本发明公开了一种PMU动态数据模拟生成方法。该方法通过模拟PMU子站，产生测试数据，用于WAMS主站的功能与性能检测。遵照PMU通信协议，对模拟PMU子站和WAMS主站进行通信配置，获得模拟数据，并将基本配置和数据保存为本地文件，WAMS主站配置模拟PMU子站的IP地址，通信端口号等信息。完成配置后，模拟PMU子站与WAMS主站按照PMU实时通信协议建立通信连接，模拟PMU子站循环读取数据文件，加上精确时标信息，封装成数据帧，定时上送给WAMS主站。该方法通过模拟生成带有指定特征的PMU动态数据，可以为WAMS主站提供具有各类特征的动态测试数据，用于检测WAMS主站各类应用功能。
1.一种PMU动态数据模拟生成方法，通过对模拟PMU子站进行配置，产生动态测试数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)基于虚拟技术建立模拟PMU子站，用来模拟实际PMU子站，所述模拟PMU子站包括实时监测功能和通信功能；
(2)对模拟PMU子站进行基本信息的配置，需要配置的基本信息包括：用于传输命令帧、配置帧的命令管道端口号和用于传输实时数据帧的数据管道端口号、模拟数据的窗口的长度以及传送步长、模拟PMU子站通信的模拟方法；
(3)对模拟PMU子站进行设备信息的配置，需要配置的设备信息包括待模拟的实际PMU子站下设备个数、设备名称、各设备下所有量测类型及量测名称，构建模拟PMU子站的子站-设备-设备量测的三级关系，模拟子站的设备信息来源于待模拟的实际PMU动态数据记录文件；
(4)定制数据源，针对步骤(3)中配置的设备信息，构造数据源，用于提供动态数据；
(5)将步骤(2)、(3)中所有配置信息和步骤(4)中的数据源分别生成配置文件和数据源文件，保存到本地，其中，所述配置信息包括基本信息和设备信息；
(6)配置WAMS主站，包括配置模拟PMU子站的IP地址、命令和数据连接端口号，配置通信协议、前置服务器的IP地址；
(7)将模拟PMU子站与WAMS主站建立命令连接，即命令报文和配置报文的传输通道，在命令连接中，模拟PMU子站是服务端，WAMS主站为客户端；
(8)将模拟PMU子站与WAMS主站建立数据连接，连接完成后可以开启实时数据传输流程，模拟PMU子站可以实时将数据帧发送给WAMS主站，在数据连接中，模拟PMU子站为服务端，WAMS主站为客户端；
(9)模拟PMU子站与WAMS主站建立数据连接后，模拟PMU子站实时上送数据帧给WAMS主站，模拟PMU子站读取步骤(5)中生成的配置文件和数据源文件，形成动态数据，加上精确的时标信息、名称及状态字，封装成数据帧实时上送给主站，主站接收到后根据需要分发模拟子站实时数据。
2.根据权利要求1所述的PMU动态数据模拟生成方法，其特征在于：
在步骤(2)中，所配置的子站通信的模拟方法为：每一个模拟PMU子站由两个线程进行模拟通信，分别处理命令传输和数据传输事务；通信功能包括接收发送报文、处理配置报文、生成数据报文、处理命令报文；使用网络作为通信通道，底层协议采用TCP，应用层协议采用PMU的实时通信协议。
3.根据权利要求1所述的PMU动态数据模拟生成方法，其特征在于：
在步骤(4)中，构造数据源的方式包括：①直接取自待模拟的实际PMU子站的PMU动态数据记录文件，所述PMU动态数据记录文件为实际PMU子站存储一段时间内动态数据的文件，包含子站设备信息和一段时间的数据；②通过格式化数据文件，人工填写数据构造目标数据波形，再用格式化数据文件中的数据替换原PMU动态数据记录文件中的数据；③通过自定义函数的方式，构造满足主站应用需求的特征数据。
4.根据权利要求1所述的PMU动态数据模拟生成方法，其特征在于：
在步骤(5)中，所述配置信息以xml格式保存，数据源以数据文件格式保存，配置文件和数据文件的生成方法如下：①配置信息保存到一个xml文件中，按照设备-PMU-数据的三层结构来管理配置信息，设备层包括组播信息、模拟配置信息和设备详细信息，其中，组播信息包括组播地址和端口号，模拟配置信息包括是否循环发数、步长和窗口长度，设备详细信息包含数据端口号、命令端口号、通信协议号及模拟厂站名称；PMU层记录了额定频率、数据格式、PMU的硬件标识符IDCODE及PMU的硬件名称；数据层依量测类型细分为相量数据、模拟量数据和开关量数据；配置信息文件中还存放了csv数据文件的基本信息；
②数据源用一种数据文件格式保存，作为子站数据源，多个csv数据文件统一保存到一个数据文件中，用于替换给子站数据源，形成带有特定波形特征的数据。
5.根据权利要求1所述的PMU动态数据模拟生成方法，其特征在于：
在步骤(7)中，命令连接完成后，主站发送“上传CFG1文件”命令，模拟PMU子站解析该命令，并将配置信息生成配置帧1即CFG1文件发送给WAMS主站，CFG1文件描述子站可以上传的所有量测的名称、数量和转换系数；WAMS主站接收到CFG1文件后，根据WAMS主站应用需求，生成配置帧2即CFG2文件并下传给模拟PMU子站，CFG2文件描述主站要求子站上传的量测的名称、数量及转换系数，是CFG1的子集，模拟PMU子站接到CFG2文件后，保存到本地，作为对应该WAMS主站的通信配置文件，以后按照该配置发送实时数据给主站。
6.根据权利要求1所述的PMU动态数据模拟生成方法，其特征在于：
在步骤(9)中，模拟PMU子站上传的动态数据构造过程如下：
①读取保存的数据文件到内存中，按配置的步长有序地循环地发送模拟数据；
②模拟PMU子站数据帧报文需具有高精度的时标，其误差应控制在正负50ms以内；使用简单网络时间协议SNTP进行时间同步或者使用机器最新时间同步；
③将量测数据、数据时标、数据名称和数据质量状态字按技术规范封装成数据帧，由负责传输数据帧的线程发送给WAMS主站。
7.根据权利要求1或6所述的PMU动态数据模拟生成方法，其特征在于：
所述数据帧严格按照电力系统实时动态监测系统技术规范中同步相量测量传输信息的数据帧格式进行封装，包含数据时间、数据名称、数据值、数据质量状态字。
一种PMU动态数据模拟生成方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统实时动态监测技术领域，特别涉及一种PMU动态数据模拟生成的内容。
背景技术
[0002] 电力系统实时动态监测系统自建立至今，已基本覆盖全国主要电力调度中心。重要的变电站和发电厂均安装了同步相量测量装置(PMU子站)，PMU动态数据已经成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源之一。WAMS主站的应用也逐渐展开，到目前为止，通用WAMS应用涵盖了电网运行动态监视、在线扰动识别、低频振荡分析和机组涉网参数监测四大功能模块。每个大功能模块包含了众多子功能，如基本的电网运行动态监视功能可细分为离线召唤及历史数据分析、慢数据监视、集中动态曲线及分散曲线。一些地方定制了WAMS应用，如：参数辨识、混合状态估计、广域保护控制及风电监视等。WAMS应用有效地加强了对电力系统动态安全稳定的监控，提高了调度机构准确把握系统运行状态的能力。
[0003] WAMS应用研发过程中，为测试和验证功能的正确性和稳定性，常需要使用PMU子站提供的动态数据。在实际工程应用场景中，为保证在线电网系统的正常运行，是不允许主站系统随意地在系统里进行应用功能的调试和测试工作。这样极有可能对电网的稳定和正常运行带来危险，带来无法预估的损失。另外，电网中实际运行的状态往往不能符合应用所需，不能立即产生应用所需的特征波形，使得WAMS主站功能测试无法有效开展，或者没法提供极限状态供测试功能的容忍度。因此，实际子站数据在WAMS主站功能测试上具有较大的局限性，无法满足功能测试的需求。
[0004] 为了解决实际PMU子站动态数据在WAMS应用测试上的不足，有必要提供一种可以自主模拟PMU动态数据的方法。该方法模拟PMU子站的设备结构，产生动态测试数据，用于检测WAMS主站的功能。该方法与实际电网系统隔离，避免了主站功能测试影响电网正常稳定运行。且可以随时模拟带有指定特征的数据，不受时间和特征的限制，满足了主站应用测试的需求。基于上述，本发明提出一种PMU动态数据模拟生成方法。
发明内容
[0005] 为解决实际PMU子站动态数据在WAMS应用测试上的不足，本发明公开了一种PMU动态数据模拟生成方法，模拟PMU子站的设备结构，产生动态测试数据，用于检测WAMS主站的功能。本发明具体采用以下技术方案。
[0006] 一种PMU动态数据模拟生成方法，通过对模拟PMU子站进行配置，产生动态测试数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0007] (1)基于虚拟技术建立模拟PMU子站，用来模拟实际PMU子站所述模拟PMU子站包括实时监测功能和通信功能；
[0008] (2)对模拟PMU子站进行基本信息的配置，需要配置的基本信息包括：用于传输命令帧、配置帧的命令管道端口号和用于传输实时数据帧的数据管道端口号、模拟数据的窗口的长度以及传送步长、模拟PMU子站通信的模拟方法；
[0009] (3)对模拟PMU子站进行设备信息的配置，需要配置的设备信息包括待模拟的实际PMU子站下设备个数、设备名称、各设备下所有量测类型及量测名称，构建模拟PMU子站的子站-设备-设备量测的三级关系，模拟子站的设备信息来源于待模拟的实际PMU动态数据记录文件；
[0010] (4)定制数据源，针对步骤(3)中配置的设备信息，构造数据源，用于提供动态数据；
[0011] (5)将步骤(2)、(3)中所有配置信息和步骤(4)中的数据源分别生成配置文件和数据源文件，保存到本地，其中，所述配置信息包括基本信息和设备信息；
[0012] (6)配置WAMS主站，包括配置模拟PMU子站的IP地址、命令和数据连接端口号，配置通信协议、前置服务器的IP地址；
[0013] (7)将模拟PMU子站与WAMS主站建立命令连接，即命令报文和配置报文等的传输通道，在命令连接中，模拟PMU子站是服务端，WAMS主站为客户端；
[0014] (8)将模拟PMU子站与WAMS主站建立数据连接，连接完成后可以开启实时数据传输流程，模拟PMU子站可以实时将数据帧发送给WAMS主站，在数据连接中，模拟PMU子站为服务端，WAMS主站为客户端；
[0015] (9)模拟PMU子站与WAMS主站建立数据连接后，模拟PMU子站实时上送数据帧给WAMS主站，模拟PMU子站读取步骤(5)中生成的配置文件和数据源文件，形成动态数据，加上精确的时标信息、名称及状态字，封装成数据帧实时上送给主站，主站接收到后根据需要分发模拟子站实时数据。所述数据帧严格按照电力系统实时动态监测系统技术规范中同步相量测量传输信息的数据帧格式进行封装，包含数据时间、数据名称、数据值、数据质量状态字。
[0016] 本发明具有以下有益技术效果：
[0017] ①可以模拟PMU子站的设备结构，产生动态测试数据，具有实际PMU子站的主要功能；
[0018] ②可以用于检测WAMS主站的功能。该方法与实际电网系统隔离，避免了主站功能测试影响电网正常稳定运行。
[0019] ③可以随时模拟带有指定特征的数据，不受时间和特征的限制，满足了主站各类应用测试的需求。
附图说明
[0020] 图1一种PMU动态数据模拟生成办法流程框图；
[0021] 图2 PMU子站模拟及模拟数据生成方法框图；
[0022] 图3一种PMU动态数据模拟生成方法功能模块划分框图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
[0024] 本发明提出的PMU动态数据模拟生成方法按模块划分如图3所示，主要可划分为设备配置管理模块、设备模拟模块、设备通信线程模块和人机界面模块。
[0025] 所述设备配置管理模块主要功能包括按照设备-PMU-数据分层结构来管理配置信[0026] 息，并在xml文件存取静态配置；在模拟通信时，从配置文件中存取数据信息和设备信息提供给设备模拟模块。
[0027] 所述设备模拟模块主要负责模拟设备的协议处理，包括接收发送报文、处理主站下发的CFG2配置报文、生成动态数据报文和处理命令报文等，全面地模拟实际PMU子站的功能。
[0028] 所述设备通信线程模块主要模拟PMU子站的通信工作流程。每个模拟子站用两个线程分管命令通信和数据通信，相对独立又互相协作。
[0029] 所述人机界面模块主要用于人机交互，处理模拟设备的配置、模拟数据的关联及设备行为的控制等。控制功能包括：启动、停止、暂停、复位，是否需要时间快速定位。运行过程中，可以以曲线方式查看模拟数据的发送情况。
[0030] 下面对本发明的实施方案作进一步详细描述。如图1所示，本申请公开的一种PMU动态数据模拟生成办法包括以下步骤：
[0031] (1)建立模拟PMU子站，所述模拟PMU子站基于虚拟技术，用来模拟实际PMU子站。
[0032] 实际PMU子站是指安装在同一发电厂或变电站的相量测量装置及数据集中器的集合。子站可以是单台相量测量装置，也可以由多台相量测量装置和数据集中器构成。子站能测量、发送和存储实时测量数据。
[0033] 模拟子站具有实际PMU子站的主要功能，包括实时监测功能和通信功能。实时监测功能包括：能获得实时三相基波电压、三相基波电流、频率和开关量等信号，能接受和响应主站的召唤命令，能向主站实时传送获取的动态数据。通信功能包括向主站实时传送动态数据，接收并响应主站下达的命令。
[0034] (2)对模拟PMU子站进行基本信息的配置，需要配置的基本信息包括：用于传输命令帧、配置帧的命令管道端口号和用于传输实时数据帧的数据管道端口号、模拟数据的窗口的长度以及传送步长、子站通信的模拟方法。
[0035] 所配置的子站通信的模拟方法为：每一个模拟子站由两个线程进行模拟通信，分别处理命令传输和数据传输事务。常用功能包括接收发送报文、处理配置报文、生成数据报文、处理命令报文。使用网络作为通信通道，底层网络传输协议采用TCP协议，应用层协议采用电力系统同步相量测量传输信息的要求。
[0036] (3)对模拟PMU子站进行设备信息的配置，需要配置的设备信息包括子站下设备个数、设备名称、各设备下所有量测类型及量测名称，构建模拟PMU子站的子站-设备-设备量测的三级关系，模拟子站的设备信息来源于实际的PMU动态数据记录文件。
[0037] 为尽可能模拟实际厂站中设备情况，保证设备配置的合理性，模拟子站的设备信息来源于实际的子站数据记录文件，如子站LOOP文件，其中包含了子站的详细设备信息。包括设备个数、设备名称、PMU量测类型及量测名称等。模拟PMU子站通过这些设备信息构建模拟PMU子站的设备配置。见附图2中给出的新增模拟PMU设备的过程。
[0038] (4)定制数据源，针对步骤(3)中配置的设备信息，构造数据源，用于提供动态数据；
[0039] 构造数据源的方式如图2所示，包括：
[0040] ①直接取自PMU动态数据记录文件，所述PMU动态数据记录文件为实际PMU子站存储一段时间内动态数据的文件，包含子站设备信息和一段时间的数据；PMU动态数据记录文件由实际PMU子站在现场运行时记录一段时间得到，所以其更能代表现场的真实运行情况。
[0041] ②通过格式化数据文件，如csv格式文件，人工填写数据构造目标数据波形，再用格式化数据文件中的数据替换原PMU动态数据记录文件中的数据。这种方式适用于已有PMU动态数据记录文件，但其中的数据无法满足测试需求，需要通过其他数据替换的情况；
[0042] ③通过自定义函数的方式，构造满足主站应用需求的特征数据。这种方式适应于已有PMU动态数据记录文件，但需要定制带有指定特征的数据。
[0043] (5)将步骤(2)、(3)中所有配置信息和步骤(4)中的数据源分别生成配置文件和数据源文件，保存到本地，其中，所述配置信息包括基本信息和设备信息；
[0044] 配置文件和数据文件的生成方法如下：
[0045] ①配置信息保存到一个xml文件中，xml格式广泛地用于数据传输领域，通过定义结构和存储信息可以有效地传输信息。它具有统一的管理数据存取格式，可以在不同应用系统间实现数据共享和交互。模拟PMU子站按照设备-PMU-数据的三层结构来管理配置信息，设备层包括组播信息、模拟配置信息和设备详细信息，其中，组播信息包括组播地址和端口号，模拟配置信息包括是否循环发数、步长和窗口长度，设备详细信息包含数据端口号、命令端口号、通信协议号及模拟厂站名称；PMU层记录了额定频率、数据格式、PMU的硬件标识符(IDCODE)及名称；数据层依量测类型细分为相量数据、模拟量数据和开关量数据。另外配置信息文件中还存放了csv数据文件的基本信息；②数据源用一种数据文件格式保存，作为子站数据源，多个csv数据文件统一保存到一个数据文件中，用于替换给子站数据源，形成带有特定波形特征的数据。
[0046] (6)配置WAMS主站，包括配置模拟PMU子站的IP地址、命令和数据连接端口号，配置通信协议，前置服务器的IP地址；
[0047] (7)将模拟PMU子站与WAMS主站建立命令连接，即命令报文和配置报文等的传输通道，在命令连接中，模拟PMU子站是服务端，WAMS主站为客户端；
[0048] 命令连接完成后，主站发送“上传CFG1文件”命令，模拟PMU子站解析该命令，并将本地配置生成配置帧1即CFG1文件发送给主站，CFG1文件描述子站能够上传的数据的名称、数量和转换系数等。主站接收到CFG1文件后，根据主站应用需求，生成配置帧2即CFG2文件并下传给模拟PMU子站，CFG2文件描述主站要求子站上传的数据的名称、数量及转换系数等，是CFG1文件的子集。模拟子站接到CFG2文件后，保存到本地，作为对应该主站的通信配置文件，以后按照该配置发送实时数据给主站。
[0049] 命令连接过程如下：
[0050] ①主站向子站发送“建立命令连接”报文；
[0051] ②子站接收“建立命令连接”报文，与主站建立命令连接。
[0052] 建立命令连接的过程，需要设备模拟模块和设备通信线程模块的配合，通信线程侦听通信管道接收命令报文，设备模拟模块负责处理报文。分工明确，协同工作。
[0053] 命令连接完成后，主站需要初始化获取子站配置，并筛选所需信息。这个过程可以描述为：
[0054] ①主站发送“上传CFG1文件”命令，请求子站发送配置信息；
[0055] ②模拟PMU子站的命令线程解析该命令，并将本地配置生成CFG1文件发送给主站。
[0056] ③主站接收到CFG1后，根据主站应用需求，选择需要的量测配置，生成CFG2文件并下传给模拟PMU子站。
[0057] ④模拟PMU子站接到CFG2后，保存到本地，作为对应该主站的通信配置文件。子站根据该CFG2文件发送实时监测数据。
[0058] (8)将模拟PMU子站与WAMS主站建立数据连接，连接完成后可以开启实时数据传输流程，模拟PMU子站可以实时将数据帧发送给主站，在数据连接中，模拟PMU子站为服务端，WAMS主站为客户端；
[0059] 具体流程包括如下步骤：
[0060] ①监测通道是否正常运行，命令管道是否准备完毕；若正常，则到下一步；
[0061] ②主站发送“开启实时数据传输”命令；
[0062] ③子站的命令管理线程接收到“开始实时数据传输”命令；
[0063] ④子站读取接收到的CFG2文件，开启实时数据传输流程。
[0064] 开启实时数据传输流程后，模拟PMU子站可以将模拟的动态数据报文发送给主站。在数据连接中，子站为连接的服务端，主站为客户端。数据连接是在命令连接的基础上建立的。
[0065] (9)模拟PMU子站与WAMS主站建立数据连接后，模拟PMU子站实时上送数据帧给WAMS主站。上送的数据帧严格按照电力系统实时动态监测系统技术规范中同步相量测量传输信息的数据帧格式进行封装，包含数据时间、数据名称、数据值、数据质量状态字等。模拟PMU读取步骤(5)中生成的配置文件和数据源文件，循环读取形成动态数据，加上精确的时标信息、名称及状态字，封装成数据帧实时上送给主站，主站接收到后根据需要分发模拟子站实时数据。
[0066] 模拟PMU子站上传的动态数据构造过程如下：
[0067] ①读取保存的数据文件到内存中，按配置的步长有序地循环地发送模拟数据；待一个传输窗口的数据发送完毕后，从第一个断面开始循环发送数据
[0068] ②模拟PMU子站数据帧报文需具有高精度的时标，其误差应控制在正负50ms以内；实际的PMU装置一般采用同步时钟，如GPS的授时信号，作为数据采样的基准时间源。在模拟PMU动态数据时，也需要保证PMU数据报文需具有高精度的时标，其误差应控制在正负50ms以内。
[0069] 为达到这一要求，在具备条件的系统中可以使用简单网络时间协议(SNTP)进行时间同步，它提供了全面访问国家时间和频率传播服务的机制，组织时间同步子网并且为参加子网每一个地方时钟调整时间；在不具备条件的系统中，可以使用机器最新时间同步。当PMU模拟方法产生的数据报文，与主站接收的实际PMU报文的时标存在差异时，可以使用时间调整框进行补偿。
[0070] ③将量测数据、数据时标、数据名称和数据质量状态字按技术规范封装成数据帧，由负责传输数据帧的线程发送给WAMS主站。
[0071] 申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
