I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   6 ,   No . 1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   106 ~ 1 1 6   I SS N:  2252 - 8814          106       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AAS   Co nfor m a nc e   Tes ting a nd Anal y sis   o Sy nchro pha so Co m m uni ca tion  M ess a g e St ructu r es a nd F o r m a ts  fo r Wide   Area M ea sure m e nt  Sy ste m s  in  S ma rt  G r ids       Adey e m i C ha rles A dew o le Ra y nitc hk a   T zo nev a   Ce n tre f o S u b sta ti o n   A u to m a ti o n   a n d   E n e rg y   M a n a g e m e n S y ste m s (CS A EM S ),   Ca p e   P e n i n su la U n iv e rsit y   o f   T e c h n o lo g y ,   S o u th   A f rica       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   4 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   1 1 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma y   1 8 ,   2 0 1 7       T h e   re n e w e d   q u e st  f o situ a ti o n a a w a r e n e ss   in   p o w e s y ste m h a b ro u g h a b o u t h e   u se   o f   d ig it a si g n a p ro c e ss in g   o f   p o w e s y ste m   m e a s u re m e n ts,   a n d   t h e   tran sm issio n   o f   su c h   d a ta  to   c o n tro l   c e n tres   v ia  c o m m u n ica ti o n   n e tw o rk s.  A th e   c o n tro c e n tr e s,  p o w e s y ste m   sta b il it y   a lg o rit h m a re   e x e c u ted   to   p ro v id e   m o n it o rin g ,   p ro tec ti o n ,   a n d   c o n tr o in   o rd e t o   p re v e n b lac k o u ts.   T h is  c a n   b e   a c h iev e d   b y   u p g ra d in g   th e   e x isti n g   S u p e rv iso ry   Co n tr o a n d   Da ta  Ac q u isit io n   (S CA D A)  s y ste m s   th ro u g h   th e   d e p lo y m e n o n e w l y   p ro p o se d   p o w e s y ste m   s y n c h ro p h a so r - b a se d   a p p li c a ti o n f o W id e   A re a   M o n it o ri n g ,   P ro tec ti o n ,   a n d   Co n tro (W A M P A C).   Ho w e v e r,   th is  c a n   o n ly   b e   d o n e   w h e n   th e re   is  a   c o m p lete   u n d e rsta n d in g   o f   th e   m e th o d a n d   tec h n o l o g ies   a ss o c iate d   w it h   th e   c o m m u n ica ti o n   n e tw o rk ,   m e ss a g e   stru c tu re ,   a n d   f o rm a ts  re q u ired .   T h is  p a p e r   p re se n ts  a n   a n a ly sis  o f   th e   IEE C3 7 . 1 1 8   s y n c h ro p h a so m e ss a g e   f r a m e w o rk ,   m e ss a g e   f o r m a ts,   a n d   d a ta  c o m m u n ica ti o n   o f   sy n c h ro p h a so m e a su re m e n ts  f ro m   P h a so M e a su re m e n Un it (P M Us f o WA M P A sc h e m e in   s m a rt  g ri d s.  A   n e w l y   d e s ig n e d   lab - sc a le  tes tb e d   is  im p le m e n ted   a n d   u se d   in   t h e   p ra c ti c a e x p e rime n tatio n   re latin g   to   th is  p a p e r.   S y n c h ro p h a so m e a su re m e n ts  f ro m   th e   P M Us   a re   c a p tu re d   u si n g   a   n e t w o rk   p ro to c o a n a ly z e so f t w a re - W ires h a r k ,   a n d   th e   c o m p li a n c e   o f   th e   sy n c h ro p h a so m e s sa g e   stru c tu re a n d   f o rm a t c a p tu re d   w a c o m p a re d   to   th e   s p e c if i c a ti o n d e f in e d   in   th e   IE EE   C3 7 . 1 1 8   s y n c h ro p h a so sta n d a r d .   K ey w o r d :   C o m m u n ica tio n   n et w o r k   I E E E   C 3 7 . 1 1 8   P h aso r   Me asu r e m e n t U n it   S m ar g r id s   S y n ch r o p h a s o r s   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A . C .   A d e w o le,     C en tr f o r   Su b s tat io n   Au to m a tio n   an d   E n er g y   Ma n a g e m e n S y s te m s ,   C ap P en in s u la  U n i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y ,   S y m p h o n y   W a y ,   B ell v ille 7 5 3 5 ,   C ap T o w n   So u th   Af r ica.   E m ail:  c h ar les.ad e w o le @ ieee . o r g         1.   I NT RO D UCT I O N   A lt h o u g h ,   w id ar ea   b lack o u ts   ar in f r eq u en t,  th eir   af ter - ef f ec t s   ar u s u all y   d e v astati n g   w i th   f a r   r ea ch in g   co n s eq u e n ce s .   O f te n   ti m es,  t h e y   ar th r es u lt  o f   s er ies  o f   ev e n t s   o cc u r r in g   r an d o m l y   i n   lo ca ar ea   u n t il  t h e y   ca s ca d in to   c h ain   r ea ctio n   t h at  u lti m ate l y   p r o p ag ates  in to   t h w id ar ea   th er eb y   ca u s i n g   b lack o u ts   o r   s y s te m - w id o u ta g es [ 1 ] .   Fo llo w i n g   b lack o u t s   i n   p ar ts   o f   th US A   a n d   C an ad a,   th No r th   Am er ican   S y n ch r o P h as o r   I n itiativ e   (N A SP I )   w a s   f o r m ed   to   i m p r o v p o w er   s y s te m   r eliab ilit y   b y   u s i n g   w id ar ea   m ea s u r e m en an d   co n tr o l.  S y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m e n t s   ar r ea l - ti m p h a s o r   v alu es  o f   s in u s o id al  w a v ef o r m s   s y n c h r o n ized   to   co m m o n   ti m b ase  s u c h   as t h e   Glo b al  P o s itio n in g   S y s te m   ( G P S).   S y n ch r o p h a s o r s   h a v f o u n d   a p p licatio n   in   W id A r ea   Me as u r e m e n S y s te m s   ( W A MS)   [ 2 - 3 ] ,   p o w er   s y s te m   s tab ilit y   m o n ito r in g / ass es s m en [ 4 - 5 ] ,   w id ar ea   p r o tectio n   an d   co n tr o [ 6 - 9 ] ,   an d   m o d el     v alid atio n   [ 1 0 - 1 1 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o n fo r ma n ce   Tes tin g   a n d   A n a lysi s   o f S yn ch r o p h a s o r     ( A d ey emi  C h a r les )   107   I n ter n atio n al  s ta n d ar d s   s u c h   as  th I E E E   C 3 7 . 1 1 8   s y n ch r o p h aso r   s tan d ar d   h av b ee n   d r af ted   to   a m o n g s o t h er   f u n ct io n s ,   r e g u la te  d ata  co m m u n icatio n   an d   in f o r m atio n   e x ch a n g e   o f   s y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m e n t s   i n   p o w er   s y s te m s .   Ho w ev er ,   m an u f ac t u r er s   ( v e n d o r s )   o f   P MU   d ev ices  d o   n o is s u e   s p ec if icatio n   s h ee t s   o n   t h m ess a g s tr u ctu r a n d   f o r m ats  i m p le m e n ted   i n   t h eir   d ev ice s .   T h is   in f o r m atio n   is   i m p o r tan i n   th d es ig n   an d   i m p le m e n tatio n   o f   s y n c h r o p h aso r - b ased   w id ar ea   m o n ito r in g   s y s te m s .   T h er ef o r e,   it is   n ec e s s ar y   to   ca r r y   o u t c o m p ar is o n s   a n d   co m p lian ce   o f   v e n d o r   eq u ip m e n t   to   th I E E E   C 3 7 . 1 1 8   s tan d ar d   in   o r d er   to   en s u r th e   tr an s f er   o f   v alid   cr itical  s y n c h r o p h aso r   in f o r m at io n .   T h is   p ap er   p r esen ts   d etailed   p r ac tical  ex p er i m en ta tio n   a n d   an al y s is   o f   th s y n c h r o p h aso r   m e s s a g e   s tr u ct u r an d   f o r m at s   ca p tu r e d   f r o m   t h r e P MU s   f r o m   d if f er en v e n d o r s   i m p le m e n ted   in   n e w l y   d ev elo p ed   lab - s ca le  W id A r ea   Mo n ito r in g ,   P r o tectio n   an d   C o n tr o l   test b ed .   Als o ,   co m p lia n ce   w it h   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8   w as i n v e s ti g ated .     T h r est  o f   t h is   p ap er   is   s t r u ctu r ed   as   f o llo w s An   o v e r v ie w   o f   th e   s tr u ct u r an d   f o r m at  o f   s y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m e n ts   is   p r esen ted   in   Sectio n   2 .   Sectio n   3   d escr ib es  th ex p e r i m en tal  s etu p   an d   s i m u lat io n s   ca r r ied   o u t.  Secti o n   4   p r esen ts   th e   v er i f icatio n   o f   th e   s y n c h r o p h aso r   m ess a g e   s tr u ct u r e,   an a l y s is ,   an d   co m p ar is o n   o f   th e   m ea s u r e m en ts   ca p t u r ed   f r o m   t h ac t u al  P MU s .   Sectio n   5   s u m m ar izes  th co n tr ib u tio n   o f   th i s   p ap er .         2.   SYNCH RO P H ASO M E ASURE M E NT   F O RM AT   2 . 1 .   Wide  Are a   M ea s ure m en t   Sy s t e m s   Mo s p o w er   s y s te m s   ar o u n d   th w o r ld   s t ill  u tili s S u p e r v is o r y   C o n tr o a n d   Data   Acq u is itio n   ( SC A D A )   s y s te m   to   p r o v id d ata  tele m etr y   an d   telec o n tr o f u n ct io n s .   S C A D A   s y s te m s   ar ty p icall y   m ad u p   o f   s en s o r s ,   m eter s ,   d atalo g g e r s ,   R e m o te  T e r m i n al  Un i ts   ( R T Us) ,   Ma s ter   T er m i n al  Un it   ( M T U) ,   I n tellig e n t   E lectr o n ic  d ev ices  ( I E Ds),   an d   P r o g r am m ab le  L o g ic  C o n tr o ller s   ( P L C s ) .   T h R T Us  c o llect  f ield   d ata  f r o m   th s e n s o r s ,   m eter s ,   d atalo g g e r s ,   an d   I E Ds,   a n d   tr an s m its   t h e m   to   t h MT v ia  co m m u n ica tio n   m ed i u m .   T h M T d is p lay s   th ac q u ir ed   d ata  o n   th Hu m an - Ma ch i n I n ter f ac ( HM I ) ,   an d   also   ca r r ies  o u r e m o te   co n tr o f u n c tio n s .   So m o f   th e   co m m u n icatio n   p r o to co ls   u s e d   in   S C A D A   s y s te m s   in c lu d P r o f ib u s ,   Mo d b u s ,   DNP   3 . 0 ,   I E C   6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 ,   a n d   I E C   6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 4 .   Fig u r e   1   [ 1 2 ]   s h o w s   t y p ical  ar c h ite ctu r o f   SC AD A - b ased   s y s te m   ( Fi g u r 1 a)   an d   s y n ch r o p h aso r - b ased   s y s te m   ( Fig u r 1 b ) .   Ho w e v er ,   SC A D A   s y s te m s   ar li m ited   b y   th eir   s lo w   d ata  s a m p lin g   r ate,   s lo w   r ep o r tin g   r a te,   an d   th m ea s u r e m e n t s   o b tain ed   f r o m   v ar io u s   lo ca tio n s   ar n o tim e   s y n c h r o n ized .   W i d A r ea   Me asu r e m en S y s te m s   ( W A MS)   b ased   o n   s y n ch r o p h aso r   m ea s u r e m en ts   p r o v id f aster   s a m p li n g   a n d   r ep o r ti n g   r ates,  a n d   th e   m ea s u r e m e n t s   ar s y n c h r o n i ze d   to   co m m o n   ti m e   r e f er en ce .   A ls o ,   s y n c h r o p h aso r s   p r o v id d ir ec t   m ea s u r e m e n t s   o f   t h p h aso r   an g le s   i n   th p o w er   s y s te m .     T h er ef o r e,   s tate  esti m atio n   alg o r ith m s   f o r   esti m at in g   p h aso r   an g les  ar n o r eq u ir ed   in   s y n ch r o p h a s o r - b ased   W A MS.   T h m aj o r   co m p o n e n t s   o f   W AM in cl u d P MU s /P h aso r   Me asu r e m en C o n tr o l   Un it s   ( P MCU) ,   P h aso r   Data   C o n ce n tr ato r   ( P DC s ) ,   Data   Ar ch iv er   ( D A ) ,   s atelli te  clo ck ,   an d   co m m u n ica tio n   n et w o r k   i n f r astru ct u r e     2 . 2 .   Sy nchro ph a s o Sta nd a rd     T h d r af tin g   o f   I n ter n atio n al  s tan d ar d s   f o r   s y n c h r o p h aso r s   w a s   as  r esu lt  o f   th n ee d   to   s u p p o r th d ev elo p m en t s   o f   P MU s   an d   th eir   an cillar y   eq u ip m e n t.  A l s o   im p o r tan w as  t h n ee d   to   estab lis h   co m m o n   p latf o r m   f o r   v en d o r s   to   u s i n   th d esi g n   a n d   m a n u f ac t u r o f   s y n ch r o p h aso r   d ev ice s .   T h f ir s s y n c h r o p h aso r   s tan d ar d   p u b lis h ed   w as  th I E E E   Std   1 3 4 4 - 1 9 9 5   [ 1 3 ] .   T h s ta n d ar d   w a s   in te n d ed   to   in tr o d u ce   s y n c h r o p h aso r s   an d   d ef i n t h b asi co n ce p ts   o f   m ea s u r e m en t s   an d   d ata  tr an s f er .   So u r ce s   o f   p r ec is ti m s y n c h r o n izatio n ,   ti m e - tag   f o r   d ata  s a m p les,  a n d   m e s s a g f o r m at s   w er al s o   co n tai n ed   in   th is   s ta n d ar d   [ 1 3 ] .     T h I E E E   Std   1 3 4 4 - 1 9 9 5   w a s   r ea f f ir m ed   i n   2 0 0 1   an d   r ep la ce d   b y   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 - 2 0 0 5   [ 1 4 ]   in   2 0 0 5 .   T h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 - 2 0 0 5   p r o v id es  ad d itio n al  clar if icatio n   f o r   p h aso r   an d   s y n c h r o n ized   p h aso r   d ef in i tio n s .   A l s o ,   th e   s ta n d ar d   in tr o d u ce d   t h co n ce p ts   o f   T o tal  V ec to r   E r r o r   ( T VE )   to   v er if y   th e   co m p lia n c e   o f   p h aso r   es ti m ates  w it h   t h eo r etica l e q u i v ale n ts   f o r   t h s a m e   ti m e   in s ta n ts .   Fu r t h er m o r e,   c o m p lia n ce   te s ts   an d   d ata  r ep o r tin g   r ates  th a ar s u b m u ltip le s   o f   th n o m i n a s y s te m   f r eq u e n c y   w er d ef in ed .   T h m ess a g e   f o r m at s   in   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8   w as  u p d ated   f r o m   t h I E E E   1 3 4 4 - 1 9 9 5   s tan d ar d   to   im p r o v th e x c h an g o f   in f o r m atio n   w i th   o th er   s y s te m s   in   h i g h er   h ier ar ch ies,  s u c h   as  P DC .   T h is   in clu d es  th ad d itio n   o f   th s y n c,   f r a m e   s ize,   a n d   s ta tio n   id e n ti f icatio n   f ield s   to   th e   d ata,   c o n f ig u r at io n ,   h ea d er ,   an d   co m m a n d   m e s s a g t y p es.  T h d ata  f r am al s o   in cl u d es a n   ad d itio n al  f ield   f o r   an alo g u e   d ata  [ 1 4 ] .     T h latest  v er s io n   o f   t h s y n c h r o p h aso r   s ta n d ar d   w a s   r elea s ed   in   2 0 1 1   to   r ep lace   th 2 0 0 5   s tan d ar d .   I w as  s p lit  i n to   I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 1   f o r   m ea s u r e m en ts   an d   C 3 7 . 1 1 8 . 2   f o r   d ata  tr a n s f er   [ 1 5 - 1 6 ] .   T h C 3 7 . 1 1 8 . 1 - 2 0 1 1   s tan d ar d   is   d iv id ed   in to   5   clau s es  an d   6   an n e x es  [ 1 5 ] .   W h ile  th C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   s tan d ar d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7 :   1 0 6     1 1 6   108   h as  6   clau s es  an d   6   an n e x es  [ 1 6 ] .   T h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 1 - 2 0 1 1   h as  clau s e s   th at  co v er   th s co p an d   th e   n ee d s   o f   th e   s ta n d ar d ,   d ef in i tio n   o f   th e   m ea s u r e m e n ts ,   m ea s u r e m en t   r eq u ir e m e n t s ,   q u an ti f icatio n   o f   th e   m ea s u r e m e n t,  te s ti n g   o f   t h m ea s u r e m e n t s ,   an d   d ef in i tio n   o f   th ac c u r ac y   li m its .   T h 6   an n e x es  p r o v id e   in f o r m atio n   o n   th b ib lio g r ap h y ,   ti m ta g g i n g ,   th alg o r ith m s   u s ed   to   co n f ir m   th p er f o r m an ce   r eq u ir e m en ts ,   ti m s y n ch r o n izatio n ,   T o tal   V ec to r   E r r o r   ( T VE ) ,   an d   m ea s u r e m en o f   g e n er ato r   in t er n al  v o lta g es  an d     p o w er   an g les.            ( a)   ( b )   Fig u r 1 .   W id A r ea   Me asu r e m en A r ch itec tu r Us in g   ( a)   SC A D A - B ased   Me as u r e m e n ts ; ( b )   Sy n ch r o p h a s o r - B ased   Me asu r e m e n t       Si m i lar l y ,   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   co v er s   th s co p o f   th s ta n d ar d ,   b ac k g r o u n d   i n f o r m atio n   o n   s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m en ts ,   s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m en s y s t e m s ,   co m m u n icat io n   p r o to co l,  an d   m es s ag f o r m ats.  T h an n ex e s   co n tain   in f o r m at io n   o n   th b ib lio g r ap h y ,   C y clic  R ed u n d a n c y   C h ec k   ( C R C ) ,   co m m u n icatio n   b a n d w id th ,   m es s ag f o r m at,   m e s s a g m ap p in g ,   an d   co m m u n icati o n   m et h o d s   u s i n g     I n ter n et  P r o to co l ( I P ) .     T h m o d if icatio n s   i n cl u d ed   in   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 1   i n clu d n e w   d e f in itio n s   f o r   th p h a s o r s ,   f r eq u en c y ,   an d   R ate  o f   C h a n g o f   Fre q u e n c y   ( R OC O F),   Fre q u en c y   E r r o r   ( FE) ,   R OC OF  E r r o r   ( R FE) ,   p er f o r m a n ce   r eq u ir e m en f o r   d y n a m ic  co n d itio n s ,   an d   t h in tr o d u ctio n   o f   t w o   p er f o r m a n ce   class e s - th class   a n d   th P   class .   T h P   class   is   f o r   ap p licatio n s   t h at  r eq u ir f ast  r e s p o n s e. g .   p r o tectio n   ap p licatio n s .   W h ile  th cla s s   i s   f o r   ap p licatio n s   t h at  r eq u ir h ig h er   ac cu r ac y   e. g .   m eter i n g   [ 1 5 ] .   T o tal  V ec to r   E r r o r   ( T VE )   r eq u i r em e n ts   an d   t h co m p lia n ce   test s   ar ex p an d ed   in   th i s   s ta n d ar d   b y   ad d in g   n e w   te m p er at u r an d   d y n a m ic  p er f o r m a n ce   test s .     T h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2   d ef i n es  s y n c h r o p h aso r   d ata  tr an s f er   r eq u ir e m e n ts ,   clar if ic atio n s   an d   m o d i f icat io n   r e g ar d in g   d ata  t r an s f er ,   etc.   T h s tan d ar d   p r esen t s   t h s tr u ct u r o f   t h m ess a g e,   d ef i n es   th e   w o r d s   u s ed   in   th m es s ag a n d   s p ec if ies  t h n u m b er s   o f   b y tes  p er   w o r d .   A l s o ,   th s ta n d ar d   d ef in es  th ti m e   q u alit y ,   o r g an izatio n   o f   t h d ata,   co n f i g u r atio n ,   h ea d er ,   an d   co m m a n d   f r a m es [ 1 6 ] .     2 . 3 Da t a   co m m u nica t io ns   a nd   s y nchro p ha s o m es s a g f o r m a t   T h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8   d o es   n o s p ec if y   t h tr an s p o r p r o to co to   u s in   th co m m u n icatio n   o f   s y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m e n ts   as  lo n g   as  t h m ea s u r e m e n an d   p er f o r m a n ce   cr iter ia  ar s atis f ied .   T h co m m u n ica tio n   o f   P MU s   to   P DC s   ca n   b d o n u s in g   E t h er n et - b ased   an d   s er ial  co m m u n ica tio n   p r o to co ls .   T h E th er n et - b ased   tr an s p o r la y er   p r o to co ls   co m m o n l y   u s ed   ar th T r an s p o r C o m m u n ica tio n   P r o to co ( T C P)  an d   th User   Data g r am   P r o to co l   ( UDP ) .   T h co m m u n icatio n   m ed i u m   ca n   b leased   lin es,  m icr o w a v e ,   S y n ch r o n o u s   Op tical  Ne t w o r k ,   ( SONE T ) ,   etc.   Fo u r   t y p es  o f   m e s s a g es  ar d ef in ed   i n   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 .   T h ese  in clu d d ata,   co n f i g u r atio n ,   h ea d er ,   an d   co m m an d   m e s s a g es [ 1 6 - 1 7 ] .   T h d ata,   co n f i g u r atio n ,   an d   h ea d er   m e s s a g es   ar tr an s m it ted   f r o m   a   P MU /P DC   ( d ata  s o u r ce )   to   t h P DC   ( d ata  co n ce n tr ato r ) .   W h ile  th co m m a n d   m e s s a g e s   ar s en f r o m   th e   P DC   ( d ata  co n ce n tr ato r )   an d   r ec eiv ed   b y   t h P MU /P DC   ( d ata  s o u r ce ) .   I s h o u ld   b n o ted   th at  th P D C   n o r m all y   s er v e s   as  C 3 7 . 1 1 8   clien t.  Ho w e v er ,   it  ca n   ac as  a   C 3 7 . 1 1 8   s er v er   w h e n   it  o u tp u ts   th co n ce n tr ated   ti m e - alig n ed   m ea s u r e m e n t s   h i th er to   r ec eiv ed   f r o m   t h P MU s ,   to   o th er   P DC s   in   h ig h er   h i er ar ch y .     T h d ata  f r a m co n tai n s   th e   s y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m en t s   co m p u ted   b y   th P MU   o r   P DC .   I t   in cl u d es  an   id e n ti f icatio n   h ea d er ,   m es s ag le n g th ,   m es s a g s o u r ce   I D,   s tat u s   i n f o r m atio n ,   an d   th d ata  its e lf .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o n fo r ma n ce   Tes tin g   a n d   A n a lysi s   o f S yn ch r o p h a s o r     ( A d ey emi  C h a r les )   109   T h d ata  in clu d es th p h aso r s ,   f r eq u en c y ,   R O C OF ,   a n alo g u e ,   an d   d ig ital d ata  t y p es.    T h co n f ig u r atio n   f r a m is   m ac h i n e - r ea d ab le  d ataset   co n tain i n g   in f o r m a tio n   r el atin g   to   a   s y n ch r o p h a s o r   d ata  s tr ea m .   T h r ee   t y p es  o f   co n f i g u r atio n   f r a m es  ar d ef i n ed   in   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 .   T h ese  ar C o n fig 1   ( C FG - 1 ) ,   C o n fig 2   ( C FG - 2 ) ,   an d   C o n fig 3   ( C FG - 3 ) .   C o n fig 1   co n f ig u r atio n   f r a m is   u s ed   to   g iv e   th ca p ab ilit y   o f   th P MU /P DC   ( d ata  s o u r ce ) ,   an d   it   p r o v id es  all  th d ata  th at  th P M U/P DC   is   ca p ab le  o f   r ep o r tin g .   C FG - 1   h as  f i x ed   len g th   f r a m w it h   1 9   f ield s   e x clu d i n g   th d ata  r ate  an d   t h e   C R C .   I is   d en o ted   b y   b its   4 - 6   ( 0 1 0 )   o f   th f r a m e   s y n c h r o n izatio n   w o r d   ( SYN C ) ,   w it h   f ield s   8 - 1 9   d ef in in g   t h ca p ab ilit y   o f   th P MU ( s ) .   C o n fig 2   co n f ig u r atio n   f r a m is   u s ed   to   g iv th m ea s u r e m en t s   cu r r en tl y   b ein g   r ep o r ted   in   th d ata  f r a m b y   th P MU /P DC   ( d ata  s o u r ce ) .   C FG - 2   is   a   f ix ed   len g th   f r a m w it h   1 9   f ield s   ex clu d in g   th d ata  r ate   an d   th C R C .   I is   d en o ted   b y   b it s   4 - 6   ( 0 1 1 )   o f   th f r a m e   s y n ch r o n iza tio n   w o r d   ( SYNC ) ,   w it h   f ield s   8 - 19  d ef in i n g   th m ea s u r e m e n ts   f r o m   t h P MU ( s ) .   C o n fig 3   is   an   o p tio n al  co n f ig u r atio n   f r a m e,   an d   is   u s ed   to   g iv th m ea s u r e m en ts   cu r r en tl y   b ein g   r ep o r ted   in   th d ata  f r a m b y   th P MU /P DC   ( d ata   s o u r ce ) .   C FG - 3   is   an   ex ten s ib le  v ar iab le  len g t h   f r a m w it h   2 7   f ield s   ex clu d i n g   t h d ata   r ate  an d   th C R C .   I is   d en o ted   b y   b its   4 - ( 1 0 1 )   o f   th e   f r a m s y n c h r o n izatio n   w o r d   ( SYN C ) ,   w it h   f ield s   9 - 2 7   d ef in i n g   th m ea s u r e m en t s     f r o m   t h P MU ( s ) .   T h h ea d er   f r am is   h u m a n - r ea d ab le  f r am in   ASC I I   f o r m at  s en f r o m   t h d ata  s o u r ce   t o   th d ata  co n ce n tr ato r .   I is   u s er   co n f i g u r ed   an d   co n tain s   t h in f o r m a tio n   r elatin g   to   th P MU ,   ty p o f   alg o r ith m ,   d ata  s o u r ce s ,   t y p o f   s i g n al  p r o ce s s in g ,   a n d   s ca li n g .   T h co m m a n d   f r a m i s   s en t   f r o m   t h d ata   co n ce n tr ato r   to   t h e   d ata  s o u r ce   to   s tar t/s to p   th tr an s m i s s io n   o f   d ata,   o r   to   r eq u est  f o r   co n f i g u r atio n   d ata  p r io r     to   d ata  tr an s m i s s io n .   T h test s   an d   a n al y s es  ca r r ied   o u in   t h i s   p ap er   ar p er f o r m ed   in   th f o llo w in g   o r d er i) .   Desig n   a n d   i m p le m en ta tio n   o f   lab - s ca le  h ar d w ar e - in - th e - lo o p   w id ar e m o n ito r i n g ,   p r o t ec tio n   a n d   co n tr o test b ed ii).   C o n f i g u r atio n   o f   th e   co m m u n icatio n   n e t w o r k   a n d   s o f t w ar r eq u ir ed   f o r   co m m u n icatio n   n et w o r k   a n al y s i s ;   iii).   P ac k et  s n if f i n g   o f   th s y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m en t s   o f f   t h co m m u n icatio n   n e t w o r k an d   v ) .   An al y s es   an d   v er if icatio n   o f   co n f o r m an ce   o f   th m ess a g f r a m e w o r k   an d   f o r m at s   o b tain ed   f r o m   P MU s   f r o m   v ar io u s   v en d o r s   w it h   t h s p ec if ica tio n s   d ef i n ed   in   th I E E E   C 3 7 . 1 1 8   s tan d ar d .       3.   L AB - SCAL E   E XP E R I M E NT AL   SE T - UP   In   A   lab - s ca le  h ar d w ar e - in - th e - lo o p   ex p er i m en co m p r is in g   o f   th R ea l - T im Di g ital  Si m u lato r ®   ( R T DS) ,   P MU s ,   P DC s ,   GP s atellite  clo ck ,   in d u s tr ial  n et w o r k   s w i tch e s ,   an d   n et w o r k   p r o to co l   an al y ze r   is   u s ed   f o r   t h in v e s tig a tio n s   r elatin g   to   th i s   p ap er .   Fig u r e   2   d ep icts   th lab - s ca le  s et u p   d ev elo p ed   an d   i m p le m en ted   at  th C e n tr f o r   Su b s tatio n   a n d   E n er g y   Ma n ag e m e n S y s te m s   ( C S AE MS)   at  th C ap P en in s u la  U n i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y .             Fig u r 2 Stru ct u r o f   th L ab - Scale  T estb ed   I m p le m e n ted       T h R T DS ®   is   u s ed   in   s i m u lati n g   t y p ical  elec tr ic  p o w er   s y s te m   i n   r ea l - ti m e.   M ea s u r e m en t   v ar iab les  f r o m   th s i m u lat io n   ar e x p o r ted   to   ex ter n al  d ev ices  ( I n te lli g en E lectr o n ic   Dev ices  ( I E Ds)  o r   P MU s )   v ia  an   a m p li f ier   ( O m icr o n   C MS - 1 5 6   am p li f ier )   w h ic h   th e n   s er v es  as  t h an alo g u i n p u t s   to   th e   I E Ds/ P MU s .   T h r ee   ty p es  o f   P MU s   ar u s ed .   T h ey   a r MiCOM  P 8 4 7   I E D,   R T DS - GT NE T   P MU ,   an d   th   S a t e l l i t e C l o c k G T A O   C a r d A m p l i f i e r A m p l i f i e r D a t a   A r c h i v e r P M U   # 3 N e t w o r k C l o u d G P S   A n t e n n a e S E L - 5 0 7 3   P D C C l i e n t A p p s Low - L e v e l A n a l o g u e   O u t p u t C 37 . 1 1 8 I R I G - P M U   # 1 P M U   # 2 R T D S - G T N E T C a r d o p e n P D C   P M U C o n n e c t i o n   T e s t e r   S o f t w a r e I R I G - R T D S C M S - 1 5 6 C M S - 1 5 6 S E L - 4 2 1 M i C O M   P 8 4 7 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7 :   1 0 6     1 1 6   110   SEL - 4 2 1   I E D.   T h ese  P MU s   ar d en o ted   as  P MU s   1 - 3   r esp ec tiv el y .   I s h o u ld   b n o ted   th at   P MU - 1   an d   P MU - 3   co m p l y   w i th   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 - 2 0 0 5 ,   w h ile  P MU - 2   co m p lie s   w it h   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 - 2 0 1 1 .   T h e   ti m s y n ch r o n iz atio n   s o u r ce   w a s   d e m o d u lated   I R I G - B   tim s ig n al  f r o m   SE L - 2 4 0 7   s atellite  clo ck   to   all  th e   P MU s .   Ho w e v er ,   th Mi C O P 8 4 7   also   r eq u ir es  1   P u ls P er   Seco n d   ( 1   PP S)  s ig n al   in   o r d er   to   p u b lis h   s y n ch r o p h a s o r   m ea s u r e m e n t s .   T h P h aso r   Data   C o n ce n tr ato r s   ( P DC s )   u s ed   ar th SEL - 5 0 7 3   P DC   an d   th o p en P DC   s o f t w ar e   r esp ec tiv el y .   T h P DC s   p er f o r m   th ta s k   o f   co n ce n tr at io n   an d   ti m e - alig n m e n o f   th s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m e n t s   co m i n g   f r o m   th P MU s .   T h s tu d y   s y s te m   u s ed   in   p u b lis h i n g   th s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m e n t s   is   m o d elled   i n   R SC AD  s o f t w ar e,   an d   th t h r ee   P MU s   ar p lace d   at  Hig h   V o ltag ( HV)   tr an s m is s io n   b u s   ( b u s - 7 )   as  s h o w n   i n   Fi g u r 3   [ 1 ] .   T h PMUs  ar all  co n n ec ted   to   th s a m I n s tr u m e n t   T r an s f o r m er s   ( s e n s o r s )   at  b u s - 7   in   o r d er   to   en s u r e   th at  th e y   r ec ei v t h s a m p r i m a r y   q u an t ities .   T h m ea s u r e m e n t s   o f   in ter es ar p u b lis h ed   as  I E E E   C 3 7 . 1 1 8   s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m en t s   b y   t h P MU s   to   th e   co m m u n icatio n   n et w o r k .           Fig u r 3 10 - B u s   Mu lt i - Ma ch i n E q u i v alen t P o w er   S y s te m       T ab le  1   g iv es  s o m o f   t h p ar a m eter s   u s ed   i n   t h co n f i g u r at io n   o f   t h P MU s   an d   t h s y n c h r o p h aso r   s tr ea m   p u b li s h ed   b y   ea ch   P M U.   T h ese  co n s is o f   p o s itiv s eq u en ce   v o lta g e   (V 1 )   an d   cu r r en t   (I 1 ) ,   f r eq u en c y ,   R OC OF ,   a n alo g u e s ,   an d   a   d ig ital  w o r d .   T h co m m u n icat i o n   p r o to co u s ed   b y   t h P M Us  is   T C P .   Fig u r e   4   d ep icts   th co m m u n icat io n   ar c h itect u r f o r   th i n v esti g atio n s   ca r r ied   o u t.       T ab le  1 .   C o n f ig u r atio n   Setti n g s   f o r   P MU s   1 - 3   C o n f i g u r a t i o n   P M U - 1   P MU - 2   P MU - 3   P e r f o r man c e   C l a ss   -   C l a ss P   -   C o n f i g u r a t i o n   F r a me   F o r mat   C o n f i g   2   C o n f i g   2   C o n f i g   2   R e p o r t i n g   R a t e   6 0 f p s   6 0 f p s   6 0 f p s   P h a so r   F o r mat   R e a l   R e a l   R e a l   P h a so r   O u t p u t   F o r mat   P o l a r   P o l a r   P o l a r   P h a so r   O u t p u t   ( P o si t i v e   se q u e n c e )   V 1   &   I 1   V 1   &   I 1   V 1   &   I 1   A n a l o g u e   F o r mat   R e a l   R e a l   R e a l   N u mb e r   o f   P h a so r s   2   2   2   N u mb e r   o f   A n a l o g u e s   0   0   8   N u mb e r   o f   D i g i t a l   1   0   1   S i z e   o f   M e a su r e me n t   i n   D a t a   F r a me   ( P h a so r   +   F r e q   +   R O C O F   +   A n a l o g u e s +   D i g i t a l )   b y t e s   2 6   ( 1 6 + 4 + 4 + 0 + 2 )   2 4   ( 1 6 + 4 + 4 + 0 + 0 )   5 8   ( 1 6 + 4 + 4 + 3 2 + 2 )   I P   A d d r e ss o f   P M U   ( S e r v e r )   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 4 5   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 2 0 3   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 2 0 6   P M U   P o r t   N r .   4 7 4 5   4 7 1 0   4 7 3 0   I P   A d d r e ss o f   P D C   ( C l i e n t )   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 3 3   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 4 0   1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 3 0   C o n f i g u r a t i o n   F r a me   F o r mat   -   C l a ss P   -     P h a s e L i n e   C u r r e n t s P h a s e B u s   V o l t a g e s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o n fo r ma n ce   Tes tin g   a n d   A n a lysi s   o f S yn ch r o p h a s o r     ( A d ey emi  C h a r les )   111       Fig u r 4 C o m m u n icatio n   L a y o u t f o r   th I n v e s tig a tio n s   C ar r ied   Ou t       T h co n f i g u r atio n   o f   t h r esp ec tiv P MU s   m ai n l y   co m p r i s o f   t h s tatio n   n a m e,   h ar d w a r I co d e,   o u tp u p o r t,  p h aso r   f o r m at,   t h p h aso r s /a n alo g u es/d i g ital  q u an tit ies,  r ep o r tin g   r ate,   an d   p er f o r m a n ce   class   ( P /M) .   T h P MU s   ar co n f ig u r ed   to   s tr ea m   p o s iti v s e q u e n ce   s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m en ts   o f   v o lta g an d   cu r r en t c alc u lated   f r o m   t h eir   t h r ee - p h ase  v a lu e s .     T h P MU s   ( MiCOM  P 8 4 7   I E D,   SEL - 4 2 1 ,   R T DS - GT NE T   P MU )   s tr ea m i n g   t h s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m e n t s   ar r ef er r ed   to   as  Ser v er s   1 - 3   r esp ec tiv ely .   I n   o r d er   to   ca p tu r e   th s y n ch r o p h aso r   m es s ag e   f r a m e s   u s i n g   W ir esh ar k   n et wo r k   p r o to co an aly ze r   s o f t w ar e,   clien m u s s u b s cr ib to   t h d ata  p u b lis h ed   b y   th P MU s .   T h SEL - 5 0 7 3   P D C ,   o p en P DC ,   an d   P MU   C o n n ec tio n   test er   s o f t w ar ar u s ed   f o r   th i s   p u r p o s a s   illu s tr ated   in   Fi g ur e   4 ,   a n d   ar r ef er r ed   to   as  C l ien t s   1 - 3   r e s p ec tiv el y .   W ir esh a r k   n et w o r k   p r o to co an al y ze r   r u n n i n g   o n   ea ch   o f   t h w o r k s tatio n   co n n ec ted   to   t h co m m u n icat io n   n et w o r k   i s   t h en   u s ed   in   s n i f f in g   t h e   r elev an t p ac k ets ( s y n c h r o p h as o r   f r a m es)  o f f   t h n e t w o r k .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   4 . 1 .   Sy nchro ph a s o m es s a g s t ruct ures   T h v er if icat io n   o f   t h I E E E   C 3 7 . 1 1 8   s y n ch r o p h a s o r   m e s s ag s tr u ct u r as  g i v e n   i n   t h s tan d ar d   is   ca r r ied   o u w it h   r esp ec to   t h e   th r ee   P MU s   u s ed   in   th i s   i n v e s tig a tio n .   Fi g u r e   5   s h o w s   th e   p ac k ets  f r o m   P MU - 1   o b tain ed   u s in g   n et w o r k   p r o to co l   an al y s er - W ir esh ar k .   W ir esh ar k   is   u s ed   to   s n if s f   th n et w o r k ,   ca p tu r e   n et w o r k   p ac k ets   in   r ea l - ti m e,   an d   d is p la y   t h e m   i n   h u m a n - r ea d ab le  f o r m a t.  T h f i g u r h as  b ee n   p ar titi o n ed   in to   th r ee   p an e s   ( P an es  A - C )   f o r   b ett er   an aly s is .             Fig u r 5 S y n c h r o p h aso r   Me s s ag es  f o r   P MU - 1   an d   P DC - 1   C ap tu r ed   Usi n g   Net w o r k   P r o to co A n al y ze r - W ir es h ar k     N e tw o r k Sw i tc h PMU   # 2 ( Se r v e r   # 2 ) 1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 2 0 3 PMU   # 3 ( Se r v e r   # 3 ) 1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 20 6 PM U   # 1 ( Se r v e r   # 1 ) 1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 45 W o r k s t a t i o n   PD C   # 3 ( C l i e n # 3 ) 1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 30 W o r k s ta ti o n   PD C   # 2 ( C l i e n # 2 ) 1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 40 W o r k s ta ti o n   PD C   # 1 ( C l i e n # 1 ) 1 9 2 . 1 6 8 . 1 . 3 3 o p e n PMU   C o n n e c ti o n   T e s te r   W i r e s h a r k   N e tw o r k   Pr o to c o l   A n a l y ze r   So ftw a r e R T D S - G T N ET   PM U SEL - 4 2 I ED Mi C O P 8 4 7   I ED SEL - 5 0 7 3   PD C   So ftw a r e   W i r e s h a r k   N e tw o r k   Pr o to c o l   A n a l y ze r   So ft w a r e o p e n PD C   So ft w a r e   W i r e s h a r k   N e tw o r k   Pr o to c o l   A n a l y ze r   So ftw a r e P an A   P an B   P an C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7 :   1 0 6     1 1 6   112   P an A   h a s   s ix   co lu m n s   s h o w i n g   t h ti m o f   ca p tu r e,   th s o u r ce ,   d esti n atio n ,   t y p o f   p r o t o co l,  f r am e   len g th ,   a n d   t h m es s a g t y p e.   C o lu m n   1   g iv e s   t h ti m e   o f   ca p tu r o f   t h p ac k et.   T h I P   ad d r ess   o f   t h s o u r c e   d ev ice  is   g iv e n   in   co lu m n   2 .   C o lu m n   3   p r esen ts   th I P   ad d r ess   o f   th d esti n a tio n   d ev ice.   T h ty p o f   p r o to c o w a s   r ig h tl y   g iv e n   as  SYN C H R C   i n   co lu m n   4   s i g n if y i n g   th s y n ch r o p h a s o r   p r o to co l.   T h f r a m le n g t h   g i v es   th s ize  o f   t h i n f o r m atio n   co n tain ed   in   t h m ess a g t y p a s   s h o w n   i n   co lu m n   5 .     As d ef i n ed   i n   t h s tan d ar d   an d   as s h o w n   in   Sectio n   2 . 3   o n   s y n ch r o p h a s o r   m es s ag e   f o r m at,   C o lu m n   6   o f   P an A   s h o w s   th e   in f o r m a ti o n   r elatin g   to   t h s eq u e n ce   o f   in ter ac tio n   b et w ee n   th P D C   ( d ata  co n ce n tr ato r )   an d   th P MU   ( d ata  s o u r ce ) .   I t c an   b s ee n   th at  t h P DC   in it i ates  q u er y   ( C o m m an d   f r a m e )   r eq u esti n g   f o r   th e   C FG - 2   C o n f i g u r atio n   m ess a g e   f r o m   th P MU .     T h P MU   r esp o n d s   to   th C o m m an d   f r a m q u er y   b y   is s u i n g   i ts   C FG - 2   co n f i g u r atio n ,   an d   s h o r tl y   af ter w ar d s ,   co m m e n ce s   t h d ata  tr an s m i s s io n   o f   s y n c h r o p h aso r   m ea s u r e m e n t s   to   th P DC .   P an B   o f   t h f i g u r g iv e s   la y er ed   class if ic atio n   o f   t h s elec ted   p ac k et  i n   P an A .     T h h ex ad ec i m al  v alu e s   co r r esp o n d in g   to   th m es s a g es  in   t h ca p tu r ed   p ac k et  ar g iv e n   in   P an C   o f   Fig u r e   5 .   T h ab o v ap p lies   to   th ca p tu r ed   p ac k ets  f o r   P MU s   2 - 3   as sh o w n   i n   Fi g u r es  6 - 7   r esp ec tiv el y .           Fig u r 6 S y n c h r o p h aso r   Me s s ag es  f o r   P MU - 2   an d   P DC - C ap tu r ed   Usi n g   A   Net w o r k   P r o to co An al y ze r - W ir es h ar k           Fig u r 7 S y n c h r o p h aso r   Me s s ag es  f o r   P MU - 3   an d   P DC - C ap tu r ed   Usi n g   A   Net w o r k   P r o to co An al y ze r - W ir es h ar k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o n fo r ma n ce   Tes tin g   a n d   A n a lysi s   o f S yn ch r o p h a s o r     ( A d ey emi  C h a r les )   113   4 . 2 Sy nchro ph a s o m es s a g t y pes   T h r eq u ir ed   f ield s   o f   t h co m m an d   f r a m i n   th e   s y n c h r o p h a s o r   m es s ag ar s p ec if ied   i n   T ab le  1 4   o f   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1 .   I n   o r d e r   to   v er if y   co m p lia n ce   w it h   th s tan d ar d ,   co m p ar is o n   b et w ee n   t h f ield s   in   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   an d   th C o m m an d   f r a m f r o m   an   ac t u al  P DC   w a s   ca r r ied   o u t.   T h C o m m a n d   f r a m is s u ed   b y   ea ch   P DC   to   th eir   r esp ec tiv P MU   w a s   ca p tu r ed   u s i n g   W ir e s h ar k   n et w o r k   p r o to co l a n aly ze r   as s h o w n   i n   Fig u r e 8 - 9         (a )   (b )   Fig u r 8 W ir esh ar k   C ap tu r o f   C o m m a n d   Fra m   f r o m   ( a)   P DC - 1   to   P MU - 1 ; ( b )   P DC - 2   to   P MU - 2           Fig u r 9 W ir esh ar k   C ap tu r o f   C o m m a n d   Fra m   f r o m   P DC - 3   to   P MU - 3       Fro m   Fi g u r e s   8 - 9 ,   th m es s a g f ie ld s   co n tai n ed   in   t h co m m an d   f r a m f r o m   t h clie n ts   to   th s er v er s   w er s h o w n   to   g i v i n f o r m atio n   o n   th e   s y n c h r o n izat io n   w o r d ,   f r a m e s ize,   I co d e,   SOC ,   Fra ctio n   o f   Sec o n d   ( FR AC SE C ) ,   co m m a n d   to   th P MU ,   an d   t h c h ec k s u m .   Si m ilar l y ,   t h s a m e   m es s ag f ie ld s   as   s p ec if ied   in   t h I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8   w er o b tain ed   f o r   th co m m an d   f r a m f r o m   P D C - 2   to   P MU - 2 ,   an d   P DC - to   P MU - 3   r esp ec tiv el y .   F r o m   th ca p tu r ed   p ac k ets  i n   Fig u r es  8 - 9 ,   co m p lia n ce   w ith   th s ta n d ar d   is   v er if ied   in   ter m s   o f   t h e   f ield   co n tai n ed   in   t h m e s s a g f r a m e,   an d   also   th s ize  o f   th f ield .   I n f o r m atio n   r el atin g   to   th f r a m e   s y n ch r o n izatio n   w o r d   ( s y n c) ,   th m es s a g f r a m s ize,   d ev ic I c o d e,   SOC ,   FR A C SE C ,   th co m m a n d   b ein g   s en t,  a n d   th ch ec k s u m   ca n   b e   s ee n   i n   th W ir esh ar k   ca p t u r e.   T h co n f ig u r atio n   f r a m i s   b in ar y   d ataset  co n tai n i n g   th r eq u ir ed   p ar am eter s   f o r   p r o ce s s i n g   t h e   s y n ch r o p h a s o r   d ata  s tr ea m .   T h f ield s   in   t h co n f i g u r atio n   f r a m ar s p ec if ied   in   T ab le   8   o f   th I E E E   Std     P M U / P D C   I D   N o . S y n c h r o n i z a t i o n   w or d Fr a m e s i z e T i m e   q ua l i t y   + FR A C S E C C om m a n da t a C he c k s um P M U / P D C   I D   N o . S y nc h r on i z a t i on   w or d Fr a m e s i z e T i m e   q ua l i t y   + FR A C S E C C om m a n da t a C h e c k s u m   P M U / P D C   I D   N o . S y nc h r on i z a t i on   w or d Fr a m e s i z e T i m e   q ua l i t y   + FR A C S E C C o m m a n d   da t a C he c k s um Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7 :   1 0 6     1 1 6   114   C3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1 .   I t c o n tain s   i n f o r m atio n   r elatin g   to   t h SYN C   w o r d ,   f r a m esize,   I co d e,   S OC ,   FR AC SEC.  I n   ad d itio n   to   th ese,   t h co n f i g u r atio n   f r a m co n tain s   i n f o r m ati o n   r elatin g   to   t h d ata  f o r m at  ( in teg er   o r   f lo atin g   p o in t) ,   p h aso r   n am e s ,   c o n v er s io n   f ac to r s   f o r   th p h aso r s ,   co n f ig u r atio n   ch a n g co u n t,  r ep o r tin g   r ate,   an d   th ch ec k s u m .   T h co n f i g u r atio n   f r a m e s   p u b lis h ed   b y   P MU s - 2   an d   - 3   ar ca p tu r ed   u s in g   W ir esh ar k   n et w o r k   pr o to co an aly ze r   as  s h o w n   i n   Fi g u r e s   1 0 - 1 1 .   Fo r   lack   o f   s p ac e,   th e   Wi r esh ar k   ca p t u r o f   th co n f i g u r atio n   f r a m f o r   P MU - 1   is   n o t p r esen ted   in   t h is   p ap er .           Fig u r 1 0 C o n f i g u r atio n   Fra m Or g an izatio n   f r o m   t h C ap tu r ed   C o n f i g u r atio n   Fra m f o r   P MU - 2           Fig u r 1 1 C o n f i g u r atio n   Fra m Or g an izatio n   Fro m   th C a p tu r ed   C o n f ig u r atio n   Fra m e   f o r   P MU - 3       T h s p ec if ied   f ield s   i n d icate d   in   t h co n f i g u r atio n   f r a m s e n b y   t h P MU /P DC   ar p o p u la ted   in   t h e   da ta  f r a m e.   T h f ield s   co n s is o f   th s y n c h r o n izatio n   w o r d ,   f r a m esize,   I co d e,   SOC ,   FR AC SE C ,   ST A T ,   P h aso r s ,   Fre q u en c y ,   R OC O F ,   an alo g u es,   d ig ital s ,   a n d   ch ec k s u m .   T h d ata  f r a m e   p ac k et   ca p tu r ed   u s in g   t h e   n et w o r k   p r o to co l a n al y ze r   is   s h o w n   i n   Fi g u r 1 2 .       C o n f i g u r a t i o n d a t a T i m e   q u a l i t y   + F R A C S E C S y nc hron i z a t i o n   w o rd C h e c k s u m   C h e c k s u m C o n f i g u r a t i o n d a t a Ti m e   qu a l i t y   + F R A C S E C S y n c h r o n i z a t i o n   w o r d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       C o n fo r ma n ce   Tes tin g   a n d   A n a lysi s   o f S yn ch r o p h a s o r     ( A d ey emi  C h a r les )   115       F ig u re   1 2 Da ta  Fra m Or g a n iz atio n   Fro m   T h C ap tu r ed   Data   Fra m e   (P M U - 2)       4 . 3 Dis cus s io n   Fo r   th C o m m a n d   f r a m e,   th f ield s   in   t h c ap tu r ed   n et w o r k   p ac k et  f o r   th C o m m a n d   f r a m es  ( s e n d   C FG - 2   f r a m e)   s h o w n   i n   F ig u r es   8 - ar f u r t h er   an a l y s ed .   T h f ield s   a n d   t h w o r d   s ize  w e r a s   s p ec i f ied   i n   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1 ,   ex ce p f o r   th E XT FR A ME   f ield   w h ic h   is   f ield   7   o f   T a b le  1 4   in   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   [ 1 6 ] .   T h E XT FR A ME   f ield   w a s   m is s in g   in   t h ca p tu r ed   co m m a n d   f r a m f o r   P MU s   1 - 3 .   T h is   is   b ec au s t h E XT FR AM E   f ield   is   o p tio n al.     A l s o ,   it  w a s   o b s er v ed   th at  in   f ield   5   o f   T a b le  1 4   o f   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   [ 1 6 ] ,   th s ize  o f   th FR AC SE C   an d   ti m q u alit y   ar b u n c h ed   to g eth er   as  4   b y te s .   An al y s is   d o n o n   t h ca p tu r e d   co m m a n d   f r a m e s   f r o m   P MU s   1 - 3   s h o w s   th F R A C SEC  to   b 3   b y tes,  w h il th ti m q u alit y   i s   1   b y te.   T h SYNC   w o r d   is   g iv e n   as  h e x   AA 4 1   s i g n i f y i n g   th f r a m t y p an d   v er s io n   n u m b er .   T h Sen d   C FG - 2   f r a m co m m a n d   is   co r r ec tly   g i v e n   as  0 0 0 0   0 0 0 0   0 0 0 0   0 1 0 1   as  s h o w n   in   Fi g u r es   8 - 9 .   A ls o ,   th ti m q u alit y   in d icato r   s h o u ld   b e   n o ted   as 0 x 0 0   ( lo ck ed   s tate)   s ig n i f y i n g   g o o d   ti m s y n c h r o n izatio n .     T h ch ec k s u m   h a s   h e x   v al u o f   0 x 5 f 6 b   an d   is   g iv e n   as  co r r ec t’ .   T h is   i m p lie s   th at  t h e   d ata  w as   r ec eiv ed   w it h o u a n y   er r o r .   T h co m m a n d   f r a m h as  to tal  o f   1 8   b y tes  co r r esp o n d in g   to   th s u m m at io n   o f   th ab o v e - m e n tio n ed   m e s s a g es  in   co m p lia n ce   w it h   th s p ec if icatio n   i n   T a b le  1 4   o f   th I E E E   Std     C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   [ 1 6 ] .   An o th er   C o m m a n d   f r a m is   t h d ata  tr an s m is s io n   o n   co m m an d .   T h is   is   also   is s u ed   b y   t h P DC   ( d ata  co n ce n tr ato r )   t o   th PMU  ( d ata  s o u r ce ) .   T h o n l y   d if f er en ce   b et w ee n   th is   a n d   th Sen d   C F G - 2   co m m a n d   i s   t h at  t h co m m an d   w o r d   b i ts   i s   0 0 0 0   0 0 0 0   0 0 0 0   0 0 1 0 ,   r ath er   th an   0 0 0 0   0 0 0 0   0 0 0 0   0 1 0 1   w h ic h   i s   th Sen d   C FG - 2   co m m a n d .     An al y s i s   o f   t h f ield s   o b tain ed   f r o m   t h ca p tu r ed   p ac k et  f o r   th C o n f i g u r atio n   f r a m i s   g i v en   i n   Fig u r es  1 0 - 1 1 .   Fro m   Fi g u r es  1 0 - 1 1 ,   th SYNC   w o r d   is   g i v en   as  h ex   AA 3 1 .   T h is   co r r esp o n d s   to   C FG - 2 .   All   th P MU s   r ep o r th F R AC S E C   an d   ti m q u alit y   s ep ar ate ly ,   a n d   t h eir   s ize s   ar o b tain ed   in   th e   ca p tu r ed   p ac k et  as 3   b y tes an d   1   b y te  r e s p ec tiv el y .     P ec u liar   to   th C o n f i g u r atio n   f r a m i s   th m e s s a g co n te n r elatin g   to   t h s tatio n   n a m e,   d ata  f o r m at  in   t h d ata  f r a m e,   n u m b er   o f   p h aso r s ,   n u m b er   o f   a n alo g u v alu e s ,   n u m b er   o f   d i g ital  s t atu s   w o r d s ,   p h aso r   n a m e s ,   an d   p h aso r   co n v er s io n   f ac to r s .   T h p ac k et  s ize  f o r   P MU - 2   f o r   th is   p ar ticu lar   co n f ig u r ati o n   f r a m is   9 4   b y tes,  w h ile  P MU - 3   h as  a   f r a m e s ize  o f   5 1 4   b y te s   b ec au s o f   it s   ad d itio n al  a n alo g u e   m ea s u r e m e n t s   an d   d ig ital  w o r d .   T h to tal  s ize  o f   t h co n f i g u r atio n   f r a m i s   d eter m i n ed   b y   t h n u m b er   o f   p h aso r s ,   n u m b er   o f   an alo g u es,  an d   th d ig ital  w o r d   b ein g   r ep o r te d .   T h r esp ec tiv f ie ld s   an d   th eir   s izes  w er v er if ied   to   b in   ac co r d an ce   w it h   th I E E E   S td   C 3 7 . 1 1 8   [ 1 6 ]   as sh o w n   i n   Fi g u r es  1 0 - 1 1 .   T h D at f r am f o r   P MU - 2   is   an al y s ed   u s in g   Fi g u r e   1 2 .   Fro m   th f i g u r e,   th SY NC   w o r d   is   o b tain ed   as  h ex   AA 0 1 .   T h is   co r r esp o n d s   to   th v er s io n   1   I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 - 2 0 0 5   f r am e.   T h FR AC SE C   an d   ti m q u al it y   i n   f ield   5   ar s ep ar ated   an d   th eir   s izes  ar o b tain ed   in   t h ca p tu r ed   p ac k et  as   3   b y tes  an d   1   b y te  r esp ec tiv el y .   Fie ld   6   o f   T ab le  5   in   th I E E E   Std   C 3 7 . 1 1 8 . 2 - 2 0 1 1   [ 1 6 ]   is   s p ec if ied   as  ST A T .   Ho w e v er ,   th i s   is   n a m ed   as  Fla g s   i n   P MU s   1 - 3 .   Fo r   th Flag s   f ield ,   b its   1 5 - 1 4   h av v al u o f   0 0   ( g o o d   m ea s u r e m e n d ata  w it h o u er r o r s ) ,   b it  1 3   e q u als  0 ,   th er eb y   s i g n i f y i n g   P MU   s y n ch r o n izatio n   to   U T C   tr ac ea b le  tim s o u r ce .   B it  1 2   is   0   f o r   d ata  s o r tin g   u s i n g   t i m s ta m p   r at h er   t h an   th o r d er   o f   ar r iv al,   b its   0 8 - 0 6   ar 0 0 ,   s ig n i f y in g   P MU   ti m q u a lit y   o f   0 0   s y n c h r o n iz ed   an d   lo ck ed   w ith   th b es q u alit y   ti m e,   etc.   T h s ize  o f   t h d ata  f r a m f o r   th i s   p ar ticu lar   f r a m i s   4 2   b y tes.  T h is   in cl u d es  th e   s ize  o f   t h e   S Y NC   w o r d ,   f r a m esize,   I D   co d e,   SOC ,   ti m q u ali t y ,   FR AC SE C ,   th m ea s u r e m e n v alu e s   o f   t h p h aso r s ,   f r eq u en cy ,   R OC O F ,   an a lo g u es,  an d   d i g ital s   s tat u s e s .     C he c k s u m T i m e   qu a l i t y   + F R A C S E C S y n c h r o n i z a t i o n   w o r d M e a s u r e m e n t da t a Ph a s o r   m e a s u r e m e n ts ST A T fi e l d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.