CN103383565B - 一种失步广域控制系统的闭环测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种失步广域控制系统的闭环测试方法，所述方法包括：（1）测试系统建模；（2）进行广域通信延时处理；（3）失步广域控制系统与测试系统建立通信；（4）通过规约传送控制信号；（5）失步广域控制系统与测试系统建立命令管道；（6）通过开关量接口传送控制信号。本发明提出电网失步广域控制系统的测试方法，能够把测试系统模拟的电网各种故障下的数据，仿真成为PMU数据，发送到失步广域控制系统进行在线计算分析，而后，测试系统接收失步广域控制系统发出的控制命令，进行闭环仿真，测试失步控制的效果。测试接口灵活配置，测试案例丰富多变。

Description

一种失步广域控制系统的闭环测试方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种失步广域控制系统的闭环测试方法。

背景技术

近年来，随着电网规模的扩大，电网结构越来越复杂。分散配置、依靠就地量的失步解列装置在判据的适应性和装置的协调性等方面的局限性逐渐凸显。基于PMU(PhasorMeasurementUnit，相量测量单元)的电网失步广域控制系统，利用PMU数据掌握电网主要断面的运行状态，进行协调解列控制，在理论上具有很好前景。

然而，失步广域控制系统需要接入多个PMU进行监测、分析控制，目前的动态模拟试验接入的PMU数量较少，不能满足大规模电网的失步广域控制测试要求。电力系统数字仿真系统具有仿真规模大、仿真故障形式多样等优点，在其上设计失步广域控制系统的测试方法，能够仿真电力系统各种故障，并模拟PMU量测数据和通信延时特性，为电网失步广域控制系统测试提供了便捷的手段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种失步广域控制系统设计仿真测试方案，使测试系统模拟发送PMU量测数据、接收失步广域控制系统发出的控制信号，进行闭环控制测试。内容包括：PMU数据模拟方法、失步广域控制系统的控制信号闭环测试方法等。

测试系统模拟电力系统机电暂态过程，以等步长（10ms）输出仿真计算结果，根据失步广域控制系统的需要，选择模拟的PMU数据，数据帧格式以等时间间隔的方式进行传输,数据传输速率可以配置为25、50、100次/秒。

测试系统的数字接口、开关量接口两种方式。数字接口：仿真系统按照稳定控制规约编写接口，接口应能够模拟通信延时；开关量接口：测试系统设置开关量接口，由广域控制系统发送开关量给仿真系统进行闭环测试。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述方法包括：

（1）测试系统建模；

（2）进行延时处理；

（3）失步广域控制系统与测试系统建立通信；

（4）通过规约传送控制信号；

（5）失步广域控制系统与测试系统建立命令管道；

（6）通过开关量接口传送控制信号。

优选的，所述步骤（1）包括按照PMU配置文件进行组帧形成PMU仿真数据建模。

进一步地，所述PMU配置文件包括数据帧和配置文件；

数据帧描述PMU相量数据，包括时标、相量值、模拟量和开关量信息；

配置文件为二进制文件，描述PMU数据帧的配置信息，按照从前到后的次序。

优选的，所述步骤（1）包括测试系统模拟电力系统机电暂态过程，以等步长输出仿真计算结果，根据失步广域控制系统的需要，选择模拟的PMU数据，数据帧格式以等时间间隔的方式进行传输，数据传输速率可以配置为25、50和100次/秒。

优选的，所述步骤（2）按照广域通信延时进行延时处理，包括定常延时和随机延时。

进一步地，所述定常延时采用公式统计计算总的通信时间以及实时数据发送次数。

进一步地，所述随机延时t可建立正态分布模型来模拟，记作N（μ，σ²），概率密度μ是服从正态分布的随机变量的均值，σ²是此随机变量的方差。

优选的，所述步骤（3）建立测试系统通信和建立失步广域控制系统通信。

优选的，所述步骤（4）包括失步广域控制系统根据对电网安全稳定分析结论，形成对电网失步断面的控制信号，按照命令帧组帧，并模拟通信延时，向测试系统发送控制命令。

优选的，所述步骤（5）包括测试系统建立命令管道和失步广域控制系统建立命令管道。

优选的，所述步骤（6）包括失步广域控制系统根据对电网安全稳定分析结论，形成对电网失步断面的控制信号，模拟通信延时，向测试系统发送开关量信号，测试系统配置开关量接口电路，接收开关量信号并进行闭环仿真。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

（1）基于该闭环测试方法，把测试系统模拟的电网各种故障下的数据，仿真成为PMU数据，发送到失步广域控制系统进行在线计算分析，而后，测试系统接收失步广域控制系统发出的控制命令，进行闭环仿真，测试失步控制的效果。

（2）基于规约的仿真PMU测试接口，根据测试需要配置传送数据，具有灵活性好，能够较好模拟通信环境。

附图说明

图1为本发明提供的一种失步广域控制系统的闭环测试原理图。

图2为本发明提供的一种失步广域控制系统和测试系统的通信流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

1、测试系统建模；

在线应用测试系统以等步长（10ms）仿真电力系统的机电暂态过程，每个步长的数据仿真出来以后，按照PMU配置文件进行组帧形成PMU仿真数据；紧随其后，按照广域通信延时方法进行延时处理，并按照仿真PMU的数据传送周期，将数据发送到失步广域控制系统。

其中，测试系统模拟PMU数据的格式如下：

（1）数据帧：描述PMU相量数据，包括时标、相量值、模拟量、开关量等信息。数据帧以2个字节的SYNC（同步字）开始，其后为2字节的FRAMESIZE（帧字节数）字、4字节的SOC（世纪秒）和4字节的FRACSEC（秒等分）字。SYNC字的4～6位定义了帧的类型。其后，为2个字节的STAT（PMU状态字），每个相量以4个字节来发送，两个字节实部、两个字节虚部(或两字节幅度两字节相角)。相量以后是2个字节的FREQ和2个字节的DFREQ。每个模拟量包括2个字节，每16个开关量一组，用2个字节表示，最后是2个字节的冗余循环校验码CRC16。

（2）配置文件：二进制文件说明PMU数据帧的配置信息，按照从前到后的次序，站名(STN)和PMU的ID(IDCODE)均为2个字节；相量数量(PHNMR)、开关量通道数量(DGNMR)均为2个字节；通道名称(CHNAM)是ASCII码格式、4个字节；相量转换因子(PHUNIT)、开关量转换因子(DIGUNIT)为4个字节；额定频率格式(FNOM)、数据传送周期(PERIOD)均为两个字节。

2、进行广域通信延时处理；

其中，广域通信延时模拟方法如下：

PMU广域通信延时公式为：T_pmu＝τ₁+τ₂+τ₃+τ₄。PMU传感器将工频电量幅值变换成采样模块能接收的信号量程，工频相移小于1°，此延时记为τ₁；相量计算耗时是一个固定值，记为τ₂；在PMU数据传输过程中，数据包重组需要调用协议驱动模块并通过链路发送，记为τ₃；实时数据在广域网络中传输均会产生分组延时，即一个数据分组从子站通信模块发送经过通信链路到达主站通信前置机所需时间，记为τ₄。相邻节点及其之间的链路定义为一个中继段，在每一个中继段内，分组延时包括串行化延迟α，传播延时β和交换延迟γ。假定一个PMU数据包从子站通信模块传输到主站通信前置机，经f个节点和k条链路，则广域通信延时τ₄是PMU通信延时中最大的部分。

广域通信延时主要包括：定常延时和随机延时。

其中，定常延时可使用统计方法来模拟，具体如下：

定常延时取有典型代表性的PMU通信时段，统计计算总的通信时间以及实时数据发送次数，用下面的公式进行计算定常延时。

$T_{\mathrm{const}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\τ}}_1+{\mathrm{\τ}}_2+{\mathrm{\τ}}_3+{\mathrm{\τ}}_4)}_i/n$

其中，随机延时可建立基于概率分布模型来模拟，具体如下：随机延时t记作N（μ，σ²），概率密度μ是服从正态分布的随机变量的均值，σ²是此随机变量的方差。

3、失步广域控制系统与测试系统建立通信；

其中，失步广域控制系统与测试系统建立的通信流程如下：

（1）测试系统通信建立过程：按照前后次序，首先建立数据流管道；向电网失步广域控制系统提出建立数据流管道的申请；建立与电网失步广域控制系统的数据流管道；通过数据流管道，按照数据传送周期发送实时数据。

（2）失步广域控制系统通信建立过程：按照前后次序，首先建立数据流管道；等待测试系统建立数据流管道的申请；建立与测试系统的数据流管道；通过数据流管道接收实时数据，校验错误则丢弃该帧数据。出现数据流管道故障断开的现象，则断开应用及测试系统的数据流管道，重新建立通信过程。

4、通过规约传送控制信号；

失步广域控制系统根据对电网安全稳定分析结论，形成对电网失步断面的控制信号，按照命令帧组帧，并模拟通信延时，向测试系统发送控制命令。

其中，失步广域控制系统发送的命令帧格式如下：

（1）命令帧：用来描述失步控制命令，包括解列线路的名称、线路数量等信息。按照命令帧以2个字节的SYNC（同步字）开始，其后为2字节的FRAMESIZE（帧字节数）字、4字节的SOC（世纪秒）和4字节的FRACSEC（秒等分）字。2个字节的COMNUM(失步控制线路的数量)，每一条线路名称用16个字节ASCII表示，共重复COMNUM次，最后是2个字节的冗余循环校验码CRC16。

5、失步广域控制系统与测试系统建立命令管道；

其中，失步广域控制系统与测试系统建立的命令管道流程如下：

（1）测试系统建立命令管道过程：按照前后次序，首先建立命令管道；向电网失步广域控制系统提出建立命令管道的申请；建立与电网失步广域控制系统的命令管道；通过命令管道，发送失步控制命令。

（2）失步广域控制系统建立命令管道过程：按照前后次序，首先建立命令管道；等待测试系统建立命令管道的申请；建立与测试系统的命令管道；通过命令管道接收实时命令，校验错误则丢弃该帧数据。出现命令管道故障断开的现象，则断开应用及测试系统的命令管道，重新建立通信过程。

6、通过开关量接口传送控制信号。

失步广域控制系统根据对电网安全稳定分析结论，形成对电网失步断面的控制信号，模拟通信延时，向测试系统发送开关量信号，测试系统配置开关量接口电路，接收开关量信号并进行闭环仿真。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)测试系统建模；

(2)进行延时处理；

(3)失步广域控制系统与测试系统建立通信；

(4)通过规约传送控制信号；

(5)失步广域控制系统与测试系统建立命令管道；

(6)通过开关量接口传送控制信号；

所述步骤(1)包括按照PMU配置文件进行组帧形成PMU仿真数据建模；

所述PMU配置文件包括数据帧和配置文件；

数据帧描述PMU相量数据，包括时标、相量值、模拟量和开关量信息；

配置文件为二进制文件，描述PMU数据帧的配置信息，按照从前到后的次序；

所述步骤(1)包括测试系统模拟电力系统机电暂态过程，以等步长输出仿真计算结果，根据失步广域控制系统的需要，选择模拟的PMU数据，数据帧格式以等时间间隔的方式进行传输，数据传输速率可以配置为25、50和100次/秒；

所述步骤(2)按照广域通信延时进行延时处理，包括定常延时和随机延时。

2.如权利要求1所述的一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述定常延时采用公式统计计算总的通信时间以及实时数据发送次数，PMU传感器将工频电量幅值变换成采样模块能接收的信号量程，工频相移小于1°，此延时记为τ₁；相量计算耗时是一个固定值，记为τ₂；在PMU数据传输过程中，数据包重组需要调用协议驱动模块并通过链路发送，记为τ₃；实时数据在广域网络中传输均会产生分组延时，即一个数据分组从子站通信模块发送经过通信链路到达主站通信前置机所需时间，记为τ₄。

3.如权利要求1所述的一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述随机延时t可建立正态分布模型来模拟，记作N(μ，σ²)，概率密度μ是服从正态分布的随机变量的均值，σ²是此随机变量的方差。

4.如权利要求1所述的一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述步骤(3)建立测试系统通信和建立失步广域控制系统通信。

5.如权利要求1所述的一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述步骤(4)包括失步广域控制系统根据对电网安全稳定分析结论，形成对电网失步断面的控制信号，按照命令帧组帧，并模拟通信延时，向测试系统发送控制命令。

6.如权利要求1所述的一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述步骤(5)包括测试系统建立命令管道和失步广域控制系统建立命令管道。

7.如权利要求1所述的一种失步广域控制系统的闭环测试方法，其特征在于，所述步骤(6)包括失步广域控制系统根据对电网安全稳定分析结论，形成对电网失步断面的控制信号，模拟通信延时，向测试系统发送开关量信号，测试系统配置开关量接口电路，接收开关量信号并进行闭环仿真。