WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺技術(shù)研究①

施秀萍,黃遠超,李 波,濮 鈞,奚江惠,邵德軍

1(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院,南京 210003)

2(中國電力科學(xué)研究院,北京 100192)

3(國家電網(wǎng)公司華中分部,武漢 430077)

WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺技術(shù)研究①

施秀萍1,黃遠超1,李 波1,濮 鈞2,奚江惠3,邵德軍3

1(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院,南京 210003)

2(中國電力科學(xué)研究院,北京 100192)

3(國家電網(wǎng)公司華中分部,武漢 430077)

隨著PMU在各級電網(wǎng)大范圍的投運,基于PMU數(shù)據(jù)的WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)目前在不同層面得到了廣泛的應(yīng)用,而原有的WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的測試方法已遠遠不能滿足性能要求,為實現(xiàn)對基于PMU數(shù)據(jù)的WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)進行多方位、多層次的測試,以及對測試系統(tǒng)的靈活性、復(fù)用性及可擴展性的要求,我們設(shè)計和構(gòu)建了基于廣域數(shù)據(jù)的高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺. 本文首先介紹了通用測試平臺的基本功能、平臺組成及軟件結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)技術(shù),并對構(gòu)建測試平臺的數(shù)據(jù)模型做了詳細(xì)的闡述,最后利用通用測試平臺對基于廣域數(shù)據(jù)的擾動源定位系統(tǒng)進行了多方位的測試,測試結(jié)果表明基于廣域數(shù)據(jù)的擾動源定位高級應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)的擾動源定位功能準(zhǔn)確、性能滿足要求; 通用測試平臺的使用,顯著減少廣域應(yīng)用系統(tǒng)測試工作量、提高了測試效率; 對降低WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的研制成本、加快研制進度具有重要意義.

通用測試平臺; WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng); 多源測試數(shù)據(jù)

廣域測量系統(tǒng) WAMS(Wide area measurement system)是智能電網(wǎng)的重要組成部分,WAMS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在同一時間參考軸下獲取大型互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)實時動態(tài)信息和穩(wěn)態(tài)信息,為實現(xiàn)電力系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)視、分析甚至控制提供了前提條件,因此基于WAMS數(shù)據(jù)的高級應(yīng)用系統(tǒng)目前在不同層面得到了廣泛的應(yīng)用,電力系統(tǒng)的監(jiān)控也從穩(wěn)態(tài)階段提高到動態(tài)階段. 為了保證WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、實用性,需要在系統(tǒng)開發(fā)過程中進行廣泛地測試,而原有測試模式使用的測試方法和測試數(shù)據(jù)遠遠不能滿足WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的測試要求,迫切需要采用新的測試技術(shù)和手段[1-3,5].

同時在WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)中,因為需要用不同數(shù)據(jù)源來驗證系統(tǒng)準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性,因此構(gòu)建測試平臺系統(tǒng)TPS(Testplat system)的系統(tǒng)模型、建立測試軟件平臺系統(tǒng)、實現(xiàn)多數(shù)據(jù)源融合的測試案例是很有必要的,這樣不僅可以大大加快WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)進度,而且可以大幅降低系統(tǒng)開發(fā)成本和維護成本[8].

鑒于上述原因,我們開發(fā)了WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺,它不僅可以利用WAMS提供的實時數(shù)據(jù)、錄波數(shù)據(jù),還可以采用多種電力系統(tǒng)仿真軟件的輸出數(shù)據(jù)作為通用測試平臺的測試數(shù)據(jù); 通用測試平臺通過對測試數(shù)據(jù)進行前期處理和融合,以模擬電網(wǎng)實際運行的方式,達到為WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)提供測試服務(wù)和測試案例的目的. 通用測試平臺通過動態(tài)調(diào)用不同的測試案例模塊實現(xiàn)了測試軟件系統(tǒng)的動態(tài)重組,保證了通用測試平臺的可擴展性及通用性.

1 平臺組成

1.1 通用測試平臺架構(gòu)

TPS軟件構(gòu)架主要遵循五個設(shè)計原則,即層次化的軟件結(jié)構(gòu)、良好的可擴充/剪裁性、良好的可重用性、支持可移植性和可互換性,并遵循標(biāo)準(zhǔn)化. IEEE組織在遵循這些標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出了自動測試系統(tǒng)ATS(Automatic test system)軟件框架理論模型,它主要在IEEE制定的國際通用標(biāo)準(zhǔn)接口的基礎(chǔ)上,對數(shù)據(jù)庫、公共接口、測試功能執(zhí)行模塊進行了詳盡的層次劃分,采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)記錄了在測試過程中所需的相關(guān)信息,利用公共接口實現(xiàn)了測試程序?qū)Φ讓訑?shù)據(jù)的訪問. 基礎(chǔ)服務(wù)為各種高級應(yīng)用功能和應(yīng)用軟件提供相關(guān)的數(shù)據(jù)服務(wù),通用測試平臺架構(gòu)如圖1所示.

1.2 軟件實現(xiàn)方式

通用測試平臺系統(tǒng)軟件平臺啟動后,默認(rèn)讀取平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù),然后通過用戶選擇不同的輸入數(shù)據(jù)源進行自動或者手動匹配關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)并實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)融合及數(shù)據(jù)預(yù)處理,最后生成不同的測試案例,WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)對各種測試案例的響應(yīng)結(jié)果以圖形和數(shù)據(jù)輸出的方式進行展示,輸出結(jié)果和測試案例進行比對,實現(xiàn)對WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的測試和驗證功能. 具體軟件實現(xiàn)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖1 測試系統(tǒng)平臺分層架構(gòu)示意圖

圖2 軟件邏輯處理示意圖

2 平臺主要功能

WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺提供了以下幾種功能:

(1) 多數(shù)據(jù)源輸入功能

可以實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)源的測試數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理,形成可用于WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的測試模型或測試案例; 測試數(shù)據(jù)源主要包括WAMS主站數(shù)據(jù)、BPA仿真軟件穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)、PSASP仿真軟件穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)、相量測量裝置 (Phasor measurement unit,PMU)動態(tài)數(shù)據(jù)及自定義格式的數(shù)據(jù)等.

(2) 多模式數(shù)據(jù)輸出功能

通過對不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行融合,實現(xiàn)對通道數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)備以及廠站數(shù)據(jù)的匹配關(guān)聯(lián); 可選擇性的將數(shù)據(jù)、模型等信息通過設(shè)計的通用輸出格式進行數(shù)據(jù)文件保存,以生成滿足不同應(yīng)用需求的測試案例.

(3) 平臺數(shù)據(jù)源匹配功能

可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的自動匹配和手動匹配;自動匹配功能通過建立通道數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)類型等規(guī)則進行自動數(shù)據(jù)源的匹配工作. 手動匹配數(shù)據(jù)源通過數(shù)據(jù)源廠站列表和廠站模糊數(shù)據(jù)查詢等方式,手動地完成平臺與測試數(shù)據(jù)源之間的匹配工作.

(4) 平臺圖形數(shù)據(jù)展示功能

可以展示平臺數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)源的信息,通過時間段的選擇可顯示該測試平臺中的所有數(shù)據(jù),包括線路及發(fā)電機等設(shè)備包含的詳細(xì)通道數(shù)據(jù)信息,再根據(jù)選擇的通道名稱和類型可動態(tài)刷新該時間段內(nèi)數(shù)據(jù)曲線及數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息.

(5) 平臺數(shù)據(jù)內(nèi)存共享功能

通過實時庫接口,將測試案例的數(shù)據(jù)與平臺數(shù)據(jù)進行映射,按照關(guān)聯(lián)后的通道PMU號和通道號寫入實時庫共享內(nèi)存,調(diào)用實時庫接口功能,達到測試數(shù)據(jù)的回放,實現(xiàn)模擬電網(wǎng)實際運行環(huán)境的目的,完成WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)功能測試和驗證工作.

(6) 二次開發(fā)功能

測試平臺具有軟件二次開發(fā)功能,實現(xiàn)了系統(tǒng)的可擴展性,可提供功能完善的基礎(chǔ)性軟件構(gòu)件,為WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、使用和維護提供標(biāo)準(zhǔn)化的測試模型和測試案例.

(7) 人機交互功能

平臺提供數(shù)據(jù)的人機交互接口,包括圖形界面展示、數(shù)據(jù)報表打印、用戶幫助文件等,能夠幫助用戶快速掌握通用測試平臺的使用.

3 數(shù)據(jù)模型

3.1 數(shù)據(jù)流程圖

圖3用一個數(shù)據(jù)流程圖來展示一個新的測試案例的生成過程,以及測試案例的使用過程.

3.2 數(shù)據(jù)輸入與輸出

通用測試平臺支持的輸入數(shù)據(jù)源包括WAMS主站數(shù)據(jù)文件:*.edb、BPA仿真軟件穩(wěn)定計算輸出文件:*.swx、PSASP仿真軟件穩(wěn)定計算輸出文件:*.sot、PMU動態(tài)數(shù)據(jù)文件:*.dyn以及自定義數(shù)據(jù)文件等多種格式的數(shù)據(jù)源.

通用測試平臺輸出的數(shù)據(jù)包括廠站映射關(guān)系表、廠站映射表中的設(shè)備包括線路、變壓器和發(fā)電機等均各自輸出一個模型數(shù)據(jù)文件,輸出文件為自定義格式文件:*.wms,其中*為發(fā)電機名稱或線路名稱,輸出格式見表1、表2、表3.

圖3 測試案例數(shù)據(jù)流程示意圖

表1 廠站映射關(guān)系表(wms 文件)

表2 線路及變壓器輸出表(wms文件)

表3 發(fā)電機輸出表(wms文件)

3.3 數(shù)據(jù)接口

通用測試平臺中數(shù)據(jù)接口函數(shù)主要完成以下幾個方面的任務(wù): 根據(jù)TPS測試程序提交的廠站對應(yīng)關(guān)系索引,將關(guān)系索引映射到真實資源數(shù)據(jù); 根據(jù)被測信號描述即XML文件執(zhí)行測試端口和信號端口的連接算法程序; 選擇文件執(zhí)行路徑,執(zhí)行信號通道的連接控制程序; 根據(jù)被測信號規(guī)定的方法和屬性,獲取通道基本信息和數(shù)據(jù)信息. 下面以BPA仿真軟件穩(wěn)定計算輸出文件(*.SWX)的接口函數(shù)為例,說明測試平臺接口功能函數(shù)庫的開發(fā)設(shè)計方法和過程.

(1) 獲取文件基本信息接口

Bool GetFileInfoBPA(char* strFileName,unsigned int& uiBgnSOC,unsigned int& uiEndSOC,unsigned int& uiInterval,unsigned int& uiSmpNum);

a) char* strFileName BPA 數(shù)據(jù)文件名

b) unsigned int& uiBgnSOC 數(shù)據(jù)開始時間 SOC

c) unsigned int& uiEndSOC 數(shù)據(jù)結(jié)束時間 SOC

d) unsigned int& uiInterval數(shù)據(jù)存儲間隔

e) unsigned int& uiSmpNum 數(shù)據(jù)存儲點數(shù)

(2) 獲取數(shù)據(jù)配置信息接口

Bool GetConfigBPA(char* strFileName,stuc Config* config);

a) char* strFileName BPA 文件名

b) stucConfig* config 返回配置信息

(3) 設(shè)置需要獲取數(shù)據(jù)的配置信息接口

bool SetConfigBPA (stucConfig* config);

a) stucConfig* config 需要數(shù)據(jù)的配置信息

(4) 設(shè)置需要獲取數(shù)據(jù)的時間信息接口

bool SetTimeBPA (unsigned int& uiBgnSOC,unsigned int& uiEndSOC);

a) unsigned int& uiBgnSOC 數(shù)據(jù)開始時間 SOC

b) unsigned int& uiEndSOC 數(shù)據(jù)結(jié)束時間 SOC

(5) 輸出數(shù)據(jù)文件接口

bool WriteFileBPA (char* strFileName);

a) char* strFileName 輸出數(shù)據(jù)文件名

3.4 數(shù)據(jù)庫模型

數(shù)據(jù)庫模塊的設(shè)計使被測對象的基本信息與測試程序的開發(fā)各自獨立,測試程序通過解析和調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的信息對被測對象執(zhí)行具體操作. 這種設(shè)計使得測試程序具備通用性和復(fù)用性,同時數(shù)據(jù)庫信息具備可移植性,這樣開發(fā)出的測試結(jié)果數(shù)據(jù)庫管理工具可更高效地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的管理. 該類型的數(shù)據(jù)庫針對的測試模型或測試案例描述了測試需求、測試項目的設(shè)置、測試數(shù)據(jù)相關(guān)信息、測試校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、故障診斷邏輯等信息.

(1) 測試需求數(shù)據(jù)庫定義了當(dāng)前測試對測試資源的需求,該需求是系統(tǒng)測試資源數(shù)據(jù)庫中所定義的測試資源中的一個子集. 測試項目數(shù)據(jù)庫定義了測試項目的相關(guān)信息,包括測試項目間的隸屬關(guān)系及測試關(guān)聯(lián)信息、對應(yīng)的測試流程函數(shù)及函數(shù)調(diào)用參數(shù)、項目測試前(后)函數(shù)、測試項目屬性,以及交互式測試項目用戶界面及項目測試函數(shù)等.

(2) 測試數(shù)據(jù)模板從測試項目名稱、子項目名稱、通道數(shù)據(jù)類型、單位、標(biāo)稱值等幾個方面定義了所有測試數(shù)據(jù)的特征參數(shù). 借助于測試數(shù)據(jù)模板可以簡化TPS編程,提高TPS的可維護性. 當(dāng)測試數(shù)據(jù)參數(shù)需要修改時,可以通過修改測試數(shù)據(jù)模板的方法實現(xiàn),提高了TPS的可維護性及互操作性.

4 測試應(yīng)用案例

4.1 WAMS主站數(shù)據(jù)測試案例

(1) 案例描述

7月14日5:00、6:14、6:40及8:21分,三峽電站出現(xiàn)機組功率波動,三峽近區(qū)龍斗、宜興、江興等線路發(fā)生了不同程度的功率波動,華中電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線、重要斷面以及特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動不明顯,華中電網(wǎng)其他機組功率波動不明顯.

(2) 測試方法

利用通用測試平臺軟件解析該事故的WAMS主站數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)映射模型和數(shù)據(jù)接口函數(shù)得到廠站映射關(guān)系表文件、線路及變壓器輸出文件以及發(fā)電機輸出文件,通過測試平臺實時庫內(nèi)存操作進行事故數(shù)據(jù)回放,通過每秒50幀數(shù)據(jù)實時模擬現(xiàn)場環(huán)境重現(xiàn)事故狀況; 利用基于WAMS信息源的擾動源定位高級應(yīng)用系統(tǒng)對通用測試平臺提供的測試數(shù)據(jù)進行計算和分析,得出了本次振蕩的擾動源信息.

(3) 測試結(jié)論

1) 本次測試結(jié)論是振蕩主導(dǎo)頻率為 0.82 Hz,屬于局部振蕩模式,振蕩源為三峽站內(nèi)機組,經(jīng)和實際事故報告中的結(jié)論對比完全一致.

2) 基于WAMS信息源的擾動源定位高級應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)的擾動源定位功能準(zhǔn)確.

4.2 BPA仿真軟件數(shù)據(jù)測試案例

(1) 案例描述

在BPA仿真程序中,設(shè)置官地電站#1機組PSS為退出狀態(tài),并在官地電站#1機組出口處設(shè)置發(fā)生三相短路故障,模擬電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩事故,生成故障狀態(tài)下全網(wǎng)運行數(shù)據(jù).

(2) 測試方法

利用通用測試平臺軟件解析測試用例中的模擬故障時的全網(wǎng)數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)映射模型和數(shù)據(jù)接口函數(shù)得到廠站映射關(guān)系表文件、線路及變壓器輸出文件以及放電機輸出文件,通過測試平臺實時庫內(nèi)存操作進行事故數(shù)據(jù)回放,通過每秒50幀實時模擬故障狀況.利用基于WAMS信息源的擾動源定位高級應(yīng)用系統(tǒng)對通用測試平臺提供的測試數(shù)據(jù)進行計算和分析,得出了本次振蕩的擾動源信息.

(3) 測試結(jié)論

基于WAMS信息源的擾動源定位高級應(yīng)用系統(tǒng)對本次測試案例輸出的擾動源定位結(jié)果為官地#1機組,與BPA仿真程序中設(shè)置的振蕩源一致,基于WAMS信息源的擾動源定位高級應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)的擾動源定位功能準(zhǔn)確.

5 結(jié)束語

本文提出的WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺,實現(xiàn)了多數(shù)據(jù)源的輸入匹配和多模式數(shù)據(jù)輸出,利用平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)的映射關(guān)系,完成數(shù)據(jù)的融合和預(yù)處理,輸出通用的測試模型和測試案例,為WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的測試提供了完整的解決方案; 多數(shù)據(jù)源的測試應(yīng)用案例的測試結(jié)果驗證了通用測試平臺的實用性和高效性,通用測試平臺的使用,可以從不同角度、不同層次對WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)進行多方位測試,顯著減少了WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)測試工作量、提高了測試效率,并且較好地驗證了WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性,這對降低WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)的研制成本、加快研制進度具有重要意義.

1王英濤,張道農(nóng),謝曉冬,等. 電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)傳輸規(guī)約. 電網(wǎng)技術(shù),2007,31(13): 81–85. [doi: 10.3321/j.issn:1000-3673.2007.13.016]

2湯涌,王英濤,田芳,等. 大電網(wǎng)安全分析、預(yù)警及控制系統(tǒng)研制系列報告. 北京: 中國電力科學(xué)研究院,2011.

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Research on Universal Test Platform for WAMS Advanced Application System

SHI Xiu-Ping1,HUANG Yuan-Chao1,LI Bo1,PU Jun2,XI Jiang-Hui3,SHAO De-Jun3

1(State Grid Electric Power Research Institute,Nanjing 210003,China)
2(China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China)
3(State Grid Corporation of Central China Branch,Wuhan 430077,China)

In order to meet the multi-directional and multi-level testing requirements for the WAMS advanced application system,and to meet requirements of the test system on flexibility,reusability and scalability,a universal test platform is designed and constructed. In this paper,the basic function,composition,software structure,data model,application test cases of the universal test platform are described in detail. The division to the function of the test platform according to structured,hierarchical,modular standard is completed. To provide communication interface with external program and a complete test case according to different input data source cases,the test platform scalability and versatility is realized.The realization of WAMS advanced application system test using the universal test platform significantly reduces the workload of testing,it can also reduce the development cost of WAMS advanced application system and speed up the development progress.

universal test platform; WAMS advanced application system; multi-source test data

施秀萍,黃遠超,李波,濮鈞,奚江惠,邵德軍.WAMS高級應(yīng)用系統(tǒng)通用測試平臺技術(shù)研究.計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2017,26(12):84–88.http://www.c-s-a.org.cn/1003-3254/6114.html

2017-03-15; 修改時間: 2017-04-05; 采用時間: 2017-04-10