GB/T 28815-2012 电力系统实时动态监测主站技术规范

　　ICS 27. 100 N 22

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 28815—2012

　　电力系统实时动态监测主站技术规范

　　Specification formasterstation ofreal-timedynamicsmonitoringsystem

　　forpowersystems

　　2012-11-05发布 2013-02-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 28815—2012

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 一般要求 1

　　4 系统要求 2

　　5 系统功能 2

　　6 应用功能 5

　　7 测试方法 7

　　8 检验规则 8

　　9 标志 、包装 、运输 、存贮 8

　　附录 A (资料性附录) Prony算法 9

　　附录 B (资料性附录) 一次调频评价指标 11

　　附录 C (资料性附录) 闰秒的处理方法 12

　　Ⅰ

　　GB/T 28815—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国电力企业联合会提出 。

　　本标准由全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会(SAC/TC82)归 口 。

　　本标准起草单位 :华北电力设计院工程有限公司 、北京四方继保自动化股份有限公司 、国电南瑞科技股份有限公司 、中国电力科学研究院 、国家电力调度通信中心 、华东电网有限公司 、国网电力科学研究院 、南京南瑞继保电气有限公司 、华北电力大学 。

　　本标准主要起草人 :张道 农 、杨 东 、葛 云 鹏 、李 强 、王 永 福 、许 勇 、潘 勇 伟 、于 跃 海 、徐 泰 山 、王 英 涛 、熊敏 、陈根军 、何江 、毕天姝 。

　　Ⅲ

　　GB/T 28815—2012

　　电力系统实时动态监测主站技术规范

　　1 范围

　　本标准规定了电力系统实时动态监测主站的系统要求 、系统功能 、性能指标 、系统检测与测试方法以及与其他系统的数据交换方法等 。

　　本标准适用于安装在各级调度中心 、发电厂控制中心的电力系统实时动态监测主站 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 2887—2000 电子计算机场地通用规范

　　GB/T 3873 通信设备产品包装通用技术条件

　　GB/T 9813—2000 微型计算机通用规范

　　GB/T 26862 电力系统同步相量测量装置检测规范

　　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

　　3 一般要求

　　3. 1 工作条件及环境条件

　　3. 1. 1 工作条件

　　a) 环境温度 18 ℃ ~ 28 ℃ ;

　　b) 相对湿度 30% ~ 75% ;

　　c) 大气压力 70 kPa~ 106kPa。

　　3. 1. 2 环境条件

　　a) 无爆炸危险 、无腐蚀性气体及导电尘埃 、无严重霉菌 、无剧烈振动冲击源 ;

　　b) 计算机机房符合 GB/T 2887—2000的规定 。

　　3. 2 电源要求

　　3. 2. 1 交流电源

　　应配备两路独立的交流电源 。

　　a) 额定电压 220V,允许偏差 -15% ~ +10% ;

　　b) 谐波 ≤5% ;

　　c) 频率 50 Hz,允许偏差 ±5% 。

　　3. 2. 2 不间断电源

　　应配置不间断电源(UPS) 。交流电源失电时 ,UPS维持系统正常工作时间应大于 1 h。

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　　GB/T 28815—2012

　　4 系统要求

　　4. 1 系统构成

　　电力系统实时动态监测主站应为分布式结构 , 由数据采集服务器 、实时应用服务器 、历史数据服务器 、图形监视工作站等硬件及其支撑软件和应用软件构成 。

　　4. 2 硬件要求

　　系统应采用双重网 络 结 构 , 服 务 器 应 采 用 双 机 或 多 机 方 式 互 为 备 用 , 满 足 可 靠 性 和 可 扩 展 性 的要求 。

　　4. 3 软件要求

　　软件包含系统软件 、数据库软件和应用软件 ,应满足可靠性和开放性的要求 。

　　4. 4 通信要求

　　a) 数据传输通道应采用电力调度数据网 ;

　　b) 主站与子站 、主站之间 、主站与其他系统之间的通信均应采用网络方式 。

　　4. 5 安全防护

　　主站应部署在生产控制区 ,并符合所在区域的相关安全要求 。

　　5 系统功能

　　5. 1 数据采集和监视功能

　　5. 1. 1 数据采集

　　应能采集和接收子站上传信息 ,包括以下带时标数据 :

　　a) 相量 ;

　　b) 模拟量 ;

　　c) 开关量 ;

　　d) 事件标识 ;

　　e) 动态数据文件 。

　　5. 1. 2 数据通信

　　a) 应能以每秒 1 帧 、10帧 、25帧 、50帧 、100帧的速度接收 、预处理子站上传的实时数据报文 , 主站应能对子站的上传数据进行配置 ;

　　b) 应具有与子站、上下级主站及其他相关系统交换数据的能力 ,通信协议应遵循 GB/T 26865. 2— 2011;

　　c) 主站与其他系统的互联协议 ,应遵循国家或行业标准 ;

　　d) 应能对因通信失败等原因引起的缺漏数据进行检测 、统计 、重传 ;

　　e) 采用主备机或多机前置通信结构时宜具有负载均衡功能 。

　　2

　　GB/T 28815—2012

　　5. 1. 3 数据处理与运算

　　应能实现以下数据处理和运算的功能 :

　　a) 数据时标对齐 ;

　　b) 数据合理性检查及处理 ;

　　c) 异常数据处理 ;

　　d) 各种常用运算 ,包括算术运算 、代数运算 、三角运算及逻辑运算等 。

　　5. 1. 4 数据存储与管理

　　a) 应具有设定历史数据存储对象的功能 ;

　　b) 应具有设定历史数据存储周期的功能 ;

　　c) 应具有历史数据统计和查询功能 ;

　　d) 应具有数据导出功能 ;

　　e) 电网故障扰动时的动态数据应长期 、完整保存 ;

　　f) 主站保存的数据与子站上传的数据的精度应保持一致 ;

　　g) 数据存储宜具有压缩功能 。

　　5. 1. 5 告警

　　a) 计算机系统异常告警 ;

　　b) 数据通信异常告警 ;

　　c) 相量 、模拟量异常告警 ;

　　d) 开关量变位告警 ;

　　e) 子站时标异常告警 ;

　　f) 电网扰动及故障告警 ;

　　g) 应具有推画面 、音响及提示窗等告警方式 ;

　　h) 应能设定一般 、严重 、紧急等告警级别 ;

　　i) 应能按厂站 、事件类型等做分类告警检索 ;

　　j) 应能有选择地实现告警闭锁 。

　　5. 1. 6 图形功能

　　a) 应具有地理接线图 、系统接线图和厂站接线图等功能 ;

　　b) 应具有画面缩放 、平移等功能 ;

　　c) 应支持画面分层显示功能 ;

　　d) 应支持表格 、曲线 、棒图 、罗盘图等表达形式 ;

　　e) 应支持画面和表格的在线生成和修改 ;

　　f) 应具有与其他系统通过通用图形交换技术进行图形共享的功能 。

　　5. 1. 7 制表与打印

　　a) 应具有电子报表的基本功能 ;

　　b) 应具有各种报表 、各种异常记录 、操作记录的打印功能 ;

　　c) 应支持多种打印机 。

　　5. 1. 8 通信监视管理

　　a) 应能监视和解析主 、子站通信的原始报文 ;

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　　b) 应能管理子站实时帧传送速率 ;

　　c) 应能筛选上传数据内容 ;

　　d) 应能监视通道状态 ;

　　e) 应能统计通道报文丢失率 。

　　5. 2 动态监视功能

　　5. 2. 1 监视内容

　　a) 三相电压基波相量 、三相电流基波相量 、正序电压基波相量 、正序电流基波相量 、频率 、频率变化率和功率等 ;

　　b) 发电机同步电势和功角 ;

　　c) 发电机调节和控制系统的部分信号 ,包括励磁电压 、励磁电流 、一次调频动作信号等 ;

　　d) 开关量 ;

　　e) 相角差等实时计算量 。

　　5. 2. 2 监视方式

　　a) 应能以表格 、曲线 、棒图 、罗盘图等多种方式显示动态数据 ;

　　b) 应能以地理接线图方式显示相对角度 、电压 、频率 、功率的分布和潮流方向 ;

　　c) 应能以厂站接线图方式显示相对角度 、电压 、频率 、功率 ;

　　d) 应能根据优先级自动切换相对角度参考点 ;

　　e) 应能以曲线方式监视连续动态过程 ;

　　f) 应能监测 、记录 、重演动态扰动过程 。

　　5. 3 远程维护及故障诊断

　　应具有对主站系统进行远程维护及故障诊断的功能 。

　　5. 4 性能指标

　　5. 4. 1 系统响应时间

　　a) 子站数据采集传输到主站并显示的时间 ≤1 s;

　　b) 实时画面调用响应时间 :90%的画面 ≤1 s,其他画面 ≤3 s;

　　c) 实时画面数据刷新周期 1 s~ 10 s(可调) ;

　　d) 实时数据服务主备用机自动切换时间 ≤3 s。

　　5. 4. 2 主站负荷率

　　a) 电网正常情况下 :

　　服务器 CPU 的负荷率 ≤20%(5 min平均值) ;

　　图形工作站 CPU 的平均负荷率 ≤20%(5 min平均值) ;

　　主站局域网的平均负荷率 ≤15%(5 min平均值) 。

　　b) 电网故障情况下 :

　　服务器 CPU 的负荷率 ≤50%(10 s平均值) ;

　　图形工作站 CPU 的平均负荷率 ≤50%(10 s平均值) ;

　　主站局域网的平均负荷率 ≤20%(10 s平均值) 。

　　4

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　　5. 4. 3 数据处理

　　a) 查询得到的历史数据与子站本地存储数据的误差要求见表 1;表 1 历史数据与子站本地数据误差要求

　　数据对象

　　|历史数据 -子站本地存储数据|

　　电压幅值误差

　　≤0. 1 kV

　　电流幅值误差

　　≤1A

　　相角及发电机功角误差

　　≤0. 001°

　　频率误差

　　≤0. 001 Hz

　　功率误差

　　≤0. 5%子站本地存储数值

　　其他采集量误差

　　≤0. 5%子站本地存储数值

　　b) 主站历史数据存储能力 ≥14天 ;

　　c) 查询单个量测 1 h数据的时间 ≤5 s。

　　6 应用功能

　　6. 1 低频振荡监视与分析(基本功能)

　　6. 1. 1 在线分析

　　a) 应具有对实时数据进行低频振荡分析的功能 ;

　　b) 应能检测出各种振荡模式 ,并给出各振荡模式的详细信息 ,包括振荡频率 、振荡幅值 、阻尼比 、相位等 ;

　　c) 应能辨识出主导低频振荡模式 ,给出各厂站的振荡相位关系 、低频振荡相关厂站和分群信息 。

　　6. 1. 2 离线分析

　　a) 应具有对历史数据进行低频振荡分析的功能 ;

　　b) 应具有低频振荡频谱分析功能(宜采用 PRONY 等算法) , 提供各振荡模式的振荡频率 、振荡幅值 、阻尼比 、相位等分析结果 ;

　　c) 应具有分析结果拟合的曲线和原始数据曲线的比较功能 ;

　　d) 应具有分析结果 、数据的导出功能 。

　　6. 1. 3 告警与监视

　　a) 应能对低频振荡进行告警 ;

　　b) 应能推画面告警 ,显示振荡曲线 ,直至振荡消失为止 ;

　　c) 应能显示振荡分群 、分布情况 ;

　　d) 应能监视振荡幅值 、振荡频率等特征 。

　　6. 1. 4 数据存储

　　a) 应能存储低频振荡告警信息 ;

　　b) 应能存储低频振荡过程中的振荡模式信息 ;

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　　GB/T 28815—2012

　　c) 应能永久 、完整存储低频振荡过程中的全部动态数据 。

　　6. 1. 5 性能指标

　　a) 振荡频率的计算误差要求见表 2;

　　表 2 振荡频率计算误差要求

　　频率区间

　　允许误差

　　0. 1~ 0. 2 Hz(含 0. 2 Hz)

　　≤0. 01 Hz

　　0. 2~ 1 Hz (含 1 Hz)

　　≤0. 02 Hz

　　1~ 2. 5 Hz

　　≤0. 05 Hz

　　b) 低频振荡报警正确率 ≥99. 9% 。

　　6. 2 电网扰动识别(可选功能)

　　6. 2. 1 机组非正常退出

　　a) 应能利用故障时机组电气量变化的特征识别机组非正常退出 ;

　　b) 应能区分机组正常退出和非正常退出 。

　　6. 2. 2 短路

　　a) 应能根据三相电压和三相电流相量 , 提取表征短路扰动的特征信息 , 实时识别电网中的短路扰动 ;

　　b) 对于有子站的线路发生短路故障 , 宜定位到故障线路 ,并检测出故障类型 、故障相 、故障时间等详细信息 。

　　6. 2. 3 非全相运行

　　a) 应能根据三相电压 、三相电流相量数据 ,实时计算相应的负序和零序分量 ,并识别设备的非全相运行 ;

　　b) 应能识别子站数据异常造成的序分量大小越限 , 系统发生短路故障时短时序分量大小越限 ,单相故障重合闸期间的短时非全相运行 , 防止误判为非全相运行 。

　　6. 2. 4 离线分析

　　a) 应具有对历史数据进行扰动分析的功能 ;

　　b) 应具有扰动信息 、扰动数据导出功能 ;

　　c) 应具有扰动曲线绘制 、导出和打印功能 。

　　6. 2. 5 告警与监视

　　a) 应能对扰动事件进行告警 ;

　　b) 应能通过告警信息查询扰动曲线 。

　　6. 2. 6 数据存储

　　a) 应能存储扰动识别告警信息 ;

　　b) 应能存储故障类型 、故障相 、故障时间等详细信息 ;

　　6

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　　c) 应能永久 、完整保存扰动时故障点的全部数据 。

　　6. 2. 7 性能指标

　　a) 电网扰动报警正确率 ≥95% ;

　　b) 扰动识别时间 ≤5 s。

　　6. 3 发电机一次调频评价(可选功能)

　　6. 3. 1 在线分析

　　a) 应能计算调频动作时的调差系数 、调频死区和动作延迟时间 ;

　　b) 应能计算调频贡献电量 ;

　　c) 应能计算并判断调频正确动作情况 。

　　6. 3. 2 离线分析

　　a) 应能查询机组调频计算结果 ;

　　b) 应能查询机组调频统计结果 ;

　　c) 应能查询调频过程频率 、功率曲线 ;

　　d) 应能导出调频计算结果 ;

　　e) 应能导出 、打印调频过程曲线 。

　　6. 3. 3 统计分析

　　a) 应能统计机组贡献电量 ;

　　b) 应能统计调频投运率 ;

　　c) 应能统计调频正确动作率 。

　　6. 3. 4 数据存储

　　a) 应能对机组调频计算结果进行存储 ;

　　b) 应能对机组调频计算所需数据进行存储 。

　　6. 3. 5 性能指标

　　a) 发电机一次调频正确识别率 ≥95% ;

　　b) 一次调频分析结果保存时间 ≥1年 。

　　6. 4 电力系统模型和参数校核(可选功能)

　　a) 应能对线路 、变压器等模型和参数进行校核 ;

　　b) 校核结果应能以误差列表 、拟合曲线等方式显示 ;

　　c) 应能导出计算结果 。

　　7 测试方法

　　7. 1 功能及性能测试

　　按本标准中第 5 章 、第 6章 、第 7章规定的功能及性能要求逐项进行测试 。

　　7

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　　7. 2 连续运行试验

　　系统基本设备同时投入运行 ,连续运行试验 72 h。试验过程中可抽测系统是否符合功能及性能要求 。试验结束后应逐项测试系统是否符合功能及性能要求 。如试验中出现关联性故障则终止连续运行试验 ,故障排除后重新开始计时试验 。如试验过程中出现非关联性故障 ,故障排除后继续试验 。排除故障过程不计时 。

　　关联性故障及非关联性故障的定义见 GB/T 9813—2000的附录 B。

　　8 检验规则

　　8. 1 出厂检验

　　系统出厂前应通过出厂检验 。

　　按本标准中第 8章对在厂内测试的功能进行测试 ,检验系统是否满足本标准中第 5 章 、第 6 章 、第7章规定的功能及性能要求 。符合工厂条件下各项要求者为合格并附合格证书 。

　　8. 2 现场检验

　　系统投运前应通过现场检验 。

　　系统所有设备在现场安装 、调试完毕后 ,按本标准中第 5 章 、第 6章 、第 7章规定的功能及性能要求进行在线检验 。检验不合格者 ,供货单位应进行处理直至符合要求 。

　　9 标志、包装、运输、存贮

　　标志 、包装 、运输 、存贮按 GB/T 3873规定执行 。

　　8

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　　附 录 A (资料性附录) Prony算法

　　Prony算法针对等间距采样点 ,假设模型是一系列的具有任意振幅 、相位 、频率和衰减因子的指数函数的线性组合 。 即认为测量输入 x(0) , … ,x(N-1)的估计值可以表示为 :

　　bkz n= 0,1, … ,N - 1 …………………………( A. 1 )

　　bk =Akejθk …………………………( A. 2 )

　　zk =e(αk+j2πfk) Δt …………………………( A. 3 )

　　式中 :

　　Ak — 振幅 ;

　　αk — 衰减因子 ;

　　fk — 振荡频率 ;

　　θk — 相位(单位为弧度) ;

　　Δt— 时间间隔 ;

　　P — 模型阶数 。

　　Prony算法的主要工作是求解参数{Ak,αk,fk,θk } 。

　　式(A. 1)为下列常系数线性差分方程的齐次解 :

　　…………………………( A. 4 )

　　其特征方程为 :

　　kzP-k = 0 (α0 = 1) …………………………( A. 5 )

　　设(设)k量(k据(1),x(2),(n(…)),,值(通)e可(n得),即(到)特征根 zk(k= 1,2, … ,P) 。

　　e(n) =x(n) - (n) n= 0,1, … ,N - 1 ……………………( A. 6 )

　　由式(A. 4) 、式(A. 6)可得

　　xkxke … … … … … … … …

　　定义

　　uke n= 0,1, … ,N - 1 … … … … … … … …

　　则式(A. 7)变为

　　xkx + u ……………………( A. 9 )

　　P)是待( x)() 差分方程的系数(可以看作是噪声) u。(n)激励一个 P 阶 AR模型产生的输出 。该 AR模型的参数 αk(k= 1,2, … ,

　　AR模型的正则方程为

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　　GB/T 28815—2012

　　式中 :

　　r … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

　　表示 ,有

　　求出(求解)k方(k1(可),2(以),得 到,PA)后(R)参,式数(A(α)kk)简(1),化(2), 为(…)未,P知),参数 bk(代入式)((k(A)=.51),,2(求),得 ,P(zk))(线(1)性,2,方…程,P,用)。矩阵形式

　　Zb= …………………………( A. 13 )

　　其中 :

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　　Z为 N ×P 维非奇异矩阵 ,方程的最小二乘解为 :

　　b= (ZHZ)-1ZH …………………………( A. 14 )

　　根据 zk 和bk 可以求出振幅 Ak,相位θk,振荡频率 fk,衰减因子 αk。

　　t (k= 1,2, … ,P) … … … … … … … …

　　GB/T 28815—2012

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　一次调频评价指标

　　B. 1 调差系数

　　调差系数 …………………………( B. 1 )

　　式中 :

　　fn — 50 Hz;

　　Pn — 机组额定有功 。

　　B. 2 调频死区

　　调频死区是特指系统在额定转速附近对转速的不灵敏区 。 为了在电网周波变化较小的情况下 ,提高机组运行的稳定性 ,一般在电调系统设置有调频死区 。但是过大的死区会减少机组参与一次调频的次数及性能的发挥 。

　　B. 3 动作延迟时间

　　机组参与一次调频的动作延迟时间(图 B. 1 中的 Δt) , 目的是要保证机组一次调频的快速性 。

　　图 B. 1 一次调频动作示意图

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　　附 录 C

　　(资料性附录)闰秒的处理方法

　　世界时是基于地球自转的一种时间计量系统 ,原子时是基于原子物理技术的一种更加均匀的时间系统 。世界时和国际原子时在时间尺度上存在差异 ,为应对这种情况 ,一种称为协调世界时的折衷时标于 1972年面世 。协调世界时是以原子时秒长为基础 ,在时刻上尽量接近世界时的一种时间计量系统 。为确保协调世界时与世界时相差不会超过 0. 9 s,在必要时会将协调世界时增加 1 s或去掉 1 s,这一技术措施被称为闰秒 。

　　国际地球自转服务组织决定加入闰秒的时间 。加入闰秒的时间只能是每年的六月或十二月的最后一天的最后一分钟 。加入正闰秒时 , 当天 23: 59: 59 的下一秒记为 23: 59: 60,然后是第二天的 00:00: 00;加入负闰秒时 ,23:59:58的下一秒就是第二天的 00:00:00。 由于北京时间比世界时早 8 h, 因此闰秒发生时我国已是第二天上午的 7:59。截至目前 ,所有闰秒都是正闰秒 。

　　子站数据使用世纪秒作为时标 ,它是一个 32位无符号整数 ,从 1970年 1 月 1 日 0:0:0 开始计时 。世纪秒的计数始终与协调世界时保持同步 , 闰秒不包含在世纪秒的计数中 。 当正闰秒发生时 ,将出现连续两个相同的世纪秒时标 ;负闰秒发生时 ,将出现世纪秒时标跳跃 1 s 的情况 。

　　闰秒通常若干年发生一次 ,对其处理较复杂 。 因此 , 主站宜摒弃闰秒发生时刻的子站数据 ,并满足如下要求 :

　　a) 在闰秒发生后 5 s 内 ,将时标调整为与协调世界时一致 ;

　　b) 在闰秒发生后 5 s 内 ,实时数据和实时通信等功能应恢复正常 。

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