一种基于pmu装置和wams主站的培训仿真方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统培训仿真方法，尤其涉及一种基于相量测量单元（Phase Measurement Unit，简写为PMU)和电网广域测量系统（Wide Area Measurement System，简 写为WAMS)主站的培训仿真方法，同时还涉及一种基于PMU装置和WAMS主站的电力培训仿 真系统，属于电力系统仿真技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网调度技术的推广应用，电力公司需要大量的专业人才，由于智能电 网调度的严谨性且现场环境培训存在危险性，需要对相关人员进行岗前仿真实训，使其避 免自身受到伤害，并且能够快速地进入工作状态。这就给电力培训仿真系统带来了发展的 机遇。
[0003] 目前，电力培训仿真系统普遍基于数据采集和监控系统以及能量管理系统 (SCADA/EMS)实现。公布号为CN 103400516A的中国发明专利申请公开了一种调度自动化 培训仿真系统，该系统包括前置服务器、SCADA/PAS服务器、历史数据服务器和模拟工作站， 前置服务器用于实现获取数据、信息交换、规约解释等功能，并执行控制指令；SCADA/PAS 服务器用于实现数据处理、计算统计、控制调节、事件告警等功能；历史数据服务器用于实 现数据存储功能；模拟工作站用于实现变电站遥测遥信数据的模拟、保护装置信号的模拟、 遥控操作的模拟等功能。该系统能够为自动化和调控运行专业人员的培训提供一个与真实 电网相似的环境，通过模拟数据模拟各种电网操作和电网事故，通过故障设置来模拟调度 自动化系统的各类故障，从而给培训学员提供一个故障处理的实战平台，提高培训效率。
[0004] 公布号为CN103177642A的中国发明专利申请公开了一种提高电网调度员培训仿 真系统真实性的方法，包括如下步骤：1)教员机仿真实际系统中的厂站端，由EMS系统通 过防火墙发送至DTS服务器的数据作为采集数据；2)学员机仿真实际系统WAMS主站端， 对WAMS主站端SCADA系统功能和界面进行复制，形成SCADA副本；3)教员在DTS服务器上 生成培训态，可调整出力、修改断面、设置故障等，形成相应的培训教案，并发送至SCADA副 本；4)学员在SCADA副本环境下对仿真电网进行操作完成培训。该SCADA系统有任何功能 改变或升级改造，只需对DTS系统进行数据库刷新，就能实现与SCADA系统的新功能完全一 致，减少了系统的再开发过程。
[0005] 但是，由于SCADA系统侧重于监测系统的稳态运行情况，对系统的动态行为无法 进行有效的监测。另外，SCADA提供的信息在全局同步性方面的性能较差，不能很好地体现 地域分布广阔的电力系统的真实运行情况。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于PMU装 置和WAMS主站的培训仿真方法。
[0007] 本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种基于PMU装置和WAMS主站的培 训仿真系统。
[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0009] -种基于PMU装置和WAMS主站的培训仿真方法，包括以下步骤：
[0010] ⑴建立PMU装置的数据模型；
[0011] (2)所述PMU装置测量变电站与电厂的运行参数，将根据所述运行参数获得的数 据打上时标；
[0012] (3)所述PMU装置通过数据集中器与所述WAMS主站建立通信管道，通过所述通信 管道将带有时标的数据传输至所述WAMS主站；
[0013] (4)时钟推进一个周期，返回步骤（2)。
[0014] 其中较优地，所述步骤（1)中，在初始化时，把厂站与PMU装置的配置信息分别存 储在仿真子站与PMU数组中，并生成仿真子站的配置帧与头帧。
[0015] 其中较优地，所述步骤（1)中，当系统运行过程中，所述PMU装置按照设定的周期 从仿真支撑平台读取监测数据，并按照所述监测数据的类型存放至对应的PMU数组中。
[0016] 其中较优地，所述步骤（2)中，所述PMU装置与所述WAMS主站之间建立通信的过 程包括：
[0017] (21)如果是首次连接，对通信系统初始化；
[0018] (22)建立管理管道连接；
[0019] (23)所述WAMS主站向子站发送上传配置文件的命令，所述子站收到所述命令后， 向所述WAMS主站上传配置文件；
[0020] (24)所述WAMS主站发送下传配置文件的命令，所述子站确认所述命令后，接受所 述配置文件；
[0021 ] (25)所述WAMS主站启动数据传输；
[0022] (26)所述子站与所述WAMS主站建立数据管道连接；
[0023] (27)所述子站按周期向所述WAMS主站传输数据。
[0024] 其中较优地，所述步骤（22)中，进一步包括以下步骤：
[0025] (221)所述子站侦听管理管道的服务端口，等待所述WAMS主站建立连接的申请；
[0026] (222)所述WAMS主站向所述子站提出建立管理管道的申请；
[0027] (223)所述子站接受申请，判断所述WAMS主站的IP地址是否合法，如果合法则与 所述WAMS主站之间建立管理管道，否则关闭连接。
[0028] 其中较优地，所述步骤（26)中，进一步包括以下步骤：
[0029] (261)所述子站侦听数据管道的服务端口，等待所述WAMS主站发起建立连接的申 请；
[0030] (262)所述WAMS主站向所述子站提出建立数据管道的申请；
[0031] (263)所述子站接受申请，判断所述WAMS主站的IP地址是否合法，如果合法则与 所述WAMS主站之间建立数据管道，否则关闭连接。
[0032] 其中较优地，所述仿真子站与WAMS主站之间采用TCP通信协议进行实时通信。
[0033] 一种基于PMU装置和WAMS主站的培训仿真系统，用于实现上述的培训仿真方法， 包括:WAMS主站、仿真子站、PMU装置和仿真计算支撑平台；其中
[0034] 所述WAMS主站与所述仿真子站相连接，所述仿真子站包括同一厂站内的一个或 多个PMU装置、数据集中器，所述数据集中器与所述PMU装置相连接，所述PMU装置与所述 仿真计算支撑平台相连接；
[0035] 所述PMU装置测量变电站与电厂的运行参数，将根据所述运行参数获得的数据打 上时标；所述PMU装置通过数据集中器与所述WAMS主站建立通信管道，通过所述通信管道 将带有时标的数据传输至所述WAMS主站。
[0036] 与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
[0037] (1)解决了现有平台无法监测电网系统动态行为的不足；
[0038] (2)无需学员去现场操作，减少人身伤害事故，保证智能电网安全稳定、经济高效 运行；
[0039] ⑶能够保证学习环境，提高学习效率，缩短培训周期，提高培训质量。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明所提供的一种基于PMU装置与WAMS主站的培训仿真方法流程图；
[0041] 图2是本发明中，报文传输格式的示意图；
[0042] 图3是本发明中，PMU装置与WAMS主站接口的通信流程图；
[0043] 图4是本发明所提供的基于PMU装置和WAMS主站的培训仿真系统的整体结构示 意图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容作进一步的详细说明。
[0045] 本发明提供了一种基于PMU装置和WAMS主站的培训仿真方法，如图1所示，包括 以下步骤：
[0046] (1)建立PMU装置的数据模型；
[0047] (2) PMU装置测量变电站与电厂的运行参数，将根据运行参数获得的数据打上时 标；
[0048] (3)PMU装置通过数据集中器与WAMS主站建立通信管道，通过通信管道将带有时 标的数据传输至WAMS主站；
[0049] (4)时钟推进一个周期，返回步骤（2)。
[0050] 下面对上述各步骤作进一步的详细描述。
[0051] 步骤1 :建立PMU装置数学模型。
[0052] PMU装置监测线路电压、电流等相量，有功、无功或发电机的内电势、功角等模拟 量，频率和频率变化率以及重要的开关状态量等。PMU装置安装在子站内，对变电站和电厂 运行参数进行测量，由运行参数得到实时数据，并根据GPS卫星授时将数据打上时标，再将 数据送到位于厂站集控室的上位机和数据集中器。上位机实现厂站级别的集中监控，数据 集中器收集各PMU装置发送过来的数据，并按照IEEEC37. 118规约组织成实时数据帧，经通 信网络将数据送往位于调度中心的WAMS主站。
[0053] 根据所采集的电气量的不同，PMU装置的采集对象可分为三类：相量、模拟量和开 关量。由于PMU装置需要将所采集的监测数据上传到厂站，由厂站进行集中监控和通信，因 此本发明把安装在同一厂站的PMU装置和数据集中器的集合定义为子站，基于数字仿真技 术对子站的模拟定义为仿真子站。
[0054] 根据PMU装置的功能，可以先建立采集量对应的相量、模拟量和开关量的通道模 型，然后根据PMU装置包含的通道模型，可以建立PMU装置的模型，而根据子站包含的PMU 装置，可以建立仿真子站的数学模型。
[0055] (1)相量通道（Phasor_Channel)数学模型，如表1所示：
[0056]
[0057] 表_1相M通道的数学模型
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[0058] (2)模拟量通道（Analog_Channel)数学模型，如表2所示：
[0064] 表3开关量通道的数学模型
[0065] (4) PMU装置数学模型。
[0066] -个PMU装置所监测的通道包括多个相量通道、多个模拟量通道、一个频率通道、 一个频率变化率通道以及多个开关量通道。因此，PMU的数学模型，如表4所示：
[0067]
[0068] 表4 PMU装置的数学模型
[0069] (5)仿真子站（Substation)的数学模型
[0070] -个仿真子站可以包含一个或多个PMU装置，在仿真子站的配置系统中，包含有 区别其他对象的独立属性，如子站名称、数据集中器硬件标识、IP地址、端口号等，还包含 PMU装置描述类的数组。仿真子站模型如表5所示：
[0071]
[0072] 表5仿真子站的数学模型
[0073] 步骤2 :PMU装置监测数据输出。
[0074] 仿真支撑平台为PMU装置提供监测数据。仿真支撑平台采用数字仿真技术模拟电 力系统的静态和动态响应过程，PMU装置监测数据可以通过仿真支撑平台计算获得。PMU装 置监测数据输出过程步骤如下：
[0075] (1)系统初始化时，把厂站的配置信息以及PMU装置的配置信息