1) O documento descreve a evolução do padrão IEEE C37.118 para medições de sincrofasores, incluindo os requisitos do IEEE C37.118.1-2011. 2) O padrão foi dividido em duas partes, uma para medições e outra para comunicações, para facilitar a harmonização com os padrões IEC. 3) O IEEE C37.118.1-2011 fortaleceu os requisitos de desempenho em estado estacionário de 2005 e os estendeu para incluir desempenho dinâmico.

1. Medições de Synchrophasor sob o padrão IEEE C37.118.1-2011 Com
a alteração C37.118.1a
Resumo: Os padrões de Synchrophasor evoluíram desde que o primeiro foi introduzido em
1995, IEEE 1344-1995. O Padrão IEEE C37.118-2005 introduziu a avaliação da precisão da
medição em condições de estado estacionário e rejeição de interferência. Também definiu um
sistema de mensagens para comunicação de dados fasores. Em 2009, o IEEE iniciou um projeto
conjunto com a IEC para harmonizar as comunicações em tempo real definidas em C37.118
com o padrão de comunicação IEC 61850. Isso levou à necessidade de dividir o C37.118 em
dois padrões, um para comunicação e outro para medições. Este artigo apresenta uma visão
geral do padrão IEEE C37.118.1-2011, que inclui a parte de medição do padrão anterior. Esse
padrão fortalece os requisitos do estado estacionário de 2005 e os estende para incluir
desempenho de medição em condições dinâmicas do sistema. A frequência e a taxa de mudança
de frequência (ROCOF) foram definidas e os requisitos para essas medidas também foram
adicionados. Alteração IEEE Std. C37.118.1a-2014 modificou alguns requisitos de
desempenho. Essas mudanças também estão incluídas neste artigo.
I. INTRODUÇÃO
O padrão de sincrofasores IEEE C37.118-2005 [1] foi separado em duas partes. A primeira
parte, IEEE Std.118.1-2011 para Medições de Sincrofasores para Sistemas de Energia, lida com
a medição de sincronismo e requisitos de desempenho relacionados [2]. A segunda parte,
Padrão IEEE C37.118.2-2011 Padrão para transferência de dados de sincronização para
sistemas de energia, aborda a transferência em tempo real de dados de sincronismo em sistemas
de comunicação [3]. O padrão foi dividido em duas partes por que:
1) a tecnologia amadureceu para onde áreas temáticas individuais precisam de tratamento mais
especializado
2) a separação facilita a adoção e harmonização deste trabalho com os padrões da Comissão
Eletrotécnica Internacional (IEC).
A estrutura IEC para padrões separa as áreas temáticas em padrões diferentes. O IEEE
tende a agrupar por aplicativo, muitas vezes incluindo vários tópicos relacionados a uma área de
aplicação em um padrão. Ambos os métodos IEEE e IEC têm suas vantagens, mas uma
estrutura compatível com ambas as organizações simplifica a adoção por ambos os grupos. As
duas áreas de medição e comunicação são abordadas por diferentes comitês técnicos dentro da
IEC.
O IEEE e o IEC iniciaram um projeto conjunto em 2009 para harmonizar a transferência
de dados IEEE Standard C37.118 com o padrão de comunicações IEC 61850. Esse trabalho foi
concluído em 2012 com a TR 61850-90-5, que descreve como comunicar dados de
sincronização usando 61850 métodos enquanto cumpre todas as funções que foram
desenvolvidas no IEEE Standard C37.118. Paralelamente, IEEE e IEC estão trabalhando em um
processo de desenvolvimento conjunto para um padrão IEC em medições de unidade de
medição fasorial (PMU). Este padrão conjunto será publicado como IEC 60255-118-1.
Após a publicação, a avaliação detalhada do desempenho do modelo de processamento
de sinal, apresentada no Anexo C, bem como o teste de PMU, revelou deficiências no
cumprimento de alguns requisitos de desempenho conforme especificado. As áreas

2. problemáticas foram relacionadas a limites de erro e tempos de resposta de frequência e
medidas de ROCOF. O padrão foi alterado pelo IEEE Standard C37.118.1a-2014 para garantir
que os requisitos de desempenho possam ser atendidos [4]. A alteração relaxa os parâmetros
relevantes, esclarece alguns requisitos e corrige erros tipográficos. Os requisitos descritos neste
artigo incluem essas modificações.
Este artigo não segue a mesma ordem que o padrão. Ele se concentra em mudanças
específicas e fornece uma discussão em segundo plano sobre essas mudanças. A Seção II cobre
os requisitos de relatórios. A seção III discute aulas de desempenho. As secções IV e V
abrangem o estado estacionário e o desempenho dinâmico. As considerações de medição de
frequência são discutidas na Seção VI. A Seção VII revisa os requisitos de latência. A Seção
VIII é uma visão geral dos anexos da norma. A Seção IX lista considerações para o próximo
padrão e a Seção X conclui este documento.
II. REQUISITOS DE RELATÓRIO
Para a consistência, as medições de PMU devem ser transmitidas em amostras marcadas
no tempo (quadros) a uma taxa fixa, denominada taxa de relatório em quadros por segundo
(fps). (O termo "quadros por segundo" é usado neste contexto para se diferenciar de amostras
dos valores da forma de onda onde o termo "amostras por segundo" é usado.) Como o ângulo de
fase é medido em relação a uma referência de tempo, ângulos de diferentes medidas podem
apenas ser comparado se forem feitos ao mesmo tempo. Os tempos e taxas de relatórios fixos
permitem comparações de ângulos prontos. Os relatórios podem ser enviados com várias taxas
especificadas, uniformemente espaçadas no tempo, conforme detalhado na Cláusula 5.4. Um
dos relatórios deve coincidir com a hora UTC (xx: 00: 00). Observe que os dados são
inevitavelmente transmitidos um pouco após o carimbo de data / hora nos dados. O padrão
revisado estendeu as taxas de relatório que os fabricantes de PMU devem suportar. A Tabela I
lista as taxas exigidas.
São permitidas taxas de relatório maiores ou inferiores às apresentadas na Tabela I.
Taxas mais elevadas podem ser úteis para sistemas de controle ou análise dinâmica do sistema.
Taxas mais baixas podem ser úteis para relatórios de sistemas de supervisão e de aquisição de
dados (SCADA), como fluxo de energia e estimativa do estado. Um usuário pode solicitar a
conformidade com as seções apropriadas do padrão nessas taxas adicionais, mas isso não é
necessário para a conformidade com o padrão.
Sincrofasores com taxas de relatório inferiores a 10 quadros / s não estão sujeitos aos
requisitos dinâmicos do padrão. A filtragem anti-alias a taxas de relatórios muito baixas resulta
em longos atrasos nos relatórios. As baixas medições da taxa de notificação destinam-se a um
instantâneo com o qual o sistema como um todo pode ser avaliado. As taxas de amostragem
menores não filtradas podem ser obtidas selecionando cada amostra de um fluxo de taxa maior.
III. DISCUSSÃO DA CLASSE P & M
As medidas de fasores sincronizadas foram implementadas pela primeira vez usando
uma transformada de Fourier discreta de um ciclo (DFT), onde a amostra foi amostrada com a
taxa de 720 amostras / s e foram calculadas as cromáceas em cada amostra [5]. As medições de
relatórios a essa taxa excederam a maioria das capacidades de comunicação, de modo que as
primeiras taxas de relatório detalhadas padrão em frações uniformes da freqüência do sistema de
energia. Isso foi continuado nos padrões atuais (Tabela I).

3. A redução da taxa de relatório usando cada amostra de uma taxa de medição mais alta
(por exemplo, tirar cada 48ª amostra de uma taxa de 720 frames / s para atingir 15 quadros / s) é
fácil de implementar, mas pode causar alias de sinais presentes nos dados originais. A filtragem
adicional pode fornecer uma função antialias, mas apresenta atraso nos relatórios. A partir
dessas observações iniciais, ficou claro que uma abordagem não era suficiente para todas as
utilizações de sincronismo.
O conceito de diferentes classes de desempenho foi introduzido com o padrão IEEE
C37.118-2005. As classes foram diferenciadas como níveis de desempenho 0 e 1. Em
comparação com os requisitos para o nível 1, o nível 0 apresentou requisitos relaxados para
harmônicos e rejeição de sinal fora da banda e faixas de frequência e magnitude reduzidas para
desempenho de medição. O Nível 1 destinava-se a ser utilizado por controles e aplicativos que
são sensíveis a harmônicos e a pequenos sinais que poderiam ser aliados. O nível 0 foi para
aplicações insensíveis a sinais pequenos, mas a latência mínima necessária.
Uma vez que esses requisitos foram descritos como níveis de desempenho e o nível 1
teve requisitos "mais apertados" do que o nível 0, muitos usuários interpretaram quanto maior o
nível, melhor o desempenho de suas aplicações. Alguns usuários estavam especificando o nível
1 quando o nível 0 era mais adequado às suas necessidades.
No padrão 2011, o rótulo "níveis" foi alterado para "classes". Ao invés de usar um
número (que parecia implicar qualidade) para a classe, uma letra foi escolhida para indicar o
tipo de aplicativo direcionado. "P" foi escolhido para a classe de medida que seria feita com
atraso mínimo, mas menos imunidade à interferência fora da banda. A medição da classe P
destina-se a suportar aplicações (por exemplo, controles de alta velocidade) que geralmente
exigem atraso mínimo na resposta a mudanças dinâmicas. "M" foi escolhido para a classe de
medidas que requer filtragem fora de banda para evitar aliasing de sinal onde a latência mais
longa é aceitável. A medição de classe M destina-se a suportar aplicações (por exemplo, certas
funções de controle) que são sensíveis ao aliasing de sinal, mas podem tolerar atrasos mais
longos.
Deve notar-se que as letras escolhidas para as classes são apenas um indicador das
diferenças nos requisitos de desempenho. Eles podem ser usados como uma orientação geral na
escolha de uma classe de desempenho, mas certamente não devem ser usados sem uma
consideração completa dos requisitos de aplicativos específicos. Um aplicativo exigente pode
ter requisitos de desempenho além do especificado para qualquer classe. O designer do sistema
sempre deve escolher a classe com o sistema e a aplicação específicos em mente.
IV. REQUISITOS DE ESTADO ESTATUTO
Os requisitos de desempenho definidos padrão de 2005 em condições de sinal de estado
estacionário. Ele introduziu o método de erro vetorial total (TVE) de avaliar o valor de
sincronismo de sincronismo medido. O erro vetorial total (TVE) combina a avaliação dos erros
de ângulo e magnitude da estimativa de sincronização como um único valor de erro. Este
método de avaliação foi mantido para manter a compatibilidade com o padrão anterior e sua
simplicidade ao especificar limites de erro. Os limites separados de ângulo de fase e magnitude
podem ser adicionados às revisões futuras.
O ângulo de fase é determinado pelo tempo de referência em conjunto com o algoritmo
de estimativa. Sua precisão depende da sincronização de tempo, componentes de entrada

4. analógica, conversão digital e processamento de sinal. Para evitar problemas com a
especificação de operações internas ou requisitos que podem não ser testáveis (por exemplo,
algumas PMUs usam um receptor interno de sistema de posicionamento global (GPS) e não
fornecem acesso ao sinal de temporização), o Grupo de Trabalho H11 (WGH11) decidiu apenas
especifique o resultado. Isso deixa ao fabricante otimizar seu design e alocação do orçamento de
erro para atender aos requisitos. Deve notar-se que a precisão do sinal de temporização pode ser
facilmente medida em 1 s, que é cerca de 0,02 do ângulo do fasor que é muito menor do que os
requisitos de precisão do PMU. Assim, uma fonte de tempo para PMUs que exigem um relógio
externo pode ser facilmente verificada com uma precisão que garanta uma contribuição de erro
insignificante.
Os requisitos de freqüência do sinal garantem que as medições serão precisas em uma
faixa de freqüência de entrada. O padrão de 2005 exigiu 1% de TVE em uma faixa de variação
de frequência de 0,5 Hz para o nível 0 e 5 Hz para o nível 1, independente da taxa de
notificação. A variação de 0,5 Hz foi considerada muito estreita para um grande número de
aplicações, portanto, o novo intervalo para a classe P agora é 2 Hz, ainda independente de.
Verificou-se também que a faixa de 5 Hz criou requisitos de filtragem difíceis e, de fato, excede
o critério de Nyquist para relatórios de 10 quadros. O intervalo de operação depende dos
requisitos de design do filtro que, por sua vez, depende da taxa de relatório. Manter o alcance
operacional de largura requer variação com base na taxa de relatório. Os intervalos de
desempenho de frequência para a classe M são 2 Hz para 10 quadros / s, 5 para 25 quadros / s e
5 Hz para 25 quadros / s.
Um requisito adicional no novo padrão é que a conformidade com este teste de variação
de freqüência deve ser alcançada a 0 ° C e 50 ° C além da temperatura ambiente nominal C).
Os requisitos de magnitude do sinal retém o mesmo limite de 2005 de TVE de 1% para
fasores, mas separa os requisitos de tensão e corrente. Com base em uma tensão nominal ou
valor de corrente especificado pelo fabricante, a faixa de teste de magnitude da tensão é de 80%
a 120% para P classe e 10% a 120% para classe M. O intervalo de magnitude atual é de 10% a
200% para ambas as classes. Espera-se que esses intervalos cubram tensões e correntes em
condições operacionais normais a altamente estressadas, que é a faixa sobre a qual os
sincronistas são destinados a serem usados. Os relés manipulam correntes de nível de falha para
identificação e localização de falhas. (Observe que as janelas de medição de PMU longas
também reduzem a eficácia do cálculo de falhas). O desenvolvimento de PMU adicional pode
ampliar esses intervalos no futuro, mas exigirá uma melhor compreensão sobre a estimativa sob
desequilíbrio extremo e condições não-lineares.
Os requisitos da faixa angular de fase não foram alterados, mas as condições de teste
foram modificadas para simplificar o teste. Este teste modificado usa um ângulo de variação
lenta que é produzido por uma freqüência nominal fora de menos de 0,25 Hz, eliminando o teste
com mudanças de etapa separadas, conforme necessário antes.
Os requisitos de distorção harmônica foram os requisitos menos modificados. Os
requisitos para as PMUs da classe P são iguais aos do nível 0: 1% de phasor TVE com 1% de
harmônicos do 2º ao 50º. Os requisitos para a classe M são iguais aos do nível 1: 1% de phasor
TVE com 10% de harmônicos do 2º ao 50º. Para testes de conformidade, todos os 49
harmônicos serão aplicados individualmente com a amplitude de cada um no nível especificado.
O WGH11 discutiu exigindo que este teste fosse feito com harmônicos múltiplos ao mesmo

5. tempo, para simular de forma mais precisa como os harmônicos aparecem nos sistemas de
energia e, possivelmente, reduzir o tempo de teste. As questões de fator de crista de sinal e
tempos de subida e seu impacto na medida foram aumentados. Diferentes cenários operacionais
do sistema de energia produzem diferentes combinações de harmônicos.
A questão de saber se os limites de teste devem ser aplicados ao poder total dos
harmônicos ou das amplitudes individuais foi aumentada. Sem acordo geral sobre essas
questões, o WGH11 decidiu que a melhor abordagem ainda é para realizar o teste com um
harmônico aplicado por vez. A emenda de 2014 suspendeu o requisito de erro ROCOF para
testes harmônicos das PMUs da classe M, depois de testar as PMUs reais indicaram que esse
requisito poderia ser um fator de direção no projeto de PMU que poderia prejudicar a
capacidade de medição do fasor. As PMUs da classe P ainda possuem um limite de erro
ROCOF para testes harmônicos, embora descontínuos para 0.4 Hz / s.
Em algumas aplicações, um PMU deve poder filtrar sinais interferentes que podem ser
aliados na medida. Um teste de interferência fora de banda é definido para testar essa
capacidade. Para os testes de classe M, a magnitude do sinal de interferência é 10% do
fundamental, o mesmo que o requisito de nível 1 para o padrão de 2005, mas o limite de erro de
TVE permitido foi aumentado de 1% para 1,3%. O teste foi eliminado para a classe P. Os
padrões de 2005 e 2011 definem as freqüências de sinal de interferência como sendo qualquer
freqüência, tal que
onde é a freqüência nominal do sistema e é a freqüência de Nyquist (ou seja, metade) da
taxa de relatório.
O padrão de 2011 clarifica ainda que esses testes de sinal de interferência devem incluir
frequências de até 10 Hz e até duas vezes a freqüência nominal. A experiência mostrou que as
freqüências críticas são aquelas próximas aos limites do filtro, que estão na distância de
freqüência Nyquist da freqüência nominal do sistema. Freqüências de 10 Hz e não foram e não
se espera que seja um problema, portanto, testes adicionais não devem ser necessários. O padrão
exige que, ao medir os efeitos de interferência em um fasor de sequência positiva do PMU, os
harmônicos do sinal de interferência devem ser uma seqüência positiva. A necessidade de fazer
a seqüência positiva interharmônica decorre do fato de que uma PMU calcula componentes
simétricos dos componentes da fase. Qualquer componente de seqüência não-positiva dos
interarmônicos seria altamente atenuado na computação do fasor de seqüência positiva.
Uma mudança significativa na verificação da conformidade de filtragem é que a
freqüência do sinal do sistema de potência deve ser variada em uma faixa de 10% da freqüência
de Nyquist da taxa de relatório. Por exemplo, para uma taxa de relatório de 25 fps, o teste deve
ser realizado com a freqüência do sistema de energia em vários pontos de 47,5 a 52,5 Hz, em
vez de apenas 50 Hz. (O padrão não especifica quais ou quantos pontos devem ser testados).
Esse requisito foi adicionado para garantir que a filtragem seja suficientemente afiada para lidar
com condições em que o sistema de energia está fora da freqüência nominal (o que
normalmente é). Embora a melhor abordagem possa estar exigindo uma única faixa de
freqüência para todas as taxas de relatórios, o link para as taxas de relatórios assegura que não
irá adicionar dificuldade para o design do filtro.
A maior mudança nos requisitos de estado estacionário é a adição de especificações
para freqüência e ROCOF. O erro de freqüência (FE) eo erro de ROCOF (RFE) são avaliados
como a diferença absoluta entre o valor medido e o valor especificado para o teste fornecido. Os

6. requisitos são preenchidos com os requisitos do fasor, portanto, os testes de conformidade só
precisam ser executados uma vez. As medições de freqüência e ROCOF são feitas somente
durante a frequência do sinal, a rejeição harmônica e os testes de rejeição de interferência OOB.
A emenda de 2014 também suspendeu o limite de erro ROCOF para o teste de sinais de
interferência fora da banda.
V. REQUISITOS DINÂMICOS E SEUS TESTES
O padrão original, IEEE Std. 1344-1995, requisitos de amostragem e cronometragem
especificados e assumiu que todas as implementações usariam o mesmo algoritmo de estimativa
[6]. Isso garantiria medidas comparáveis de diferentes UGP. O padrão seguinte, IEEE Std.
C37.118-2005, não assumiu o uso dos mesmos métodos de estimação, por isso estabeleceu a
métrica TVE para avaliar o desempenho da medição fasorial. No entanto, abordou o
desempenho somente em condições de estado estacionário.
Um uso principal para medições de sincronismo é observar a dinâmica do sistema de
energia. Conseqüentemente, os requisitos para o desempenho do PMU em condições dinâmicas
são agora parte do padrão, e verificar a conformidade é importante.
O teste de PMU dinâmico foi estabelecido usando sinais modulados e testes passo a
passo [7] - [11]. WGH11 determinou que os testes de conformidade também devem refletir o
tipo de fenômenos que podem ser observados no sistema de energia real. Com isso, reduziram
os tipos de teste para modulação, rampa e passo. Esses testes caracterizam razoavelmente o
desempenho de PMU.
O WGH11 decidiu também limitar a dinâmica sobre a qual um PMU será testado. Com
dinâmicas limitadas, o sinal mudará quase linearmente em uma pequena janela de medição. Se a
mudança na janela for quase linear e o algoritmo de estimativa é simétrico, a estimativa do fasor
irá representar de perto o valor do fasor real no centro da janela. Assim, os estimadores mais
comuns usando uma tag de tempo no centro da janela de amostragem devem atender aos
requisitos dinâmicos no novo padrão.
Considere que o processo de medição fasorial produz um valor de fasor estimado para o
sinal de entrada básico, que nominalmente é sinusoidal a 50 ou 60 Hz. No entanto, na realidade,
este sinal básico pode estar acima ou abaixo da freqüência nominal do sistema devido ao
equilíbrio da geração-carga, bem como o desvio devido a qualquer efeito dinâmico, como
oscilação e comutação. O valor do fasor relatado reflete uma estimativa da amplitude, ângulo de
fase, freqüência e ROCOF do sinusoide no instante registrado na tag de tempo. A série temporal
de amostras representa a forma de onda que muda dinamicamente, sujeita às limitações da
frequência do sinal com base no limite de amostragem Nyquist da taxa de notificação do fasor.
Testes que podem confirmar que as medições de diferentes PMUs são comparáveis
incluem linearidade, largura de banda, rastreamento de freqüência, tempo de resposta, tempo de
estabilização, superação, ruído e distorção da seguinte forma.
 A linearidade é testada com testes de estado estacionário.
• O teste de largura de banda de medição compara a saída com a entrada em uma faixa
de freqüência de modulação. Para este teste, o sinal de potência de entrada é modulado em fase
ou amplitude. Este é o único teste que mede a capacidade do PMU de rastrear um ROCOF em
mudança.

7. • A rampa do teste de freqüência do sistema monitora todas as medidas durante uma
rampa na freqüência fundamental para garantir que elas possam acompanhar as mudanças que
podem ocorrer em um sistema de energia. Este teste é útil para expor um erro de tempo de
relatório na estimativa de frequência.
• Tempo de resposta e overshoot use uma mudança de passo na amplitude ou fase de
entrada para ver a rapidez com que o PMU responde e até que ponto ultrapassa o valor final
(superação) como mostrado na Fig. 1.
• Uma vez que as estimativas de sincronização são o resultado de funções de filtragem,
o tempo de ajuste é incluído com a medição do tempo de resposta, pois a resposta geral é um
parâmetro importante.
• O ruído e a distorção estão incluídos na avaliação geral usando o pior caso de TVE
para cada teste como resultado do teste.
O primeiro teste dinâmico é um teste de modulação. Algumas das oscilações do sistema
de potência aparecem como uma modulação do sinal de energia CA, portanto, este teste simula
fenômenos operacionais reais. As simulações mostraram que um swing de potência típico
criaria amplitude simultânea e modulação de fase. Portanto, IEEE Std. C37.118.1-2011 usou
essa modulação simultânea para o teste. No entanto, devido a interações entre amplitude e
modulação de fase em algoritmos PMU lineares, isso resultou ser difícil de avaliar
adequadamente. O padrão IEEE C37.118.1a-2014 modificou o procedimento em testes
separados de amplitude e fase.
O objetivo principal desses testes é determinar se a largura de banda de medição está em
conformidade com os requisitos. A largura de banda de um instrumento é comumente indicada
como o ponto em que a resposta é medida como 3 dB (cerca de 30%) a partir de um valor de
referência. A modulação de teste é de 10% do sinal, portanto, uma redução de 30% no valor
medido produziria um erro TVE de 3%, que é o requisito neste teste.
Para este teste, a amplitude ou fase do sinal de CA é modulada com um sinal de coseno
e a medida é comparada com as características do sinal de entrada. A modulação de amplitude é
ilustrada pela Fig. 2. A modulação é aplicada em uma série de freqüências a partir de 0,1 Hz e
aumentando para o máximo que é maior de Fs / 5 ou 5 Hz para a classe M, ou Fs / 10 ou 2 Hz
para Classe P, onde Fs é a taxa de relatório do fasor. A frequência de modulação para o teste
está limitada a uma fração da taxa de amostragem porque a filtragem e a resposta de freqüência
do algoritmo, necessariamente, reverterão a resposta consideravelmente abaixo da taxa de
Nyquist de Fs / 2. A resposta é avaliada com o critério TVE, FE e RFE usando o valor de erro
mais alto durante o maior de 2 ciclos completos de modulação ou 5 segundos. Isso garante que
o teste irá capturar anomalias e ruído na medição. Este teste é repetido em pontos de freqüência
de modulação suficientes para determinar uma curva de resposta precisa para garantir que ele
permaneça abaixo do limite.
O segundo teste dinâmico é uma rampa de freqüência do sistema. Este teste determina a
proximidade com que as medidas rastreiam a entrada durante uma taxa constante de mudança de
freqüência. A freqüência é aumentada de abaixo nominal para acima nominal em relação a
intervalos especificados de acordo com a classe e taxa de relatório.

8. No sistema de energia, uma rampa de freqüência ocorrerá após uma mudança súbita na
geração ou carga, como perda de uma grande carga ou ilha do sistema. Para o teste, a taxa de
rampa é de 1,0 Hz / s, que foi escolhida como o pior caso que pode ocorrer em um sistema de
energia grande. WGH11 reconheceu que um pequeno sistema de energia teria uma taxa de
rampa mais rápida, mas havia pouca informação gravada para desenhar sobre o qual indicaria
uma taxa que seria universalmente aplicável. Uma vez que a maioria dos implementos do
sistema fasor estava sendo feito em grandes sistemas de energia e houve um bom acordo em 1
Hz / s, esse valor foi usado. À medida que o uso de sincrofasor se expande, as taxas mais
elevadas podem ser especificadas para atender aos requisitos do aplicativo em futuras revisões
do padrão.
TVE, FE e RFE são usados para medir o erro, e os valores mais altos são usados para
determinar a conformidade. Testes de modulação também mostram a capacidade de rastrear
mudanças, portanto, este teste pode parecer um pouco redundante. No entanto, a rampa dos
testes de frequência do sistema cobre uma gama mais ampla de frequências do que os testes de
modulação. Alguns métodos utilizados para compensar algoritmos fasores podem ser
suscetíveis a erros durante as mudanças de freqüência e a rampa do teste de freqüência do
sistema é incluída para ter certeza de que isso não causará problemas.
O terceiro teste dinâmico é um passo em amplitude ou fase. Em um sistema de energia,
um passo é gerado quando um interruptor opera ou ocorre uma falha. Não se espera que as
PMUs produza medições precisas durante mudanças rápidas como etapas (porque as janelas de
tempo de estimação são muito longas para reproduzir transientes curtos), de modo que a saída é
avaliada quanto ao tempo de resposta, tempo de atraso e overshoot / undershoot. Esses testes
são focados nas mudanças do sistema, não em falhas e, portanto, são limitados a 10% de
amplitude ou 10 fases.
Não é possível criar uma verdadeira mudança de passo para este teste. A maioria dos
equipamentos utilizados para produzir esses sinais de teste os sintetiza a partir de uma
representação digital. A mudança de passo mínima é um intervalo de amostra. Além disso, uma
vez que a saída é basicamente uma onda senoidal de 50/60 Hz, filtros que suavizam as etapas
digitais também diminuem o tempo de subida. Então, um passo pode acabar com um tempo de
subida consideravelmente menor do que um verdadeiro passo. Por exemplo, um simulador com
uma taxa de saída de 10 kHz tem 100 intervalos de saída e, com a filtragem, o passo de saída
pode aproximar 500 tempos de subida. Enquanto o tempo de elevação do sinal de teste poderia
ter um efeito na medição, a definição de abrir uma nova área que o WGH11 decidiu ser deixada
para certificação de conformidade, como o Programa de Avaliação de Conformidade IEEE
(ICAP). Isso permite a adaptação de equipamentos e métodos à medida que eles estão
disponíveis, além de atender aos muitos pequenos detalhes exigidos em um programa de teste
abrangente que pode não estar incluído no padrão. Simplifica a adaptação do teste à medida que
o equipamento evolui. Ele também garante uniformidade de processo e aplicação dos requisitos.
Portanto, apenas os sinais de teste e os requisitos de desempenho são especificados neste
padrão.
O tempo de resposta (Fig. 1) é avaliado como o período de tempo desde que a
estimativa de medição deixa o limite de TVE, FE ou RFE especificado no nível de pré-
impressão até que ele entre e permaneça dentro do limite de TVE, FE ou RFE especificado no
novo valor. Isso dá uma boa medida da rapidez com que a medição irá se reconciliar com o
novo valor após uma mudança repentina. Os tempos de resposta do Phasor devem estar dentro

9. da classe P e 7 / Fs para a classe M, mostrado na Tabela 9 da alteração (e Fs definidos como
anteriormente).
O tempo de atraso avalia quanto o tempo de medição (tempo de medição) corresponde à
mudança de passo real. O requisito de 1/4 do intervalo de tempo de relatório garante que o passo
medido aparece muito próximo do tempo real de ocorrência. O requisito de overshoot /
undershoot assegura a razoabilidade dos resultados - o excesso excessivo em uma PMU pode
mascarar, ou aparecer como, respostas significativas no próprio sistema de energia.
Determinar esses parâmetros simplesmente avaliando a curva de resposta desenhada
interpolando linearmente os valores de fasor relatados pode ser difícil. O tempo de resposta
normalmente é comparável ao intervalo de relatórios, e os detalhes da resposta PMU podem ser
perdidos.
Para obter uma imagem mais completa da resposta de mudança de passo, o padrão
descreve uma técnica para dar passos repetidos e entrelaçar os resultados. Esta técnica baseia-se
no fato de que as estimativas do fasor são feitas exatamente nas mesmas horas a cada segundo.
Ao mudar a entrada escalonada por frações do intervalo de relatório, os relatórios de saída
ocorrerão em diferentes pontos na resposta de medição. Os relatórios de saída podem então ser
intercalados de acordo com as mudanças de entrada para formar uma curva de resposta mais
completa. O padrão sugere o uso de uma mudança de 1/10 do intervalo de relatórios, porque em
testes, esta mudança revelou adequadamente o desempenho do dispositivo. O processo é
descrito em mais detalhes em [11] e [12].
Freqüência e ROCOF também são testados com os mesmos testes e avaliados usando o
critério FE e RFE. Apenas o tempo de resposta é avaliado, mas usando limites mais longos para
permitir a amplificação do ruído causada pela diferenciação. Esses limites são (f) e (ROCOF)
para classe P. O limite de classe M é o maior de 14 / Fs e para ambos f & ROCOF, conforme
mostrado na Tabela 10 da emenda. O tempo de resposta foi definido para esses limites bastante
longos para garantir que as técnicas de medição atuais pudessem cumprir. F & ROCOF são
novos requisitos e as técnicas de estimativa são provavelmente uma geração por trás daqueles de
fasores. Phasors, f e ROCOF são relatados em um único conjunto de medição de ponto marcado
que cria dificuldade em adicionar mais filtragem, conforme descrito na próxima seção. A
abordagem WGH11 era ter limites relaxados para esses novos requisitos para garantir a
disponibilidade de equipamentos compatíveis e para se mover para limites mais exigentes
quando a tecnologia os suportar.
VI. MEDIÇÃO DE FREQUÊNCIA
A. Discussão de Medição de Freqüência
O desenvolvimento heurístico do conceito de freqüência do sistema de energia é
baseado na noção de máquinas rotativas que determinam um único valor de freqüência para a
rede interligada. Como engenheiros de energia, estamos acostumados a pensar na freqüência do
sistema de energia como um guia útil para saber se a geração e a carga são adequadamente
correspondidas, bem como a estabilidade geral do sistema. Mesmo os pequenos distúrbios do
sistema de energia produzem desvios da freqüência do sistema alvo, de modo que as máquinas
devem ser feitas para "rastrear" a freqüência do sistema, o que eles fazem através de um
portfólio de mecanismos de controle automático (controle inercial de geração automática,
estabilizadores de sistema de energia, etc. )

10. A introdução de PMUs há 25 anos revelou que a freqüência instantânea era geralmente
ligeiramente diferente em cada ponto de medição. A Fig. 3 mostra a frequência medida em
quatro pontos numa perturbação real do sistema de potência. Mostra a natureza dinâmica do
sistema de energia e apresenta uma excelente representação de como o agregado dos geradores
em sua resposta a um evento. Em média, as freqüências devem concordar (ou o deslizamento do
pólo do gerador ocorrerá).
As PMUs originais mediram a frequência por ângulos de fase de diferenciação
determinados pelos valores do fasor. Isso pode produzir estimativas de freqüência lisas,
calculando a média em um longo intervalo ou uma estimativa mais responsiva, mas mais
barulhenta, usando um intervalo mais curto. A média mais longa produz uma estimativa mais
próxima do ângulo do rotor e a última uma medida dinâmica como ilustrada na Fig. 3 [13]. O
WGH11 decidiu que a simulação da freqüência do rotor seria difícil de alcançar em uma base
uniforme e que observar o comportamento do sistema de energia dinâmico era valioso. Além
disso, a medição de freqüência é muito mais útil se o tempo estiver alinhado com os valores do
fasor. Consequentemente, a definição de frequência como derivado foi adotada como descrito
na seção a seguir. O teste exige que a medida seja o tempo alinhado com a pontuação do tempo.
Observe que, embora o padrão ofereça um método para derivar freqüência e ROCOF com base
em diferenças de ângulo de fase, deixa a implementação real até o fornecedor de PMU.
Observe também que uma medida "rápida" como essa pode ser posteriormente filtrada,
por exemplo, para estimar o ângulo do rotor; mas em uma medida "lenta" onde essa filtragem já
está em vigor, a informação perdida nunca pode ser recuperada. Ambos os dados de frequência
e ROCOF podem ser alisados por filtragem ou pós-processamento. Qualquer processamento
posterior e janelas de tempo mais longo na própria PMU podem aumentar o atraso na obtenção
da medição, reduzindo sua utilidade de maneira intrínseca.
B. Frequência Definida no Padrão
As PMUs medem o ângulo de fase em relação a uma onda de coseno em frequência
nominal sincronizada com a hora UTC, que geralmente é derivada da rede GPS. A maioria das
implementações de PMU derivam a frequência das estimativas de PMU do ângulo de fase em
uma taxa interna superior à taxa de relatório. A estimativa de frequência pode ser feita de forma
diferente: por exemplo, usando algoritmos baseados em cruzamentos zero de formas de onda
[14]. O padrão IEEE C37.118.1-2011 define a freqüência como a derivada do ângulo de fase e
ROCOF como a derivada da freqüência. Conforme indicado no padrão IEEE C37 118.1
(Cláusula 5.2), "Dado um sinal sinusoidal
𝑥( 𝑡) = 𝑋 𝑚 cos[ 𝜓(𝑡)]
A frequência é definida como
𝑓( 𝑡) =
1
2𝜋
𝑑𝜓(𝑡)
𝑑𝑥
E ROCOF é definifa
𝑅𝑂𝐶𝑂𝐹( 𝑡) =
𝑑𝑓(𝑡)
𝑑𝑡

11. Esses cálculos derivados podem ser feitos usando valores de fasores calculados nos
dados de taxa de onda ponto-a-onda para melhorar o desempenho. Isso reduz o tempo de atraso
entre os valores do fasor e a freqüência e ROCOF, além de reduzir o ruído de medição.
A estimativa de derivadas ao diferenciar pequenas etapas da amostra mostrou-se que
cria alto ruído devido a etapas quantificadas. No entanto, neste caso, os dados utilizados para
calcular as etapas estão altamente correlacionados, de modo que o espaçamento próximo das
amostras de medição realmente reduz o ruído. Suponha que a amostragem da forma de onda
seja cada s e as três estimativas de ângulo de fase às vezes, e são usadas para estimar a
freqüência e ROCOF. Devido à janela de cálculo, eles são baseados em quase os mesmos dados.
Por exemplo, no estimador 50 / s descrito no modelo de referência, cada estimativa de PMU é
baseada em 143 amostras. Suponha que as três estimativas de ângulo de fase sejam
determinadas usando três conjuntos de 143 amostras, compensados por 1 amostra (isto é, um
intervalo de amostra, que é 1/800 s aqui). Isso requer um total de 145 amostras. 141 das
amostras serão utilizadas pelas três estimativas, com ponderação ligeiramente diferente; e duas
amostras nos 'fins' deste grupo serão usadas por apenas uma ou duas das estimativas, com
ponderação muito pequena. O ruído presente em qualquer uma das amostras, bem como o sinal
desejado, se propagará para as estimativas de ângulo de fase quase do mesmo grau para as três
estimativas. Quanto menor, quanto mais próximas forem as três estimativas, mais o sinal
(incluindo o ruído incorporado) cancelará a frequência e os cálculos ROCOF. No caso limitante,
se for definido como zero, as três estimativas serão idênticas (mesmo com truncamento na
matemática, que de outra forma não é cancelada).
Os dados de amostra nesta análise incluem erros no sinal, front-end analógico, tempo e
amostragem analógico-digital. Estes são correlacionados na estimativa do fasor e minimizados.
No entanto, os erros causados pelo truncamento ou o encerramento no algoritmo de estimativa
do fasor propriamente dito (dependendo do comprimento da palavra CPU / DSP e outras
considerações de implementação) não são cancelados, pois são criados de forma independente
para cada estimativa após a captura das amostras e não estão correlacionadas. Também o ruído
que está "inband" ou vazamentos através dos filtros fasores, como os introduzidos pelo teste
OOB, pode causar erros de freqüência e ROCOF.
C. Avaliação do desempenho de frequência
Os testes descritos nos sinais de entrada de uso padrão são sinusoides lownoise com
mudanças limitadas e bem definidas em magnitude e fase. O padrão assinala que os sinais do
sistema de energia real consistem em valores ruidosos e com mudanças rápidas. Os artefatos são
introduzidos por cargas não-lineares, comutação de linha, comutação de reator e outros. Esta
situação é ainda mais exacerbada pela proliferação de fontes de energia não assíncronas, como
vento, energia solar e HVdc.
Como derivações de primeira e segunda ordem do ângulo de fase, freqüência e ROCOF
podem ser afetadas negativamente por essas condições do mundo real. Embora sejam
quantidades teoricamente inestimáveis para a proteção e controle do sistema de energia, o
padrão observa que eles devem ser usados com cautela.
A frequência de PMU e as estimativas de ROCOF não se destinam a substituir os
elementos do dispositivo 81 (menos ou mais de frequência) ou 81R (taxa de troca de frequência)
IEEE, conforme encontrado em esquemas de proteção e controle convencionais para redes de
energia. Para cumprir o requisito de ter uma única tag de tempo para um conjunto de medições

12. de uma PMU (uma mensagem de relatório da PMU), seu desempenho e precisão são ditados
pelo sistema de filtração fasorial, cujo principal objetivo foi alcançar medições de sincronismo
adequadas. Para uso em qualquer aplicação, a freqüência de PMU eo desempenho e a precisão
das medições de ROCOF devem ser verificados de acordo com as especificações exigidas. São
necessários mais trabalhos e desenvolvimento para refinar a frequência da PMU e as avaliações
do ROCOF e para definir melhor o alcance de suas aplicações potenciais.
VII. REQUISITOS DE LATÊNCIA
A. Visão geral da latência
A latência é importante porque, para atuar sobre a informação, o ator (seja humano ou
máquina) deve saber quantos anos tem a informação de entrada sobre a qual está atuando e
quanto tempo demorará para ver a resposta a essa ação. Uma vez que um sistema de feedback
tira informações da saída e a aplica à entrada, a idade da informação que é alimentada deve ser
conhecida para controlar a resposta dinâmica do sistema. Se as latências nas informações de
feedback forem mais longas do que os limites do projeto do sistema, o amortecimento e a
estabilidade do sistema podem ser afetados.
Os relatórios Synchrophasor trazem consigo o tempo de medição das informações que
eles contêm. Se o receptor de informações de sincronização tiver uma fonte de tempo precisa,
ele pode determinar a latência da informação, comparando o carimbo de tempo de sincronização
com o tempo real. Nesse sentido, a informação de sincronismo é particularmente adequada para
uso em sistemas discretos de feedback.
Os limites para a latência permitem aos criadores de sistemas de feedback confiar nas
informações que estão agindo para não serem mais antigas do que o limite de latência. O
conhecimento preciso da latência pode, em alguns casos, permitir uma estimativa preditiva [15],
que projetaria medidas para o momento em que uma decisão de controle está sendo feita.
B. Limites de latência no padrão
O padrão de sincronismo define dois limites que se relacionam com a latência e requer
dois testes para determinar se o PMU está se apresentando dentro desses limites. O primeiro dos
dois limites aparece na Tabela 9 da cláusula 5.5.8 Conformidade dinâmica - desempenho sob
mudanças de etapas em fase e magnitude. O limite é Tempo de atraso e é necessário que seja
Esse limite é necessário para ambas as classes de PMU para todas as taxas de relatório.
É a diferença horária entre o tempo real de uma etapa em fase ou magnitude do sinal de entrada
e o tempo em que a saída PMU atinge 50% do tamanho da etapa. Este requisito limita a
imprecisão máxima do carimbo de data / hora em relação a uma alteração na entrada que está
sendo relatada na saída de sincronização.
O segundo limite de latência apareceu na Tabela 11 da Cláusula 5.5.9, declaração de
latência de relatórios da PMU. O limite é "Latência Máxima de Relatório de PMU" (em
segundos) e é limitado a não mais de 2 / (Taxa de Relatórios) para a classe P e 7 / (Taxa de
Relatórios) para Classe M. A latência de relatórios do PMU é o intervalo desde o tempo relatado
pelo carimbo de horário até o momento em que a informação do sincronismo fica disponível na
saída do PMU. Este requisito garante que a transmissão de dados da PMU tenha limitado o
atraso, como é exigido para aplicações em tempo real. IEEE Std. C37.118.1-2011 descreveu
"latência de relatórios de medição" em termos ambíguos. Alteração IEEE Std. C37.118.1a-2014

13. substituiu a "latência de relatórios de medição" por "latência de relatórios de PMU" e esclareceu
as ambigüidades na descrição.
C. Latência: em conclusão
Um designer de sistema de feedback estará interessado em limites de latência de todo o
sistema de controle que está sendo projetado. Com respeito às latências dentro da PMU, o
designer pode ser assegurado que qualquer PMU compatível com este padrão não excederá as
restrições dos dois limites acima mencionados.
X. CONCLUSÕES
Este artigo delineou o desenvolvimento de padrões de sincronização que abrangem
quase duas décadas. Os padrões evoluíram das definições básicas para incluir requisitos de
frequência e taxa de troca de medições de freqüência. Os atuais esforços paralelos entre o IEEE
e IEC foram facilitados e harmonizados pela separação dos requisitos de desempenho de
medição em C37.118.1-2011 descrito aqui e no padrão IEEE. C37.118.2-2011, que detalha o
formato da mensagem.
O conteúdo deste padrão foi revisado incluindo e definições, requisitos de relatórios,
introdução de classes de desempenho (M e P) e requisitos de desempenho em condições
estáveis e dinâmicas. Os principais anexos foram revisados, particularmente o modelo de
referência no Anexo C. Alguns dos fatores considerados na elaboração deste padrão e suas
emendas foram discutidos. Implicações e limitações foram apresentadas.
Foram mencionados problemas potenciais na medição, particularmente em sistemas de
energia reais com ruídos auxiliares e artefatos do sistema que não estão presentes nos sinais de
teste padronizados. O trabalho futuro incidirá na refinação dos requisitos de desempenho
conforme descrito na Seção IX, com especial atenção às medidas em ambientes mais realistas.
IX. TRABALHO FUTURO
O Comitê de retransmissão de sistemas de energia da IEEE, WGH11, que criou os
padrões do IEEE Synchrophasor, uniu forças com o comitê técnico da IEC 95 para revisar o
padrão de medição de sincronismo e publicá-lo como norma comum IEC / IEEE 60255-118-1.
A agenda do corpo conjunto inclui:
1) redução do número necessário de taxas de relatório;
2) considerando adicionar e maiores taxas de relatórios;
3) esclarecimentos adicionais sobre os requisitos de latência;
4) resolver várias ambiguidades na cláusula 5.5: a) fase relativa dos harmônicos; b)
interpolação de tempo de resposta passo a passo; c) nível de referência do excesso de passo; d) o
teste de ângulo de fase é redundante com o teste de faixa de freqüência; e) incrementos no teste
de sinais de interferência fora de banda; f) a latência de relatórios de PMU máxima pode não ser
encontrada com apenas 1000 relatórios.

14. 5) os testes de temperatura são o único requisito que torna o padrão um "padrão de
dispositivo" em vez de um "padrão de função"; considere a referência a outros padrões de testes
ambientais e sugira como testar a função PMU sob esses padrões;
6) considerar testar uma função PMU com sinais de teste em formato digital (a partir de
uma unidade de fusão);
7) considerar novas classes de precisão mais altas ou definir níveis de desempenho
dentro das classes M e P;
8) reconsidere a definição de freqüência. O grupo de trabalho conjunto estima que esse
esforço levará até 2017 para completar.