随着工业技术的进步和生产需求的增长,越来越多的电动汽车、分布式电源接入配电网。传统配电网的系统稳定性和电能质量得不到有效的保证。为有效应对配电网所面临的一系列新的挑战,引入同步相量测量技术对配电网进行高效可靠的实时监测和保护。卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础[1]。文献[2-3]中说明了同步相量测量技术不仅适用于输电系统,在实现配电网智能化方面也能发挥积极作用。针对新型配电网的特点,包括分布式电源的灵活接入、网络拓扑动态变化、配电网故障自愈需求等,同步相量技术的引入将切实地提高配电网供电可靠性和安全性。文献[4]说明了针对大扰动后的配电系统,引入轻型广域测量系统概念,对低压网络实现同步监测,确保了系统安全稳定运行。

广域测量系统(wide-area monitoring systems,WAMS)为系统分析、运行和控制带来深刻的影 响[5],但是WAMS在实际应用过程中有着诸多问题,主要有：通信不稳定;存在丢帧和时钟跳变现象;算法对参数敏感度高,数据存储(动态信息库)稳定性有待提高,数据丢失情况发生频繁[6]。这些情况使得对WAMS系统的测试和检验变得尤为关键。同步相量数据集中器(phasor data concentrator,PDC)装置作为广域同步测量系统中重要的通信节点,它的功能和性能是配电网实施有效动态安全监控措施的前提条件。文献[7-8]提出了一种面向广域测量系统基于实时数字仿真系统(real time digital simulator,RTDS)实验平台的测试方案,但是这种方案要求必须借助RTDS的实验平台才能实现电力系统动态仿真,因RDTS设备和维护成本高,每个单元只模拟一个元件,难以实现大量元件的配电网仿真。文献[9]以主动配电网协同控制方法为例,针对控制系统的测试平台提出一种基于DIgSILENT的测试平台,但是未能和WAMS系统各个环节相对应,做出明确指标要求。文献[10]介绍一种广域测量系统动态模拟试验,由PMU为核心的子站系统、同步相量数据为核心的主站系统和分析中心站高级应用系统3部分组成。文献[11-13]均提出了一种可以在不影响现有数据传输的基础上分段时延测量的方法,并结合实际案例做了验证。但是其仅考虑了PMU直接传输给WAMS主站的案例。对于配电网来说,由于节点分支数量较多,相应安装融合了配电自动化功能的PMU子站数量也较多,需要由相量数据集中器汇聚各个PMU数据后转发给主站。因此相量数据集中器的功能和性能将严重影响着整个WAMS的时延和多种应用性能。

本文结合新型配电网的特点,在输电网PDC测试标准和方法的基础上,探讨配电网PDC的功能和性能测试方法,针对PDC接入能力、数据延时和多信道融合传输关键技术,提出一种面向配电网PDC关键指标测试方法。

配电网WAMS系统由WAMS主站、通信网络、变电站相量数据集中器和配电线路微型多功能同步相量测量装置(multifunctional micro phasor measurement unit,µMPMU)组成,如图1所示;配电WAMS主站上运行基于卫星时钟的相量广域测量、状态估计和预警、模型参数辨识、广域保护等高级应用[14-16]。因配电网点多面广,变电站PDC和主站之间为通信骨干网,基于光纤SDH/MSTP交换机接入形成光纤环网。应用于10 kV配电线路上的微型多功能同步相量测量装置,采用分布式就地配置方式,安装在环网柜、开闭所或柱上开关,可采用光纤以太网、EPON无源光网络或无线专网方式,与安装在变电站、开闭所等位置的PDC装置进行通信,属于配电网接入层。配电网微型多功能相量测量单元不仅有相量测量功能、事件录播功能,同时融合了配电自动化的三遥功能和故障诊断、保护控制等功能,并具有体积小、成本低和适应恶劣环境的特点[17]。对于无法安装光纤通信的场合,可以采用230 MHz或1.8 GHz的4 GLTE无线专网接入层µMPMU, 当然未来可以采用5G行业应用方式或高速物联网eMTC方式接入。

图1 WAMS通信组网基本结构 Fig. 1 Basic structure diagram of WAMS communication network

由于广域测量系统的规模庞大,很难实现同等的电力系统仿真环境来对WAMS进行仿真测试。此外还需要足够多的数据来实现仿真条件,因此很难用静态或现场试验的方法进行测试。目前已有的WAMS测试方案各有不同的优缺点,主要可分为以下几类测试。

1）现场环境测试：是运行在真实的环境,但需要大量的人力、物力支持,现场组织、实施复杂;很少单独组织,一般配合其他实验目的同时进行。

2）动模环境测试：数据采集来自于真实的PMU。其特点是原始数据由动模装置产生,但受电网规模限制,可模拟真实WAMS运行环境,一般只用于开发阶段。

3）专用信号测试：其信号由专用装置产生,易于实现,但测试过于简单,往往只用于前置部分测试,多用于工厂验收。

4）历史案例测试：来自于真实案例,具有地区电网的特点,但案例数据搜集困难,只能用于简单测试。

5）仿真环境测试：数据由仿真程序产生,通过PMU模拟程序发给WAMS前置,一般用于主站测试,优点是易于组织,可模拟极端复杂情况。

6）后台应用测试：忽略前置之前的所有环节,只测试后台部分,组织简单,易于实现,可用于算法研究、应用功能和平台测试。

配电网µMPMU是安装在配电网线路开关出线、分段开关、环网柜、开闭所、新能源接入点、电动汽车充电站等位置的微型多功能相量测量单元,基于同步时钟进行交流采样、滤波处理、相量计算;完成配电网及主要设备的运行状态监测,同时兼有配电自动化终端的三遥测量、故障识别和保护与控制功能;并具有体积小、成本低、能适应配电网恶劣环境运行等优点。

PMU测试分为稳态测试和动态测试2类。稳态测试主要包括幅值测试、相角测试和频率测试,主要测量设备的测量精度。动态测试包括调制测试、斜坡测试、阶跃测试和频率及频率变化率测试,测试设备的动态和跟踪响应性能。

对于PMU测试标准,国内已有《电力系统同步相量测量装置检测规范》,对应国际标准IEEE C37.118.1。对于稳态测试来说,国际和国内标准基本相同。但是对于动态测试来说,IEEE标准更为细致。IEEE C37.118.1中将PMU分为保护类(P类)PMU 和测量类(M类)PMU,对2类PMU的相量精度要求分别设置。P类主要用于实现基于同步相量量测的保护和控制应用,需要具有快速的响应速度,要求精确相量量测的频带较窄,不要求具有消除带外频率分量的功能,对应的PMU采用较小的采样数据窗、快速的滤波和相量算法,测量精度可低于M类。M类主要用于电力系统信号的同步量测及分析等应用,不需要具有快速的响应速度,要求精确相量量测的频带较宽,并具有消除带外频率分量的功能,适合电网模型参数辨识、潮流计算和状态估计等要求高精度但实时性要求不严格的场合应用。

配电网PDC是一种能够将配电网µMPMU采集的同步相量数据进行汇集、存储并转发到主站,能接收主站控制命令并按配置转发到配电线路开关安装处的µMPMU的装置,将来部分还兼具配电子站的分布式控制和保护功能。其功能主要分为信息采集、通信功能、信息转发、数据存储、装置自检及系统状态监控、参数维护及修改。

配电网PDC测试主要集中在数据汇聚、存储等功能。其目的是检验PDC装置能否正常工作,按照相应的传输规约完成WAMS中PDC所承担的各个功能。测试包括通信初始化过程试验、实时数据通信流程和报文格式、离线数据通信流程与报文格式、实时数据传输速率整定、离线数据通信流量控制功能、报文传输稳定性与丢包率、规约状态字正确性、数据一致性、规约否定性和多主站通信。

主网PDC装置主要完成数据汇集、存储和信息转发功能,可兼有低频振荡监测功能。配电网WAMS中,与馈线终端(feeder terminal unit,FTU)融合的微型多功能相量测量单元数量多,通信方式多样化,要求配电网PDC的µMPMU接入能力要强,不同µMPMU可能通过不同的通信方式和通信线路与PDC通信,相同时间戳的数据到达PDC的时间不一致,光纤以太网通道、EPON光网络、电力线载波以及无线专网等不同信道有不同的延时特性,并且差别较大;这就要求配电网PDC在数据汇集,需要有较大的数据等待排队空间。配电网WAMS的保护和主动控制是其重要的功能,这要求各相量数据到达PDC后,PDC能快速的汇集、处理和输出,因此配电网PDC的处理时间要尽可能短。

在配电网中节点分布众多,安装的融合配电自动化功能的µMPMU数量多,因此不同于输电网,一个WAMS主站将可能接入很多µMPMU装置,为分担主站的处理任务,以及提高保护和控制响应速度,采用主站—PDC—µMPMU分层分布式结构,基于分布式架构实现有源配电网的主动控制和保护。虽然WAMS主站的带宽很大,单个µMPMU所消耗的通信资源也不是很多,但是每个µMPMU的传输速率最高可达100帧/s,数量庞大的µMPMU高频次地进行通信,WAMS主站难以处理。例如：µMPMU相量数据按100帧/s主动上传,按一条线路5台µMPMU计算,变电站8条线路,由式(1)计算可得,WAMS的相量数据报文通信频率可达250μs一次,同时还有命令管理报文和离线录播文件传输等报文。

\(M\text{=1}/(LPS)\) (1)

式中：M为WAMS通信总频次;L为线路数;P为单条线路µMPMU数量;S为µMPMU传输速率。

此外µMPMU还有大量的命令报文、录波文件等数据,如此多的高频次报文传输,在通信过程中也可能会产生碰撞等问题。这会严重影响到通信质量,可靠性大幅降低,导致实时性无法得到保证。因此配电网中需要PDC汇集µMPMU数据并保存转发给主站,PDC要求具有一定的通信处理能力。如果对数据处理、汇聚有较大延时,则会影响整个配电网广域测量系统的实时监测和主动控制能力。PDC的延时定义为：具有给定时间戳的第一完整数据消息的到达时间和它从相量数据集中器的出口时间的差值。

配电网PDC的性能主要分硬件性能、数据通信能力2个部分。硬件性能包括PDC装置的CPU及运算能力、网口数量及性能、存储器和FLASH电子盘容量等。通信能力包括PDC接入µMPMU数量、汇集数据容许的同一时间戳相量报文到达PDC装置的时间差,以及PDC延时。PDC装置的网口接入数量和网络通信能力应该足够多,同时还应具备一定的扩展通信能力,如串口连接其他设备。数据通信主要要求PDC能够实时汇聚多个µMPMU的数据帧,并在接入较多µMPMU时仍能够可靠高效工作。支持GB/T 26865.2—2011《电力系统实时动态监测系统第2部分：数据传输协议》,并基于该规约扩展三遥功能。因此配电网PDC的关键指标主要是PDC的接入能力、数据延时和对多信道融合传输的支持。借助这3个技术指标可以对配电网PDC的性能进行评判。

本节借助µMPMU、WAMS主站、GPS授时等装置组建WAMS测试平台,对PDC装置的功能和关键技术进行测试。由于PMU装置成本高、接入电压、电流等通道固定和有限、通信数据量(相量、模拟量、开关量)固定,相量通信速率最大为100帧/s等特点;其灵活性差,也难以有较多的PMU装置用于WAMS系统开发调试和测试。同时若使用某个单一品牌的PMU进行测试,所得数据结果不能充分证明PDC的性能。为此项目团队设计开发了一款多通道模拟PMU软件来代替实际PMU装置,用于测试PDC的通信接入能力和数据汇集处理能力。为分析PDC汇聚、转发同步相量数据,设计一套模拟主站软件用于PDC和PMU通信测试和数据报文。

PDC测试环境包括南瑞SMU-2型PMU、许继µMPMU-851型µMPMU、时钟同步装置、继保测试仪、电力线载波通信模块、交换机等硬件设备,同时包括模拟PMU、模拟主站、基于libcap开发的网络抓包软件等相关测试软件。

1）模拟PMU软件： PMU Emulator基于Visual C++ 开发,采用GB/T 26865.2—2011数据传输协议,采用Socket多通道和多线程编程。软件基于对话框框架,可同时模拟30台以内的PMU,且各PMU的相量个数、模拟量个数、开关个数均可以通过初始化文件修改;通信速率可支持200、100、50、25、10、5、1帧/s等多种通信速率。数据可以根时间规律性变化,也可以随机变化,还可以来自DIgSILENT

仿真软件的输出或现场的动态记录文件。各PMU的相量数据时间开始由电脑时间生成,时间戳可以一致,也可以按要求设定相互间相差固定的延时(10~500ms),用来模拟不同的PMU经过不同的信道到达PDC的时间差。

2）模拟主站：模拟主站也是基于Visual C++开发,基于单文档视图结构,可以连接多个PMU、PDC装置,采用多线程设计,因某个PMU或PDC均包括命令管道、数据管道和文件管道,占用3个socket。如每个socket均创建一个线程,接入100 PMU子站将创建300个线程,而数据通道10 ms一帧,将很容易出现系统内存资源不足等问题,为此采用了网络通信非阻塞机制,各个PMU命令、数据和文件共用一个线程,使用CAsyncSocket类来判断哪些端口接收到数据后分别进行相应的处理。模拟主站基于表格形式显示接收到的PDC报文、时间、传输速率、配置信息,也能显示通信的二进制值和经系数转换后的电压、电流值等。在测试PDC数据汇聚、转发时,模拟主站可以解析和显示PDC的配置信息、所处理的同步相量数据,有助于对PDC功能及性能测试结果的分析。

3）DDS100-S时间同步源：DDS100-S时间同步系统是一款多时间基准源、多制式输出的卫星同步时钟。用于为PMU、PDC提供同步时钟,使用IRIG-B电B码连接PMU和PDC。

4）南瑞SMU-2 PMU和许继µMPMU-851型µMPMU：作为PDC的数据源,连接继电保护测试仪和同步时钟源,输出电压相量、电流相量、频率、频率变化率、模拟量和开关量等数据,并进行事件记录和故障录播;具有与GPS授时装置对时和守时功能;与WAMS主站系统使用GB/T 26865.2—2011的相量数据传输规约;能够进行一定时间和数量的暂态数据、动态数据记录并本地保存,以供上一级随时调用。其中许继µMPMU-851型µMPMU作为配电网微型多功能相量测量单元还具备配电网终端的遥控等功能。

5）继保测试仪：用于为PMU提供电压、电流信号,电压、电流、频率可以设置,并可以按一定程序多段组合输出,为PMU提供事件记录条件,触发PMU事件录播。

6）通信装置：交换机、电力线载波模块、无线WIFI和无线路由器等。用于连接模拟主站、模拟PMU、PMU、PDC等装置。载波通信模块采用TP-LINK的TL-PA201 200M电力线适配器,为宽带电力线载波传输装置,采用HomePlug AV标准,基于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)进行调制解调。

PDC的基本功能测试包括以下6点[18]：

1）实时数据通信流程和报文格式要求PDC能够按照不同的传输速率传输实时数据报文,测试速率至少应该包括100、50和25帧/s这几种情况。通信流程符合GB/T 26865.2—2011附录A中所要求。

2）离线数据通信流程与报文格式要求PDC按照GB/T 26865.2—2011中对离线数据所规定的格式传输。测试方法是通过改变传输命令帧的“帧长控制字”和“流量控制字”,要求PDC按照不同的速率传输离线数据文件。

3）报文传输稳定性与丢包率试验是检测PDC实时数据报文传输功能,要求PDC的实时数据报文到达模拟主站的时间间隔应基本相同;对报文丢失、时标重复、时标错序等错误进行统计,错误报文数量与应收报文数量之比为丢包率,PDC丢包率应为0。

4）规约状态字正确性试验是检测PDC的状态字定义是否满足GB/T 26865.2—2011中表4的要求。主要通过在试验过程中,让PDC产生“数据不可用”、“装置异常”、“同步异常”和“触发标志”等状态字置位。数据一致性试验是检测PDC在相同时间断面所产生数据数值是否完全一致。试验的方法是通过继电保护测试仪给2台PMU输入测试电压、电流信号,用模拟主站记录1min的PDC实时数据报文,与PDC所产生的相同时间段离线数据文件进行比较。

5）规约否定性试验是检测PDC对异常报文处理的功能。试验方法是通过模拟主站向PDC发送错误格式的命令报文,PDC应该返回“否定确认”命令。错误格式报文包括“错误的同步字”、“错误的校验字”、“错误的IDCODE”和“未定义的命令编号”等;当通过模拟主站向PDC发送错误格式的CFG-2文件,PDC应该返回“否定确认”命令。错误格式报文包括“错误的同步字”、“错误的校验字”、“错误的IDCODE”和“与CFG-1配置项不符”等。

6）多主站通信试验是检测PDC是否能够支持多主站的通信能力。测试方法是将PDC通过纵向隔离装置与多台通信规约测试仪相连,用多个模拟主站,以不同速率或不同CFG-2对PDC执行报文传输稳定性和丢包率检测。

在第2节中所述,由于配电网中安装的µMPMU数量庞大,对PDC的接入能力有一定要求。配电网PDC的关键指标包括PDC接入µMPMU数量、数据延迟和多信道混合传输。这些指标将确定和影响配电网PDC的性能和应用场合,因此为更好验证PDC的性能,针对这些关键指标给出测试方法[19-20]。

前面已经分析,随着分布式电源接入配电网,配电网PMU将融合配电自动化终端FTU的相关功能,以及成本的降低,配电网PDC可能接入40甚至更多数量的配电网微型多功能同步相量测量单元µMPMU。由于现实条件约束,在测试中往往无法实现数量足够多µMPMU装置,项目开发出可以替代实际µMPMU装置的PMU模拟软件(PMU Emulator),各个PMU输出的相量、模拟量、开关量的数量可以配置,输出的数据帧速率可以模拟实际PMU的100、50、25帧/s,也可以设置为更快的200帧/s(国际标准中有,也更适合有源配电网未来的主动控制和保护)和更慢的5帧/s、1帧/s;相量数据值可以是常量、随时间规律性变化,一定范围的随机变化以及来自与文件记录(来自现场录播和仿真记录)的顺序变化。为尽可能地模拟实际配电网状态,检验PDC的实际运行能力,借助电力系统仿真软件来获取实际配电网的运行参数。利用DIgSILENT搭建含有逆变型DG的配电网仿真模型,分别模拟配电网负荷变化和多种故障状态,记录并生成相应的同步相量数据和录播波形文件[21]。PMU Emulator能够按照所提供的电力系统仿真数据作为数据测量来源,其仿真数据格式遵行COMTRADE数据格式。

接入µMPMU数量的多少将是衡量配电网PDC的关键指标,为对接入能力充分测试,需要将测试的项目进行细化。具体测试项目和要求如表1所示。

表1 PDC接入能力测试方法 Tab. 1 PDC access capability test method

为有效验证PDC的PMU装置接入能力,借助PMU Emulator模拟软件,可以摆脱现实硬件装置数量和测量通道的限制。通过搭建模拟PMU的测试平台,如图2所示。A1是多网口电脑上运行PMU Emulator软件,模拟多个µMPMU向PDC发送实时数据和离线文件。A2是PDC对多个µMPMU的数据汇聚后通过另外一个网口转发给模拟主站。同时运行在PDC上基于libcap开发的自动抓包软件可以捕获PDC各网口的数据帧。

图2 模拟PMU仿真测试平台 Fig. 2 Simulation test platform assembled by PMU emulator

在接入20台µMPMU时,每台µMPMU均配置相应参数,通过主站召测PDC实时数据,对接收到的数据帧分析可以看出PDC准确将各个µMPMU数据汇聚成一条数据帧并转发给PDC。在测试过程中没有出现数据帧丢失和错误,进而验证了配电网PDC接入能力。

在广域测量系统中测量PDC延时需要借助网络测试仪,但网络测试仪价格昂贵、操作复杂。本文提供一种简单、便捷的方式来对PDC装置的数据延时进行测量。其主要通过模拟PMU与待测的PDC装置相连,然后用模拟主站来召唤PDC实时数据。为保证数据发送时间和数据接收时间有相同的参考基准源,基于libcap编写的程序自动监视PDC的各个网卡。通过网络抓包程序记录PDC何时收到各个µMPMU发送数据报文和PDC何时将这些数据报文发送给主站,比较并输出这2个时间差,便可以得到PDC的汇聚、转发处理延时。

以南瑞和许继PMU为例,当PDC接入2台PMU时PDC的延时时间如表2所示。在测试中,为充分测试PDC的延时性能,借助如图2所示的模拟PMU仿真测试平台。通过模拟PMU分别给PDC接入不同数量的µMPMU,µMPMU发送数据帧的速率设定为100帧/s。测试结果如图3所示,结果表明项目开发的PDC在接入20台µMPMU时,汇聚处理延时在1ms以内,这主要得益于在Linux环境中使用select函数实现多socket收发数据,同时在时间戳一致时将不同PMU的数据块直接从网络接收缓冲区整块拷贝到输出目标区域对应位置而不进行数据解包处理。

表2 接入2台µMPMU时PDC延时 Tab. 2 PDC delay when accessing two µMPMUs

图3 接入不同数量µMPMU的PDC延时 Fig. 3 PDC delay for accessing different numbers of μMPMUs

配网PDC的多信道传输测试其本质是检测PDC对来自不同信道µMPMU数据接入延迟性能检测。在配电网广域测量系统中,安装的µMPMU可能采用不同的通信媒介和路由数量。由于通信路径不同、通信媒介不同、路由数量不同,同一时间戳的各µMPMU数据到达PDC的时间也自然有一定差异。因此µMPMU和PDC之间可以除了采用光纤以太网、无源光网络、LTE230MHz或1.8GHz无线专网,少数场合可能采用光纤加末端电力线载波的混合通信组网方式。这要求配电网PDC能够处理来自多种信道传输的不同延时的同步相量数据进行可靠的汇聚和处理。在主电网WAMS系统中,通信均采用光纤以太网通信方式,PDC和PMU位于同一变电站,各PMU的测量相量数据同时发送到PDC,通道间延时差异很小,在进行数据按时间戳对齐时基本不需要考虑。但在配电网中,基于光纤通道的PMU数据先到,而有电力载波或无线通道接入的µMPMU的同样时间戳的数据可能要延时几十ms甚至200 ms(如LTE230 MHz专网)才能到达,这是配电网PDC和组网PDC数据接入方式引起的显著不同,反映到PDC内部,为此要分配更多的内存空间用于数据对齐汇聚,并需要相应的内存调度等机制和软件编程技巧相配合[22]。

为充分测试配网PDC的多信道传输,搭建如图4的硬件测试平台和图5软件测试仿真平台。在图4中继电保护测试仪输出电压电流信号给µMPMU 装置;GPS授时装置分别给PDC、µMPMU装置授时;µMPMU装置通道1通过双绞线与配电网PDC相连;µMPMU装置通道2通过TL-H69R型电力线载波与配电网PDC相连;配电网PDC上行与模拟主站相连。在图5中,模拟PMU软件同时模拟10个PMU装置通过双绞线向PDC发送数据。配电网PDC上行与模拟主站相连。

图4 µMPMU组成的电力线和以太网混合通信测试平台 Fig. 4 Power line and Ethernet communication test platform assembled by µMPMU

图5 模拟PMU组建的电力线和以太网混合通信测试平台 Fig. 5 Power line and Ethernet communication test platform assembled by PMU Emulator

分别借助南瑞、许继PMU所组建的电力线、以太网混合通信测试平台和模拟PMU组建的电力线、以太网混合通信测试平台进行配电网PDC多信道融合传输延时测试。

1）参照图4连线,开启µMPMU、PDC、PC、GPS授时装置、继保测试仪;µMPMU完成时钟同步,继保测试仪输出电压、电流信号;PDC与µMPMU建立命令和数据通道连接,PDC开启µMPMU的实时数据传输;运行模拟主站,与PDC建立命令和数据通道连接,开启PDC的实时数据传输。同时在PDC运行基于libcap开发的网络抓包工具,自动捕获和记录PDC 2个网口上的数据包,分析通过不同信道到达的数据帧的时间差,从而获得电力线载波和双绞线之间的传输时间差。测试延时差如表3所示。

表3 电力线载波和双绞线之间延时差 Tab. 3 Delay between power line carrier and twisted pair

通过记录和统计30 min不同信道数据帧延时,在该型号下电力线载波和双绞线之间的延时差在2~3 ms之间,这进一步验证了混合信道中PDC对数据帧的汇聚和转发的性能。同时开启模拟主站召唤PDC的实时数据,其结果如图6所示。通过对主站接收到的数据帧分析可以看到µMPMU通道1和2的数据帧都能无误地汇聚成一条数据帧,并及时上传到主站。进而说明配电网PDC能同时连接该型PLC和光纤接入的µMPMU,数据汇集没有受到影响。

图6 主站召唤多信道数据帧 Fig. 6 Master station summons multi-channel data frame

2）搭建如图5所示的仿真测试平台,启动模拟PMU软件模拟10个PMU通过双绞线与PDC相连,启动模拟主站与PDC建立数据连接。为模拟不同信道之间的延时,测试PDC对不同延时的数据帧汇聚能力,对模拟PMU设置不同延时进行测试。将10个PMU分成2组,其中奇数号PMU不设置任何延时,作为对比组;偶数号PMU分别设置20 ms延时,用来模拟实际信道中的延时;通过模拟主站召唤PDC数据,观察配电网PDC能否将不同延时的PMU数据帧汇聚和转发。重复上述测试,依次设置100、150、200和250 ms延时。测试结果如表4所示。

表4 模拟PMU不同延时下PDC汇聚功能运行状况 Tab. 4 PDC aggregation function operation under different delays of PMU emulator

通过表4的测试结果可以看出通过不同信道传输的模拟PMU在200 ms以内的延时,配电网PDC均能够高效可靠地汇聚不同信道传输的数据帧,进一步说明了配电网PDC对多信道融合传输的PMU具有较好的汇聚能力。当信道延时超出250 ms时配电网PDC汇聚功能则受到影响,进而影响到整个WAMS。

配电网的应用场景决定着PDC装置在配电网WAMS中承担着重要角色。本文在输电网WAMS相关测试和标准的基础上,提出对配电网PDC进行测试的方法,并针对配电网PDC的关键技术进行相关测试。分别通过由南瑞PMU和许继µMPMU等装置组建的WAMS硬件测试平台和基于配电网特性开发的模拟PMU、模拟主站软件组建的仿真测试平台,对配电网PDC的接入能力、数据延时和多信道融合传输进行相应的测试。在项目相关配电网µMPMU还未开发完善的情形下,研究了配电网PDC的主要性能指标和测试方法,推动了WAMS技术应用于主动配电网,提高配电网对光伏等间歇性能源的消纳能力。

结合本文的测试思路和工作,在相关配电网WAMS设备不完善的情况下,项目组开发的PDC装置在中国电力科学研究院进行了相关测试,验证了该配电网PDC的多PMU接入能力、低延时汇聚处理和支持多信道融合接入能力等配电网相量数据集中器的关键技术指标。

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