④ 各ONU采用并聯(lián)方式接入。單點(diǎn)或多點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；⑤強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，管理到ONU的PON每個(gè)端口業(yè)務(wù)。

缺點(diǎn)：① 全網(wǎng)改造難度大；② 低接入率時(shí)覆蓋成本高；③ 維護(hù)人員素質(zhì)要求高。

3.3適應(yīng)WAMS的通信技術(shù)探討

WAMS系統(tǒng)既可以用于輸電網(wǎng)，亦可以應(yīng)用于配電網(wǎng)（如μPMU）和用戶側(cè)（如FNET）。當(dāng)其應(yīng)用于輸電網(wǎng)時(shí)，既可以作為廣域測(cè)量系統(tǒng)，也可以作為廣域控制系統(tǒng)。WAMS安裝的網(wǎng)絡(luò)不同，所起的作用不同，對(duì)通信的要求也不同。根據(jù)前面的分析，對(duì)以下各類應(yīng)用場(chǎng)景，建議采用的通信方式：

（1）輸電網(wǎng)的廣域測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)延時(shí)要求不高，可以采用現(xiàn)有的基于TCP/IP的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。

（2）輸電網(wǎng)的廣域控制系統(tǒng)。對(duì)延時(shí)和測(cè)量精度要求都很高，需要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖通信，保證延時(shí)的確定性和控制的可靠性。

（3）配電網(wǎng)的廣域測(cè)量系統(tǒng)。初期可以采用PLC或GPRS，投資小，見(jiàn)效快。當(dāng)大規(guī)模使用后而且EPON網(wǎng)絡(luò)發(fā)展后，可以采用EPON網(wǎng)絡(luò)，以保證系統(tǒng)的可靠性。

（4）用戶側(cè)的廣域測(cè)量系統(tǒng)?？紤]成本的因素，適于通過(guò)Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。

4　結(jié)束語(yǔ)

基于PMU的廣域監(jiān)測(cè)和保護(hù)控制正成為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛關(guān)注。其應(yīng)用已從最初的輸電網(wǎng)向配電網(wǎng)和用戶側(cè)發(fā)展；從單一的監(jiān)測(cè)功能向保護(hù)和控制功能發(fā)展。而作為廣域信息傳輸?shù)募~帶，通信系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)指標(biāo)對(duì)將對(duì)廣域監(jiān)測(cè)和保護(hù)控制的功能實(shí)現(xiàn)起到關(guān)鍵作用。

［1］PHADKE A G，THORP J S.Synchronized Phasor Measurements and Their Applications［J］.Science of the Total Environment，2008，37（1）：121-128.

［2］KATSAROS K V，YANG B，CHAI W K，et al.Low latency Communication Infrastructure for Synchrophasor Applications in Distribution Networks［C］//IEEE International Conference on Smart Grid Communications.IEEE，2014：392-397.

［3］HUANG C，XIAO C，YI F，et al.A Method to Deal With Packet Transfer Delay of Sampled Value in Smart Substation［J］.Power System Technology，2011，35（1）：5-10.

［4］路志剛.基于PMU的廣域測(cè)量系統(tǒng)綜述［A］.ABB杯第三屆全國(guó)自動(dòng)化系統(tǒng)工程師論文大賽論文集［C］.中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)，2008：4.

［5］WANG L，BURGETT J，ZUO J，et al.Frequency Disturbance Recorder Design and Developments［J］.2007：1-7.

［6］C37.118.1—2011 IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems［S］.

湯一達(dá)（1995），男，江蘇南京人，本科大三在讀。

Discussions on WAMS and Its Supporting Communication Technologies

TANG Yida
（Changsha University of Science&Technology，Changsha 410114，China）

The wide-area measurement systems（WAMS）and control/protection systems based on phasor measurement units （PMU）are key technologies of smart grid.The reliability and effectiveness of communication infrastructure play a key role in realizing the functions of WAMS.To address the above issues，this paper first reviews the state of art of PMU/WAMS in terms of scholar research and practical application in the United States.Then，the communication requirements for WAMS according to the corresponding standards and specifications are summarized.Finally，given the developing status and trends of electric power communication in China，this paper proposes specific communication technologies and evolution schemes for WAMS under different scenarios.

PMU；WAMS；wide area control and protection；communication technology

TM93

B

1009-0665（2016）04-0071-05

2016-05-05；修回日期：2016-06-21