一种抽水蓄能电站控制软件自动调试系统及方法与流程

本发明涉及一种抽水蓄能电站控制软件自动调试系统及方法，属于电力系统技术领域。

背景技术：

抽水蓄能电站不仅具有调峰填谷的静态效益，还具有黑启动、调频调相、事故备用等多项动态效益，以其独特的优势在电网安全、稳定运行中发挥着重要作用。抽水蓄能电站AGC/AVC控制软件安全可靠运行是关键环节，然而控制软件开发和调试过程的现状不容乐观。软件测试方面，软件开发人员在软件开发完成或软件版本升级后，要么无规范的软件测试方案，即使有，进行完整测试需耗费大量的时间和精力。工程调试方面，工程调试人员在动态试验前，需进行离线调试。要么无规范的调试方案，即使有，调试过程耗费大量的时间和精力，工程调试人员往往由于自身经验的限制，有意无意间省略一些测试步骤，尤其是一些边界条件未做测试，埋下隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种抽水蓄能电站控制软件自动调试系统及方法，通过分析调试规范、总结人工调试经验，抽象并定义了运行方式集、优化策略集、工作场景集和异常信号集等要素，通过场景法将上述要素有机结合，并采用正交试验设计方法优化生成工作场景集，实现批量化、自动化、全功率范围、全切换流程的自动化调试，为软件开发人员和工程调试人员提供灵活简捷的自动调试工具，有效提高了抽水蓄能电站控制软件的测试和调试效率，提高了抽水蓄能电站AGC/AVC控制功能的运行安全。

为解决上述技术问题，本发明提供一种抽水蓄能电站控制软件自动调试系统，包括变量管理模块、场景控制模块、评估模块、运行模块、组态模块和装置通讯模块；

所述变量管理模块用于内存数据库的管理；变量管理模块分别与场景控制模块、评估模块、运行模块、组态模块和装置通讯模块进行信息交互；

场景控制模块，用于使能预先生成的场景预置脚本根据运行方式集和优化策略集，生成测试初始场景；用于使能预先生成的事件生成脚本根据工作场景集，产生相关事件，验证控制策略的有效性；用于使能预先生成的异常生成脚本根据异常信号集，产生异常信号，验证安全策略的有效性；用于使能预先生成的仿真计算脚本进行机组开停机过程和负荷变化的仿真，上下库水位的仿真，一次调频的仿真；

评估模块，用于根据控制策略规则判断控制策略的有效性，根据安全策略规则判断安全策略的有效性，同时输出评估报告；

运行模块，用于由配置信息自动生成调试界面；用于展示当前的调试过程和回放以往的调试过程；

组态模块，用于生成组态文件，并支持通过装置通讯模块下载与上传组态文件；

装置通讯模块，与待测控制软件接口连接，用于待测控制软件与自动调试系统之间的通讯。

抽水蓄能电站控制软件自动调试系统的自动调试方法，包括以下步骤：

1）场景控制模块使能预先生成的场景预置脚本根据运行方式集和优化策略集，生成测试初始场景；当测试初始场景满足全厂AGC/AVC投入运行的条件时，执行步骤2）和3）；

2）场景控制模块使能预先生成的事件生成脚本根据工作场景集，产生相关事件，评估模块验证控制策略的有效性；

3）场景控制模块使能预先生成的异常生成脚本根据异常信号集，产生异常信号，评估模块验证安全策略的有效性。

前述的步骤1）中，运行方式集和优化策略集的每一种组合，构成一个测试初始场景，用于运行方式切换扰动的测试。

前述的运行方式集包括：全厂AGC/AVC投入或退出；控制权在电厂、调度或集控；控制指令为定值或曲线方式；控制目标为功率跟踪或频率跟踪或电压跟踪；自动负荷分配使能或禁止；自动开停机使能或禁止；全厂水头处于高水头、中水头或低水头；单台机组AGC/AVC投入或退出；单台机组检修与否。

前述的优化策略集包括：与容量成比例原则；等微增率原则；多目标规划原则；动态规划原则；等功率因数原则；等相似裕度原则。

前述的步骤2）中，工作场景集由控制令变化类型、控制过程类型和控制结果类型三要素构成；

所述控制令变化类型包括全厂控制令变化，非AGC/AVC机组控制令变化和全厂控制令无变化；

所述控制过程类型包括全厂控制令落在联合振动区；常规负荷调节过程；全厂机组负荷转移过程；机组开停机过程和机组一次调频动作过程；

所述控制结果类型包括全厂负荷调整到位；全厂负荷调整超时；全厂负荷调整到位之后机组出力偏离目标值和机组长时间落在振动区。

前述的三要素的每一种组合，构成一个工作场景，应用正交试验设计方法，构成3个因素、5个水平的试验，将3个因素、5个水平代入正交表L₁₅（5⁴），去除不成立的组合，得到工作场景集。

前述的步骤2）中，评估模块验证控制策略的有效性是指，每个工作场景预定义相应的控制策略规则，评估模块由测试记录读取待测控制软件的操作结果，根据该工作场景对应的控制策略规则判断操作结果反映的控制策略的有效性，输出评估结果。

前述的步骤3）中，异常信号集包括：输入参数无效，输入参数相互矛盾，运行方式限制，输出结果不合理，硬件系统异常，电站事故，系统事故和运行方式转换扰动；安全策略包括：全厂AGC/AVC退出，单台机组AGC/AVC退出，全厂AGC/AVC挂起。

前述的步骤3）中，评估模块验证安全策略的有效性是指，每个异常信号预定义相应的安全策略规则，评估模块由测试记录读取待测控制软件的异常处理结果，根据该异常信号对应的安全策略规则判断异常处理结果反映的安全策略的有效性，输出评估结果。

本发明所达到的有益效果：

本发明采用场景法将运行方式集、优化策略集、工作场景集、异常信号集等要素有机结合，一方面能够自动生成测试用例用于发现控制软件中可能存在的缺陷，另一方面，用尽可能少的测试用例对软件进行了尽可能全面的测试，满足了控制软件自动调试的要求。

附图说明

图1是本发明的抽水蓄能电站控制软件自动调试方法的实施步骤图；

图2是本发明的抽水蓄能电站控制软件自动调试系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明的抽水蓄能电站控制软件自动调试系统由变量管理模块、场景控制模块、评估模块、运行模块、组态模块和装置通讯模块组成。

变量管理模块，用于内存数据库的管理；变量管理模块分别与场景控制模块、评估模块、运行模块、组态模块和装置通讯模块进行信息交互；

场景控制模块，用于使能预先生成的场景预置脚本根据运行方式集和优化策略集，生成测试初始场景；用于使能预先生成的事件生成脚本根据工作场景集，产生相关事件，验证控制策略的有效性；用于使能预先生成的异常生成脚本根据异常信号集，产生异常信号，验证安全策略的有效性；用于使能预先生成的仿真计算脚本进行机组开停机过程和负荷变化的仿真，上下库水位的仿真，一次调频的仿真等；

评估模块，用于根据控制策略规则判断控制策略的有效性，根据安全策略规则判断安全策略的有效性，同时输出评估报告；

运行模块，用于由配置信息自动生成调试界面；用于展示当前的调试过程和回放以往的调试过程等；

组态模块，用于生成组态文件，并支持通过装置通讯模块下载与上传组态文件；

装置通讯模块，用于与待测控制软件接口。

本发明的自动调试系统与待测控制软件进行信息交互。自动调试系统输出测试初始场景数据；自动调试系统输出事件数据（如全厂控制令），接收待测控制软件的操作结果（自动开停机指导、各机组负荷分配设值），反馈仿真计算数据（如各机组工况变化值、功率变化值）；自动调试系统输出异常信号数据，接收待测控制软件的异常处理结果（如异常告警、异常退出信号等）；自动调试系统以可视化方式展示整个调试过程，也可回放以往的调试过程。

如图1所示，本发明的自动调试系统自动调试方法的具体流程为：

1）根据运行方式集和优化策略集，生成测试初始场景

场景控制模块使能预先生成的场景预置脚本根据运行方式集和优化策略集，生成测试初始场景。

其中，运行方式集包括：全厂AGC/AVC投入或退出；控制权在电厂、调度或集控；控制指令为定值或曲线方式；控制目标为功率跟踪或频率跟踪或电压跟踪；自动负荷分配使能或禁止；自动开停机使能或禁止；全厂水头处于高水头、中水头或低水头；单台机组AGC/AVC投入或退出；单台机组检修与否等。

优化策略集包括：与容量成比例原则；等微增率原则；多目标规划原则；动态规划原则；等功率因数原则；等相似裕度原则。

运行方式集和优化策略集的每一种组合，构成一个测试初始场景，用于运行方式切换扰动的测试。当测试初始场景满足全厂AGC/AVC投入运行的条件时，可执行步骤2）和3）的内容。

2）根据工作场景集，产生相关事件，验证控制策略的有效性

场景控制模块使能预先生成的事件生成脚本根据工作场景集，产生相关事件，验证控制策略的有效性。

其中，工作场景集由控制令变化类型、控制过程类型和控制结果类型三要素构成。

控制令变化类型包括全厂控制令变化，非AGC/AVC机组控制令变化和全厂控制令无变化。

控制过程类型包括全厂控制令落在联合振动区；常规负荷调节过程；全厂机组负荷转移过程；机组开停机过程和机组一次调频动作过程。

控制结果类型包括全厂负荷调整到位；全厂负荷调整超时；全厂负荷调整到位之后机组出力偏离目标值和机组长时间落在振动区。

上述三要素的每一种组合，构成一个工作场景。应用正交试验设计方法，构成3个因素、5个水平的试验，可选正交表L₁₅（5⁴）。将上述3个因素、5个水平代入正交表L₁₅（5⁴），且去除不成立的组合，得到工作场景集。

例如，场景1为“全厂控制令变化+常规负荷调节过程+全厂负荷调整到位”，场景2为“全厂控制令变化+全厂控制令落在联合振动区+全厂负荷调整到位”，场景3为“全厂控制令变化+全厂机组负荷转移过程+全厂负荷调整到位”，场景4为“全厂控制令变化+机组开停机过程+全厂负荷调整到位”，场景5为“全厂控制令变化+机组一次调频动作+全厂负荷调整到位”。全厂有功控制令在区间[PSET_REMOTE_MIN,PSET_REMOTE_MAX]连续取值，包括负荷增减两个方向，推荐△Pset=min{30,10%* PSET_REMOTE_MAX ,PSET_REMOTE_MAXRATE}。其中PSET_REMOTE_MIN为全厂有功设值下限，PSET_REMOTE_MAX为全厂有功设值上限，PSET_REMOTE_MAXRATE为全厂有功设值与实发值的差值，△Pset为全厂有功控制令变化步长。场景1~4根据机组有功分配值或开停机指导结果，分别调用机组负荷变化仿真、机组开停机过程仿真等仿真处理。场景5则调用一次调频过程仿真处理。

每个工作场景预定义相应的控制策略规则。评估模块由测试记录读取待测控制软件的操作结果，根据该工作场景对应的控制策略规则判断操作结果反映的控制策略的有效性，输出评估结果。例如，场景1为“全厂控制令变化+常规负荷调节过程+全厂负荷调整到位”，对应的控制策略规则为：当全厂控制令变化大于小负荷分配限值时，在当前机组运行区间内按照大负荷分配优化策略进行各机组负荷分配；否则，应采用小负荷分配原则，即对应机组的调节余量排序，确定机组优先级和需要参与小负荷分配的机组台数，再完成小负荷差额分配。如果测试记录中的操作结果反映有机组穿越振动区，不符合场景1对应的控制策略规则，则待测控制软件的控制策略无效。

3）根据异常信号集，产生异常信号，验证安全策略的有效性

场景控制模块使能预先生成的异常生成脚本根据异常信号集，产生异常信号，验证安全策略的有效性。

异常信号集包括：输入参数无效，输入参数相互矛盾，运行方式限制，输出结果不合理，硬件系统异常，电站事故，系统事故，运行方式转换扰动等。

安全策略包括：全厂AGC/AVC退出，单台机组AGC/AVC退出，全厂AGC/AVC挂起等。

例如，输入参数无效可分为机组有功功率测值非法或异常，系统频率测值非法或异常，机组水头测值非法或异常，控制指令连续多次无效等情况；输入参数相互矛盾可包括机组有功功率与机组工况状态不一致；运行方式限制可分为无机组参加AGC/AVC，机组检修标记投入，机组功率不可调等情况。

每个异常信号预定义相应的安全策略规则。评估模块由测试记录读取待测控制软件的异常处理结果，根据该异常信号对应的安全策略规则判断异常处理结果反映的安全策略的有效性，输出评估结果。例如，“发电/抽水机组有功功率测值非法或异常”对应的安全策略规则为：全厂AGC退出且相应机组AGC退出。如果测试记录中的异常处理结果不符合该异常信号对应的安全策略规则，则待测控制软件的安全策略无效。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。