一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统安全稳定控制技术领域，具体涉及一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统。

背景技术：

随着电力系统安全稳定性和供电可靠性要求的提高，电力系统安全稳定控制系统(以下简称“稳控系统”)在全国各电网得到普遍应用，并成为电网日常运行不可或缺的重要组成部分。电力系统安全稳定控制系统规模庞大、装置数量众多，控制策略复杂多变，必须通过RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真器)试验系统进行动态仿真测试，以确保系统运行的可靠性。

传统的稳控系统的RTDS仿真测试多在实验室集中测试，通过搭建与现场基本一致的稳控系统，直接采集RTDS试验系统的输出量，并根据离线控制策略动作反馈回RTDS试验系统，以达到检验稳控系统控制策略和可靠性和有效性的目的。然而，由于实际应用时，稳控系统规模庞大，接线复杂，在实验室环境下只能对稳控系统的主要部分或主要策略进行动态仿真测试，并不能完全真实地模拟现场稳控系统的动作行为，且在实验室搭建稳控系统进行RTDS仿真测试时，需要进行复杂的接线和配置，仿真试验的效率较低。因此，利用RTDS 试验系统直接对安装于现场稳控系统进行远程动态仿真测试成为稳控系统测试实验技术的研究重点。

目前，已有试验采用直接传输模拟量的有效值到现场稳控装置的方式，但实现该方法还需要通过修改现场稳控装置的软件、增加接收模块等处理，直接传输模拟量有效值的方法会导致现场稳控系统的动态变化不精确，试验精确度不高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统，能通过数据分发装置及数据终端装置建立实时仿真装置及现场稳控装置的连接，通过实时的模拟量瞬时值传输实现稳控系统的闭环动态测试，全面验证稳控策略的有效性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统，包括实时仿真装置、数据分发装置、数据终端装置以及现场稳控装置；所述实时仿真装置的仿真结果输出端与所述数据分发装置的仿真信号输入端连接，所述数据分发装置的仿真信号输出端通过所述数据终端装置与所述现场稳控装置的仿真信号接收端连接；所述现场稳控装置的出口信号发送端通过所述数据终端装置与所述数据分发装置的出口信号输入端连接，所述数据分发装置的出口信号输出端与所述实时仿真装置的出口信号输入端连接。

在一种可选的实施方式中，所述数据终端装置包括N台，N台所述数据终端装置安装于电力系统的变电站或电厂，所述现场稳控装置包括N站；所述数据分发装置的仿真信号输出端分别与N台所述数据终端装置连接，N台所述数据终端装置与N站所述现场稳控装置一一对应地连接。

在一种可选的实施方式中，所述数据分发装置的仿真信号输出端采用 FE-STM-1接口上行接入所述电力系统通信网络，N台所述数据终端装置采用E1 接口下行接入所述电力系统通信网络。

在一种可选的实施方式中，所述数据分发装置的传输速率不小于1200帧每秒。

在一种可选的实施方式中，所述数据终端装置的传输速率不小于1200帧每秒。

在一种可选的实施方式中，所述数据终端装置包括数据缓存模块；所述数据缓存模块用于缓存所述数据分发装置发送的第一传输报文。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过数据分发装置接收实时仿真装置发送的开关量和模拟量瞬时值，并将接收到的开关量和模拟量瞬时值发送至数据终端装置，数据终端装置再将与现场稳控装置对应的开关量和模拟量瞬时值经D/A或D/I转换输出至现场稳控装置；现场稳控装置根据预设策略表执行控制策略动作，并将控制指令依次通过数据终端装置、数据分发装置回传至实时仿真装置，以实现测试系统的闭环测试，由于传输的是模拟量的瞬时值，且过程中未对现场实际运行现场稳控装置的软件进行修改，因而能精确地测试出稳控系统的动态变化，大大提高试验精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统中的A站远程数据传输组织方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，其是本实用新型实施例的一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统的结构示意图。本实用新型提供了一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统，包括实时仿真装置100、数据分发装置200、数据终端装置300以及现场稳控装置400；所述实时仿真装置100的仿真结果输出端与所述数据分发装置200的仿真信号输入端连接，所述数据分发装置200的仿真信号输出端通过所述数据终端装置300与所述现场稳控装置400的仿真信号接收端连接；所述现场稳控装置400的出口信号发送端通过所述数据终端装置300 与所述数据分发装置200的出口信号输入端连接，所述数据分发装置200的出口信号输出端与所述实时仿真装置100的出口信号输入端连接；

所述数据分发装置200采集所述实时仿真装置100经所述仿真结果输出端输出的开关量和模拟量瞬时值，将接收到的开关量和模拟量瞬时值整理成第一传输报文，并将所述第一传输报文经所述仿真信号输出端通过电力系统通信网络分发到所述数据终端装置300；所述数据终端装置300解析所述第一传输报文得到开关量和模拟量瞬时值，并将与所述现场稳控装置400对应的开关量和模拟量瞬时值通过所述仿真信号接收端发送至所述现场稳控装置400；所述现场稳控装置400根据预设策略表执行控制策略动作并生成包含控制指令的第二传输报文，所述现场稳控装置400将所述第二传输报文依次通过所述数据终端装置300、所述数据分发装置200传输至所述实时仿真装置100，实现电力系统安全稳定控制系统的远程闭环测试。

本实用新型实施例中的所述实时仿真装置100及所述数据分发装置200均安装于实验室中，所述数据终端装置300及所述现场稳控装置400均安装于现场，由于所述数据分发装置200获取的是所述实时仿真装置100的开关量和模拟量的瞬时值，因此当所述现场稳控装置400接收到所述实时仿真装置100通过所述数据分发装置200及所述数据终端装置300传输的开关量和模拟量的瞬时值时，能根据开关量和模拟量的瞬时值执行相应的控制策略，并将控制指令经由所述数据终端装置300、所述数据分发装置200回传至所述实时仿真装置 100，因而能精确地测试出现场稳控装置400的动态变化，大大提高试验精确度。

具体地，所述实时仿真装置100为RTDS仿真装置。

在一种可选的实施方式中，所述数据终端装置300包括N台，N台所述数据终端装置300安装与电力系统的变电站或电厂，所述现场稳控装置400包括 N站；所述数据分发装置200的仿真信号输出端分别与N台所述数据终端装置300连接，N台所述数据终端装置300与N站所述现场稳控装置400一一对应地连接。

在一种可选的实施方式中，所述数据分发装置200采集所述实时仿真装置100经所述仿真结果输出端输出的开关量和模拟量瞬时值，将接收到的开关量和模拟量瞬时值整理成第一传输报文，具体为：所述数据分发装置200采集所述实时仿真装置100经所述仿真结果输出端输出的用于N站所述现场稳控装置 400进行仿真测试的开关量和模拟量瞬时值，将接收到的开关量和模拟量瞬时值通过图形化配置方法整理成第一传输报文，以使所述第一传输报文包含所述实时仿真装置100的输出量与N站所述现场稳控装置400的输入量的映射关系。

为了更清楚地描述将开关量和模拟量瞬时值通过图形化配置方法整理成第一传输报文的方法，请参阅图2，其是本实用新型实施例的一种用于稳控仿真测试的远程测试数据传输系统中的A站远程数据传输组织方法的示意图。所述数据分发装置200按照各站所述现场稳控装置400的实际所需的采样数据分别配置，将各站所述现场稳控装置400所需的采样数据通过图形化映射的方式生成配置脚本，下载到所述数据分发装置200中，从而形成到各个所述数据终端装置300的通信报文。具体实施如下：建立数据分发装置200的采样数据库，包含了所有采集元件的开关量和模拟量瞬时值，其中，模拟量以元件为单位封装为一个整体，即一个元件单位包含了该元件的三相电压和三相电流，而开关量则按照低位到高位的原则组成一个通信字；假定A站需要采集4路1，2，3， 4的交流量及其开关位置信号，并分别对应数据分发装置200元件单位5，6， 11，12以及开关量7，8，9，10，则第一传输报文中的帧格式如图2所示；完成后，通过解析软件生成相应的XML语言配置文本并下载到所述数据分发装置 200中，所述数据分发装置200根据该XML语言配置文本形成到各个所述数据终端装置300的第一传输报文；各站所述数据终端装置300的接收到的第一传输报文的帧格式参照稳控系统的通用规约格式，统一按照80个通信字的格式组成，报文头文具专用通信码和定义的通信地址生成，在报文帧中的固定序号为1；通信帧序号为连续的数值，在报文帧中的固定序号为2；报文CRC校验和为报文帧内容的CRC32校验和，在报文帧中的固定序号为80；帧内容包含了 72个模拟量和5个开关量通信字。本发明实施例通过图形化配置，有效解决了目前通信帧数据组织方法不能直观地观测通信帧报文内容，无法有效地监控通信报文传输的正确性导致效率低下的问题。

在一种可选的实施方式中，所述数据分发装置200的仿真信号输出端采用 FE-STM-1接口上行接入所述电力系统通信网络，N台所述数据终端装置300采用E1接口下行接入所述电力系统通信网络。

由于电力系统通信网络管理和运维需要，所述数据分发装置200与各个所述数据终端装置300仍需要采用2Mbps的专用或复接通道。在本实施例中，所述数据分发装置200的仿真信号输出端采用FE-STM-1接口上行接入所述电力系统通信网络，可将实验室到各站所述现场稳控装置400的多个2Mbps通信通道以FE-STM1的形式汇总上行，接入SDH设备上行STM-1接口板卡，直接接入电力系统通信主干网络。该方法替换了传统的E1接口，将所述数据分发装置 200与SDH设备的电连接变成了光连接，简化了系统接线，但仍能通过通信网管配置保持所述数据分发装置200和各个所述数据终端装置300之间的2Mbps 专用管道，使得位于现场的所述数据终端装置300的下行通信不受影响。

在一种可选的实施方式中，所述数据分发装置200的传输速率不小于1200 帧每秒。安装于实验室的所述数据分发装置200以不小于1200帧每秒采样速率采集RTDS仿真装置的输出量，并具备同时采集最大64个元件(线路/主变/ 机组等)的三相交流电压、电流模拟量以及最大200路开关量的能力，满足目前一个稳控系统的最大数据采集需求。因而能避免现有技术中对部分信息需要分帧复用的情况，通过一帧数据能传输测试过程所需的完整的数据，保证了数据传输的精度。

在一种可选的实施方式中，所述数据终端装置300的传输速率不小于1200 帧每秒。

所述数据分发装置200形成第一传输报文后，按照1200帧每秒的速率传输，即完全按照装置的采样速率传输数据。通信数据采用NRZ编码方式，根据通信带宽2Mbps计算每帧报文传输量L为：

L＝2048×1024/1200/16＝109

每帧报文理论上可传输109个模拟量，即最大可传输18个模拟量元件单位，由于目前单站的安全稳定控制装置策略相关部分一般不超过12个模拟量元件单位，因此，现有的通信带宽和通信速率完全可以满足现场的数据终端装置300的数据需求。

根据该实施例中的描述，一帧数据就可以传输所述数据分发装置200和各个所述数据终端装置300所需的全部数据，不需要对各种数据进行分帧复用；同时由于直接传输的是模拟量数据1200Hz采样的瞬时值，提高了数据传输的精度，可以精确反映模拟量在故障过程中的动态变化过程。

在一种可选的实施方式中，所述实时仿真装置100的仿真结果输出端包括模拟量输出板卡、开关量输出板卡、SV信号输出板卡及GOOSE信号输出板卡。

具体地，所述现场稳控装置400控制策略动作后，其控制命令以开关量信号的形式形成第二传输报文，经所述数据终端装置300回传到所述数据分发装置200，所述第二传输报文的格式及处理与所述第一传输报文相同。所述数据分发装置200接收到开关量信号，进行必要的确认延时，通过RTDS仿真装置的GOOSE信号输出板卡反馈回RTDS仿真装置，控制元件跳闸或切除，从而实现整个稳控系统的闭环动态测试，精确地反映了含位于现场的现场稳控装置 400控制策略的系统控制过程。

在一种可选的实施方式中，所述数据终端装置300包括数据缓存模块；所述数据缓存模块用于缓存所述数据分发装置200发送的第一传输报文。

在一种可选的实施方式中，在检测到所述电力系统通信网络发生丢帧或异常抖动时，将预先生成的预测值存入所述数据缓存模块中，以替换异常的所述第一传输报文中的模拟量；所述预测值是根据所述异常的第一传输报文的上一第一传输报文通过线性插值的方法预测幅值和相角，并将预测出的幅值和相角转化为所述异常的第一传输报文的瞬时值。

所述数据终端装置300接收到第一传输报文后，采用同发送侧相同的计算方法对报文头和CRC校验和进行帧正确性校验，校验通过后将开关量和模拟量瞬时值数据解析并还原输出。考虑到电力系统通信网络可能出现的通道延时抖动而造成的通信数据抖动或通信丢帧，若所述数据终端装置300的通信速率和 D/A输出速率都要求为1200Hz，D/A输出的模拟量瞬时值输出可能会出现错误或遗漏。因此本实施例采取以下措施对通信报文和接收的数据进行处理：

(1)通信帧报文序号。所述数据分发装置200在发送通信数据时加入通信帧报文序号FL。FL的初始值为0，范围为0～255；当发送一帧数据后，FL 加1，当FL计数达到255，下一个FL值从0继续开始。接收侧可以根据通信帧序号来判断数据的连续性。

(2)通信报文数据缓存。所述数据终端装置300开辟一个32级深度的数据缓存，存储接收的数据缓存，所述数据终端装置300根据通信帧报文序号FL 将通信数据连续存入数据缓存；装置在每个D/A输出的周期从缓存中读取数据，保证D/A数据的连续性。

(3)模拟量输出预测。所述数据终端装置300接收数据和输出数据的速率均为1200Hz，其主处理器DSP的中断也设置为0.833ms。一般来说，在通信不发生丢帧或异常抖动时，接收终端在每个中断中接收一帧数据，可以将相应的数据不加处理地直接通过D/A输出，就可以满足现场的所述现场稳控装置400 采样的需求；但是，当发生通信丢帧或异常抖动时，所述数据终端装置300接收的数据就会出现断续，从而造成所述现场稳控装置400采样异常。此时，就需要结合接收数据的规律对本中断输出的模拟量数据进行数据预测，保证模拟量数据D/A输出的连续性。

模拟量数据预测的具体方法是：所述数据终端装置300计算当前通道模拟量的幅值和相角，根据1200Hz的采样频率，通过线性插值的方法预测下一个点的采样值幅值和相角，并转化为当前中断接收数据的瞬时值；当检测到通信帧报文序号FL出现错误或丢失时，自动将该预测值存入模拟量缓存中，替换本中断所接收的通信数据，以保证缓存中模拟量数据的连续性和正确性；D/A 输出始终输出模拟量缓存的当前值。经过以上算法处理后，可以保证模拟量输出的稳定性和连续性，并能够有效躲过通道抖动和数据丢帧。对于开关量，解析时仅需要将对应的通信字按位解析出来，并在通道抖动过程中保持不变，直至接收到其状态发生变化为止，因其发生变位的误差不超过一个采样周期，对系统的性能影响不大。

开关量和模拟量瞬时值信号还原后，由于系统中主流的现场稳控装置400 的采样率都为1200Hz，因此必须保证D/A和I/O的输出频率不小于1200Hz，其数值通过信号电缆输入到被测试的现场稳控装置400中驱动相应的稳定控制策略。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过数据分发装置接收实时仿真装置发送的开关量和模拟量瞬时值，并将接收到的开关量和模拟量瞬时值发送至数据终端装置，数据终端装置再将开关量和模拟量瞬时值发送至现场稳控装置；现场稳控装置根据预设策略表执行控制策略动作，并将控制指令依次通过数据终端装置、数据分发装置回传至实时仿真装置，以实现测试系统的闭环测试，由于传输的是模拟量的瞬时值，且过程中未对现场实际运行的现场稳控装置中的软件进行修改，因而能精确地测试出稳控系统的动态变化，大大提高试验精确度。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。