一种电力系统广域闭环控制系统操作时延的测量方法技术领域
本发明涉及电力系统广域闭环控制技术领域，特别是涉及一种电力系统
广域闭环控制系统操作时延的测量方法。
背景技术
广域互联是目前电力系统主要发展方向之一，互联的广域电力系统可大
幅提高安全性和可靠性，同时有利于实现资源优化配置。但是互联广域电力
系统也面临着新的问题。互联区域间的功率低频振荡严重影响电力系统安全
性，并降低了电能的传输效率，为此必须要解决电力系统的低频振荡问题。
广域闭环控制系统是解决低频振荡问题的有效手段之一。
在电力系统广域闭环控制系统中，相量测量单元、广域网络控制服务器
和网络控制终端分别对应于控制系统中的传感器、控制器和执行器。相量测
量单元、广域网络控制服务器和网络控制终端之间通过电力系统高速通信网
络传输。与传统的控制系统不同，广域闭环控制系统中的反馈信号(即测量
数据)和控制信号均通过高速通信网络传输，因此网络化控制导致的时延是
影响广域闭环控制系统性能的重要因素。
操作时延是广域闭环控制系统时延的重要组成部分。所谓的操作时延是
广域闭环控制系统中的控制设备(包括传感器、控制器和执行器)执行各自
的操作所需的时延总和。为了研究广域闭环控制系统的时延特性以便进一步
实现对时延影响的补偿，需要对广域闭环控制系统中的操作时延进行测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术不能测量电力系统广域闭环控
制系统的操作时延的问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种电力系统广域闭环控制系统操作
时延的测量方法，在广域闭环控制系统的硬件在环测试平台实时数字仿真器
RTDS中执行的操作步骤，所述操作步骤包括：
步骤1、在实时数字仿真器中构造两路信号，每路信号中包括三相电流
和三相电压信号；
步骤2、相量测量单元对步骤1中所述的两路三相电流电压信号分别进
行采集得到电压相量，包括电压相量的幅值和相角；
步骤3、相量测量单元将所述电压相量发送至广域网络控制服务器；
步骤4、广域网路控制服务器根据获得的电压相量计算两路电压相量的
的相角差值；
步骤5、广域网络控制服务器将所述电压相量的相角差值作为控制数据
发送至网络控制终端；
步骤6、网络控制终端将控制数据通过模数转换卡转换为联系的模拟信
号并发送至实时数字仿真器；
步骤7、实时数字仿真器记录原始的三相电压信号及接收到的控制数据；
步骤8、根据实时数字仿真器记录的数据计算闭环控制系统的操作时延。
进一步，在所述步骤1中，所述实时数字仿真器生成弱电信号的三相电
流、三相电压信号，经功率放大器放大后获得所模拟的强电信号的三相电流、
三相电压信号。
进一步，所述强电信号包括两路的三相电流和三相电压信号，每路信号
分别通过模拟1号和模拟2号母线的进行传输。
进一步，所述相角的差值的幅值为1～2rad，所述相角的差值的频率为
0.1～0.5Hz。
进一步，理想波形为数字仿真器内部的两路电压相量的相角差的波形，
测量波形为实时数字仿真器记录的由网络控制终端输出的连续模拟量信号；
实时数字仿真器记录理想波形和测量波形后，还包括：计算闭环控制系统的
操作时延的过程，即通过对比测量波形和理想波形，计算出操作时延的过程。
进一步，所述对比所述测量波形和理想波形的过程包括：
步骤A、对比理想波形与测量波形；
步骤B、在所述测量波形中选取一个第一参照点A，所述第一参照点的
时标为tA，由于所述测量波形为阶梯波形，故第一参照点A的值等于所在阶
梯的平均值，第一参照点A的时标tA等于该阶梯的起始时刻；
步骤C，在所述理想波形中选取一个与所述第一参照点A相对应的第二
参照点B，所述第二参照点的时标为tB，第二参照点B的值等于第一参照点
A的值；
步骤D，计算操作时延，操作时延tO＝tA-tB；
步骤E、重复上述步骤A至D，从所述测量波形中获取一系列的第一参
照点以及在所述理想波形中相对应的一系列第二参照点，重复计算操作时延
测量得到广域闭环控制系统的操作时延。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的操作时延测量方法基于RealTimeDigitalSimulator(RTDS)
的硬件在环平台实现对操作时延进行测量，硬件在环平台中的各广域闭环控
制系统设备(包括相量测量单元、网络控制服务器和网络控制单元)均与实
际电力系统中应用的广域闭环控制系统设备完全相同，所以测量得到操作时
延与实际电力系统中的操作时延相同。
2、本发明的操作时延测量方法通过对比RTDS记录的测量波形与理想
波形的时间差实现，不需要为了测量操作时延而对各广域闭环控制设备(包
括硬件方面和软件方面)进行任何改动。
附图说明
图1是本发明的实时数字仿真器硬件在环测试平台示意图；
图2是本发明的优选实施例的方法的流程示意图；
图3是本发明的优选实施例的方法的信号的示意图；
图4是本发明的优选实施例的方法的信号的数据点示意图；
图5是本发明的优选实施例的方法的操作时延的统计图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图
和实施例作进一步详细的说明。
如图1所示，电力系统广域闭环控制系统的实时数字仿真器RTDS101
(RealTimeDigitalSimulator)硬件在环测试平台，PMU106为相量测量单
元、WNCS107为网络控制服务器，NCU108为网络控制终端。
在RTDS101硬件在环测试平台中执行的操作步骤，如图2所示，在本
发明的优选实施例中，提供了一种电力系统广域闭环控制系统操作时延的测
量方法，所述操作步骤包括：
S1、通过RTDS硬件构造两路信号，每路信号中包括三相电流和三相电
压信号。
RTDS101硬件构造的两路三相电流、三相电压信号是通过RTDS101硬
件发射光纤信号，通过D/A模数转换卡GTAO102转换后，转换为成弱电信
号的三相电流、三相电压信号，经过功率放大器103放大后，获得强电信号
的两路三相电流、三相电压信号，分别为图1中的1号母线U&I104和2号
母线U&I105。
S2、两个PMU106分别对S1中所述的两路三相电流电压信号分别进行
采集得到电压相量。
S3、PMU106将所述电压相量以测量数据的形式通过网络信号发送至广
域网络控制服务器WNCS107。
S4、广域网络控制服务器WNCS107将获得的所述的电压相量测量数据
后，以所述电压相量的相角差值作为反馈信号计算控制数据。
S5、广域网络控制服务器WNCS107将所述电压相角的差值作为控制数
据通过网络信号发送至网络控制终端NCU108。
S6、网络控制终端NCU108接收到控制数据后，将控制数据通过A/D
模数转换卡GTAI109转化为连续的模拟信号输出至RTDS；
S7、RTDS记录原始的三相电压信号及接收到的控制数据。
S8、计算闭环控制系统的操作时延。
通过上述技术方案的应用，能够解决现有技术不能测量操作时延的问
题。操作时延是广域闭环控制系统时延的重要组成部分，为了研究广域闭环
控制系统的时延特性以便进一步实现对时延影响的补偿，需要进行对操作的
测量。本发明的技术方案提供了一种基于RealTimeDigitalSimulator(RTDS)
的硬件在环平台实现对操作时延进行测量，能够测量出电力系统广域闭环控
制系统操作时延。
所述强电信号包括两路的三相电流和三相电压信号，每路信号分别通过
模拟1号和模拟2号母线进行传输。
在S1中，所述两路三相电流电压信号包括模拟1号(1#)即图1中的1
号母线U&I104和模拟2号(2#)即图1中的2号母线U&I105的两路测量
信号，并设定两路母线间的电压的相角的差值的理想波形θ12为三角波。所
述相角的差值的幅值为2rad，所述相角的差值的频率为0.1Hz。
在S6中，网络控制终端NCU输出的控制数据，即实际的电压相角的差
值的测量波形为θ′12，如图3所示，θ′12经过RTDS的A/D模数转换卡的采
样后得到的测量波形是带毛刺的阶梯信号。
RTDS记录原始的三相电压信号及接收到的控制数据后，还包括：对比
所述测量波形和理想波形的过程，通过对比过程计算出操作时延。
所述对比所述测量波形和理想波形的过程包括：
步骤A、对比理想波形与测量波形；
步骤B、在所述测量波形中选取一个第一参照点A，所述第一参照点的
时标为tA，由于所述测量波形为阶梯波形，故第一参照点A的值等于所在阶
梯的平均值，第一参照点A的时标tA等于该阶梯的起始时刻。
步骤C，在所述理想波形中选取一个与所述第一参照点A相对应的第二
参照点B，所述第二参照点的时标为tB，第二参照点B的值等于第一参照点
A的值
步骤D，计算操作时延，
操作时延tO＝tA-tB；
步骤E、重复上述步骤A至D，从所述测量波形中获取一系列的第一参
照点以及在所述理想波形中相对应的一系列第二参照点，重复计算操作时延
测量得到广域闭环控制系统的操作时延。
按上述测试方法对操作时延进行测量，得到的部分结果如图4所示。测
试的分段统计结果如图5所示，可见90％以上的闭环时延集中在45ms至58
ms范围内。平均值为51.34ms，最大值为69.39ms，标准差为4.36ms。另
外，图4中明显可见实测的操作时延有明显的周期性。
与实测的通信时延相比，操作时延的分布性明显大于通信时延的分布
性。因此，闭环时延的分布性主要由操作时延引起，而不是通信时延。
实验室条件下的实测闭环时延由于通信时延只占极小的比例而与实际
情况不同，这种闭环时延(即操作时延)的抖动性主要来自于各种设备不相
关的随机性。使用正态分布拟合实测的操作时延的分布，其中正态分布的均
值和标准差与实测操作时延的均值和标准差相同，结果如图5所示，可见正
态分布适于描述这种随机抖动特性。
通过上述技术方案的运用，操作时延测量方法通过对比RTDS记录的测
量波形与理想波形的时间差实现，不需-要为了测量操作时延而对各广域闭
环控制设备(包括硬件方面和软件方面)进行任何改动。
以上对本发明实施例所提供的一种电力系统广域闭环控制系统操作时
延的测量方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及
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发明的核心思
想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体
实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解
为对本发明实施例的限制。