Prof. Ildemar C. Decker, D.Sc. Florianópolis, 29/06/2022

Monitoreo y Evaluación de la Dinámica de Sistemas Eléctricos, Basados ​​en

Medición Sincronizada de Fasores 2. Fundamentos de la Tecnología,

Estandarización y Normas

Prof. Ildemar C. Decker, D.Sc.

Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

Laboratório de Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica – LabPlan Florianópolis, SC – Brasil

E-mail: ildemar.decker@ufsc.br

Florianópolis, 29/06/2022

Temario



Parte 1: Fundamentos de la tecnología

 Definición de Fasor y de Sincrofasor

 Cálculo de Sincrofasores



Parte 2: Estandarización y Normas

 Hitos principales

 Clases de PMU y requisitos de desempeño

 Pruebas de conformidad

 Estandarización de la comunicación de datos

GPS

PDC

PMU

Centro de Control

PMU PMU PMU

Subestación

Canales de Comunicación

Subestación



La forma de onda senoidal es definida como:

 Su representación, como un fasor, es:

 Donde:

» La magnitude es el valor rms (root-mean-square) de la forma de onda: ;

» r e i representan las partes real e imaginaria del valor complejo en componentes rectangulares;

» El valor de depende de la escala de tiempo (particularmente para t = 0);

» El fasor es definido para la frecuencia angular .

2

Fundamentos de la tecnología

Fasor



Ilustración:

Fundamentos de la tecnología

Faso r













=

+

= 2 onde

) cos(

) (

max 0 max

X X

t X

t

x ω φ

φ X ∠

Sincofasores

 El sincrofasor del señal en la ecuación es representado como el valor en la ecuación , donde es el ángulo de fase instantáneo, relativo a la función coseno, en la frecuencia nominal del sistema, sincronizado a partir del sistema Universal Time Coordinated (UTC).

4

Fundamentos de la tecnología

Sincrofasor

Relación entre el ángulo de fase y la hora UTC.

Fundamentos de la tecnología

Sincrofasor – Rotación

 La cosenoide se muestra a continuación

:

• donde 𝑓𝑓₀ es la frecuencia angular nominal del sistema (50 Hz o 60 Hz), directamente representada por el fasor en 𝑿𝑿 = 𝑋𝑋_𝑟𝑟 + 𝑗𝑗𝑋𝑋_𝑖𝑖.

 En el caso general, la amplitud 𝑋𝑋_𝑚𝑚 y la frecuencia 𝑓𝑓 son funciones del tempo.

• Se puede definir la función 𝑔𝑔 = 𝑓𝑓 − 𝑓𝑓₀, donde 𝑓𝑓₀ es la frecuencia nominal e 𝑔𝑔 es la diferencia entre las frecuencias actual e nominal (𝑔𝑔 𝑡𝑡 = 𝑓𝑓 𝑡𝑡 − 𝑓𝑓₀).

𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑋𝑋_𝑚𝑚𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜔𝜔𝑡𝑡 + 𝜙𝜙 = 𝑋𝑋_𝑚𝑚𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2𝜋𝜋𝑓𝑓₀𝑡𝑡 + 𝜙𝜙

𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑋𝑋_𝑚𝑚(𝑡𝑡) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2𝜋𝜋 � 𝑓𝑓(𝑡𝑡)𝑑𝑑𝑡𝑡 + 𝜙𝜙

Hay una rotación a una tasa constante , que representa la diferencia entre la frecuencia nominal del sistema y la frecuencia instantánea (fuera de la nominal).



La representación del sincrofasor, para la forma de onda, se muestra a continuación:

 Para el caso especial donde es constante y es un offset constante de la frecuencia nominal, se obtiene

 El sincrofasor tiene entonces la siguiente representación simplificada:

6



La cosenoide puede ser reescrita como:

Fundamentos de la tecnología

Sincrofasor – Rotación

= 𝑋𝑋_𝑚𝑚(𝑡𝑡) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2𝜋𝜋∫ (𝑓𝑓₀ + 𝑔𝑔)𝑑𝑑𝑡𝑡 + 𝜙𝜙 = 𝑋𝑋_𝑚𝑚(𝑡𝑡) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2𝜋𝜋𝑓𝑓₀. 𝑡𝑡 + 2𝜋𝜋∫ 𝑔𝑔𝑑𝑑𝑡𝑡 + 𝜙𝜙 𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑋𝑋_𝑚𝑚(𝑡𝑡) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2𝜋𝜋∫ 𝑓𝑓𝑑𝑑𝑡𝑡 + 𝜙𝜙

𝑿𝑿(𝑡𝑡) = (𝑋𝑋_𝑚𝑚(𝑡𝑡)/ 2)𝑒𝑒^{𝑗𝑗(2𝜋𝜋∫ 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑡𝑡+𝜙𝜙)}

∫

∫

 El concepto analíticamente demostrado en las diapositivas anteriores, es ilustrado en la figura.

 Una frecuencia fuera de la nominal es observada en intervalos sfsfsfsfsfsfsfsfsfsfsfsfaiiiiiisfsfaf , donde fsfasfsfasf.



Una senoide con una frecuencia dgdgd es observada en instantes que son sfs segundos separadamente.

Fundamentos de la tecnología

Sincrofasor – Rotación

O ângulo de fase 𝜙𝜙 aumenta uniformemente em relação à diferença de frequência (𝑓𝑓 − 𝑓𝑓₀).



Muestreo de una sinusoide en una frecuencia fuera de la nominal:

8

Fundamentos de la tecnología

Sincrofasor – Rotación



Señal sinusoidal con amplitud de 1pu y frecuencia de 62Hz:



Fasor gira con una tasa de 2Hz:

tempo

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ângulo (graus)

-180 -140 -100 -60 -20200 60 100 140 180

ângulo do sincrofasor

∆𝜃𝜃 = 360 × ∆𝑓𝑓 × ∆𝑡𝑡

1

30

210

60

240 90

270 120

300 150

330

180 0

t=0s

1

30

210

60

240 90

270 120

300 150

330

180 0

t=0,033s

1

30

210

60

240 90

270 120

300 150

330

180 0

t=0,066s

Fundamentos de la tecnología

Sincrofasor – Ejemplo



Tasa de variación de frecuencia (Rate Of Change Of Frequency – ROCOF):

 Dado el señal:

 La frecuencia es:

 La ROCOF es:

 Sincrofasores se procesan en relación a la frecuencia nominal del sistema.

» Si el argumento del coseno es:

» Las fórmulas de la frecuencia y de la ROCOF son:

𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑋𝑋_𝑚𝑚cos 𝜓𝜓 𝑡𝑡 𝑓𝑓 𝑡𝑡 = 1

2𝜋𝜋

𝑑𝑑𝜓𝜓 𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑡𝑡 = 𝑑𝑑𝑓𝑓 𝑡𝑡

𝑑𝑑𝑡𝑡

𝜓𝜓 𝑡𝑡 = 𝜔𝜔₀𝑡𝑡 + 𝜑𝜑 𝑡𝑡 = 2𝜋𝜋𝑓𝑓₀𝑡𝑡 + 𝜑𝜑 𝑡𝑡 = 2𝜋𝜋 𝑓𝑓₀𝑡𝑡 + 𝜑𝜑 𝑡𝑡 2𝜋𝜋⁄

10

Fundamentos de la tecnología

Frecuencia, tasa de variación (ROCOF)

𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑋𝑋

𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜔𝜔𝑡𝑡 + 𝜙𝜙

Cálculo de Sincrofasores



Vista esquemática de las cantidades de entrada y salida

Cálculo de Sincrofasores

 Realizado, en general, a partir del cálculo de la Transformada Discreta de Fourier (DFT - Discrete Fourier Transform), después de la conversión A/D (analógico/digital), de las magnitudes tensión y corriente.

 A DFT extrae la componente fundamental de la señal.

 Fasor:

N es el número de amuestras

Fonte: Phadke

12

𝑋𝑋_𝑟𝑟 + 𝑗𝑗𝑋𝑋_𝑖𝑖 = 2 𝑁𝑁 �_𝑘𝑘=1

𝑁𝑁

𝑥𝑥_𝑘𝑘 cos 𝑘𝑘 2𝜋𝜋

𝑁𝑁 − 𝑗𝑗 sin 𝑘𝑘 2𝜋𝜋

𝑁𝑁

𝑋𝑋 = 𝑋𝑋_𝑟𝑟² + 𝑋𝑋_𝑖𝑖² 𝜙𝜙 = − arctan𝑋𝑋_𝑖𝑖 𝑋𝑋_𝑟𝑟 donde:



Frecuencia Nominal:



Frecuencia fuera de la Nominal:

El cálculo de fasores, para las frecuencias fuera de la nominal, genera un error acumulativo conocido como la fuga espectral.

Cálculo de sincrofasores

Fuga espectral



Si el período de la señal es múltiplo entero del tamaño de la ventana, no se produce fuga espectral



Por ejemplo: Señal: 0,25Hz, período 4s e 0,8Hz, período 1,25s.

 Suponiendo una ventana de 20s, ambas señales serán múltiplos enteros.

» 0,25Hz  5 x 4 = 20s

» 0,8Hz  16 x 1,25s = 20s

 Por lo tanto, las frecuencias serán determinadas correctamente.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

1.5 Sinal Original

Sinal1

14

Cálculo de sincrofasores

Fuga espectral



Ilustración del efecto de la fuga espectral.



Para una ventana de 10s:

 0,25Hz 2,5 x 4 =10s (fuga esp.)

 0,8Hz  8 x 1,25 = 10s



Para una ventana de 8s:

 0,25 2 x 4 = 8s

 0,8Hz  6,4 x 1,25 = 8s (fuga esp.)

CONCLUSIÓN: Al calcular el fasor, la frecuencia del sistema no será constante de 60Hz, por lo tanto el algoritmo debe hacer el tratamiento.

Cálculo de sincrofasores

Fuga espectral

Ventana de la DFT en 60Hz

Ilustración de Sincrofasores

Sistema 3𝜙𝜙, 60Hz amplitud de 1pu

16

Ilustración de Sincrofasores

Sistema 3 𝜙𝜙, 59Hz amplitud de 1pu

Ventana de la DFT en 60Hz

Modulo oscilatório

e variação do

ângulo de fase.

Ilustración de Sincrofasores

Sistema 3𝜙𝜙 , 57Hz amplitud de 1pu

18

Fasor gira con

frecuencia de 3Hz

 Señal fuera de la frecuencia nominal:

 Produce fuga espectral;

 Genera comportamiento oscilatorio del módulo del fasor de las cantidades de fase;

 Produce variación en el ángulo de fase;

 El comportamiento oscilatorio en el módulo del fasor y en la frecuencia instantánea es eliminado en los fasores de secuencia positiva;

 Varias medidas se pueden implementar para corregir este error, y los resultados dependen de la opción adoptada.

Por lo tanto, es esencial establecer requisitos de funcionamiento y procedimientos de verificación para las PMUs.

Cálculo de sincrofasores

Comentarios

Parte 2: Estandarización y Normas



Hitos principales



Clases de PMU y requisitos de desempeño



Pruebas de conformidad



Estandarización de la comunicación de datos



Norma IEEE 1344-1995:

 Primera especificación exclusiva para sistemas de medición fasorial sincronizada en subestaciones;

 Establece formatos de datos y requisitos de sincronización para la

transmisión de datos entre varias fuentes y diferentes sistemas de medición.



Norma IEEE C37.118-2005:

 Define: sincrofasores, sincronización temporal, etiquetas de tiempo, y el concepto de Error Vectorial Total (TVE – Total Vector Error);

 Establece requisitos de desempeño para PMU em régimen permanente

» TVE máximo de 1%;

 Tasas de transmisión de hasta 30 FPS (frames per second);

 Revisa los patrones de transmisión de datos, estableciendo nuevos formatos para el envío de mensajes;

 Etiquetado de tiempo en el centro de la ventana de datos.

Estandarización y Normas

Hitos principales



Norma IEEE C37.118.1/2-2011 (revisión de la versión de 2005)



Separación en dos partes:

 Parte 1: IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems

» Cobertura del proceso de medición de los sincrofasores

 Parte 2: IEEE Standard for Synchrophasor Data Transfer for Power Systems

» Cobertura del proceso de transferencia (comunicación) de los datos de sincrofasores

22

Estandarización y Normas

Hitos principales



Norma IEEE C37.118.1-2011:

 Definición de sincrofasor, frecuencia y tasa de variación de frecuencia;

 Definición del TVE (Total Vector Error), FE (Frequency Error) e RFE (Rate of Change of Frequency Error);

 Tasas de transmisión de hasta 60 FPS (frames per second);

 PMUs clase M (aplicaciones de medición) y PMUs clase P (protección y control);

 Conformidad comprobada por pruebas de régimen permanente y régimen dinámico;

» Establece limites para TVE, FE e RFE

» Definición de tiempo de atraso, tiempo de respuesta e latencia.

Estandarización y Normas

Hitos principales



Norma IEEE C37.118.2-2011:

 Formato de frames igual que en la versión de 2005;

 Algunos cambios en campos específicos de los frames de dados;

» Definición de bits con uso reservado en la versión de 2005 (PMU Time Quality en el campo STA);

 Inclusión de un tercero tipo de frame de configuración (CFG3);

» Agrega más información de configuración;

» Frame opcional.

24

Estandarización y Normas

Hitos principales



Norma IEEE C37.118.1a-2014:

 “Amendment 1: Modification of Selected Performance Requirements”;

» Revisa limites muy restrictivos establecidos en la versión 1-2011;

» No es una norma por sí sola; debe considerarse conjuntamente con la versión de 2011;

 Corrige inconsistencias e altera requisitos establecidos en la versión anterior:

» Corrige errores ortográficos;

» Mejora la aclaración del texto;

» Cambia los requisitos de FE y RFE;

» Corrige las pruebas de rampa y latencia.

Estandarización y Normas

Hitos principales

AGOSTINI, M. N.; ZIMATH, S.; ALVES JR., J. E. R. et al. Ensaios de PMU de Acordo com a Norma IEEE C37.118.1-2011.

In: XXII Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica – SNPTEE. Brasília, DF, Outubro de 2013.

26

Estandarización y Normas

Hitos principales



Norma IEC/IEEE 60255-118-1 Ed. 1.0 – 2018/12:

 Estandarización IEC/IEEE para sincrofasores;

 Modificaciones textuales para aclara definiciones.

» Sin embargo, sin cambios conceptuales relevantes;

 Permite al fabricante elegir por una o más tasas de envió de sincrofasores;

 Expande las opciones de tasas (FPS), agregando opciones de 100 e 120 FPS;

 Mismas pruebas y requisitos para régimen estacionario y dinámico;

» Nota: Se eliminó la prueba de variación de ángulo.



Evaluación de la medición sincrofasorial:

 Incluye las diferencias de magnitud y de fase conjuntamente;

 Expresa la diferencia entre la medición realizada por la PMU y un sincrofasor de referencia.

donde:

→ valores medidos (real e imaginario)

→ valores de referencia (real e imaginario)

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

TVE – Total Vector Error



Criterio: TVE de 1%:

 Error máximo de 1% en magnitud, sin error de fase

 Error máximo de 0,573º en fase, sin error de magnitud

28

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

TVE – Total Vector Error



Error debido al ángulo de fase:

Error debido al módulo:

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

TVE – Total Vector Error



Error debido al tiempo:

Error de sincronía de 31,83 μs (50 Hz)

30

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

TVE – Total Vector Error

TVE = 1%



TVE en función de la magnitud, para varios errores de fase:



TVE en función de la fase, para varios errores de magnitud:

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

TVE – Total Vector Error

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Frecuencia y su tasa de variación (ROCOF)



Definición de frecuencia – velocidad angular de sistema de CA:

 Derivada primera del ángulo de tensión de secuencia positiva

 En la práctica: , com 𝜃𝜃 dado em graus e taxa em frames por segundo (FPS).



Definición de tasa de variación de frecuencia – Aceleración angular del sistema de CA:

 Rate Of Change Of Frequency – ROCOF

 Derivada segunda del ángulo de tensión de secuencia positiva

32

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅_(𝑡𝑡) = d𝑓𝑓_𝑡𝑡 d𝑡𝑡 =

1 2𝜋𝜋

d²𝜃𝜃 _𝑡𝑡

d𝑡𝑡² ROCOF =

(

)

[

]

𝑓𝑓_(𝑡𝑡) = 1 2𝜋𝜋

d𝜃𝜃 _𝑡𝑡

d𝑡𝑡 = 𝑓𝑓^𝑜𝑜 + 1 2𝜋𝜋

d𝜙𝜙 _𝑡𝑡 d𝑡𝑡 𝑓𝑓 = 𝜃𝜃_𝑡𝑡 − 𝜃𝜃_𝑡𝑡−1

360 . 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑥𝑥𝑡𝑡 Hz



Frequency Error – FE [Hz]:



Rate of change of Frequency Error – RFE [Hz/s]:

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Frecuencia y su tasa de variación (ROCOF)

𝑅𝑅𝐹𝐹

= 𝑓𝑓

− 𝑓𝑓

𝑅𝑅𝑅𝑅𝐹𝐹

=

−

34

Sincronización Temporal de las Mediciones



Requisitos de la Fuente de Sincronización:

 Altamente fiable y precisa;

 La precisión temporal debe atender a los requisitos de las aplicaciones.



Estimaciones para los sistemas de 60 Hz:

 Error temporal de 1μs  error de 0,022 grados;

 Error temporal de 1ms  error de 21,6 grados.



Fuente de Sincronización:

 Global Navigation Satellite System (GPS, GLONAS, etc.

Relógio GPS

PMU

Sincronización en Instalaciones



Distribución de la señal de sincronismo:

 El objetivo es sincronizar varios equipos de una misma instalación.



Protocolos de tempo:

• El estándar IRIG-B del grupo IRIG (American Inter Range Instrument Group) es el más utilizado em sistemas eléctricos:

» IRIG-B demodulado (señal TTL);

» Redes propias de distribución de IRIG-B (cableado eléctrico o de fibra óptica).

• Tendencia: PTP (Precision Time Protocol - IEEE 1588):

» Estándar de tiempo para SE digitales;

» Mismo orden de precisión del IRIG-B;

» Distribuido a través de la red Ethernet (Process bus).

36



Precisión del sincronismo:

 Relojes GPS operando con señal IRIG-B o PTP normalmente poseen una precisión superior a 1 µs.

 Cálculo de la precisión angular (50 Hz):

360 grados → 1/50 s

x → 1 µs → x = 0,018 grados eléctricos



Obs: Protocolos de sincronismo a través de redes Ethernet:

 NTP – Network Time Protocol

» NTP en redes Ethernet posee una precisión del orden de 10 ms → 180 grados !

» NTP no es suficiente para la medición fasorial!

 PTP – Precision Time Protocol (IEEE 1588)

» Precisión superior a 1 µs

» PTP es adecuado para la medición fasorial!

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Sincronismo

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Tasas de transmisión y clases de PMU



Tasas de transmisión de sincrofasores:

» El equipo debe declarar qué tasas cumplen con el estándar;

» Tasas menores que 10 FPS no están sujetas a los requisitos de desempeño dinámico.



Dos clases de desempeño:

 Clase P:

» Planeada para aplicaciones que requieran un atraso menor (protección, control), con requisitos menos exigentes de errores de medición.

 Clase M:

» Planeada para aplicaciones que requieran errores menores de medición, permitiendo un atraso mayor.

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Pruebas de conformidad



Pruebas de Régimen Permanente

 Variación en niveles de frecuencia

 Variación en niveles de magnitud (tensión y corriente)

 Distorsión harmónica

 Señales fuera de banda (Out-of- band – OOB)



Pruebas de Régimen Dinámico

 Modulación (ancho de banda)

 Rampa de frecuencia

 Escalones de magnitud y de fase

 Atraso

38

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Requisitos de régimen permanente (TVE)

40

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Requisitos de régimen permanente

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de OOB x Prueba de modulación



OOB: Verifica la capacidad de la PMU de rechazar señales de componentes espectrales con frecuencia fuera de la banda pasante



La banda pasante 𝑓𝑓 depende da frecuencia nominal 𝑓𝑓

y de la tasa de muestreo de sincrofasores 𝑅𝑅

:

 𝑓𝑓 − 𝑓𝑓₀ < ^𝐹𝐹₂^𝑆𝑆 → 𝑓𝑓₀ − ^𝐹𝐹₂^𝑆𝑆 < 𝑓𝑓 < 𝑓𝑓₀ + ^𝐹𝐹₂^𝑆𝑆

 Ex: 𝑓𝑓₀ = 50 Hz ; 𝑅𝑅_𝑆𝑆 = 50 FPS → 25 Hz < 𝑓𝑓 < 75 Hz



Componentes espectrales con frecuencia fuera de la banda pasante resultan de frecuencias de modulación por encima de la frecuencia de Nyquist

de la tasa de muestreo de sincrofasores

 Esto causa aliasing !!!!!

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de OOB x Prueba de modulación



Modulación: Verifica la capacidad de la PMU de aceptar señales de componentes espectrales resultantes de frecuencias de modulación de interés



La franja de frecuencias de modulación de interés depende de la tasa de muestreo de sincrofasores:



Se modulan de forma independiente las magnitudes y las fases de los sincrofasores aplicados a la PMU, verificando si tales frecuencias de

modulación están presentes en los sincrofasores medidos, con errores por

debajo de ciertos limites



OOB y modulación son pruebas complementarias

 Definen una “franja de frontera” entre las franjas de frecuencia de cada prueba

 Mientras más estrecha sea la franja de frontera, más sofisticada y costosa es la filtración

 Mientras más pequeña sea la tasa de muestreo, mayor es la exigencia de desempeño

 Tasas más bajas reducen los beneficios de la medición fasorial

 Mayor exigencia de desempeño x menor beneficio ?!?!?!

 Más detalles en:

» AGOSTINI, M. N.; PIRES, A.; DALMAS, M. et al. Análise e Simulação do Desempenho Dinâmico de PMU Frente a

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de OOB x Prueba de modulación

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de rampa de frecuencia



Verifica la capacidad de la PMU de reproducir una rampa linear de frecuencia

44

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de escalón de magnitud y de fase



Verifica el tiempo de respuesta, el tiempo de retraso e el overshoot de la PMU.



Tiempo de respuesta:

 Período de tiempo que un error determinado (TVE, FE o RFE) tarda en volver a estar debajo de un determinado límite, después de la aplicación del escalón;

 No depende del instante de aplicación del escalón.

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de escalón de magnitud y de fase



Tiempo de retraso:

 Período de tiempo que la magnitud variada (magnitud o fase) tarda en alcanzar la mitad del valor del escalón aplicado

Depende del instante de aplicación del escalón.

46

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de escalón de magnitud y de fase

560 570 580 590 600 610 620 630 640

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1

Módulo de Tensão - Seq.Positiva - Curva Detalhada

Tensão (pu)

Tempo (pontos) RPV-311

Sinal Ref.

 Medición fasorial parece ser "no-causal"...

• Característica de

mediciones basadas en cálculo en “ventanas"

(FFT)

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de escalón de magnitud y de fase



Requisitos de desempeño

48

Norma IEC/IEEE 60255-118-1

Prueba de latencia



Verifica el tiempo que la PMU tarda en facilitar un frame de datos:

 Comparación entre la etiqueta de tiempo del frame con el instante de tiempo en el que el frame está disponible en su interfaz de salida.



Debe verificar el valor de latencia más alto en un período de medición de 20 minutos.



Precisión debe ser de 0,002 s

50

Respuestas en Régimen Dinámico

PMUs clase P y clase M – Caso de caída de tensión

PMU UNIFAP – 09/03/2021 10:10:05 – Fase C:

 Diferencias entre las mediciones de las PMUs:

 Por las características de los filtros.

 Observado en las transiciones.

Respuestas en Régimen Dinámico

PMUs clase P y clase M – Caso de caída de tensión

PMU UNIFAP – 09/03/2021 10:10:05 – Fase C:

 “Adelanto” del evento, en relación al valor RMS, verificado a partir del instante de tiempo y la amplitud de tensión.

 ¿Razones? Numero de ventanas de calculo de los fasores y filtros.

52

 Menor nº de amostras utilizadas na janela de cálculo de um fasor.

 Menor impacto de amostras do evento no módulo do sincrofasor calculado.

 Posicionamento central da estampa de tempo na janela de cálculo do fasor.

 Medida pode representar a ocorrência do evento em um instante de tempo adiantado, em relação ao seu instante de tempo inicial.

Respuestas en Régimen Dinámico

PMUs clase P y clase M – Caso de caída de tensión

Caso UNIFAP – 09/03/2021 10:10:05 – Fase B:

Característica do filtro de referência para PMUs P: comprimento de 2 ciclos

Respuestas en Régimen Dinámico

PMUs clase P y clase M – Caso de caída de tensión

Caso UNIFAP – 09/03/2021 10:10:05 – Fase B:

Característica do filtro de referência para PMUs M: comprimento de 10 ciclos

 Maior nº de amostras utilizadas na janela de cálculo de um fasor.

 Maior impacto de amostras do evento no módulo do sincrofasor calculado.

 Posicionamento central da estampa de tempo na janela de cálculo do fasor.

 Medida pode representar a ocorrência do evento em um instante de tempo

Estandarización de la Comunicación de Datos

Norma IEEE C37.118.2-2011



Cuatro tipos de frames (paquetes):

 Datos: Contiene las mediciones realizadas por la PMU;

 Configuración: Contiene la configuración de las PMUs para la correcta comprensión de los paquetes de datos;

 Cabecera: contiene información descriptiva de la PMU;

 Comando: contiene los códigos de comando para las PMU (frames enviados por el PDC).

54

PMU

Estandarización de la Comunicación de Datos

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de configuración



Los frames de CFG son necesarios para comprender los frames de datos.

 Sin un CFG, los frames de datos no se pueden interpretar.



Hay tres tipos:

 CFG-1: Indica la capacidad total de la PMU, independientemente de su configuración actual;

 CFG-2: Indica la configuración de operativa actual de la PMU;

 CFG-3: Igual que CFG-2, pero con campos extendidos.



CFG-1 no se utiliza en la práctica!

 Equipos con diferentes combinaciones de configuración.



CFG-3 agregado en la versión 2011 como opción.

 Contiene más información que CFG-2 (ex.: nombres extendidos).

Estandarización de la Comunicación de Datos

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames CFG-1 e CFG-2

56



Secuencia de bytes:



Nota:

 El IDCODE identifica el flujo de datos, no el dispositivo (PMU o PDC);

» Los IDCODE no son necesariamente únicos en un SMSF;

 Un valor de FREQ y un de DFREQ por PMU;

» También se la PMU monitorea más de un circuito o barra;

 Posibilidad de envío de valores escalares diversos (ex.: transductores, forma de onda, etc.) en el paquete de datos de la PMU;

 Una etiqueta de tiempo por frame de datos

Estandarización de la Comunicación de Datos

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de datos

Sequência de bytes:

Estandarización de la Comunicación de Datos

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de datos

58

Estandarización de la Comunicación de Datos

Norma IEEE C37.118.2-2011: Etiquetas de tiempo

 Los frames de datos deben ser etiquetados con el tiempo UTC correspondiente;

 Referencia siempre en UTC, independiente del fuso horario.

 Etiquetas de tiempo formadas por 3 partes:

 SOC (Second Of Century): número entero de segundos desde 00:00:00 de 01/01/1970;

 FRACSEC (FRACtion of SECond): número entero, contador de frames dentro de un segundo;

 MSG_TQ (MeSsaGe Time Quality): flag de calidad de la etiqueta de tiempo.

 FRACSEC debe ser cero en los cambios de segundo.

 Parámetro TIME_BASE: resolución del FRACSEC (entero):

_

FRACSEC tempo SOC

TIME BASE

= +

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de Datos

Message Time Quality (MSG_TQ)

60

 Error de tiempo del dispositivo que envía el frame de datos (PMU o PDC)

 “0000” se está LOCKED (Bloqueado)

 Bits 31-24 del campo FRACSEC

 Había en la Norma IEEE C37.118-2005

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de Datos

Message Time Quality (MSG_TQ)

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de Datos

PMU Time Quality (PMU_TQ)

62

 Error de tiempo de cada PMU específica.

 Indica la calidad del

sincronismo incluso con la PMU en locked.

• El valor “000” indica el cumplimiento con la

versión 2005 del estándar solamente.

 Bits 08-06 del campo STAT:

• Nuevo en la versión 2011 de estándar!

• Eran bits reservados en la versión de 2005.

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de Datos

PMU Time Quality (PMU_TQ)

Norma IEEE C37.118.2-2011: Frames de Datos

MSG_TQ x PMU_TQ

64



Message Time Quality (MSG_TQ)

 Indica un reloj que se sale del locked (sin referencia).

 Resolución de 4 bits.

 La información se pierde en la agregación de datos.



PMU Time Quality (PMU_TQ)

 Indica la calidad de la sincronización de la PMU, esté en locked o no.

 Resolución de 3 bits.

 La información se conserva con los datos fasoriales de cada PMU.

Nota: Cuando la PMU está unlocked, ambos os campos indican la misma información, pero con diferentes resoluciones.



Ildemar Cassana Decker

Laboratório de Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica – LabPlan Departamento de Engenharia Elétrica – EEL

Centro Tecnológico – CTC

Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

E-mail: ildemar.decker@ufsc.br o ildemar.decker@gmail.com

¡Muchas Gracias!

Referencias

66 1. IEEE std. 1344. IEEE Standard for Syncrophasors for Power Systems. 1995 .

2. IEEE std. C37.118 . IEEE Standard for Syncrophasors for Power Systems. 2005.

3. IEEE std. C37.118.1. IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems. 2011.

4. IEEE std. C37.118.2. IEEE Standard for Synchrophasor Data Transfer for Power Systems. 2011.

5. IEEE std. C37.118.1a. IEEE Standard for Syncrophasors Measurement for Power Systems. 2014.

6. IEC/IEEE std. 60255-118-1. Measuring relays and protection equipment – Part 118-1: Synchrophasor for power systems – Measurements. Edition 1.0 2018-12.

7. PHADKE, A.G.; THORP, J. S. “Synchronized Phasor Measurements ans Their Applications”. New York:

Springer, 2008.

8. AGOSTINI, M. N. et. al. “Ensaios de PMU de Acordo com a Norma IEEE C37.118.1-2011”. XXII Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica – SNPTEE. Brasília, DF, out. 2013.

9. AGOSTINI, M. N. et. al. “Análise e Simulação do Desempenho Dinâmico de PMU Frente a Testes da Norma IEEE C37.118.1-2011”. XXIII Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica – SNPTEE. Foz do Iguaçu, PR, nov. 2015.

10. LYONS, R. G. “Undertanding Digital Signal Processing”. 2nd ed. Upper Saddle River: Prentice-Hall, 2004.