（电力电子与电力传动专业论文）广域测量系统主站子站的仿真与测试.pdf

a b s t r a c t a bs t r a c t b a s e do np m ua n dt h et e c h n o l o g yo fs y n c h r o n i z e dp h a s o rm e a s u r e m e n t w i d e a r e am e a s u r e m e n t s y s t e m ( w a m s ) i su s e dm o r ea n dm o r ew i d e l yi np o w e rs y s t e m a tp r e s e n t ，m u c hr e s e a r c ho nw a m sa n d p h a s o rm e a s u r e m e n tu n i t ( p m u ) i sd o n ei nt h er e l a t e di n s t i t u t e sa n dm a n u f a c t u r e r s ，b u tt h e r ei sl i t t l e r e s e a r c ho nt h es i m u l a t i o na n dt e s to fw a m s a sar e s u l t t h es i m u l a t i o no fw a m si ss t i l lb l a n ka n dt h e r e i s n t af e a s i b l et e s ts y s t e mw h i c hh a st h ea b i l i t yt od oac o m p r e h e n s i v et e s tf o rw a m sm a i n s t a t i o n 、 s u b s t a t i o no rp m u b a s e do nt h i sb a c k g r o u n d t h ep a p e ri sp r e s e n t e da r o u n dt h e s ep r o b l e m ss u c ha sh o wt o s i m u l a t ea n dt e s tw a m sa n dh o wt of i n dt h es o l u t i o nt ot h er e a l t i m ec o m m u n i c a t i o no fs i m u l a t e ds y s t e m o nw i n d o w sp l a t f o r l t l as e to fs i m u l a t e ds o f t w a r es y s t e mo nw i n d o w sp l a t f o r m ，b a s e do nv c + + 6 o m f c ，i sp r e s e n t e di n t h i sp a p e lt l h i ss i m u l a t e ds y s t e mc o n t a i n st w os o f t w a r es y s t e m s ：“s i m u l a t e dm a i n s t a t i o n ”a n d “s i m u l a t e d s u b s t a t i o n ”s i m u l a t e dm a i n s t a t i o ni su s e dt os i m u l a t et h em a i nf u n c t i o n so f r a m sm a i n s t a t i o nw h i c hi s i n s t a l l e di nt h ed i s p a t c hc e n t e ro fp o w e rs y s t e m a n di ta l s oc a nb eu s e dt od ot h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l t e s t 、b a s i cf u n c t i o nt e s ta n do t h e rr e l a t e dt e s to fw a m ss u b s t a t i o no rp m u s i m u l a t e ds u b s t a t i o ni su s e dt o s i m u l a t et h em a i nf u n c t i o n so f 、) l ，a m ss u b s t a t i o na n dp m uw h i c ha r ei n s t a l l e di ni m p o r t a n tp o w e rp l a n t s o rs u b s t a t i o n s a n dt h es i m u l a t e ds u b s t a t i o na l s oc a nb eu s e dt od ot h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lt e s ta n d o t h e r b a s i cf u n c t i o nt e s to fw m a sm a i n s t a t i o n n ep a p e rf i r s t l yp r e s e n t e dt h eb a s i cd a t as t r u c t u r e sw h i c ha r ea p p l i e di nt h i ss i m u l a t e ds o f t w a r e s y s t e m t h ed a t as t r u c t u r e s ，w h i c hs t a n df o rt h er e a lf u n c t i o nm o d u l e so f ，a m s ，a r ed e s i g n e db a s e do n o b j e c t o r i e n t e dp r i n c i p l e t h e nt h em a i nf u n c t i o n so fs i m u l a t e dm a i n s t a t i o na n ds i m u l a t e ds u b s t a t i o na r e i n t r o d u c e dr e s p e c t i v e l y n er e a l i t ya n dd e s i g np r i n c i p l eo fe a c hf u n c t i o nm o d u l eo ft h i ss i m u l a t e ds y s t e m a r ei l l u s t r a t e di nd e t a i l f i n a l l y , t h er e a l i t yo fc o m m u n i c a t i o no ft h i ss i m u l a t e ds y s t e mi si n t r o d u c e d p r o b l e m so fr e a l t i m e c o m m u n i c a t i o no nw i n d o w sp l a t f o r ma r ea n a l y z e dd u r i n gt h er e a l i t yo fs i m u l a t e ds u b s t a t i o n t h er e a s o n w h i c hr e s u l t si nt h ep r o b l e mo fr e a l t i m ec o m m u n i c a t i o no fs i m u l a t e ds u b s t a t i o ni sa n a l y z e di nd e t a i li n t h i sp a p e lb a s e do nw l n d o w sp l a t f o r ma n dt h eo s ir e f e r e n c em o d e lo fn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，t w o s o l u t i o n sa r eg i v e n o n ei su s i n gm u l t i - m e d i at i m e rc o m b i n i n gm u l t i - t h r e a dt e c h n o l o g yo nt h ea p p l i c a t i o n l e v e lo fo s ia n dt h eo t h e ri sm o d i f y i n gt h et r a n s m i s s i o nc o n t r o lm e t h o do ft c p i pp r o t o c o ls t a c ko nt h e t r a n s m i s s i o nl e v e lo fo s i t h ef i r s tm e t h o ds o l v e dt h ep r o b l e mo fp r e c i s et i m i n ga n dt h eo t h e rs o l v e dt h e p r o b l e mo f d a t ao v e r s t o c kd u r i n gt h er e a l t i m ec o m m u n i c a t i o no fs i m u l a t e ds u b s t a t i o n t h er e s u l to f e x p e r i m e n ta n dd e b u gs h o w st h a tt h e ya r ev a l u a b l ea n df e a s i b l e k e yw o r d s w a m s ；p m u ；s i m u l a t ea n dt e s t ；s i m u l a t e dm a i n s t a t i o n ；s i m u l a t e ds u b s t a t i o n ；r e a l - t i m e c o m m u n i c a t i o n ；s o l u t i o nm e t h o d s ； i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名：翠拯生日期：塑芏：翌生：7 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生 院办理。 第一章绪论 第一章绪论 为进一步加强电力系统调度中心对电力系统的动态稳定监测和分析能力，配合全国联网，现已 在重要变电站和重要发电厂安装了同步相量测量单元，构建成电力系统广域的实时动态监测系统。 相量测量单元( p h a s o rm e a s u r e m e n tu n i t ，p m u ) 基于全球定位系统( g p s ) 提供的标准时间，能在 不同地理位置同步测量电网的相量数据，并将这些相量数据打上统一时标，通过高速以太网上传至 调度中心主站，从而实现对电力系统动态过程的监测，为电网动态稳定分析和控制提供依据。该动 态监测系统将成为电力系统调度中心的实时动态数据平台的主要数据源之一，并逐步与e m s 系统及 安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控，提高调度机构准确把握系统运 行状态的能力，并有助于研究大电网的动态过程，为制订电力系统控制策略和设计、运行、规划方 案提供依据。 1 1 广域测量系统体系结构 广域测量系统( w i d e - a r e am e a s u r e m e n ts y s t e m ，w a m s ) 实现了电网动态过程监测、低频振荡 监测，监测的内容包括电压及电流相量、功率、机组出力、发电机内电势和功角、系统频率、频率 变化率以及重要的开关状态；w a m s 可以在同一时间断面下捕捉到大规模互联电力系统各地点的实 时稳态、动态信息，这些信息将对电力系统稳态及动态分析与控制的许多领域如潮流计算、状态估 计、暂态稳定分析、电压稳定分析、频率稳定分析、低频振荡分析、全局反馈控制、广域预警和决 策等提供重要参考数据【1 。1 9 】。图1 - 1 是广域测量系统的体系结构简图： 图1 - 1 广域测量系统体系结构筒图 东南人学硕i j 学位论文 从图1 1 可以看出，j 域测餐系统由卞站、通信系统、子站构成，各部分1 ，点的定义如下： 子站：安装住同一发电厂或变电站的相鼙测鲑单元( p m u ) 和数据集中器的集合。子站可以 由单台相苗测量单元，也可以由多台相埘测量单元和数据集中器构成。p m u 实时测量电网的动态信 息，在g p s - p 星授时卜为实时数据打上时标，并通过数据集中器将同一时间断面的实时动态数据帧 上传至主站系统，以供土站分析和决策。 主站：安装在电力系统调度中心，用于接收、管理、存储和转发源白子站数据的计算机系统。 主站接收、存储、转发、处理各子站的同步相量数据，并根据参考站的相量数据计算出各子站对参 考站的相对相角和功角信息，进而实现j “域系统的动态监测、稳定监测及广域颅警等功能。 通信系统：主站与子站间的专用通信网络。硬件上目前使用的有光纤专川通道和电力系统通讯 专网两种，软件上采用t c p f l p 协议，应用层的数据帧严格按照电力系统实时动态监测系统传输规 约的格式组织。 1 2 课题研究背景及意义 随着全国联网= 群和三峡t 程的进一步推进，我国电网结构比历史上任何时期都庞大、复杂。 厂网分开、竞价上网、电力市场的发展造成系统的运行方式更为复杂，记录、监测电力系统，特别 是人互联网系统的的动态行为对研究整个系统越来越重要，冈此从系统全局角度对电力系统进行监 测、操作、保护、控制、规划是大电网发展的必然趋势。传统的监测系统存在着某些缺点，使之不 能够全面地监测电力系统的动态过程。例如e m s 系统虽然能够记录较k 时间的系统状态，但其数据 刷新的周期较长，而且目前不能够完全的提供广域系统的同步信息；而故障录波器虽能够记录系统 暂态时的完整波形，但其记录的时间较短，不能完整的记录整个动态过程。 基于p m u 的子站系统和安装在调度中心的主站系统共同构建电力系统实时动态监测系统，或 称广域测量系统( w i d e a r e am e a s u r e m e n ts y s t e m ，w a m s ) ，能够全面、准确记录电力系统的动态信 息，并通过各种方式取出数据，供人们监测、分析和控制、保护电力系统使用。与传统的监测系统 不同，基于p m u 的w a m s 提供的j “域测鬣数据的特点为：带有统一时标的高速采样；高速的 数据传输；可提供瞬时值及相位值；可提供暂态或动态响应。w a m s 将各广域量的时间断面对 齐，可得到完整的系统动态曲线，既可用以校核模犁和参数，也可从中提取关于电能动态质量和系 统动态安全的各种信息。基于p m u 数据的w a m s 看做是基于远程终端单元( r t u ) 数据的s c a d a 系统的扩展，包括在空间中覆盖了更广的地域，在时间的不同尺度上监控系统的动态信息，以及在 功能上整合了原先孤立的二次系统。冈此，从发展趋势看，电力系统的动态监测必将取代现有的静 态监测，广域测量系统( w a m s ) 将成为我国电力系统实时监控的基础平台。 近儿年来，国内外相关机构和厂商都投入了相当的人力、物力在研究“广域测量系统”，国电南 瑞、四方同创已经开发出w a m s 主站系统、p m u 装置，中国电力科学研究院也开发了p m u 装置， 其他也有相关厂家开发了w a m s 主站、p m u 装置，并相继投入现场应用。但若要使w a m s 成为可 信赖的监控平台，首先，应该解决w a m s 主站和子站接入系统的止确性、通信规约的正确性、通信 实时性和可靠性；其次，要解决w a m s 的测鼙精度、响应速度、数据交换速率等性能指标问题。 然而，对于电力系统广域测苗系统( w a m s ) 主站、相量测量单元( p m u ) 或子站系统，没有 一套行之有效的评估方法来评价其可靠性、可川性；随着生产厂家的不断增加，现场装置与主站系 统接入将越米越复杂，虽然有国家电网公司制定的企业标准作为通信规约，需要这样一个检测机构 和检测系统米确认厂家产品通信接入的止确性。 目前，国内外相关机构对j “域测量系统功能检测、可靠性检测、相量测繁单元性能和精度的检 测也在研究之中【孙2 5 j ，其中有用辅助手段来完成p m u 装置精度测试。南瑞集团上海南瑞实业有限公 司在2 0 0 6 年5 月通过科技成果鉴定“p f m 1 型便携式同步相量测试仪”，川f 解决现场测试p m u 的精度问题。但受各种条件的限制，实验室环境卜完成高精度的p m u 测量数据测试、通信规约测试， 2 第一章绪论 w a m s 子站功能测试、w a m s 主站功能测试、w a m s 系统的评价等问题，尚没有解决：另外，在 实验室环境卜实现对广域测量系统的模拟与仿真，如w a m s - 1 - 站的仿真、w a m s 子站或p m u 的仿 真在国内外尚属空白。冈此，需要有一个检测方法、检测系统米测试w a m s 中的主站系统和子站系 统( 或p m u 装置) 接口的止确性，通信规约的上e 确性，基本功能实现的正确性，规范相量测量的主 要性能指标，保证w a m s 的开放性、兼容性、可用性、测量结果的可比性。 本课题将住w i n d o w s 平台卜基于v c + + 6 0 对j 域测量系统( w a m s ) 的主站和子站实现仿 真，以分别模拟安装在电力系统调度中心的w a m s 主站系统和安装在重要发电厂或重要变电站的 w a m s 子站系统和p m u 装置的主要功能，目的是在实验室环境卜能够对将投入现场运行的主站系 统、子站系统、p m u 装置实现基本功能的预测试，例如通信规约测试，基本功能测试，接口正确性 测试等，以提前验证系统或装置功能的正确性，加快现场调试的进度，提高现场调试的效率，并有 助于最人限度的发挥相量测量的作用，为电力行业在动态监测方面提供依据。 1 3 论文的主要工作 本课题以实际项目为背景，面向工程技术方向，围绕如何在w i n d o w s 平台下实现广域测量系 统的仿真，如何在实验室环境下测试广域测鬣系统主站、子站、p m u 装置，以及如何在w i n d o w s 下解决仿真系统的实时通信问题展开，主要工作如下： 一、基y - v c + + 、m f c 开发j 域测量系统( w a m s ) 主站的仿真软件，我们称之为p m u m a i n s i m 仿真主站系统，简称“仿真主站”。仿真主站用于模拟安装在电力系统调度中心的w a m s 主站的主 要功能，能通过以太网接入子站或相量测量单元( p m u ) ，模拟广域电网的实时动态监测，并增加了 对子站的基本功能和通信规约等测试功能，主要实现如下： ( 1 ) 在线动态监测功能的模拟。接收子站上传的实时数据帧，完成数据帧解析、存储、通道实 测数据的计算、波形显示以及流量监测等功能。 ( 2 ) 子站的信息管理功能。管理子站接入仿真主站的数量，例如增加新子站、删除已接入子站， 以及子站l p 地址、通信端口等配置信息的管理。 ( 3 ) 对子站或p m u 的测试功能。测试功能主要包括子站基本功能测试、通信规约测试、通信 性能测试、实时记录数据的离线解析、p m u 测量数据的精度分析等。 二、基于v c + + 、m f c 开发广域测量系统( w a m s ) 子站的仿真软件，我们称之为p m u s u b s i m 仿真子站系统，简称“仿真子站”。仿真子站用于模拟安装在重要发电厂或重要变电站的w a m s 子 站和p m u 装置的主要功能，接入实际的土站系统后，可以对主站完成基本功能、通信规约等测试， 主要实现如卜： ( 1 ) 通道信息的配置。配置相量通道、模拟量通道、开关量通道、频率通道、频率变化通道的 数量、通道名称、转换冈子、数据产生规律如相量通道幅值和相角的变化规律等。 ( 2 ) 模拟p m u 装置对现场数据的实时采集、处理与存储。可按照一定的规律生成实时动态数 据，存储动态数据，数据显示，生成配置文件、头i 帧文件、离线数据文件等。 ( 3 ) 对主站的测试功能。主要包括被测主站的基本功能测试、通信规约测试、通信性能测试、 扰动识别能力测试、处理能力测试。 三、通信功能实现。开辟数据管道、管理管道、文件传输管道，分别完成实时数据帧的传输、 命令i 帧利配置帧传输、离线数据文件的传输。仿真子站通过数据管道向主站传送实时数据帧，上传 速率一般有2 5 帧秒、5 0 帧秒、1 0 0 帧秒三种。限t - w i n d o w s 是非实时操作系统，冈此，如何 在w i n d o w s 平台下实现仿真子站向主站上传动态数据l 帧达剑1 0 0 帧秒，并且保证数据传输的实 时性是仿真子站通信实现的难点。本文提出了基丁精确定时技术、多线程技术以及合理配置t c p f l p 协议栈的综合解决方案。 3 第二章系统数据结构i 5 2 计 第二章系统数据结构设计 2 1 面向对象设计思想 面向对象的程序设计方法是近年米十分流行的一种程序发计方法，它试图用客观世界中描述事 物的方法米描述一个程序要解决的事情。面向对象的设计思想引入了类和对象的概念，并将描述对 象的数据以及对这些数据进行处理的程序代码有机地组成一个整体，具有封装性、继承和派生性、 重载性以及多态性等多项特性，从而增加了程序的模块化以及层次性和可扩展性。 p m u m a i n s i m 仿真主站系统和p m u s u b s i m 仿真子站系统都采用面向对象分析设计方法，基于 u m l 建立系统面向对象模型。将仿真主站系统接入的子站系统内各种配置信息作为系统建模对象， 包括了通道、p m u 装置、子站、通信管道、分析对象等；通道分成相量通道、模拟量通道、开关量 通道、频率通道、频率变化率通道；通信管道分成了实时数据管道、管理管道、文件传输管道；分 析的对象包括了线路、发电机等等，以及围绕这些基本对象扩展而来的各类对象，并建立了它们之 间互连、包含、引中的拓扑关系模型。为了说明笔者的设计思想，本文就该课题中几个最基本的数 据结构的设计做了简要阐述，这些基本数据结构包括子站类、p m u 类以及各种测量通道类，限丁篇 幅，通信管道类设计、分析类设计将不做叙述。 2 2 基本数据结构设计 2 2 1 描述测量通道的类设计 为了描述相量测量单元( p m u ) 对现场不同电气参数的采集，我们设计了描述不同采集对象的 通道类：相量通道类c p h a s o r c h a n n e l 、模拟鼙通道类c a n a l o g c h a n n e l 、开关量通道类c s w i t c h c h a n n e l ， 另外频率通道和频率变化率通道虽然分开说明，但它们原则上归属于模拟量通道，冈此不需要专门 为频率通道和频率变化率通道设计不同的数据结构。 不同的通道类具有不同的属性和方法并独立封装，如相量通道具有幅值和相角，模拟晕通道有 模拟量值，开关量通道有开关量的状态等，通过构建不同的类可以实现对各种通道的分别描述。但 相量通道、模拟量通道、开关量通道都属于测量通道类，可以从它们抽象出一些共同特征，如通道 名称、通道序号、显示的横坐标、纵坐标、显示颜色等基本属性，为此设计了通道基类c c h a n n e l b a s e 用丁描述各种通道具有的共同特征，这样相量通道、模拟量通道、开关量通道就可以从通道基类 c c h a n n e l b a s e 派生，以继承通道基类中所描述的共同属性，又在派生类中添加描述自身独有的特征 属性和方法。各通道类的设计以及相且关系如下所述： 2 2 1 1 通道基类c c h a n n e l b a s e 类c c h a n n e l b a s e 作为通道基类，供相簧通道类、模拟餐通道类、开关颦通道类继承和派生。该 类定义了从相鼙通道、模拟量通道、开关量通道抽象出的它们共有的属性和方法，例如各种通道类 共有通道名称、通道相位、波形横坐标、波形纵坐标、显示颜色、波形水平放人率、垂直放大率、 实时数据点数组、离线数据点数组等基本属性，以及处理各种通道的操作接口，例如增加当前实时 数据点剑数据点数组、删除数据点数组的内容、通道波形的放大缩小处理、读取通道的最人数据点 4 东南人学顾 ：学位论文 等基本函数，将这些共有的属性和方法亢接封装在一个基类中供后续派生，人大增加了数据结构设 计的层次性和清晰性。以卜是c c h a n n e l b a s e 的简明设计： c l a s sc c h a n n e l b a s e p u b l i c ： c s t r i n gm _ s t r c h a n n e l n a m e ； 通道名称 b y t e m 腿道相位：a 相、b 相、c 相、0 相b y p h a s e ； i n tmi x ； 通道波形显示的横坐标 i n ti ni y ； i l 亟道波形显示的的纵坐标 c o l o r r e fm _ l l i n e c o l o r d i s p l a y ；通道波形显示的线条颜色 c o l o r r e fm _ l l i n e c o l o r s e l e c t e d ；通道被选中时的颜色 a r r a yd a t ap o i n tma d a t a p o i n t s ； 通道的数据点集合 a r r a y _ o f f l i n e _ d a t a _ p o i n tm _ a o f f l i n e d a t a p o i n t s ； 通道离线数据点集合 。( 其他属性略) p u b l i c ： c c h a n n e l b a s e o ； v i r t u a l c c h a n n e l b a s e o ； i n ta d d d a t a p o i n t ( s t _ d a t a _ p o i n td a t a p o i n t ) ； 作用：增加数据点函数 i n t a d d o f f l i n e d a t a p o i n t ( s t _ o f f l i n e _ d a t a _ p o i n t d a t a p o i n t ) ；作用：增加离线数据点 。( 其他方法略) ； 2 212 相量通道类c p h a s o r c h a n n e l c p h a s o r c h a n n e l 为相量通道的描述类，从通道基类派生，并在派生类体中加入描述相量通道自 身特征的属性和方法集合，例如相鬣通道区别于其他通道的属性是具有幅值和相角、转换因子、通 道乘数以及指明幅值和相角所使用的坐标标志等。以下是c p h a s o r c h a n n e l 的简明没计： c l a s sc p h a s o r c h a n n e l ：p u b l i cc c h a n n e l b a s e p u b l i c ： f l o a tmf a m p v a l u e ； 相晕通道幅值 f l o a t m _ f a n g l e v a l u e ； 相量通道相角 b o o li np c o o r d i n a t e l n d ； 坐标标志：直角坐标或极坐标 d w o r d m _ p c h a n n e l l n v e r t ； 通道转换冈子 b o o l m _ b c h a n n e l t y p e ； 相量通道类型，电压或电流 f l o a t mf c h a n n e l m u l t ；通道乘数 。( 其他属性略) p u b l i c ： c p h a s o r c h a n n e l ( ) ； v i r t u a l c p h a s o r c h a n n e l 0 ； 。( 其他方法略) ) ； 5 第_ 二誊系统数据结构设计 2 2 1 3 模拟量通道类c a n a l o g c h a n n e l c a n a l o g c h a n n e l 为模拟精通道的描述类，也从通道基类派生，并在派牛类体中加入描述模拟鼙 通道 j 身特征的属性和方法集合，例如模拟鼍值、转换w f 、通道乘数以及模拟量类型等。以下是 c a n a l o g c h a n n e l 的简明设计： c l a s sc a n a l o g c h a n n e l ：p u b l i cc c h a n n e l b a s e p u b l i c ： f l o a tmf a n a l o g v a l u e ,模拟量通道值 d w o r d m _ p c h a n n e l l n v e r t ； 通道转换网子 b o o l m _ b c h a n n e l t y p e ； 模拟量类型，电压或电流 f l o a t i nf c h a n n e l m u l t ； 通道乘数 。( 其他属性略) p u b l i c ： c a n a l o g c h a n n e lo ； v i r t u a l c a n a l o g c h a n n e lo ； 。( 其他方法略) ； 2 2 1 a 开关量通道类c s w i t c h c h a n n e l c s w i t c h c h a n n e l 为开关量通道的描述类，从通道基类派生，并在派生类体中加入描述开关量通 道自身特征的属性和方法集合，例如开关量的状态( 指明常开还是常闭) 、开关量的有效状态( 闭合 还是断开) 等。以下是c s w i t c h c h a n n e l 的简明设计： c l a s sc s w i t c h c h a n n e l ：p u b l i cc c h a n n e l b a s e p u b l i c ： b o o lmb s w i t c h c h a n n e l s t a t e ,：开关量通道的状态 b o o l mb s w i t c h c h a n n e l v a l i d a t e d ； ：开关量通道是否有效 c s t r i n gm _ s t r m o n i t o r l i n e n a m e ； 监视线路名称 。( 其他属性略) p u b l i c ： c s w i t c h c h a n n e lo ； v i r t u a l c s w i t c h c h a n n e l0 ； 。( 其他方法略) 】； 2 2 2 描述相量测量单元的类设计 相量测量单元( p m u ) 监测的数据类型包含相餐通道、模拟量通道、开关肇通道以及频率通道、 频率变化率通道，具体通道的数量视p m u 装置对现场哪些电气参数的测量而定。一般情况i - ，p m u 装置会监测线路电压、电流等相量，有功、无功或发电机的内电势、功角等模拟量，频率和频率变 化率，以及重要的开关状态。因此一个p m u 装置所监测的通道包括多个相量通道、多个模拟量通道、 6 东南人学硕f ：学位论义 一个频率通道、一个频率变化率通道以及多个开关肇通道。构建p m u 类除了需要有描述p m u 自身 特征如硬件标识i d c o d e 、数据窗同步标志、额定频率标忠等属性外，还设计了指向p m u 装置所 监测的通道数组，如相量通道数组、模拟通道数组、开关鼙通道数组、指向频率通道的指针以及指 向频率变化率通道的指针，以+ 卜是描述相革测鼙单元的描述类c p m u 的简要设计： c l a s sc p m u p u b l i c ： c s t r i n gm _ p l d c o d e ； 8 字节p m u 硬件标识符 c s t r i n gm _ p s t a t i o n n a m e ； p m u 所在子站的名称 b o o l m _ p d a t a s y n c h ； 数据窗时间同步标志 w o r d m _ p f n o m ； 额定频率和标志 w o r d i np p h n m r ； 相晕通道数量 w o r d 1 1 1 p a n n m r ； 腆拟量通道数量 w o r d i np d g n m r ； 开关鼙通道数量 c p t r a r r a ym _ p p h a s o r c h a n n e l a r r a y ； 相鼙通道数组 c p t r a r r a ym _ p a n a l o g c h a n n e l a r r a y ；腆拟量通道数组。 c p t r a r r a ym _ p s w i t c h c h a n n e l a r r a y ； 开关量通道数组。 c a n a l o g c h a n n e l 4m _ p f r e q c h a n n e l p t r ； 频率通道指针 c a n a l o g c h a n n e l m _ p f r e q r a t e c h a n n e l p t r ； 频率变化通道指针 。( 其他属性略) p u b l i c ： c p m u 0 ； v i r t u a l 。c p m u 0 ； 。( 其他方法略) ； 2 2 3 描述子站的类设计 仿真主站可以接入多个子站系统，并需要对接入的各个子站进行独立管理，以建立主站与各子 站问独立的连接关系，因此需要对子站作为一个独立的建模对象，设计描述子站自身特性义与其他 模块相关联的数据结构。在子站的全部配置系统中，子站包含有区别丁其他对象的独立属性，如子 站名称、数据集中器硬件标识、l p 地址、数据管道端口号、管理管道端口号、文件数据管道端口号、 配置文件名称等；另外，由于一个子站可以包含一个p m u 装置或多个p m u 装置，冈此在子站描述 类中增加指向p m u 装置描述类的数组，以描述子站与p m u 装置的关联。子站描述类c s u b s t a t i o n 的简要设计如下： c l a s sc s u b s t a t i o n p u b l i c ： c s t r i n g c s t r i n g c s t r i n g u i n t u l n t u l n t m _ p s t a t i o n n a m e ； m _ p l d c o d e ； i n p l p a d d r e s s ； m _ p d a t a p i p e p o r t ； m _ p c o m m a n d p i p e p o r t ； m p o f f l i n e d a t a p o r t ； 7 子站名称 数据集中器硬 ；，| ：标识符 子站l p 地址 子站数据管道端口号 子站管理管道端 1 号 子站文件传输管道端口号 第一二章系统数据结构砹计 w o r d m p p m u n u m ； c p t r a r r a ym _ p p m u a r r a y ； c d a t a s o c k e t 。mp d a t a s o c k e t ； c c o m m a n d s o c k e t 丰 m p c o m m a n d s o c k e t ； c o f f l i n e d a t a s o c k e t 奉 m _ p o f f l i n e d a t a s o c k e t ； 。( 其他属性略) p u b l i c ： c s u b s t a t i o no ； v i r t u a l c s u b s t a t i o no ； b o o l c o n n e c t d a t a p i p e 0 ； b o o l c l o s e d a t a p i p e ( ) ； v o i d o n d a t a r e c e i v e ( c d a t a s o c k e t p s c o k e t ) ； 。( 其他方法略) ； 2 3 基本数据结构的拓扑模型 子站中p m u 的数量 子站所包含的p m u 的数组。 数据管道套接字指针 管理管道套接字指针 文件传输管道套接字指针 连接数据管道函数 关闭数据管道函数 数据管道接收数据帧处理函数 从上述基本数据结构的设计可以看出，针对监测或运行的实际对象设计不同的数据结构，这些 描述不同对象的类通过纵向或横向拓扑互相联系起来。例如在通道类的设计中，由通道基类描述了 各种通道的共性特征，然后各种通道类从通道基类派生，建立了能够描述自身特征的派生类，冈此 相量通道类、模拟量通道类、开关量通道类是并列的具有各自特殊属性的子类，通道基类和上述的 各种通道类是纵向的继承与派生关系。 另外一个p m u 装置又包含多种通道、多个通道，在描述p m u 装置的类c p m u 中建立指向相量 通道对象的数组、模拟量通道对象的数组、开关量通道对象的数组将c p m u 类与各种通道类联系起 来，这是横向的拓扑关系，体现了模块化设计和层次化设计的思想。同理，在子站类层次和p m u 类 层次上也是利j j 这种横向方式米联系，它是通过在子站类c s u b s t a t i o n 中设计指向c p m u 类对象的 数组将“一个子站可以包括多个p m u 装置”这个意思表示出来。以下是上述设计的几个基本数据类 的层次关系： 子站 卜一子站名称 卜配置文件名称 卜数据集中器硬件标识 卜子站i p 地址 卜数据管道端e l 号 卜一管理管道端口号 卜一文件传输管道端e l 号 卜( 其他描述子站的属性) 卜p m u 数量 卜1 号p m u - 一1 号p m u 硬件标识符 卜_ 一所在的子站名称 卜数据窗同步标忠 卜一相鼙标j 畚 卜一( 其他描述p m u 的属性) 8 塑巡丝堡茎 ，圭要堕兰型半j 三挚、p m u 、相餐通道、模拟量通道、开关莓通道、频率通道、频率变化通道 堡量统数据篁簟的层次关系a 子站对象位丁最上层，通过包含p m u 对象数组建立；磊i ；m u 关联, p m u 义通过各种通道对象的数组建立p m u 与各通道的关联，幽2 1 给出了子站类c s ：b s t a t i o n 、 9 第二章系统数据 构设计 相餐测量单元类c p m u 、相鼍通道类c p h a s o r c h a n n e l 、模拟晕通道类c a n a l o g c h a n n e l 、开关量通道 类c s w i t c h c h a n n e l 以及通道基类c c h a n n e l b a s e 的u m l 关联结构图： 包含 柏量通道c p h a s o r c h a n n e l 通道幅值：mf a m p v a l u e 通道相角：mf a n g l e v a l u e 转换 人i 子：mp c h a n n e l l n v e r t 通道乘数：mf c h a n n e l m u l t 坐标标志：mp c o o r d i n a t e l n d 子站类c s u b s t a t i o n 子站名称：mp s t a t i o n n a m e 配置文仆名称： m p f i l e n a m e 子站l p 地址： mp i p a d d r e s s 数据管道侦听端门：mp d a t a p i p e p o r t 管理管道侦听端几： mp c o m m a n d p i p e p o r t 离线管道侦听端i - - i ： mp o f f l i n e d a t a p o r t 数据集中器硬t t 标识：mp l d c o d e 包含的p m u 数量：m _ p p m u n u m 包含的p m u 对象数组：m p p m u a r r a y 包含 丰 i 量测量单元c p m u p m u 硬件标识： m p l d c o d e 相i 量通道数