一种电力系统宽频测量主动测试方法及系统与流程

1.本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种电力系统宽频测量主动测试方法及系统。


背景技术：

2.随着新能源大规模并网、特高压直流输电和智能电网的快速发展，新型电力电子设备正在取代传统电力设备广泛应用于电力系统发、输、变、配、用电各领域，电网在源、网、荷各环节均呈现明显的电力电子化特征。电力电子设备的广泛应用提升了电网资源优化配置能力，使得可再生能源并网控制和运行更为灵活，系统快速控制能力大大增强，但同时也改变了电力系统的机理特性和运行控制方式，带来了新的安全稳定问题，尤其是低频振荡、次/超同步振荡现象日益增多，对电力系统的安全、稳定、经济运行造成极大的影响。因此为提高动态稳定监测和谐波监测分析能力，为电力系统实时动态监测系统构建基波相量、谐波相量分布、振荡源定位、振荡传导路径等功能提供数据支撑，需在重要的变电站、发电厂、光伏电站、风电厂等稳定问题较为突出的电源并网点及线路侧安装宽频测量装置。电力系统宽频测量系统架构如图1所示。
3.在图1中，电力系统宽频测量主站主要是指安装在各级调度中心的计算机系统及软件，用于接收、转发子站动态数据，并完成存储、管理、分析、告警、决策等高级应用功能。宽频测量厂站端装置包括宽频测量处理单元和宽频测量处理装置。宽频测量处理单元是厂站端宽频测量数据接收、存储和转发的装置，其向下可最多接入8台宽频测量处理装置。宽频测量处理装则是电网信号的测量、计算、监测单元，它可实时计算、监测0-2500hz以内的谐波、间谐波分量，并实现次/超同步振荡告警。
4.数据准确性是衡量宽频测量系统最重要的指标。因此厂站端宽频测量装置在投运前，必须通过试验的方式和电力系统调度中心进行数据准确性核对。随着投运后运行工况的改变，如果需要再次确认宽频测量装置的数据准确性，则通常有两种方案来进行校验。一种方案是申请停电，获得调度中心批准后，再通过试验的方式和电力系统调度中心进行数据准确性核对。该方案的优点是可以从硬件到软件完整验证宽频测量装置的数据准确性，缺点是耗时长，需要对每台装置的所有间隔进行人工核对，且需进行ct封堵等工作，耗费大量人力、物力，还需要等待合适的停电窗口，不能及时响应主站的数据准确性核对要求。另一种方案是不停电，由调用中心调取或者宽频测量装置厂家专业人员到现场后获取装置内的连续录波文件及动态录波文件，通过离线的方式验证上述两个文件在同一段时刻内数据的一致性，进而判断宽频测量装置监测数据的准确性。该方案的优点是耗时短，无需进行ct封堵，不需耗费大量人力、物力，缺点是必须进行离线分析，且一般需要厂家专业人员到达现场后操作。


技术实现要素：

5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
6.根据本发明的第一个方面，提供了一种电力系统宽频测量主动测试方法，包括如下步骤：
7.由宽频测量主站通过离线数据帧下发宽频测量测试校验文件至宽频测量装置；
8.宽频测量装置收到所述宽频测量测试校验文件后，在测试启动时刻开始采用宽频测量测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算，，得到测试实时数据并发送给所述宽频测量主站；
9.所述宽频测量主站对接收到的测试实时数据进行数据准确性判断；
10.判断是否到达测试结束时间，如果否，则重新回到采用宽频测量测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算的步骤；如果是，则宽频测量装置结束主动测试。
11.进一步地，所述测试校验文件包括被测装置标识、被测试通道名称、测试起始时间、测量信号波形点数、测试信号波形数据、和/或文件校验码。
12.进一步地，所述宽频测量主站与宽频测量装置之间采用tcp链接传输数据，宽频测量主站是tcp客户端，宽频测量装置是tcp服务端，离线数据帧端口是9600；所述宽频测量主站按照如下步骤向宽频测量装置下发宽频测量测试校验文件：
13.所述宽频测量主站主动链接宽频测量装置的9600端口，建立链接后，所述宽频测量主站下发宽频测量装置主动在线测试命令；
14.宽频测量装置收到该主动在线测试命令后，即进入接收主动测试波形文件状态，首先记录主动测试开始时刻t1、测试数据波形文件总数据点数n、测试数据波形文件帧数k、主站下发的每帧测试数据波形文件数据帧中包含的测试数据字节数p，其次返回主动在线测试命令成功接收报文给宽频测量主站；
15.宽频测量主站收到宽频测量装置发送的主动在线测试命令成功接收报文后，下发宽频测量测试校验文件。
16.进一步地，所述宽频测量测试校验文件由主站根据《qgdw10131-2017电力系统实时动态监测技术规范》中规定的各类测试模型规定的数学公式生成。
17.进一步地，所述数学公式为一种带有谐波、间谐波信号分量的数据公式，如式1所示：
[0018][0019]
式1中fs为采样频率，f0为基波频率，fi为各次谐波、间谐波信号分量的频率，为基波信号初相角，为各次同步振荡分量的初相角，a为基波的幅值，δai为各次谐波、间谐波信号分量幅值，k为第k次信号分量，t为时刻点，n是所述宽频测量测试校验文件中的数据点数。
[0020]
进一步地，所述宽频测量主站根据接收到的测试实时数据的预设标志位判断当前实时数据是否为宽频测量装置根据所述宽频测量测试校验文件计算得到的主动测试上传数据，如果是则进行数据准确性判断。
[0021]
进一步地，所述进行数据准确性判断包括如下步骤：
[0022]
所述宽频测量主站将接收到宽频测量装置的实际测量值与测试波形的理论测量值进行对比校验，即可验证宽频测量装置测量的准确性。
[0023]
根据本发明的第二个方面，提供了一种电力系统宽频测量主动测试系统，包括：
[0024]
宽频测量主站；
[0025]
宽频测量装置；
[0026]
所述宽频测量主站与宽频测量装置之间交互以执行根据第一方面所述的宽频测量主动测试方法。
[0027]
本发明的优点在于：本发明是一种实时、在线、快速、简单可行的电力系统宽频测量数据准确性主动校验测试方法，可及时响应电力调度中心的数据校验需求，无需厂家专业人员到现场操作，耗时短，且无需进行ct封堵等工作，无需停电申请，大大减轻了宽频测量装置数据准确性校验的工作量，是一种便捷、可靠的电力系统宽频测量数据准确性主动校验测试方案。
附图说明
[0028]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0029]
附图1示出了现有技术中宽频测量系统架构图。
[0030]
附图2示出了根据本发明实施方式的宽频测量数据准确性主动校验测试基本流程图。
[0031]
附图3示出了根据本发明实施方式的宽频测量装置计算数据源示意图。
具体实施方式
[0032]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0033]
针对现场已投入运行的宽频测量装置测量准确性在线校验手段缺失的问题，本发明提出了一种电力系统宽频测量准确性主动在线测试系统和方法：
[0034]
本发明提出一种实时、在线的电力系统宽频测量数据准确性主动校验测试方法的基本流程如图2所示。由电力调度中心宽频测量主站通过离线文件管道下发宽频测量测试校验文件至厂站端宽频测量装置，测试校验文件包括被测装置标识、被测试通道名称、测试起始时间、测量信号波形点数、测试信号波形数据、文件校验码等信息，宽频测量装置收到测试校验文件后，在测试启动时刻开始采用测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算，到达测试结束时间后再切换回装置实采波形数据计算。对规范《qgdw 12214-2022电力系统宽频测量装置技术规范》附表a.1定义的宽频测量装置上送的实时相量数据帧状态字进行扩展，修改bit09-07定义为0001：标明该数据帧为主动测试上传数据帧。因此测试期间宽频测量装置发送至调度宽频测量主站的实时数据帧中第9-7位值置为0001，此时调度宽频测量主站系统软件将接收到宽频测量装置实际测量值与测试波形的理论测量值进行对比校验，即可验证宽频测量装置测量的准确性。
[0035]
宽频测量主站与厂站装置之间采用tcp链接传输数据，宽频测量主站是tcp客户端，厂站宽频测量装置是tcp服务端，离线数据帧端口是9600。主站按照如下步骤向厂站宽
频测量装置下发测试数据校验文件：
[0036]
1、厂站在9600端口监听主站的链接，主站主动链接厂站宽频测量装置9600端口，建立链接后，主站下发宽频测量装置主动在线测试命令。宽频测量装置主动在线测试命令报文定义如表1所示。
[0037]
表1宽频测量装置主动在线测试命令报文帧定义
[0038]
[0039][0040]
主站下发的测试数据校验文件中，每个测试数据点都是16位有符号整数，因此表1中的frame_num字段的值可根据测试数据波形文件中含有的测试点总数、主站下发的测试数据波形文件数据帧每帧数据字节数计算得到，即：k＝n*2/p。
[0041]
2、与表1中报文idcode相同的某宽频测量装置收到该命令后，即进入接收主动测试波形文件状态，首先记录保存下主动测试开始时刻t1、测试数据波形文件总数据点数n、测试数据波形文件帧数k、主站下发的每帧测试数据波形文件数据帧中包含的测试数据字节数p，其次返回主动在线测试命令成功接收的报文给宽频测量主站。其格式如表2所示。
[0042]
表2宽频测量装置主动在线测试命令返回报文帧定义
[0043]
[0044][0045]
3、主站收到厂站内宽频测量装置发送的成功接收主动测试命令报文后，即按表3定义下发宽频测量测试校验文件，也即主动测试波形文件。
[0046]
表3宽频测量装置主动在线测试数据帧定义
[0047]
[0048][0049]
4、被测宽频测量装置接收完所有数据帧后，即按图2流程进入数据准确性测试模式。
[0050]
5、测试数据波形文件可由主站根据《qgdw10131-2017电力系统实时动态监测技术规范》中规定的各类测试模型规定的数学公式生成。本发明例举一种带有谐波、间谐波信号分量的数据公式，如式1所示：
[0051][0052]
式1中fs为采样频率，f0为基波频率，fi为各次谐波、间谐波信号分量的频率，为基波信号初相角，为各次同步振荡分量的初相角，a为基波的幅值，δai为各次谐波、间谐波信号分量幅值，k为第k次信号分量。
[0053]
主站根据该数学表达式生成指定测试通道的测试波形文件：
[0054]
a、宽频测量装置的采样率为12800hz，因此公式1中的fs其值取为12800hz，f0取值在45-55hz范围内取值，fi的取值范围是5-6400hz。
[0055]
b、由于测试信号波形每个点的数据值范围是-32768～32767，因此基波幅值a及各次谐波、间谐波信号分量δai之和的取值范围应在-32768～32767之间。
[0056]
c、n是测试文件中数据点数，通常取为12800，即1秒的数据，以保证该文件中涵盖了所有测试信号的一个完整周期。记n点测试数据对应的主动测试时间为t2。
[0057]
6、在t2时间内，宽频测量装置发送至调度宽频测量主站的实时数据帧按表4定义：
[0058]
表4宽频测量装置实时数据帧定义
[0059][0060]
本发明对stat做了扩展修改，其原定义如表5：
[0061]
表5宽频测量装置实时数据帧stat字段定义
[0062]
[0063][0064]
本发明状态字第bit09-07位定义为001，表明测试期间内宽频测量装置上送的实时数据帧为主动测试上传数据帧。主站根据该标志位判断当前实时数据是否为厂站根据测试波形文件计算得到的主动测试上传数据。主动测试模式下，主站应将根据公式1所得的理论数据与厂站宽频测量装置上传的实际测量值进行误差对比校验，如此即完成了整个主动测试过程。其中，数据准确度标准应参照《qgdw 12214-2022电力系统宽频测量装置技术规范》和《qgdw10131-2017电力系统实时动态监测技术规范》中的相关规定。以基波电压和电流相量测量准确度要求为例，宽频测量装置根据主站下发测试文件计算得到的相量数据和根据公式1所得的理论相量数据误差应满足如下两个表格定义。
[0065]
表6基波电压相量测量准确度要求
[0066]
[0067][0068]
表7基波电流相量测量准确度要求
[0069][0070]
在测试期间t内，宽频测量装置进行计算时，不采用ad采集的实际值，而采用主站下发的测试波形文件数据，并按照其装置内部的同步相量及谐波、谐波计算将计算的动态实时数据上传至主站，如图3所示，宽频测量装置中的同步相量计算包括幅值、相角、基波频率、频率变化率、功率等；谐波监测包括各次谐波的幅值、相角等。由于宽频测量装置中的以上数据采集、计算等功能属于本领域目前的公知常识，不属于本领域的发明点，在此不再赘述。
[0071]
具体实施例：
[0072]
针对内蒙古某风电场宽频进行宽频测量装置数据准确性校验，其电压通道一次额定值为220kv，电流通道一次额定值为600a。以电压通道数据准确性校验为例，其实施步骤如下：
[0073]
(1)根据如下公式生成一段含有基波、2、10次谐波分量、70hz间谐波分量的波形，其中16384对应220kv，2、10次谐波分量、70hz间谐波分量的幅值为基波分量的5％。波形点数为12800点，即为1秒的测试波形。
[0074]
x(t)＝16384*cos(2*π*50*t+0)+1638.4*cos(2*π*100*t+0)+163*
[0075][0076]
cos(2*π*500*t+0)+819.2*
[0077]
cos(2*π*70*t+0)(2)
[0078]
根据该公式，基波的理论幅值应为16384，相角为0度。2次、10次谐波的理论幅值应为1638.4，相角为0度。70hz间谐波分量的理论幅值应为819.2，相角为0度。
[0079]
(2)宽频测量主站通过离线文件传输管道下发测试信号数据准确性校验文件，离线文件中指定被测试装置名称为idcode01，被测通道名称为220#母线，n为12800，起始时间
为1681982341(2023-04-20 8：19：01.0)，终止时间为1681982342(2023-04-20 8：19：02.0)。
[0080]
(3)装置名称为idcode01的宽频测量装置接收到数据准确性校验文件后，提取出测试起始时间、测试终止时间、测试波形数据。
[0081]
(4)宽频测量装置判断测试起始时间1681982341是否到达，若达到，则进入测试模式：宽频测量装置发送至调度宽频测量主站的实时数据帧中测试标志位置1，同时将装置的实际ad采样值替换为测试波形数据，进行计算，并将计算的动态实时数据上传至主站，计算的实时数据中，测试通道的基波幅值为220kv，2次谐波幅值为22kv，10次谐波幅值为22kv，70hz间谐波幅值为22kv。
[0082]
(5)主站判断测试通道的基波幅值，2次谐波幅值，10次谐波幅值，70hz间谐波幅值的准确性，若与公式1的理论值不一致，则认为宽频测量装置的监测数据不准确，进一步后续处理。
[0083]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，包括如下步骤：由宽频测量主站通过离线数据帧下发宽频测量测试校验文件至宽频测量装置；宽频测量装置收到所述宽频测量测试校验文件后，在测试启动时刻开始采用宽频测量测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算，得到测试实时数据并发送给所述宽频测量主站；所述宽频测量主站对接收到的测试实时数据进行数据准确性判断；判断是否到达测试结束时间，如果否，则重新回到采用宽频测量测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算的步骤；如果是，则宽频测量装置结束主动测试。2.根据权利要求1所述的一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，所述测试校验文件包括被测装置标识、被测试通道名称、测试起始时间、测量信号波形点数、测试信号波形数据、和/或文件校验码。3.根据权利要求1或2所述的一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，所述宽频测量主站与宽频测量装置之间采用tcp链接传输数据，宽频测量主站是tcp客户端，宽频测量装置是tcp服务端，离线数据帧端口是9600；所述宽频测量主站按照如下步骤向宽频测量装置下发宽频测量测试校验文件：所述宽频测量主站主动链接宽频测量装置的9600端口，建立链接后，所述宽频测量主站下发宽频测量装置主动在线测试命令；宽频测量装置收到该主动在线测试命令后，即进入接收主动测试波形文件状态，首先记录主动测试开始时刻t1、测试数据波形文件总数据点数n、测试数据波形文件帧数k、主站下发的每帧测试数据波形文件数据帧中包含的测试数据字节数p，然后返回主动在线测试命令成功接收报文给宽频测量主站；宽频测量主站收到宽频测量装置发送的主动在线测试命令成功接收报文后，下发宽频测量测试校验文件。4.根据权利要求1或2所述的一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，所述宽频测量测试校验文件由主站根据《qgdw10131-2017电力系统实时动态监测技术规范》中规定的各类测试模型规定的数学公式生成。5.根据权利要求4所述的一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，所述数学公式为一种带有谐波、间谐波信号分量的数据公式，如式1所示：式1中f
s
为采样频率，f0为基波频率，f
i
为各次谐波、间谐波信号分量的频率，为基波信号初相角，为各次同步振荡分量的初相角，a为基波的幅值，δa
i
为各次谐波、间谐波信号分量幅值，k为第k次信号分量，t为时刻点，n是所述宽频测量测试校验文件中的数据点数。6.根据权利要求1所述的一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，所述宽频测量主站根据接收到的测试实时数据的预设标志位，判断当前实时数据是否为宽频测量装置根据所述宽频测量测试校验文件计算得到的主动测试上传数据，如果是则进行数据准确性判断。
7.根据权利要求6所述的一种电力系统宽频测量主动测试方法，其特征在于，所述进行数据准确性判断包括如下步骤：所述宽频测量主站将接收到宽频测量装置的实际测量值与测试波形的理论测量值进行对比校验，即可验证宽频测量装置测量的准确性。8.一种电力系统宽频测量主动测试系统，其特征在于，包括：宽频测量主站；宽频测量装置；所述宽频测量主站与宽频测量装置之间交互以执行根据权利要求1-7任意一项所述的宽频测量主动测试方法。

技术总结
本发明提供了一种电力系统宽频测量主动测试方法及系统，方法包括如下步骤：由宽频测量主站通过离线数据帧下发宽频测量测试校验文件至厂站端宽频测量装置；宽频测量装置收到所述测试校验文件后，在测试启动时刻开始采用测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算，所述宽频测量主站对接收到的测试实时数据进行数据准确性判断；判断是否到达测试结束时间，如果否，则重新回到采用测试校验文件中的波形数据进行宽频测量计算的步骤；如果是，则宽频测量装置结束主动测试。本发明可及时响应电力调度中心的数据校验需求，无需厂家专业人员到现场操作，耗时短，且无需进行CT封堵等工作，无需停电申请，大大减轻了宽频测量装置数据准确性校验的工作量。据准确性校验的工作量。据准确性校验的工作量。


技术研发人员：檀永
受保护的技术使用者：南京玥璟智能科技有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/18