一種基于pmu裝置和wams主站的培訓仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)培訓仿真方法，尤其涉及一種基于相量測量單元（Phase Measurement Unit，簡寫為PMU)和電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System，簡 寫為WAMS)主站的培訓仿真方法，同時還涉及一種基于PMU裝置和WAMS主站的電力培訓仿 真系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)仿真技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)調度技術的推廣應用，電力公司需要大量的專業(yè)人才，由于智能電 網(wǎng)調度的嚴謹性且現(xiàn)場環(huán)境培訓存在危險性，需要對相關人員進行崗前仿真實訓，使其避 免自身受到傷害，并且能夠快速地進入工作狀態(tài)。這就給電力培訓仿真系統(tǒng)帶來了發(fā)展的 機遇。
[0003] 目前，電力培訓仿真系統(tǒng)普遍基于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)以及能量管理系統(tǒng) (SCADA/EMS)實現(xiàn)。公布號為CN 103400516A的中國發(fā)明專利申請公開了一種調度自動化 培訓仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前置服務器、SCADA/PAS服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器和模擬工作站， 前置服務器用于實現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)、信息交換、規(guī)約解釋等功能，并執(zhí)行控制指令；SCADA/PAS 服務器用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、計算統(tǒng)計、控制調節(jié)、事件告警等功能；歷史數(shù)據(jù)服務器用于實 現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能；模擬工作站用于實現(xiàn)變電站遙測遙信數(shù)據(jù)的模擬、保護裝置信號的模擬、 遙控操作的模擬等功能。該系統(tǒng)能夠為自動化和調控運行專業(yè)人員的培訓提供一個與真實 電網(wǎng)相似的環(huán)境，通過模擬數(shù)據(jù)模擬各種電網(wǎng)操作和電網(wǎng)事故，通過故障設置來模擬調度 自動化系統(tǒng)的各類故障，從而給培訓學員提供一個故障處理的實戰(zhàn)平臺，提高培訓效率。
[0004] 公布號為CN103177642A的中國發(fā)明專利申請公開了一種提高電網(wǎng)調度員培訓仿 真系統(tǒng)真實性的方法，包括如下步驟：1)教員機仿真實際系統(tǒng)中的廠站端，由EMS系統(tǒng)通 過防火墻發(fā)送至DTS服務器的數(shù)據(jù)作為采集數(shù)據(jù)；2)學員機仿真實際系統(tǒng)WAMS主站端， 對WAMS主站端SCADA系統(tǒng)功能和界面進行復制，形成SCADA副本；3)教員在DTS服務器上 生成培訓態(tài)，可調整出力、修改斷面、設置故障等，形成相應的培訓教案，并發(fā)送至SCADA副 本；4)學員在SCADA副本環(huán)境下對仿真電網(wǎng)進行操作完成培訓。該SCADA系統(tǒng)有任何功能 改變或升級改造，只需對DTS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)庫刷新，就能實現(xiàn)與SCADA系統(tǒng)的新功能完全一 致，減少了系統(tǒng)的再開發(fā)過程。
[0005] 但是，由于SCADA系統(tǒng)側重于監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行情況，對系統(tǒng)的動態(tài)行為無法 進行有效的監(jiān)測。另外，SCADA提供的信息在全局同步性方面的性能較差，不能很好地體現(xiàn) 地域分布廣闊的電力系統(tǒng)的真實運行情況。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的首要技術問題在于提供一種基于PMU裝 置和WAMS主站的培訓仿真方法。
[0007] 本發(fā)明所要解決的另一個技術問題在于提供一種基于PMU裝置和WAMS主站的培 訓仿真系統(tǒng)。
[0008] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案：
[0009] -種基于PMU裝置和WAMS主站的培訓仿真方法，包括以下步驟：
[0010] ⑴建立PMU裝置的數(shù)據(jù)模型；
[0011] (2)所述PMU裝置測量變電站與電廠的運行參數(shù)，將根據(jù)所述運行參數(shù)獲得的數(shù) 據(jù)打上時標；
[0012] (3)所述PMU裝置通過數(shù)據(jù)集中器與所述WAMS主站建立通信管道，通過所述通信 管道將帶有時標的數(shù)據(jù)傳輸至所述WAMS主站；
[0013] (4)時鐘推進一個周期，返回步驟（2)。
[0014] 其中較優(yōu)地，所述步驟（1)中，在初始化時，把廠站與PMU裝置的配置信息分別存 儲在仿真子站與PMU數(shù)組中，并生成仿真子站的配置幀與頭幀。
[0015] 其中較優(yōu)地，所述步驟（1)中，當系統(tǒng)運行過程中，所述PMU裝置按照設定的周期 從仿真支撐平臺讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并按照所述監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型存放至對應的PMU數(shù)組中。
[0016] 其中較優(yōu)地，所述步驟（2)中，所述PMU裝置與所述WAMS主站之間建立通信的過 程包括：
[0017] (21)如果是首次連接，對通信系統(tǒng)初始化；
[0018] (22)建立管理管道連接；
[0019] (23)所述WAMS主站向子站發(fā)送上傳配置文件的命令，所述子站收到所述命令后， 向所述WAMS主站上傳配置文件；
[0020] (24)所述WAMS主站發(fā)送下傳配置文件的命令，所述子站確認所述命令后，接受所 述配置文件；
[0021 ] (25)所述WAMS主站啟動數(shù)據(jù)傳輸；
[0022] (26)所述子站與所述WAMS主站建立數(shù)據(jù)管道連接；
[0023] (27)所述子站按周期向所述WAMS主站傳輸數(shù)據(jù)。
[0024] 其中較優(yōu)地，所述步驟（22)中，進一步包括以下步驟：
[0025] (221)所述子站偵聽管理管道的服務端口，等待所述WAMS主站建立連接的申請；
[0026] (222)所述WAMS主站向所述子站提出建立管理管道的申請；
[0027] (223)所述子站接受申請，判斷所述WAMS主站的IP地址是否合法，如果合法則與 所述WAMS主站之間建立管理管道，否則關閉連接。
[0028] 其中較優(yōu)地，所述步驟（26)中，進一步包括以下步驟：
[0029] (261)所述子站偵聽數(shù)據(jù)管道的服務端口，等待所述WAMS主站發(fā)起建立連接的申 請；
[0030] (262)所述WAMS主站向所述子站提出建立數(shù)據(jù)管道的申請；
[0031] (263)所述子站接受申請，判斷所述WAMS主站的IP地址是否合法，如果合法則與 所述WAMS主站之間建立數(shù)據(jù)管道，否則關閉連接。
[0032] 其中較優(yōu)地，所述仿真子站與WAMS主站之間采用TCP通信協(xié)議進行實時通信。
[0033] 一種基于PMU裝置和WAMS主站的培訓仿真系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述的培訓仿真方法， 包括:WAMS主站、仿真子站、PMU裝置和仿真計算支撐平臺；其中
[0034] 所述WAMS主站與所述仿真子站相連接，所述仿真子站包括同一廠站內的一個或 多個PMU裝置、數(shù)據(jù)集中器，所述數(shù)據(jù)集中器與所述PMU裝置相連接，所述PMU裝置與所述 仿真計算支撐平臺相連接；
[0035] 所述PMU裝置測量變電站與電廠的運行參數(shù)，將根據(jù)所述運行參數(shù)獲得的數(shù)據(jù)打 上時標；所述PMU裝置通過數(shù)據(jù)集中器與所述WAMS主站建立通信管道，通過所述通信管道 將帶有時標的數(shù)據(jù)傳輸至所述WAMS主站。
[0036] 與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0037] (1)解決了現(xiàn)有平臺無法監(jiān)測電網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)行為的不足；
[0038] (2)無需學員去現(xiàn)場操作，減少人身傷害事故，保證智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經濟高效 運行；
[0039] ⑶能夠保證學習環(huán)境，提高學習效率，縮短培訓周期，提高培訓質量。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明所提供的一種基于PMU裝置與WAMS主站的培訓仿真方法流程圖；
[0041] 圖2是本發(fā)明中，報文傳輸格式的示意圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明中，PMU裝置與WAMS主站接口的通信流程圖；
[0043] 圖4是本發(fā)明所提供的基于PMU裝置和WAMS主站的培訓仿真系統(tǒng)的整體結構示 意圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術內容作進一步的詳細說明。
[0045] 本發(fā)明提供了一種基于PMU裝置和WAMS主站的培訓仿真方法，如圖1所示，包括 以下步驟：
[0046] (1)建立PMU裝置的數(shù)據(jù)模型；
[0047] (2) PMU裝置測量變電站與電廠的運行參數(shù)，將根據(jù)運行參數(shù)獲得的數(shù)據(jù)打上時 標；
[0048] (3)PMU裝置通過數(shù)據(jù)集中器與WAMS主站建立通信管道，通過通信管道將帶有時 標的數(shù)據(jù)傳輸至WAMS主站；
[0049] (4)時鐘推進一個周期，返回步驟（2)。
[0050] 下面對上述各步驟作進一步的詳細描述。
[0051] 步驟1 :建立PMU裝置數(shù)學模型。
[0052] PMU裝置監(jiān)測線路電壓、電流等相量，有功、無功或發(fā)電機的內電勢、功角等模擬 量，頻率和頻率變化率以及重要的開關狀態(tài)量等。PMU裝置安裝在子站內，對變電站和電廠 運行參數(shù)進行測量，由運行參數(shù)得到實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)GPS衛(wèi)星授時將數(shù)據(jù)打上時標，再將 數(shù)據(jù)送到位于廠站集控室的上位機和數(shù)據(jù)集中器。上位機實現(xiàn)廠站級別的集中監(jiān)控，數(shù)據(jù) 集中器收集各PMU裝置發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并按照IEEEC37. 118規(guī)約組織成實時數(shù)據(jù)幀，經通 信網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)送往位于調度中心的WAMS主站。
[0053] 根據(jù)所采集的電氣量的不同，PMU裝置的采集對象可分為三類：相量、模擬量和開 關量。由于PMU裝置需要將所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到廠站，由廠站進行集中監(jiān)控和通信，因 此本發(fā)明把安裝在同一廠站的PMU裝置和數(shù)據(jù)集中器的集合定義為子站，基于數(shù)字仿真技 術對子站的模擬定義為仿真子站。
[0054] 根據(jù)PMU裝置的功能，可以先建立采集量對應的相量、模擬量和開關量的通道模 型，然后根據(jù)PMU裝置包含的通道模型，可以建立PMU裝置的模型，而根據(jù)子站包含的PMU 裝置，可以建立仿真子站的數(shù)學模型。
[0055] (1)相量通道（Phasor_Channel)數(shù)學模型，如表1所示：
[0056]
[0057] 表_1相M通道的數(shù)學模型
' '
[0058] (2)模擬量通道（Analog_Channel)數(shù)學模型，如表2所示：

[0064] 表3開關量通道的數(shù)學模型
[0065] (4) PMU裝置數(shù)學模型。
[0066] -個PMU裝置所監(jiān)測的通道包括多個相量通道、多個模擬量通道、一個頻率通道、 一個頻率變化率通道以及多個開關量通道。因此，PMU的數(shù)學模型，如表4所示：
[0067]
[0068] 表4 PMU裝置的數(shù)學模型
[0069] (5)仿真子站（Substation)的數(shù)學模型
[0070] -個仿真子站可以包含一個或多個PMU裝置，在仿真子站的配置系統(tǒng)中，包含有 區(qū)別其他對象的獨立屬性，如子站名稱、數(shù)據(jù)集中器硬件標識、IP地址、端口號等，還包含 PMU裝置描述類的數(shù)組。仿真子站模型如表5所示：
[0071]

[0072] 表5仿真子站的數(shù)學模型
[0073] 步驟2 :PMU裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出。
[0074] 仿真支撐平臺為PMU裝置提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。仿真支撐平臺采用數(shù)字仿真技術模擬電 力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)響應過程，PMU裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過仿真支撐平臺計算獲得。PMU裝 置監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出過程步驟如下：
[0075] (1)系統(tǒng)初始化時，把廠站的配置信息以及PMU裝置的配置信息