CN110308343A - 适用于配网pmu装置及配网广域系统主站的测试平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适用于配网PMU装置及配网广域系统主站的测试平台，包括仿真目标机用于搭建并运行测试算例输出电力信号及开关状态信号；数字量输出模块用于将开关状态信号转化为开关量信号并输出至待测的配网广域系统主站；模拟量输出模块用于将电力信号转化为模拟量信号并将模拟量信号输出；功率放大器用于对模拟量信号进行功率放大处理并将功率放大处理后的模拟量信号输出至待测的配网PMU装置，以使配网PMU装置基于模拟量信号计算得到电力信号计算值并将电力信号计算值输出至待测的配网广域系统主站；GPS装置用于提供时间脉冲。该测试平台不仅能够对配网PMU装置进行更接近实际的测试，还能够实现对配网广域系统主站的测试。

Description

适用于配网PMU装置及配网广域系统主站的测试平台

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种适用于配网PMU装置及配网广域系统主站的测试平台。

背景技术

同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)已在配电网中的变电站、配电房、杆塔、新能源并网点推广应用。主网PMU的高级应用主要集中在监测，配网PMU相较于主网PMU，增加了故障诊断、故障定位、源网荷协调控制、平滑新能源波动、提升配网电压合格率等功能，故对配网PMU的性能有更高的要求。同步相量测量算法的精度测试涉及到稳态，动态以及暂态的测试。稳态即电力系统处于相对稳定的状态，此时电力信号可以认为是纯正弦的电力信号，这样同步相量测量算法使用传统的傅里叶变换算法(DiscreteFourier Transform，DFT)即可以获得很高的精度；动态即电力系统受到小干扰，反映到电力信号上即电力信号非纯正弦信号，可能叠加有谐波、间谐波甚至衰减直流分量，此时同步相量测量算法需要处理这些干扰，否则无法准确获取基波正弦分量；暂态即电力系统受到大干扰，包括发生短路、电压暂降暂升等，反映到电力信号上即电力信号有阶跃，此时需要同步相量测量算法有识别阶跃信号的能力并进行相应处理。

当前，针对同步相量测量算法的测试的研究较多，但是当前的测试方式未考虑配电网的实际情况，仅利用电力信号已知的数学模型进行测试，因此无法适应配网现场的应用。因此，亟需更全面更接近实际的测试方法，进行同步相量测量装置及测量算法的性能验证。

另外，目前配电网广域测量控制系统主站方面已有集成状态估计、故障诊断与定位、源网荷协调控制等多种高级应用的功能。而由于这些高级应用直接关系到配电网的安全，需要经过严格的全面的测试方能投入现场使用，但是，目前缺乏相应的测试平台。

有鉴于此，如何提供一种测试方案以解决上述技术缺陷是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种适用于配网PMU装置及配网广域系统主站的测试平台，不仅能够对配网PMU装置进行更接近实际的测试，还能够实现对配网广域系统主站的测试。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种测试平台，包括：

仿真目标机，用于搭建测试算例并运行所述测试算例输出电力信号以及开关状态信号；

数字量输出模块，用于将所述开关状态信号转化为开关量信号并输出所述开关量信号至待测的配网广域系统主站；

模拟量输出模块，用于将所述电力信号转化为模拟量信号并将所述模拟量信号输出至功率放大器；

所述功率放大器，用于对所述模拟量信号进行功率放大处理并将功率放大处理后的模拟量信号输出至待测的配网PMU装置，以使所述配网PMU装置基于所述模拟量信号以及时间脉冲计算得到电力信号计算值并将所述电力信号计算值输出至所述配网广域系统主站；

GPS装置，用于为所述配网PMU装置提供所述时间脉冲。

可选的，还包括：分别连接所述功率放大器以及所述配网广域系统主站的配网装置。

可选的，所述配网装置包括测控保护装置、DTU装置以及FTU装置。

可选的，所述测试算例包括：

变电站、T接线路、架空线路、架空线路与电缆混合线路，以及分布式电源、电动汽车充电桩、柔性负荷中的任一项或任意组合。

可选的，所述仿真目标机为RT-LAB仿真目标机。

可选的，所述数字量输出模块为32通道且带有时标的数字量输出模块。

可选的，所述模拟量输出模块为16通道且各所述通道的转化速率为1MS/s的模拟量输出模块。

可选的，还包括：

处理器，用于分析所述电力信号与所述电力信号计算值得到所述配网PMU装置的测试结果。

本申请所提供的测试平台，包括仿真目标机，用于搭建测试算例并运行所述测试算例输出电力信号以及开关状态信号；数字量输出模块，用于将所述开关状态信号转化为开关量信号并输出所述开关量信号至待测的配网广域系统主站；模拟量输出模块，用于将所述电力信号转化为模拟量信号并将所述模拟量信号输出至功率放大器；所述功率放大器，用于对所述模拟量信号进行功率放大处理并将功率放大处理后的模拟量信号输出至待测的配网PMU装置，以使所述配网PMU装置基于所述模拟量信号以及时间脉冲计算得到电力信号计算值并将所述电力信号计算值输出至所述配网广域系统主站；GPS装置，用于为所述配网PMU装置提供所述时间脉冲。

可见，本申请所提供的测试平台，既能够对配网PMU装置进行更接近实际的测试，又能够实现对配网广域系统主站的测试。具体而言，可通过仿真目标机搭建基于实际配电网的测试算例并运行该测试算例输出电力信号以及开关状态信号，进一步经由信号转化以及功率放大处理后，输出开关量信号至配网广域系统主站，输出模拟量信号至配网PMU装置，从而配网PMU装置根据该测试算例下的模拟量信号计算得到对应的电力信号计算值，于是分析仿真目标机输出的电力信号以及配网PMU装置计算得到的电力信号计算值即可得到配网PMU装置的测试结果。此外，在配网PMU装置计算得到电力信号计算值的基础上，配网PMU装置进一步将该电力信号计算值输出至配网广域系统主站，进而分析配网广域系统主站在接收开关量信号以及电力信号计算值后的动作即可得到配网广域系统主站的测试结果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种测试平台的示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种测试算例的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种Simulink图；

图4为本申请实施例所提供的另一种测试平台的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种测试平台，不仅能够对配网PMU装置进行更接近实际的测试，还能够实现对配电网广域测量控制平台主站的测试。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种测试平台的示意图；参考图1，该测试平台包括：仿真目标机10、数字量输出模块20、模拟量输出模块30、功率放大器40以及GPS装置50；

具体的，较之采用已知电力信号的数学模型测试配网PMU装置的传统测试方案，本申请所提供的测试平台旨在实现对配网PMU装置进行更接近实际的测试，以满足适应配电网现场应用的需求。为此，本申请所提供的测试平台设置有仿真目标机10，该仿真目标机10主要用于搭建配电网测试案例并通过运行所搭建的测试算例输出相关的电力信号以及开关状态信号；其中，仿真目标机10所输出的电力信号是提前未知的，从而基于此提前未知的电力信号对配网PMU装置进行测试。其中，上述仿真目标机10可以为RT-LAB仿真目标机10、RTDS仿真目标机10等。

在一种具体的实施方式中，上述仿真目标机10为RT-LAB仿真目标机10。

具体的，RT-LAB仿真目标机10是一套工业级的系统半实物实时仿真平台，可以直接将利用MATLAB/Simulink建立的数学模型应用于实时仿真，并可接入相关的测量、控制以及保护装置。且RT-LAB仿真目标机10支持多速率和XHP模式、API高级编程接口，电力信号的波形可在线显示。由此，本实施例选用RT-LAB仿真目标机10作为测试平台的基础进行测试算例的搭建与仿真，既能够实现配网广域系统主站各类高级应用MATLAB程序的在线校核，也可以实现配网PMU装置以及广域测量控制系统主站的硬件在环测试。

此外，在一种具体的实施方式中，上述测试算例包括变电站、T接线路、架空线路、架空线路与电缆混合线路，以及分布式电源、电动汽车充电桩、柔性负荷中的任一项或任意组合。

具体的，本实施例充分考虑配电网现场运行可能出现的各种运行场景，以及结合配网广域系统主站的功能，提供了一种具体的测试算例，具体包含有：变电站，从而可以通过测试变电站下网点的功率，验证配网广域系统主站的高级应用中的源网荷协调控制的有效性；分布式电源、电动汽车充电桩、柔性负荷中的任一项或任意组合，例如，包含分布式电源，从而可以测试配网广域系统主站在源网荷协调控制时能否平滑新能源波动。此外，测试算例中还包括T接线路、架空线路以及架空与电缆混合线路，以测试配网广域系统主站的故障定位与诊断的正确性。其中，架空与电缆混合线路可通过配置电阻、电感值等线路参数实现。

以测试算例包含3个变电站以及3个光伏为例：参考图2所示的测试算例的示意图及其对应的如图3所示的Simulink图。其中的节点4、21、24即为T接线路中的节点，节点1、2、3为光伏。进一步，以测试配网PMU装置暂态时的性能为例，可通过参数配置设置节点0至节点4的首端发生三相短路故障，节点4至节点6的末端发生三相短路故障。从而可将仿真目标机10输出的节点0实际的电力信号，包括电压信号、电流信号以及节点5实际的电压信号、电流信号输出给待测的配网PMU装置，从而待测的配网PMU装置基于节点0及节点5的电力信号计算得到相应的电力信号计算值。从而通过对比实际的电压信号与计算得到的电压信号即可得到配网PMU装置暂态时性能的测试结果。

数字量输出模块20连接仿真目标机10以及待测的配网PMU装置，主要负责将仿真目标机10输出的节点的开关状态信号转化为开关量信号并输出开关量信号至配网广域系统主站。其中，节点若对应有配网PMU装置，则该节点对应的开关量信号可经由配网PMU装置输出至配网广域系统主站。而对于未对应有配网PMU装置的节点，其对应的开关量信号则直接由数字量输出模块20输出至配网广域系统主站。

其中，在一种具体的实施方式中，上述数字量输出模块20为32通道且带有时标的数字量输出模块，另外，还具有光隔离，其电压可具体为5V至30V。

当然，上述数字量输出模块20的具体类型仅为本申请所提供的一种实施方式，而非唯一限定，具体可根据实际需要进行差异性设置。

此外，测试系统还可设置有数字量输入模块，以利用此数字量输入模块实现配网广域系统主站输出开关量信号至仿真目标机10的目的，以实现对相关节点的开关状态的控制。该数字量输入模块同样可以为32通道且带有时标的数字量输入模块，另外，还可具有光隔离，其电压可具体为4V至30V。

模拟量输出模块30分别连接仿真目标机10与功率放大器40，用于将仿真目标机10运行测试算例而输出的电力信号(电压信号、电流信号)转化为模拟量信号并将模拟量信号输出至功率放大器40。

其中，在一种具体的实施方式中，上述模拟量输出模块30为16通道且各所述通道的转化速率为1MS/s的模块。同样，上述数字量输出模块20的具体类型仅为本申请所提供的一种实施方式，而非唯一限定，具体可根据实际需要进行相适应的设置。

经模拟量输出模块30转化得到的模拟量信号的幅值较小，无法满足测试需要，因此本申请所提供的测试平台设置有功率放大器40，从而利用此功率放大器40对模拟量输出模块30所输出的模拟量信号进行功率放大处理并将功率放大处理后的模拟量信号输出至待测的配网PMU装置。进而待测的配网PMU装置根据模拟量信号计算得到电力信号的幅值、相角、绝对相位等电力信号计算值，以及进一步将电力信号计算值输出至配网广域系统主站，配网广域系统主站接收此电力信号计算值以及开关量信号后执行相关的动作，通过下行规约控制相关的设备，从而，分析配网广域系统主站的行为即可得到测控保护系统主站的测试结果，例如，得到测控保护系统主站能否平滑新能源波动等的测试结果。

由于，配网PMU装置的数据带有全网统一的时标，且配网PMU装置可以根据仿真目标机10输出的电力信号对应的模拟量信号计算得到电力信号的绝对相位，因此，本申请所提供的测试平台设置有GPS装置40，从而利用此GPS装置40为配网PMU装置提供时间脉冲，即提供时间参考。

进一步，参考图4所示，为更加真实的反应电力系统的实际运行状态，在一种具体的实施方式中，测试平台还包括：分别连接功率放大器40以及配网广域系统主站的配网装置50。其中，可选的，配网装置50可以包括测控保护装置、DTU装置以及FTU装置。测控保护装置、DTU装置以及FTU装置均分别连接功率放大器40以及待测的配网广域系统主站，从而，一方面，利用测控保护装置、DTU装置以及FTU装置构造更加真实的配电网应用场景；另一方面，根据实际需要还可以实现对测控保护装置、DTU装置以及FTU装置等配网装置50的测试。

进一步，为提高测试结果的分析效率，在一种具体的实施方式中，测试平台还包括：处理器，用于分析电力信号与电力信号计算值得到配网PMU装置的测试结果。

具体的，在仿真目标机10运行配网测试算例得到实际的电力信号以及配网PMU装置计算得到电力信号计算值的基础上，本实施例采用了自动分析得到测试结果的方式，即利用处理器自动对电力信号与电力信号计算值进行比对分析，得到测试结果，从而较之人工分析的方式，可以极大的提高分析效率。

综上所述，本申请所提供的测试平台，既能够对配网PMU装置进行更接近实际的测试，又能够实现对配网广域系统主站的测试。具体而言，可通过仿真目标机搭建基于实际配电网的测试算例并运行该测试算例输出电力信号以及开关状态信号，进一步经由信号转化以及功率放大处理后，输出开关量信号至配网广域系统主站，输出模拟量信号至配网PMU装置，从而配网PMU装置根据该测试算例下的模拟量信号计算得到对应的电力信号计算值，于是分析仿真目标机输出的电力信号以及配网PMU装置计算得到的电力信号计算值即可得到配网PMU装置的测试结果。此外，在配网PMU装置计算得到电力信号计算值的基础上，配网PMU装置进一步将该电力信号计算值输出至配网广域系统主站，进而分析配网广域系统主站在接收开关量信号以及电力信号计算值后的动作即可得到配网广域系统主站的测试结果。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、装置以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦写可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的测试平台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于配网PMU装置及配网广域系统主站的测试平台，其特征在于，包括：

仿真目标机，用于搭建测试算例并运行所述测试算例输出电力信号以及开关状态信号；

数字量输出模块，用于将所述开关状态信号转化为开关量信号并输出所述开关量信号至待测的配网广域系统主站；

模拟量输出模块，用于将所述电力信号转化为模拟量信号并将所述模拟量信号输出至功率放大器；

所述功率放大器，用于对所述模拟量信号进行功率放大处理并将功率放大处理后的模拟量信号输出至待测的配网PMU装置，以使所述配网PMU装置基于所述模拟量信号以及时间脉冲计算得到电力信号计算值并将所述电力信号计算值输出至所述配网广域系统主站；

GPS装置，用于为所述配网PMU装置提供所述时间脉冲。

2.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，还包括：分别连接所述功率放大器以及所述配网广域系统主站的配网装置。

3.根据权利要求2所述的测试平台，其特征在于，所述配网装置包括测控保护装置、DTU装置以及FTU装置。

4.根据权利要求3所述的测试平台，其特征在于，所述测试算例包括：

变电站、T接线路、架空线路、架空线路与电缆混合线路，以及分布式电源、电动汽车充电桩、柔性负荷中的任一项或任意组合。

5.根据权利要求4所述的测试平台，其特征在于，所述仿真目标机为RT-LAB仿真目标机。

6.根据权利要求5所述的测试平台，其特征在于，所述数字量输出模块为32通道且带有时标的数字量输出模块。

7.根据权利要求6所述的测试平台，其特征在于，所述模拟量输出模块为16通道且各所述通道的转化速率为1MS/s的模拟量输出模块。

8.根据权利要求7所述的测试平台，其特征在于，还包括：

处理器，用于分析所述电力信号与所述电力信号计算值得到所述配网PMU装置的测试结果。