饋線自動(dòng)化功能仿真測(cè)試實(shí)現(xiàn)

關(guān)石磊，鄧宏芬，劉嵐，劉鞏權(quán)，雷浩亮，白雪峰

（1．中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100192；2．陜西省電力科學(xué)研究院，西安710054）

饋線自動(dòng)化功能仿真測(cè)試實(shí)現(xiàn)

關(guān)石磊1，鄧宏芬1，劉嵐1，劉鞏權(quán)2，雷浩亮1，白雪峰1

（1．中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100192；2．陜西省電力科學(xué)研究院，西安710054）

針對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)饋線自動(dòng)化功能缺乏統(tǒng)一規(guī)范的測(cè)試方法現(xiàn)狀，為其質(zhì)量管控和運(yùn)行管理提供技術(shù)參考，文中介紹一種饋線自動(dòng)化功能仿真測(cè)試方法的具體實(shí)現(xiàn)。利用DATS-1000-V2.0配網(wǎng)自動(dòng)化主站注入測(cè)試系統(tǒng)，搭建主站系統(tǒng)仿真測(cè)試環(huán)境，模擬實(shí)際運(yùn)行工況和典型饋線故障，考核饋線自動(dòng)化功能是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)對(duì)實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，表明該方法簡(jiǎn)便易行，能有效地減少物理模擬故障產(chǎn)生的沖擊和試驗(yàn)檢測(cè)成本，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的有效手段。

配電自動(dòng)化；饋線自動(dòng)化；饋線故障；故障處理；仿真測(cè)試

配電自動(dòng)化系統(tǒng)是智能配電網(wǎng)的重要內(nèi)容，饋線自動(dòng)化功能FA（feeder automation）是其核心功能之一，F(xiàn)A能夠及時(shí)正確地處理故障、恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是減少停電時(shí)間，縮小停電范圍，提高運(yùn)行可靠性的重要措施[1-5]。我國(guó)配電自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，功能日益完善。目前采用的配電自動(dòng)化產(chǎn)品的FA功能的主要測(cè)試方法在安全性和適用性方面存在不足[6-8]。國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)范、簡(jiǎn)便易行、低成本的測(cè)試方法驗(yàn)證配電自動(dòng)化系統(tǒng)FA功能的安全性和可靠性，影響配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)用化[9]。

本文從配電自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)室功能檢測(cè)的背景出發(fā)，詳細(xì)介紹了一種饋線自動(dòng)化功能仿真測(cè)試的具體實(shí)現(xiàn)方法，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)FA功能。本試驗(yàn)方法成本低、安全性好，可操作性強(qiáng)，測(cè)試項(xiàng)目靈活多樣，可為配電自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)和測(cè)試提供參考，同時(shí)也是供電企業(yè)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程進(jìn)行驗(yàn)收、加強(qiáng)質(zhì)量管控的有效手段。

1 測(cè)試方法與流程

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)FA功能測(cè)試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 513—2010《配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)功能規(guī)范》、Q/GDW 567—2010《配電自動(dòng)化系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》、IEC60870-5-101《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》、IEC60870-5-104《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約用IEC60870-5-101標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)》進(jìn)行。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試項(xiàng)目從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、故障信息收集、故障定位與隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)、系統(tǒng)容錯(cuò)性能等角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，考核被測(cè)系統(tǒng)FA功能是否符合要求。

本文利用DATS-1000-V2.0配網(wǎng)自動(dòng)化主站注入測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行饋線自動(dòng)化功能仿真測(cè)試，其基本原理是通過(guò)搭建主站系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境與典型配電網(wǎng)饋線網(wǎng)絡(luò)，配置負(fù)荷信息，設(shè)置典型饋線故障，將運(yùn)行信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障信號(hào)注入被測(cè)系統(tǒng)，主站FA收集故障信息并進(jìn)行分析判斷，啟動(dòng)FA處理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電，被測(cè)系統(tǒng)與DATS-1000仿真測(cè)試系統(tǒng)交互完成故障測(cè)試過(guò)程。DATS-1000仿真測(cè)試系統(tǒng)主要由配電網(wǎng)仿真器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、建模與配置器、故障模擬器、協(xié)議解釋器、通信管理器以及人機(jī)交互界面等幾部分組成[10]，其組成結(jié)構(gòu)示意見圖1所示。

圖1DATS-1000系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意Fig.1System structure diagram of DATS-1000

試驗(yàn)測(cè)試前，需將DATS-1000測(cè)試軟件與被測(cè)系統(tǒng)按照擬定的測(cè)試饋線網(wǎng)絡(luò)、采集量點(diǎn)表和開關(guān)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址信息統(tǒng)一完成配置，將兩者建立網(wǎng)絡(luò)通信，按照預(yù)先設(shè)置的故障類型和故障點(diǎn)，由DATS-1000測(cè)試軟件下發(fā)指令觸發(fā)故障測(cè)試，被測(cè)系統(tǒng)接收故障信號(hào)，啟動(dòng)FA處理過(guò)程，形成處理策略并執(zhí)行。根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的處理策略、事件記錄SOE（sequence of event）、處理時(shí)間等信息與標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)果比對(duì)，評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)果。故障測(cè)試的工作流程如圖2所示。

圖2 故障測(cè)試工作流程Fig.2Flow chart of fault testing

2 測(cè)試環(huán)境與配置

2.1 測(cè)試環(huán)境搭建

測(cè)試開始前將被測(cè)配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)按圖3所示的配置環(huán)境搭建完畢開啟運(yùn)行。將DATS-1000配網(wǎng)自動(dòng)化主站注入測(cè)試系統(tǒng)，連接至主站系統(tǒng)前置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，根據(jù)前期配置的網(wǎng)絡(luò)地址信息，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的上行報(bào)文與被測(cè)主站下發(fā)指令的下行報(bào)文進(jìn)行實(shí)時(shí)解析[11-14]，將其與主站系統(tǒng)建立通信聯(lián)絡(luò)。通過(guò)隨機(jī)選擇部分饋線終端FTU（feeder terminal unit）核實(shí)三遙數(shù)據(jù)，確認(rèn)通信正常，從而實(shí)現(xiàn)仿真測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)系統(tǒng)的交互。

圖3 測(cè)試環(huán)境配置Fig.3Test configuration diagram

2.2 饋線網(wǎng)絡(luò)配置

測(cè)試饋線網(wǎng)絡(luò)接線采用負(fù)荷開關(guān)與斷路器組合配置的方式[15-17]，主干與分支饋線采用負(fù)荷開關(guān)，變電站出線開關(guān)采用帶過(guò)流保護(hù)的斷路器[18-20]。

架空線路的典型網(wǎng)絡(luò)接線如圖4所示，電纜線路的典型接線如圖5所示。其中，圖4中的10 kV母線處的開關(guān)CB1、CB2、CB3均為帶過(guò)流保護(hù)的斷路器，設(shè)置重合閘功能，當(dāng)試驗(yàn)中觸發(fā)故障，饋線開關(guān)收集到過(guò)流信息時(shí)，出線斷路器跳閘，隨即啟動(dòng)重合閘，若重合閘成功認(rèn)定為瞬時(shí)故障不做后期處理，否則為永久故障，主站系統(tǒng)FA應(yīng)制定相應(yīng)故障處理策略。S1-S9、H1S1-H6S4均為負(fù)荷開關(guān)。圖中淺色開關(guān)為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，處于常開狀態(tài)。深色開關(guān)處于常閉狀態(tài)。

圖4 架空饋線網(wǎng)絡(luò)Fig.4Overhead line feeder network

圖5 電纜饋線網(wǎng)絡(luò)Fig.5Cable line feeder network

2.3 采集量點(diǎn)表信息配置

各10 kV電源出線斷路器、饋線FTU的遙測(cè)采集量為P、Q、Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic。遙信采用單點(diǎn)遙信方式，采集量為開關(guān)狀態(tài)、過(guò)流保護(hù)投切狀態(tài)。遙控采用單點(diǎn)遙控方式，遙控量為1。饋線網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)設(shè)備采集量的點(diǎn)表配置詳見表1。

表1 采集量點(diǎn)號(hào)配置Tab.1Dot configuration of parameters

電纜饋線環(huán)網(wǎng)柜中的配電終端DTU（distribution terminal unit）中的FTU點(diǎn)號(hào)編碼和定義方法為：DTU中每個(gè)采集開關(guān)數(shù)為N個(gè)（N最大為10），即此DTU共采集的遙測(cè)量為8×N個(gè)、遙信量為2× N個(gè)、遙控量為1×N個(gè)，其點(diǎn)號(hào)編碼從0開始順序遞增。以負(fù)荷開關(guān)H2S3的FTU點(diǎn)號(hào)信息為例說(shuō)明點(diǎn)號(hào)配置，其點(diǎn)表部分信息見表2所示。

表2 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)地址配置Tab.2Network address configuration of switches

3 故障配置與測(cè)試

3.1 基本故障測(cè)試

基本故障測(cè)試包含瞬時(shí)故障、環(huán)網(wǎng)柜母線故障、支線故障、多重故障等，配置方法與測(cè)試明細(xì)如表3所示。

表3 基本故障配置Tab.3Configuration of common faults

3.2 容錯(cuò)能力測(cè)試

FA功能容錯(cuò)性測(cè)試主要考察在開關(guān)拒動(dòng)、故障信息傳輸異常情況下FA能否正確處理饋線故障。故障設(shè)置方法與測(cè)試明細(xì)如表4所示。

3.3 測(cè)試舉例

依據(jù)表3中故障3的配置，對(duì)某一被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。被測(cè)系統(tǒng)的FA處理過(guò)程、動(dòng)作策略以及處理結(jié)果如圖6所示，被測(cè)系統(tǒng)判定故障區(qū)域在架空線路網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)S2-負(fù)荷之間，控分S2后恢復(fù)非故障區(qū)域供電，其處理過(guò)程及結(jié)果與表3一致，判定基本故障3測(cè)試合格，其他類型的故障測(cè)試方法與此過(guò)程類似，不再贅述。

表4 容錯(cuò)測(cè)試配置Tab.4Configuration of tolerance tests

圖6 基本故障3測(cè)試舉例Fig.6Example of the basic fault 3 testing

4 測(cè)試應(yīng)用與問(wèn)題分析

4.1 測(cè)試應(yīng)用

應(yīng)國(guó)調(diào)中心要求，我方對(duì)2013年擬入網(wǎng)招標(biāo)的國(guó)內(nèi)主要廠商的11種配電自動(dòng)化主站軟件系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行集中試驗(yàn)測(cè)試，其中饋線自動(dòng)化功能測(cè)試采用本文的試驗(yàn)方法，即采用DATS-1000配網(wǎng)自動(dòng)化主站注入測(cè)試系統(tǒng)，搭建主站系統(tǒng)仿真測(cè)試環(huán)境，模擬運(yùn)行實(shí)際工況和饋線故障，考核主站FA功能是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。本測(cè)試方法能夠有效地減少試驗(yàn)周期和前期投資，避免了實(shí)際工況模擬故障測(cè)試過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成的沖擊，在保證試驗(yàn)安全性的同時(shí)增加了FA功能測(cè)試的靈活性和多樣性，可為配電自動(dòng)化入網(wǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量管控和試驗(yàn)研究提供科學(xué)參考和有效手段。本文使用的測(cè)試方法在試驗(yàn)安全性、試驗(yàn)周期、成本投資方面相比傳統(tǒng)的測(cè)試方法有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)比分析如表5所示。

表5 測(cè)試方法對(duì)比Tab.5Comparison between proposed method and traditional methods

4.2 問(wèn)題分析

在此次集中測(cè)試過(guò)程中饋線故障測(cè)試環(huán)節(jié)一次性通過(guò)率僅為70%。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行分析，將存在的主要問(wèn)題歸納為以下幾個(gè)方面。

（1）前期配置問(wèn)題。測(cè)試之前需要核對(duì)點(diǎn)號(hào)和地址等配置信息。點(diǎn)表配置、網(wǎng)絡(luò)搭建與通信建立是測(cè)試能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。部分被測(cè)系統(tǒng)因?yàn)辄c(diǎn)表和地址信息配置不正確，與要求存在偏差，影響了試驗(yàn)進(jìn)度。

（2）信號(hào)保持問(wèn)題。被測(cè)系統(tǒng)是否需要故障信號(hào)（過(guò)流）保持、具體保持時(shí)間值均需要與廠家進(jìn)行協(xié)調(diào)，否則測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)FA通信或者故障處理功能異常的情況。

（3）信號(hào)識(shí)別問(wèn)題。被試系統(tǒng)對(duì)注入式測(cè)試軟件發(fā)出的故障（過(guò)流）信號(hào)識(shí)別有誤或未能收到報(bào)警信息，多出現(xiàn)在信息漏報(bào)故障測(cè)試環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致部分類型故障無(wú)法正確處理。此種情況需要對(duì)被試系統(tǒng)的前期配置信息和遙信方式再次進(jìn)行核對(duì)和確認(rèn)。

（4）故障處理策略邏輯問(wèn)題。由于部分被試系統(tǒng)故障處理功能設(shè)計(jì)不完善，制定的故障處理策略不合理，處理過(guò)程邏輯混亂，使得故障未能完全解除，非故障區(qū)域恢復(fù)路徑也未能考慮運(yùn)行實(shí)際工況和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的潮流情況。此種情況主要出現(xiàn)在多重故障和容錯(cuò)性測(cè)試環(huán)節(jié)。

（5）多重故障處理問(wèn)題。因不同被試系統(tǒng)的故障處理邏輯不同，對(duì)于多重故障可能存在處理次序不同而導(dǎo)致可供路徑電源失電恢復(fù)無(wú)法進(jìn)行的情況。因此多重故障盡可能不設(shè)置在具有潛在連通關(guān)系的子網(wǎng)絡(luò)中。

上述歸納的5類常見問(wèn)題中除試驗(yàn)配置原因外，也暴露出了部分主站系統(tǒng)FA設(shè)計(jì)不完善、功能缺失、邏輯混亂等問(wèn)題。此外各自廠家采用的FA處理方式均不相同，恢復(fù)非故障區(qū)域的原則也沒(méi)有統(tǒng)一。建議通過(guò)制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)導(dǎo)則的方式對(duì)FA功能模塊的故障處理方式進(jìn)行規(guī)范。隨著配電終端的接入數(shù)量與種類日益增加，F(xiàn)A功能對(duì)于大數(shù)據(jù)量的處理能力也應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

4.3 下一步工作

從此次測(cè)試情況分析得出，所選用的典型饋線網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置的故障類型符合當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際工況，也涵蓋了常見的故障類型。但在智能配電網(wǎng)建設(shè)不斷推進(jìn)的背景下，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能都將趨于復(fù)雜，對(duì)配電網(wǎng)優(yōu)化控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求日益提高。因此后期工作需要對(duì)現(xiàn)行的測(cè)試方法和故障配置進(jìn)行改進(jìn)。后期需要開展的工作主要有以下3點(diǎn)。

（1）結(jié)合當(dāng)前配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，增加典型饋線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型，更為全面地考察被測(cè)系統(tǒng)FA功能。

（2）在充分研究新型配電網(wǎng)的故障特點(diǎn)和考慮配電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際的基礎(chǔ)上，增加典型故障類型，增強(qiáng)試驗(yàn)項(xiàng)目靈活性，確保FA功能試驗(yàn)測(cè)試效果。

（3）利用組件編程方法，對(duì)點(diǎn)表等試驗(yàn)環(huán)境配置進(jìn)行模塊化處理，便于被試系統(tǒng)進(jìn)行前期配置，提高試驗(yàn)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文介紹了一種配電自動(dòng)化系統(tǒng)饋線自動(dòng)化功能仿真測(cè)試方法的具體實(shí)現(xiàn)，并完成對(duì)實(shí)際配電自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品測(cè)試的實(shí)例驗(yàn)證，該方法操作簡(jiǎn)單，試驗(yàn)成本低，能有效地減少試驗(yàn)周期和試驗(yàn)投資，增加了試驗(yàn)的靈活性和多樣性，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的有效手段，對(duì)于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的更新與發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能的不斷更新，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量逐漸加大，高級(jí)應(yīng)用模塊也逐漸增多。在智能配電網(wǎng)的建設(shè)背景下，對(duì)于饋線故障處理功能以及其他高級(jí)應(yīng)用模塊的測(cè)試方法研究是今后配電自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究工作的重要內(nèi)容。

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Simulation Testing for Feeder Automation Function

GUAN Shilei1，DENG Hongfen1，LIU Lan1，LIU Gongquan2，LEI Haoliang1，BAI Xuefeng1
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；2.Shaanxi Electric Power Research Institute，Xi'an 710054，China）

According to the lack of unified，standardized testing methods for the feeder automation function of distribution automation system，this paper introduces a kind of simulation testing method realization of feeder automation function，which can provide technical reference for its quality control and operation management.This method setups testing environment by using the DATS-1000 distribution network automation master station injection testing system，simulates feeder and typical fault under the actual working condition and evaluates the feeder automation function conformed to the standard requirements.The result of actual products testing shows that this is an effective and simply operated method for distribution automation system testing in laboratory and site，which can reduce physical impact and testing cost effectively．

power distribution automation；feeder automation；feeder fault；handling strategies；simulation test

TM76

A

1003-8930（2015）12-0091-06

10.3969/j.issn.1003-8930.2015.12.16

關(guān)石磊（1984—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榕潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)及中低壓設(shè)備試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)、新型配電變壓器節(jié)能運(yùn)行與評(píng)估技術(shù)。Email：guanshilei@epri.sgcc.com.cn

2014-04-10；

2015-02-11

鄧宏芬（1959—），女，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榕潆娤到y(tǒng)設(shè)備、配電變壓器、節(jié)能節(jié)電設(shè)備及中低壓電器標(biāo)準(zhǔn)制定、試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)管理。Email：dhongfen@epri.sgcc.com.cn

劉嵐（1982—），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)故障定位及潮流計(jì)算仿真、配電系統(tǒng)設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)。Email：liulan@epri.sgcc.com.cn