电力系统宽频同步测量是团队的特色研究方向，从国内首台配电网PMU（PMU Light）的研制，到宽频同步测量单元（WPMU）及系统的研发，团队都做出了特色的研究成果。近日，团队宽频带量测数据通信与应用研究方面取得新进展，研究成果以“Wideband Measurement Data Communication Protocol: Scheme Design, Hardware Implementation, and Field Application”为题，发表于工业信息领域顶级学术期刊《IEEE Transactions on Industrial Informatics》（中科院一区Top，IF：12.3）。硕士研究生曾一鸣为第一作者，石访副教授为第二作者，张恒旭教授为该文通讯作者。

随着大规模可再生能源通过电力电子装置接入电网，电力系统信号形态呈现宽频化特征，宽频同步测量是全景感知电网状态，提升电力系统运行监测水平的技术趋势。文章针对宽频带量测数据通信及应用研究中的诸多不足，提出了一种兼顾灵活性、高效性、兼容性的宽频测量数据通信协议，提供了宽频同步装置和监测主站的软硬件工程实现方案，构建了宽频同步监测系统，并进行了落地应用案例示范。本研究可为电力系统宽频带量测数据通信协议开发和宽频同步测量技术工程应用提供理论指导与技术支撑，具有重要科学意义和应用价值。

团队长期深耕于宽频同步测量技术研究，已构建涵盖宽频信号处理、测量终端开发、装置组网落地、实测数据应用的电力系统宽频带同步测量技术体系。未来，团队将基于已有技术积累，深度研究宽频同步测量理论和技术，支撑新型电力系统新一代宽频全景同步监测系统的构建。

相关链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10478712

论文概要

一、研究背景

随着大规模可再生能源通过电力电子装置接入电网，电力系统信号形态呈现宽频化特征，宽频同步测量是全景感知电网状态，提升电力系统运行监测水平的技术趋势，高精度低时延的电力系统宽频量测数据是保障电网安全稳定运行的重要基础。以工频同步相量测量功能为主的PMU逐渐升级为支持基波、谐波、间谐波等同步量测的宽频同步测量装置。在此背景下，基于宽频带测量数据模型特性，研究兼容性佳、灵活性高、稳定性强的宽频测量数据通信协议对提升新型电力系统宽频监测能力具有重要意义。为此，文章重点研究宽频测量数据通信协议的结构设计、实际实现和工程应用问题。

二、通信协议功能设计

文章在PMU相量数据通信协议IEEE C37.118.2-2011的基础上进行了宽频数据帧、宽频配置帧、命令帧等信息帧的结构设计，其中宽频数据帧结构如图1所示，通过设置频率分量指示符实现了对非定长宽频测量数据的动态封装。各个信息帧的交互方法如图2所述，设置自发模式和命令模式两类通信模式，可供根据实际使用场景灵活选用。

图1 宽频数据帧结构设计

图2 通信协议信息帧交互方案

三、装置与主站实现

文章以ARM+DSP+FPGA作为宽频测量装置主控模块，在硬件层面搭载了所提通信协议，其数据交互流程如图3所述。同时，文章提出了一种主站算法实现方案，该方案支持宽频同步测量装置和主站的弹性通信交互，兼容IEEE C37.118.2-2011和本文协议的数据帧的接收、解码和存储。此外，文章依托上述硬件装置和主站进行了通信量测试和延时测试等相关实验。

图3 通信协议硬件实现

四、实地应用

本文以电动汽车充电站监测点为例进行了实地应用示范，介绍了实地应用的整体架构和宽频同步测量装置的接入方案等。依托该监测点的实测数据，文章进一步开展了通信量反演、谐波畸变率计算、谐波状态评估等应用研究，深度分析了该电动汽车充电站的用电状态、谐波污染情况和谐波活动特性。

图4 实地应用架构

五、结语

本文提出了一种宽频带量测数据通信协议，以解决当前宽频带数据通信协议中存在的延迟高、兼容性低和灵活性差等问题。该协议包括适用于宽频带同步测量数据的信息帧构建和通信方法，实现了宽频和基频测量数据的同步传输。该协议向下兼容现有WAMS通信协议，大大降低了现有测量系统的升级成本。此外，本文分析了所提协议的通信数据量，并通过实际应用验证了其可行性。装载该协议的宽频测量装置已安装于多个输电侧和配电侧宽频监测点，测量数据通过无线公网传输至山东大学宽频测量与传感实验室数据中心，装置和主站均长时间安全稳定运行。

学子风采

曾一鸣，男，山东大学2021级硕士研究生，师从张恒旭教授。2021年本科毕业于东北大学能源与动力工程专业。硕士期间主要研究方向为电力系统监测与通信、宽频相量测量数据应用。现已签约国网江苏省电力有限公司常州分公司。