用于變電站信息接入測試的移動式模擬主站環(huán)境構(gòu)建及應(yīng)用方法

楊啟京， 孟勇亮， 岑紅星， 季 堃， 翟 毅

(南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇 南京 210061 )

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用于變電站信息接入測試的移動式模擬主站環(huán)境構(gòu)建及應(yīng)用方法

楊啟京， 孟勇亮， 岑紅星， 季 堃， 翟 毅

(南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇 南京 210061 )

文中針對現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)接入變電站信號的調(diào)試方法和維護手段的存在的不足，提出了一種可移動式電網(wǎng)調(diào)度模擬主站環(huán)境構(gòu)建及應(yīng)用設(shè)計方法。該方法采用廠站模型版本管理，量測點表固化，應(yīng)用驗證等多種手段構(gòu)建了一種可移動的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站測試環(huán)境。構(gòu)建的調(diào)度主站模擬測試環(huán)境，不依賴主站與變電站的通訊狀況，能夠簡化調(diào)度自動化主站接入變電站自動化設(shè)備的調(diào)試流程及步驟，模擬驗證所接入變電站信息的正確性和有效性，為廠站新設(shè)備投運檢測提供了技術(shù)支撐和手段。

調(diào)度自動化系統(tǒng)；模擬主站；廠站模型版本

0 引言

隨著我國電力改革的不斷深入和跨大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)運行體系由傳統(tǒng)調(diào)度運行和設(shè)備運行分離的模式逐步轉(zhuǎn)向調(diào)度與監(jiān)控一體化運行模式，并初步形成特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)，呈現(xiàn)大功率遠距離輸電的勢態(tài)[1-4]，接入調(diào)度自動化系統(tǒng)的信號越來越多，常規(guī)調(diào)度自動化系統(tǒng)信號調(diào)試一般都遵循調(diào)度主站先建模、作圖、入庫，然后再與變電站進行通訊、數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)等步驟，既耗時又費力，這樣的模式帶來了一些問題。由于調(diào)度主站與變電站的網(wǎng)絡(luò)通道建設(shè)工期延遲或調(diào)試工作滯后，導(dǎo)致后期與變電站調(diào)試時間倉促；變電站在接入新設(shè)備，引入新技術(shù)時缺乏與主子站協(xié)同應(yīng)用和驗證的測試環(huán)境。

文獻[5]從信號顯示應(yīng)用層面進行技術(shù)性的風(fēng)險防御，在不影響安全的情況下采用適當措施精簡海量信號、凸顯重要異常信號、增加多手段顯示等方法, 控制變電站信號接入的安全風(fēng)險。文獻[6] 敘述了利用遠動規(guī)約測試及故障分析系統(tǒng)準確診斷并快速處理解決遠動信息的故障與異常問題。針對變電站新設(shè)備，新技術(shù)接入調(diào)度主站，給調(diào)度主站系統(tǒng)帶來的安全問題，未見論述。調(diào)度主站的傳統(tǒng)解決方法是搭建與調(diào)度主站配置類似的測試系統(tǒng)，專門用于測試新接入模型。此外對于測試信號干擾實時系統(tǒng)監(jiān)控的問題，也有調(diào)度主站開發(fā)了告警抑制功能，通過人工控制屏蔽調(diào)試廠站的信號。但上述方式存在前期投資大，不夠靈活，解決的問題相對固定，缺乏全面有效的解決方案，會給電網(wǎng)穩(wěn)定運行及管理維護帶來極大安全隱患。

本文中介紹的移動式模擬主站環(huán)境(下文中統(tǒng)一稱為電網(wǎng)調(diào)度模擬主站)，通過研究智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)移動式環(huán)境搭建方法，廠站模型版本管理，量測點表固化，應(yīng)用驗證等過程和手段構(gòu)建了一種可移動的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站環(huán)境。模擬主站與電網(wǎng)調(diào)度主站不是完全割裂的，模擬主站是具有獨立運行環(huán)境的，但其中用于測試的初始模型來源于調(diào)度主站，同時驗證測試后的模擬主站中的模型還將把測試模型導(dǎo)回到調(diào)度主站, 用于測試的模型范圍可以為全模型也可以為廠站模型，具體根據(jù)模擬主站測試的要求確定，一般情況下因為廠站模型粒度小，定位問題快, 因此模擬主站通常采用的都是廠站模型。電網(wǎng)調(diào)度模擬主站可以解決新入網(wǎng)變電站綜自設(shè)備接入調(diào)度自動化系統(tǒng)的測試問題，在新投運設(shè)備接入實時運行系統(tǒng)前在模擬主站環(huán)境中對新入網(wǎng)設(shè)備進行充分的測試，防止目前變電站綜自系統(tǒng)新設(shè)備、新技術(shù)直接投運對調(diào)度自動化系統(tǒng)帶來的影響，保證新入網(wǎng)設(shè)備符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

1 模擬主站構(gòu)建測試流程

本文中介紹的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站系統(tǒng)是一個輕量級的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，它的主要硬件就是一臺筆記本電腦，通過在移動筆記機本上安裝虛擬機軟件，并在其上安裝數(shù)據(jù)庫和智能調(diào)度系統(tǒng)的支撐平臺軟件，搭建出一種可移動的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站環(huán)境。模擬主站具備全景廠站模型的管理功能；基于應(yīng)用的驗證功能；控制點表固化功能。模擬主站架構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 模擬主站架構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the main station architecture

基于模擬主站的變電站信息接入調(diào)試流程示意如圖2所示。

圖2 基于模擬主站的變電站信息接入調(diào)試流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of substation information access debugging based on simulation master station

(1) 首先在主站側(cè)對系統(tǒng)進行基本的圖模維護，將廠站全部的圖形與模型進行入庫。

(2) 然后由主站側(cè)導(dǎo)出CIM/E格式[7-9]的廠站模型文件、CIM/G格式[10]圖形文件，并將文件打包成版本文件后通過電力安全U盤拷貝至主站模擬測試系統(tǒng)。

(3) 當主站側(cè)導(dǎo)出圖模文件以后，就進行首次遙控點表固化操作。

(4) 在主站模擬測試系統(tǒng)中，通過單廠站模型導(dǎo)入工具，將由主站側(cè)獲取的模型文件，經(jīng)過模型文件解析、校驗、比較，形成的增、刪、改模型差異記錄，更新到主站模擬測試系統(tǒng)的模型庫，在模型拼接完成后再進入圖形導(dǎo)入流程，對圖形進行合理性校驗，映射模型庫生成圖模關(guān)聯(lián)。

(5) 將完成圖模導(dǎo)入的主站模擬測試系統(tǒng)帶到變電站接入變電站總控調(diào)試網(wǎng)絡(luò)進行傳動實驗。在與站端的調(diào)試期間主站模擬測試系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況對模型圖形進行修改。傳動過程中，主站模擬測試系統(tǒng)可直接對現(xiàn)場開關(guān)或測控裝置進行控制操作測試。

(6) 現(xiàn)場完成模型、點表、圖形的核對及傳動實驗后，如果模型有變化，則需在主站模擬測試系統(tǒng)中通過單廠站模型導(dǎo)出工具，導(dǎo)出CIM/E模型文件、G格式圖形文件，并打包形成版本文件，通過電力安全U盤拷貝至主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)再通過單廠站模型導(dǎo)入工具，將經(jīng)過解析校驗、反饋比較的模型差異，形成增、刪、改記錄，并更新到主站系統(tǒng)模型庫，模型拼接完成后進入圖形導(dǎo)入流程，對圖形進行合理性校驗，映射模型庫生成圖模關(guān)聯(lián)。

(7) 在主站側(cè)完成圖模文件導(dǎo)入以后，再進行二次遙控點表固化操作。

(8) 當主站進行遙控操作時，需要對遙控點號進行人工核對和固化點表核對雙重校驗，即只有當設(shè)備實際點號與固化點表中的點號完全一致時(一致性判斷方式見下文第2.4節(jié))，才能被允許遙控。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 模擬主站環(huán)境構(gòu)建

本文介紹的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站的一大特點就是可移動性和便攜性。這個特點主要體現(xiàn)在模擬主站的硬件構(gòu)成上，模擬主站的硬件選用常見的筆記本電腦，方便自動化運維人員攜帶到變電站端接入數(shù)據(jù)進行廠站建模和模擬調(diào)試。

考慮到自動化運維在站端調(diào)試的特殊性，所攜帶的筆記本電腦既需要保證具備Windows操作系統(tǒng)以滿足常規(guī)辦公需求，同時需要安裝Linux操作系統(tǒng)用以安裝智能電網(wǎng)調(diào)度支持軟件D5000的基礎(chǔ)模塊。因此在構(gòu)建模擬主站的環(huán)境時，采用虛擬機技術(shù)[11]以保證在1臺筆記本上能夠運行2種操作系統(tǒng)。

2.2 全景廠站模型版本管理

模擬主站與調(diào)度主站模型版本的交互是通過基于CIM/E的全景廠站模型版本[12，13]進行的。廠站模型是一個廠站內(nèi)所有相關(guān)的物理電網(wǎng)模型的集合。它是區(qū)域全網(wǎng)模型的子集，全模型是全網(wǎng)所有廠站模型的集合。在模型文件格式和定義上廠站模型依然是遵照CIM/E文件規(guī)范的。也就是說廠站粒度的CIM/E模型文件和全模型CIM/E模型文件在內(nèi)容定義和結(jié)構(gòu)上在本質(zhì)上是沒有差別的，不同的只是表述的模型范圍的大小?？紤]到廠站模型粒度較小，適合在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)模型及參數(shù)的擴展，諸如保護信息，非設(shè)備類量測，計算點等，廠站模型有著獨特的粒度優(yōu)勢因此在定義廠站模型時結(jié)合系統(tǒng)公共模型擴展了模型導(dǎo)出的類和屬性，涵蓋了廠站范圍所能涵蓋的全集。廠站模型CIM/E模型擴展信息如表1所示。

表1 CIM/E廠站模型擴展信息Table 1 CIM/E plant station model extension information

具體的擴充規(guī)則就是在保持原有一次設(shè)備模型基礎(chǔ)上，根據(jù)調(diào)度主站建模需求，從一次設(shè)備模型，二次設(shè)備模型，通信模型，控制模型，采集模型，保護模型6個方面對CIM/E進行擴充[14]。擴充數(shù)據(jù)采集模型的示例如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集模型擴充示例圖Fig.3 Example of data acquisition model

交互的全景模型版本中除了CIM/E廠站模型，還包括CIM/G圖形文件。對于某一個廠站來說，與其相關(guān)的圖形文件不一定是惟一的，除了相關(guān)的廠站接線圖外，還有與該站相關(guān)的廠站間隔圖，也是變電站接入調(diào)試時所必須的。因此全景廠站模型版本還需要包含廠站相關(guān)的所有圖形。

2.3 基于應(yīng)用的模型驗證機制

電網(wǎng)調(diào)度模擬主站系統(tǒng)上安裝的是智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)的平臺軟件，因此在模擬主站系統(tǒng)上可以實現(xiàn)所有智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)所具備的應(yīng)用功能。在模擬主站上主要的應(yīng)用驗證如下:

(1) 前置數(shù)據(jù)正確性驗證。模擬主站在站端的調(diào)試，第一件事情就是新設(shè)備的建模。新設(shè)備建模完成，填寫完前置參數(shù)后，就可以接入變電站綜自進行調(diào)試。通過模擬主站軟件前置應(yīng)用處理后的數(shù)據(jù)與變電站當?shù)叵到y(tǒng)進行核對，確定新建的設(shè)備模型前置參數(shù)的正確性。

(2) SCADA數(shù)據(jù)校核。模擬主站接收到變電站的測試數(shù)據(jù)后，就可以進行SCADA的數(shù)據(jù)校核了。SCADA數(shù)據(jù)校核包含SCADA拓撲校驗，設(shè)備合理值驗證。

(3) 變電站狀態(tài)估計驗證。將智能變電站的狀態(tài)估計方法[15]引入模型主站，在模擬主站系統(tǒng)中，基于基爾霍夫電流定律進行零阻抗三相狀態(tài)估計實現(xiàn)遙測壞數(shù)據(jù)和拓撲錯誤的解耦辨識。具體做法是根據(jù)站端維護的電網(wǎng)靜態(tài)模型，對站內(nèi)遙信進行變電站拓撲分析，形成變電站內(nèi)電氣拓撲，再針對站內(nèi)遙測信息進行變電站狀態(tài)估計計算分析量測信息的可信度。通過引入變電站狀態(tài)估計技術(shù)可以在模擬主站系統(tǒng)中辨識站端模型的拓撲錯誤和壞數(shù)據(jù)，將主要的拓撲錯誤和壞數(shù)據(jù)在站端調(diào)試時解決[16]。

2.4 模擬主站與調(diào)度主站模型雙向共享機制

模擬主站與調(diào)度主站間存在模型的雙向互導(dǎo)問題。同一模型在不同調(diào)度系統(tǒng)間的共享一般是單向的，而在模擬主站與調(diào)度主站間模型的共享是雙向的，這就帶來一個問題如何保證模型雙向共享時模型的一致性。本文通過制定模擬主站調(diào)試管理規(guī)范和模型名稱、模型RDF標識兩者結(jié)合匹配方法保證了雙向共享時存量模型紀錄的一致性。模擬主站調(diào)試規(guī)范規(guī)定了模擬主站調(diào)試廠站模型期間，調(diào)度主站側(cè)是禁止維護調(diào)試廠站模型的，通過管理手段杜絕因主站在模擬主站調(diào)試期間造成的存量模型的差異。調(diào)度主站與模擬主站通過名稱和調(diào)度主站的模型記錄RDF標識兩者作為關(guān)鍵索引，保證了調(diào)度主站和模擬主站模型雙向共享時存量模型的高度匹配。其中調(diào)度主站模型記錄ID在導(dǎo)入到模擬主站后是存入模擬主站RDF標識，模擬主站導(dǎo)出模型時將該RDF標識輸出，對于在模擬主站側(cè)新加的記錄該標識為空。通過上述規(guī)則可以保證，調(diào)度主站導(dǎo)出的模型在經(jīng)過模擬主站測試維護后依然可以追溯其原始記錄，對于模擬主站新加的模型記錄也有標記判斷。模型導(dǎo)入工具在調(diào)度主站與模擬主站量測分別導(dǎo)入對側(cè)共享的模型時，根據(jù)名稱和RDF標識雙重匹配保證了雙向模型共享的模型一致性。

以廠站A為例介紹廠站模型在2套系統(tǒng)間的雙向共享流程。廠站A啟動模擬主站調(diào)試時：

(1) 清空模擬主站系統(tǒng)中廠站A模型。

(2) 在調(diào)度主站系統(tǒng)上生成廠站A最新模型版本，調(diào)度主站系統(tǒng)本地禁止維護廠站A模型。

(3) 將最新的廠站A模型版本拷貝至模擬主站，并在模擬主站系統(tǒng)導(dǎo)入。

(4) 在模擬主站系統(tǒng)對A站模型進行維護、測試。

(5) 廠站A模型調(diào)試完畢后，導(dǎo)出模擬主站廠站A模型并發(fā)送給調(diào)度主站系統(tǒng)。

(6) 調(diào)度主站根據(jù)名稱和RDF標示匹配本地模型并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

(7) 模擬主站廠站A調(diào)試結(jié)束，調(diào)度主站解除對廠站A的封鎖。

為了保證模擬主站與調(diào)度主站模型雙向共享的安全性，當模型導(dǎo)入到模擬主站或調(diào)度主站時還需要對導(dǎo)入的模型進行多重模型驗證。具體包括模型的拓撲完整性校核，關(guān)聯(lián)正確性校驗，參數(shù)完整性等多種模型驗證，以保證導(dǎo)入模型的正確性[17，18]。

2.5 控制點表固化方法

點表固化，主要是針對已有廠站新增設(shè)備調(diào)試時使用，當模擬主站在站端針對新增設(shè)備建模調(diào)試完畢將新模型導(dǎo)入調(diào)度主站系統(tǒng)時，需要提供遙控點號的變化情況分析。由于遙控點表僅在單一數(shù)據(jù)表中進行配置，無歷史存儲信息，無法與歷史數(shù)據(jù)進行比對與校核，通過增加固化數(shù)據(jù)表的方式，將現(xiàn)有遙控點號、檢無壓點號、檢同期點號另外復(fù)制一份進行固化保存。點表固化需要具有相應(yīng)權(quán)限的用戶才能操作，通過固化工具，可以清楚顯示當前點表與固化點表的差異。當在主站側(cè)進行遙控操作時，需先校驗控制開關(guān)遙控點號與固化點號是否相同，若不同則閉鎖遙控，不允許控制。同時提供單廠站一鍵固化功能，以及緊急情況下退出固化點表校驗功能。通過控制點號固化，可以最大限度的提高模擬主站調(diào)試的安全性。

3 應(yīng)用情況

本文介紹的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站已在河北南網(wǎng)多個地調(diào)投入應(yīng)用。用于新建廠站接入自動化系統(tǒng)前，工作人員帶至變電站現(xiàn)場調(diào)試信號與模型。河北現(xiàn)場模擬主站使用的HP ZBook 15筆記本作為系統(tǒng)硬件。處理器：Intel(R) Core(TM) i7-4700MQ CPU @ 2.40 GHz;安裝內(nèi)存(RAM)：32 GB；操作系統(tǒng)類型為：win7專業(yè)版。該筆記本安裝了oracle VM VirtualBox開源虛擬機軟件。虛擬機安裝了和D5000調(diào)度控制系統(tǒng)同版本的凝思磐石操作系統(tǒng)和人大金倉數(shù)據(jù)庫。新舊模式對比分析如表2所示。

表2 新舊模式對比分析Table 2 Comparison and analysis of new and old models

根據(jù)河北南網(wǎng)各地區(qū)實際情況，在每次操作前，都會生成以各地區(qū)名字命名的D5000備份系統(tǒng)，配合實時導(dǎo)入的最新模型庫文件，可做到即時恢復(fù)、即時使用、即時修改、即時備份的安全效率的模擬D5000主站的調(diào)試環(huán)境。模擬主站在各地調(diào)應(yīng)用后大大提高了各地調(diào)接入廠站模型的能力，對于新建廠站，在通道沒有具備的情況下，可在站端進行建模調(diào)試。待廠站通訊通道具備條件后，直接將模擬主站經(jīng)測試后的廠站模型導(dǎo)入主站系統(tǒng)，極大縮短了調(diào)試時間。

對于已有廠站的模型擴建，通過模擬主站可以在站端模擬測試新設(shè)備的接入情況，帶新接模型充分測試后再導(dǎo)回調(diào)度主站，降低了新入網(wǎng)設(shè)備給調(diào)度實時運行系統(tǒng)的沖擊風(fēng)險。以接入保定110 kV王盤變電站為例，保定110 kV王盤變電站為新建變電站，通過引入模擬主站進行調(diào)試，提高了調(diào)試效率，縮短了建模周期，原先需要20 d的調(diào)試周期，縮短到了10 d就完成了新廠站的接入工作，最終接入調(diào)度主站的新站模型參數(shù)正確，遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙點號正確。

4 結(jié)論

本文介紹的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站打破了常規(guī)的調(diào)度自動化主站系統(tǒng)接入變電站自動化設(shè)備流程，它不依賴于主站、通道建設(shè)進度，不受限于天時、地利等環(huán)境因數(shù)，只需要一臺便攜式筆記本電腦，就能搭建起一套移動式主站模擬測試系統(tǒng)，實現(xiàn)與變電站自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊、遠方控制功能，避免了新設(shè)備、新技術(shù)直接接入對電網(wǎng)帶來的風(fēng)險，在大大縮短建設(shè)工期、節(jié)約人力、物力成本的同時，也為提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性提供了技術(shù)支撐，從而保證新入網(wǎng)的設(shè)備及參數(shù)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

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(編輯 徐林菊)

Construction and Application of Mobile Simulation Master StationEnvironment for Substation Information Access Test

YANG Qijing, MENG Yongliang, CEN Hongxin, JI Kun, ZHAI Yi

(NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute), Nanjing 211106, China)

A mobile grid dispatching simulation master station environment construction and application design method is proposed, according to the shortcomings of the debugging method and the maintenance means of the existing dispatching automation system to access the substation signal. The method builds a mobile grid dispatching simulation master station test environment using a variety of means such as plant model version management, measurement table curing, application verification and so on. The proposed master station simulation test environment, do not rely on the communication status of master station and substation. It can simplify the commissioning process and steps of substation automation equipment access automatic master station, simulate and verify the correctness and validity of the access substation information, and provide technical support and means for new equipment operation.

dispatching automation system; simulation master station; plant model version

2017-02-07；

2017-03-22

國網(wǎng)河北省電力公司科技項目(SGHEDK00DYJS150009)

TM73

A

2096-3203(2017)04-0075-06

楊啟京

楊啟京(1982—)，男，江蘇南京人，工程師，從事調(diào)度自動化系統(tǒng)標準化研究開發(fā)工作(E-mail：yangqijing@sgepri.sgcc.com.cn)；

孟勇亮(1980—)，男，江蘇南京人，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化(E-mail：mengyongliang@sgepri.sgcc.com.cn)；

岑紅星(1976—)，男，重慶人，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化(E-mail：cenghongxin@sgepri.sgcc.com.cn)；

季 堃(1981—)，男，江蘇南京人，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化(E-mail：jikun@sgepri.sgcc.com.cn)；

翟 毅(1984—)，男，安徽六安人，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化(E-mail：zhaiyi@sgepri.sgcc.com.cn)。