ROCOF：频率变化率（rateofchangeoffrequency) SCADA：监控与数据采集（supervisorycontrolanddataacquisition） SOC：世纪秒(secondofcentury) THD：总谐波畸变（totalharmonicdistortion) THD+N：总谐波畸变加噪声（totalharmonicdistortionplusnoise） UTC：协调世界时（coordinateduniversaltime)

ROCOF：频率变化率（rateofchangeoffrequency） SCADA：监控与数据采集（supervisorycontrolanddataacquisition） SOC：世纪秒(secondofcentury) THD：总谐波畸变（totalharmonicdistortion) THD+N：总谐波畸变加噪声（totalharmonicdistortionplusnoise） UTC.协调世界时（coordinateduniversaltime)

如图1所示，输入量 间，使PMU能够满足规定的性能要求。时间信号应满足PMU制造商规定的输人要求。附录A列出 了通用的时间信号格式。 电压和电流信号应通过电缆以模拟量形式或通过由制造商规定的通信回路以数据包的形式提供给 PMU这些信号代表交流电力系统信号

输出量是由PMU产生的同步相量、频率和频率变化率的估计值。这些值通常带有一个时间截，即 则量时刻。PMU制造商可以提供额外的模拟和数字的输入、输出量，但不在本文件范围内，不作考虑。

海绵城市标准规范范本交流电网电压或电流信号建模等式如式（1)所示： z(t) =X. (t)cos[e(t)1 + D(t)

以秒为单位的时间，其中t=O与UTC秒翻转一致； X一 一正弦交流信号的峰值； 一正弦交流信号的角度位置，单位为弧度（rad)； D一一对信号有附加作用的干扰信号，包括但不限于谐波、噪声、直流偏移和带外干扰。 注1：干扰信号D不会出现在被测量定义中，它包含的附加干扰已经在同步相量计算中被衰减或滤除 注2：X。、和D是时间的连续函数，由符号（t)表示

4.3.1同步相量相位角

同步相量相位角（t)是角度位置(t)与由标称频率f。决定的相位之间的差值，见

生：6的角速度通常接近于由电力系统标称频率f。产生的角速度，f。为50Hz或60Hz。同步相量通常以数字采 样或报告的形式提供，其报告速率远低于电力系统标称频率（例如，标称频率为50Hz或60Hz的系统对应每 秒10个报告）。采样理论依赖于采样率大于120采样点/s来重建60Hz信号而不产生混叠。从9中减去 2元f。t得到同步相量的相位角$（t），当频率接近标称值时，同步相量相位角（t)的角速度趋于零。这可以使 得同步相量以相对较低的速率报告，而无混叠。例如，当f。=60Hz，电力系统基波频率在55Hz～65Hz之间 时，同步相量以10顿/s上送不会出现混叠。在本文件中，术语“报告”和“上送”可以互换使用。

4.3.2同步相量被测量

同步相量被测量是一个复数，可以用极坐标形式如式（3）表示

或者，同步相量被测量也可以用直角坐标形式如式（4)表示： X(t) =(X,(t),X,(t))

，实部（X，）和虚部（X，）如式（5）和式（6）表示：

X(t) = /2 （3

5)和式（6)表示： cos[s(t)] ·（5） V2 Xm(t). X,(t) = sin[(t)) ·（6） /2

cosL(t) /2 X,(t)= /2

1：X=(t)、o(t)和D(t)的定 nT连续被测量中提取，其中n是整数，T是以秒为单位的测量值报告周期（即报告速率的倒数）。 注2：附录B中给出了被测量定义的应用示例，

4.5频率变化率被测量定义

频率变化率被测量反映交流电力系统信号的角加速度，单位为赫兹每秒（Hz/s）。它与电力系统 号角速度的关系如式（8）所示：

df(t)=1d(t)=1d(t) ROCOF(t)

PMU应能够从可靠且准确的时钟源接收时间，如全球导航卫星系统（GNSS)，它可以提供足够精 确的时间跟踪到UTC，以保证综合矢量误差（TVE）、频率误差（FE)和频率变化率误差（RFE)保持在要 求范围内。所有测量量应以足够的准确度与UTC时间同步，以满足本文件的要求。1μs的时间误差 对应60Hz系统的0.022°相位误差和50Hz系统的0.018°相位误差。0.57（0.01rad)的相位误差会导 致1%的TVE，见式（9）。1%的TVE相当于60Hz系统的士26μs的时间误差、50Hz系统的士31μs

的时间误差。应使用一个可靠的时钟源，时钟源的时间、频率和频率稳定性宜优于1%TVE所对应时 钟性能的10倍。时钟源还应能提供与UTC时间的同步状态和闰秒变化的指示。 对于每一次测量，PMU都应打上一个时间标签，包括测量时的时间和时间品质。测量的时间标签 在100年的时间跨度内的分辨率应至少为1μS。时间状态应包括时间品质，该品质清楚地表明UTC 时间追溯状态、时间准确性和闫秒状态。报告和记录的时间及时间品质应来自PMU时间标签，并转换 为规定的格式和内容。

PMU应能计算并上送同步相量、频率和频率变化率估计值，详见第4章中的定义和描述。估计值 应包括单相相量、正序相量或两者兼有，可供用户选择。测量评估、报告时刻和评估标准详见第5章。 试验描述和评估限值详见第6章。测量实际上是对某个值的估计；在本文件中，术语“测量”和“估计”可 以互换使用。 PMU性能应通过TVE、FE和RFE公式将测量值与参考值进行比较来确定，公式定义见5.2.1和 5.2.2。参考值由试验时所用规定信号的被测量定义来确定

5.2.1同步相量测量评估

但在本文件中，幅值和相位上的差异被统一考虑，视为综合矢量误差（TVE)。TVE表示同一时刻参考 值和PMU估计值之间的差异，并以被测量参考值为基准进行归一化。 综合矢量误差（TVE）的定义如式（9）所示

X,（n）和X,（n）——第n个报告，PMU估计值的实部和虚部； X,(n）和X;(n) 一第n个报告，参考值的实部和虚部； 报告时刻的报告编号（一系列离散报告中的第n个报告）。 同步相量测量值应使用式（9)的TVE准则进行评估

5.2.2频率和频率变化率测的评估

值对频率和频率变化率的测量进行 评估，差值分别定义为FE[如式(10)和RFE[如式(11)]，单位分别为赫兹(Hz)和赫兹每秒(Hz/s)： 频率测量误差：FE（n）= （10）

5.2.3测量响应时间和延时时间

测量响应时间是输入信号发生阶跃变化前后两个稳态测量状态之间的转换时间。其值为两个时刻 的差值，即当PMU输入发生阶跃变化时，测量值超出规定准确度限值的时刻与重新进入并保持在该限 值内的时刻的差值（见附录C的图C.5）。该值应通过向PMU的输入信号施加相位或幅值的正阶跃或 负阶跃变化来进行测量。在阶跃变化前后，输入信号应保持稳定状态。试验期间，仅改变输入信号发生

阶跃的参数。准确度限值分别是相量、频率和频率变化率测量值各自对应的TVE、FE和RFE值。限 值要求详见6.6。响应时间应由准确度评估值TVE、FE和RFE确定，而不是由阶跃时刻或者阶跃参数 本身确定。 测量延时时间是指从PMU输人发生阶跃时刻开始到测量量的阶跃参数达到初始值与最终值间的 中值时刻为止的时间间隔（见图C.5）。阶跃时刻和测量时刻都使用UTC时间刻度。试验延时时间的 测量值应通过对PMU输入信号施加相位或幅值的正阶跃或负阶跃变化来确定。在阶跃变化前后，输 人信号应保持稳定状态。本试验期间，输人信号的唯一变化应为发生阶跃的一个或几个参数。幅值阶 跃时，用幅值测量值比较，相位角阶跃时，用相位角测量值比较。 评估测量延时时间的目的是验证同步相量的时间标签（测量时间）是否已正确补偿滤波系统的群延 时。这里期望PMU提供的时间标签已经包含了对滤波系统群延时进行的适当补偿，从而使延时时间 接近于零。 根据定义，阶跃变化是瞬时的。但是，如果施加信号的变化速度足够慢，导致时间的应用引人了显 著的不确定性，则应使用阶跃中点时间作为阶跃时刻。附录C详细说明了一种评估阶跃输入响应时间 和延时时间的方法，

上冲和下冲是相位阶跃或幅值阶！ 图2a）和图2b）图解说明了上冲和下冲的确定 字对插图的元素进行了描述

为规定上冲和下冲，从PMU输出构建的波形中定义以下参数。 ） 波形窗：所分析波形的持续时间（间隔），包括转换前和转换后的时间。波形窗周期应为试验时 报告速率对应的响应时间限值的4倍加上2s。 状态值：图2中的S1和s2。初始状态值51定义为波形窗第一个1s数据的平均值。最终状态 值52是波形窗最后1s数据的平均值。 C 阶跃幅值：状态值s1和s2之间的差异。同步相量阶跃试验规定了输人信号的转换（见表8)。 d）状态边界：波形初始状态和最终状态的上限值和下限值，规定为阶跃幅值的士0.5%： 1）对于幅值阶跃，状态边界是状态值士0.05%幅值，即10%幅值阶跃的士0.5%； 2）对于相位阶跃，状态边界为状态值士0.05°，即10°相位阶跃的士0.5%。 e 转换前和转换后的时刻（tpre，tpost）及转换时段： 1）tpre是指波形最后一次穿过初始状态值的上边界的时刻（对于正阶跃）或下边界的时刻（对 于负阶跃）。转换前期为tpre之前的时间段，不包括tpre 2）tpost是指波形第一次穿过最终状态值下边界的时刻（对于正阶跃)或上边界的时刻（对于负 阶跃）。转换后期为tpost之后的时间段，包括tpoast。 f）上冲量：在转换前和转换后，高于上边界的相对最大波形值。 1）转换前上冲量是转换前达到上边界上方的最大值与初始状态值s1之间的差值。 2）转换后上冲量是转换后达到上边界上方的最大值与最终状态值52之间的差值。 上冲量应以阶跃大小的百分比进行报告。转换前和/或转换后的上冲量不得大于上冲 限值。 g）下冲量：在转换前和转换后，低于下边界的波形值。 1）转换前下冲量是转换前达到下边界以下的最小值与初始状态值51之间的差值。 2）车 转换后下冲量是转换后达到下边界以下的最小值与最终状态值52之间的差值。 下冲量应以阶跃大小的百分比进行报告。转换前和/或转换后的下冲量不得大于下冲 限值

5.2.5测量报告延迟

测量报告延退是指从系统发生一个事件到该事件在数据中上送时刻之间的延时时间。延迟包括许 多因素，例如收集数据进行测量的窗口、估计方法、测量滤波、PMU处理时间以及事件在报告间隔内发 生的位置。报告速率和性能类别通常是最大的因素，这些因素将决定测量窗口、滤波和事件报告间隔的 长度。 本文件中，PMU报告延迟定义为数据时间截指示的数据报告时刻与PMU输出数据的时刻（通信 接口信息第一位的输出时刻）之间的最大时间间隔

5.2.6测和运行错误

PMU应能指示测量过程中遇到的内部问题。该指示应包括PMU可检测到的错误，包括A/D出 错、内存溢出、计算溢出和可能导致测量错误的任何其他情况。 示例： 当采用IEEEStdC37.118.2TM的报告格式时，由状态字的第14位（PMU异常位)来指示（此时所有测量错误状态和 运行错误状态合成为一个错误指示位）。

于每秒一次时，F，为每秒次数（整数 ：为两次测重之间的的时前值 隔（整秒数）。三个测量量应在同一时刻采集并上送。 报告时刻应均匀分布，使报告之间的间隔相同。 PMU可以与上述三个测量量同步进 羊或其他计算数据，

PMU应支持一个或多个数据报告（记录或输出）速率，该速率为系统标称频率的约数或倍数。表 了50Hz和60Hz系统的标准报告速率。制造商应申明PMU支持的报告速率，在这些报告速 MU应符合本文件要求。PMU应至少支持表1中的一个报告速率。

表1PMU标准报告速

率不受本文件动态要求的约束。这意味着不需要滤波，可以从较高速率的数据流中按照每n个 本直接抽取来提供较低速率的数据（小于10顿/s）

在本文件中，一个数据顿或一顿数据是一组同一个时间截的同步相量、频率和频率变化率测量值。 术语“顿”用于将其与“采样点”区分开，“采样点”理解为模拟量波形上的点。 对于报告速率N顿/s，其中N是正整数，报告时刻应在每秒均匀间，顿号0（编号0到N一1)与 UTC秒翻转一致（例如，与GPS提供的1PPS一致）。这些报告时刻（时间标签）用于确定同步相量的 避时值。如果使用小于1顿/s的速率，则应在整时（xx：00：00）上有一个报告，之后根据所选速率在没 有闰秒的情况下均匀间隔，报告之间的秒数为整数。如果出现闰秒，则该小时中的最后一个间隔应相应 调整

按性能类别评估是否符合要求。本文件定义了两类性能：P类和M类。 一般来说，P类比M类具有更短的测量延迟时间、更窄的频率范围和更低的谐波信号抑制要求，且 没有带外信号抑制要求。M类允许更长的延迟、更多的滤波以满足更宽的频率范围要求，并增加谐波 和带外信号抑制要求。 P类适用于需要快速响应的应用，如保护应用。例如，P类参考模型滤波器（见附录D)的阶跃响应 是单调的（无上冲和下冲），且在一个周期内完全稳定。 M类适用于可能受到带外干扰引起的混叠信号不利影响，但是不要求低测量报告延退或短阶跃响 应时间的应用。例如，M类参考模型滤波器（见附录D)的阶跃响应具有一定的上冲和振铃，且与P类 模型相比，测量报告延退显著增加。 这两个类别的设计并不表示其中任何一个类别对于特定的应用是足够的或是必需的。用户应选择 符合应用要求的性能类别。用户应权衡考虑频域性能和时域性能。 所有符合性要求均由性能类别规定。PMU应在满足某一性能类别规定的所有要求的情况下，才 能被视为符合本文件中该类别的要求。如果供应商同时提供P类和M类性能，性能类别可由用户 选择。

6测量符合性试验与评估

第6章详述了测量符合性试验及性能的限值。针对每项试验，给出了参考试验信号的表达式，由此 可以得到同步相量、频率和频率变化率值。按性能类别和报告速率对每项试验的误差限值提出了要求。 所有误差限值都可以用基本计算算法来实现，其中包括PMU误差和噪声裕量。这些算法在附录D中 进行了阐述，仅供参考和示例，不作推荐。 稳态试验和测量带宽试验都要求在幅值和频率恒定的条件下确定测量值。为防止暂态效应影响测 量，在每次试验信号改变后应提供足够的稳定时间

除按试验要求变化的参数之外，其他所有参数设置为参考条件，所有符合性试验均应在该条件下进 行。试验中的参考条件是指在试验时不变化的量值。 所有试验的标准参考条件如下： a）标称电压； b）标称电流； c）标称频率； d） 电压、电流、相位和频率恒定； e THD+N<基波的0.2%（其中N代表噪声）； 巧 所有干扰信号含量<基波的0.2%。 在本文件发布时，通常PMU的电压和电流信号均为模拟量。附录E对数字信号量的情况进行了 描述，在本文件的后续版本中可能包含用于数字采样值进行试验的具体要求。 报告速率（F,）低于10顿/s的测量量不受动态性能要求的限制。除带外抑制外，此类测量量应满 足所有稳态要求（见表2)。本要求适用于5.4.1中描述的所有性能类别（P类和M类）。 除另有规定外，所有符合性认证的试验均应在标准实验室试验条件下进行，应满足： 温度23℃±3℃； 相对湿度<90%。 考虑环境影响的试验项目见附录F。 在6.3中，f是基波分量的频率，通常为50Hz或60Hz，但在试验过程中可能偏离标称值。此外， f。表示标称频率，为50Hz或60Hz。同样，w。=2元f。为以rad/s表示的标称角速度。

稳态符合性通过稳态条件下同步相量、频率和频率变化率的估计值与X，、X，、频率和频率变化率 的参考值进行比较来确认。稳态条件是指试验信号的幅值、频率和相位角，以及其他所有影响量在测量 期间稳定时间不应小于5s。对于非标称频率，即使试验信号相位角恒定，同步相位角也会改变。相量、 频率和频率变化率的试验方法应相同。表2和表3规定了稳态试验的条件和性能要求。附录G对 PMU试验以及符合性认证提出了更高准确度和更大电流范围的要求。

表2稳态同步相量测量要求

当频率偏离标称频率时，相位角会发生旋转。围绕圆的相位角准确度被频率范围试验时的相位旋

当频率偏离标称频率时，相位角会发生旋转。围绕圆的相位角准确度被频率范围试验时的相位旋

专所覆盖。相位角可能与发电机转子角相关，而发电机转子角也可能与同步相量的相位相关， 录H。 对于信号频率试验和幅值试验，输入信号由式（12）、式（13）和式（14)表示：

X,=Xmcos(2元fint) X,=Xmcos(2元fnt—2元/3) X。=Xmcos(2元f nt +2元/3)

X一输入信号幅值； fi—以Hz为单位的电力系统输人信号的频率（可能不是标称值50Hz或60Hz)： K，一一干扰频率幅值因子； f：一以Hz为单位的干扰频率。 对于所有稳态试验，在报告时间标签t=nT时（其中n是整数，T是相量报告间隔），F 量测量值由式（21）表示：

表3稳态频率和频率变化率测量要求

6.4动态符合性测量带宽

应通过对辅人信号的赠 的敢小要 是将（调制）正弦信号施加到三相平 相位角上，按照表4和装 相平衡输入信号进行调制。输入信号 、式（26）和式（27）表示：

对于C相， 力=1。 相量值的误差应满足表4要求。 在此试验期间还应确定频率和频率变化率的测量性能。对于上述定义的输人信号，当报告 nT时，频率、频率偏差和频率变化率分别由式（30）、式（31)和式（32)给出：

表4提供了调制试验时、kx和k。的变化范围。调制频率应按照表4规定的范围以0.2Hz或更 小的步长变化。TVE、FE和RFE应在至少5s或两个完整的调制周期内（以两者中较大者为准)进行 测量，并确定最大值。最大值是在给定的报告速率下整个试验期间观察到的最高值。该最大值应在给 定报告速率下P类和M类规定的限值内。此处给出的试验确保PMU带宽至少与指定范围一样宽。 附录I规定了确定和报告实际PMU测量带宽的试验和要求，

受4使用调制试验信号的同步相量测量带宽要习

表5调制试验下的频率和频率变化率性能要求

调制试验下的频率和频率变化率性能要求（续）

频率和频率变化率跟踪经过调制的信号，并反映基波信号和调制的综合结果。两个测量量的误差 都只占其测量值的一小部分，但由于频率变化率（相位的二阶导数)变大，预期误差也大。如给定公式所 示，频率偏差的幅值随调制频率线性增加，频率变化率随调制频率平方增加。

动态符合性—系统频率斜坡变化期间的性能

系统频率变化期间的测量性能需要用系统频率呈线性斜坡变化的三相平衡输人信号（电压和电流） 进行试验。输人信号的数学模型可以用式（33）、式（34）和式（35）表示

X,=Xmcos(2f。t+元Rt) （33 =Xmcos(2f。t—2元/3+元Rt) （34 =Xmcos(2元f。t+2元/3+元Rt) .......·(35)

X,=Xmcos(2元f。t十元Rt) X,=Xmcos(2元f。t—2元/3+元Rt) X, =Xm cos(2元fat + 2元/3 + xR,t*)

式中： X输入信号幅值； f。电力系统标称频率，单位为赫兹(Hz)； R：—（即：df/dt)频率斜坡率，单位为赫兹每秒(Hz/s)(本试验中为恒定值）。 上述三相输人对应的正序信号定义见式（36）：

X,=Xmcos(2元fot+元Rtt)

这个信号是平衡信号，没有负序和零序分量。 在报告时间标签t=nT（其中n为整数，T为相量报告间隔）时，PMU应产生相量测量值由式（37） 给出：

X(nT)=(Xm//2)/2元/3+元R(nT)

式中： 对于A相和正序，力=O； 对于B相， 力=一1; 对于C相， 力=1。 在斜坡试验中，报告时间标签t=nT时试验信号的频率、频率偏差和频率变化率的参考值分别由 式（38）、式（39）和式（40）给出：

Af(nT)=(R)(nT) df(nT)/dt=R,

表6和表7给出了每种性能类别的斜坡试验频率范围、斜坡速率、测量排除区间和测量误差范围。 频率范围同稳态频率试验（见表2）。排除区间从测量评估中删除了斜坡的一部分，在此期间，非线性过 渡或测量限值可能会影响测量。 试验应包括正负频率斜坡。每个斜坡应在表6规定的范围内以恒定的斜坡速度连续延伸。靠近频 率限值的斜坡测量部分不包括在评估中。斜坡是连续的，且在两个界限之间有一个恒定的速度，在频率 限值处或之外有非线性过渡过程。 排除区间texcluin是基于估计相量的时间窗，由报告速率和性能类别决定，如下所示

t eluian = n/F,

表6频率斜坡试验下的同步相量性能要求

最小范围。不包括排除区间乘以斜坡率。 对于F，=12fps,斜坡范围应为士7/3Hz，以使结果中有整数个样本

石油化工标准规范范本7频率斜坡试验下的频率和频率变化率性能要

动态符合性相位和幅值阶跃变化时的性能

应通过对三相平衡输入信号（电压和电流）施加平衡的阶跃变化来确定幅值和相位阶跃变化期间的 ，公式见式（41）、式（42）和式（43）。

式中： 输入信号幅值； f。一一电力系统标称频率，单位为赫兹（Hz)； u(t）一单位阶跃函数； 尺一幅值阶跃幅值； 尺，一相位阶跃幅值。 此试验是两个稳态之间的转换，用于确定测量中的响应时间、延时时间和过冲量。应采用表8中规 定的阶跃函数，测量值应满足表8和表9的要求。测量量见图C.5所示，响应时间和延时时间定义见 5.2.3。响应时间由表2和表3中的稳态误差限值来确定。这些限值中，TVE为1%、IFEI为0.005Hz、 IRFEI为0.4Hz/s(P类)和0.1Hz/s(M类)

发电厂标准规范范本表8输入阶跃变化的相量性能要求

表9输入阶跃变化的频率和频率变化率性能要求

6.7PMU报告延迟符合性