基于站控層仿真的變電站功能驗證技術(shù)分析

金濤 虞巍 黃家驥 曹怡 江維

【摘要】? ? 在智能變電站中包括后臺監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、保護(hù)及測控裝置等，各類設(shè)備之間一般通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。為了保證智能變電站中二次設(shè)備的安全可靠運行，可以采用軟插件和人工智能技術(shù)，通過站控層仿真對二次設(shè)備的各項功能進(jìn)行驗證，本文詳細(xì)分析了基于站控層仿真的變電站功能驗證及異常判定技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】? ? 站控層仿真? ? 變電站? ? 功能驗證? ? 異常判定

引言

建設(shè)智能變電站能夠提升電力系統(tǒng)的自動化和信息化水平，保證電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。在對智能變電站中的設(shè)備進(jìn)行功能驗證時，如果采用功能較為單一的驗證工具，則難以滿足智能變電站的建設(shè)需要。隨著人工智能技術(shù)和軟件插件技術(shù)的發(fā)展，可以采用基于站控層仿真的變電站功能驗證及異常判定技術(shù)[1]。本文首先分析了利用人工智能技術(shù)和軟插件技術(shù)實現(xiàn)站控層仿真的原理，之后闡述了智能變電站結(jié)構(gòu)，同時著重分析了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、后臺監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)及測控裝置等的功能驗證方法。

一、站控層仿真技術(shù)與人工智能

近年來人工智能技術(shù)得到了快速的發(fā)展，在多個行業(yè)中都得到了應(yīng)用，利用人工智能技術(shù)和軟插件技術(shù)，能夠很好地實現(xiàn)變電站的模擬仿真。人工智能技術(shù)可以通過計算機(jī)控制程序，來模擬人工行為以解決實際問題。目前在對變電站中的后臺監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)及測控裝置進(jìn)行功能驗證時，主要還是依賴間隔層的設(shè)備，通過站控層仿真進(jìn)行驗證較為薄弱。為此本文介紹了在智能變電站的站控層部署基于人工智能技術(shù)的仿真系統(tǒng)，來對變電站中的設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行功能驗證的方法，在實際應(yīng)用中也取得了較好的應(yīng)用效果。

二、智能變電站的基本結(jié)構(gòu)

智能變電站一般可以分為三層兩網(wǎng)，三層即站控層、間隔層和過程層，兩網(wǎng)即MMS網(wǎng)、GOOSE和SV網(wǎng)。GOOSE信號主要是指0、1等離散數(shù)字信號，可以實現(xiàn)對智能變電站中的設(shè)備遙控操作，遙信也是GOOSE信號。SV信號是用來采集變電站中設(shè)備的運行模擬量信息，主要是指遙測信息。MMS網(wǎng)則運行在站控層中，變電站中的保護(hù)裝置可以按照智能變電站的結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能分解，以智能變電站中的某線路繼電保護(hù)裝置為例，其在各層的保護(hù)功能分解如下圖1所示。

從上圖1中可以看出，線路保護(hù)的各項功能可以劃分到變電站中的不同層次，其中PTOC表示定時過電流、PDIS表示距離保護(hù)、XCBR表示斷路器、MMXU表示測量功能、RREC表示自動重合閘、CSWI表示開關(guān)控制器、IHMI表示人機(jī)接口、TCTR表示電流互感器、TVTR表示電壓互感器。建立好上述智能變電站線路保護(hù)模型之后，就可以按照智能變電站的IEC 61850通信協(xié)議進(jìn)行軟件編程實現(xiàn)。

三、基于站控層仿真的智能變電站功能驗證方法

通過采用智能變電站的站控層仿真技術(shù)，并結(jié)合智能人工專家系統(tǒng)，可以分別對智能變電站中的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、后臺監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)及測控等智能裝置的站控層功能進(jìn)行驗證，以下分別進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的功能驗證

在智能變電站中，遙信、遙測、遙控和遙調(diào)等功能都需要借助數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)才能實現(xiàn)，廠站遠(yuǎn)動點表信息也需要下灌到數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)中，才能和調(diào)度主站自動化系統(tǒng)相互通信。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)主要功能包括：一是和廠站保護(hù)和測控裝置通信，采集和接收廠站智能設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息存放在數(shù)據(jù)庫中。二是和調(diào)度主站自動化系統(tǒng)相互通信[2]，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)秸{(diào)度主站自動化系統(tǒng)中，同時接收主站系統(tǒng)所下發(fā)的操作和控制指令。在對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行功能驗證時，通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)取代服務(wù)，功能驗證仿真系統(tǒng)具備虛擬主站前置的功能，能夠?qū)h(yuǎn)動上次的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，來驗證遠(yuǎn)動裝置的功能是否正常，并形成功能驗證報告。

3.2 后臺監(jiān)控系統(tǒng)的功能驗證

智能變電站內(nèi)的后臺監(jiān)控系統(tǒng)也是變電站中的重要設(shè)施之一，主要從站控層交換機(jī)讀取數(shù)據(jù)信息，也能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站內(nèi)的設(shè)備操作和控制，下圖2為后臺監(jiān)控主機(jī)的閉環(huán)功能驗證系統(tǒng)示意圖。

從上圖2中可以看出，后臺監(jiān)控主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)報文分析儀、監(jiān)控主機(jī)功能驗證仿真系統(tǒng)等都需要和站控層交換機(jī)相連，監(jiān)控主機(jī)可以將和站控層交換機(jī)之間數(shù)據(jù)交互的文件導(dǎo)出，并發(fā)送到功能驗證工作站中[3]。在具體的后臺監(jiān)控主機(jī)功能驗證的過程中，首先在功能驗證工作站中配置功能驗證策略，之后功能驗證仿真系統(tǒng)和監(jiān)控主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時監(jiān)控主機(jī)將在功能驗證過程中的交互數(shù)據(jù)導(dǎo)出，功能驗證工作站通過分析比較驗證策略、網(wǎng)絡(luò)分析簡報和所導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件，來生成功能驗證報告。

3.3 保護(hù)及測控裝置的功能驗證

保證保護(hù)裝置和測控裝置的可靠運行，是提高智能變電站運行安全水平的關(guān)鍵，應(yīng)加強(qiáng)對保護(hù)及測控裝置的功能驗證。一般在高電壓等級的變電站，保護(hù)裝置和測控裝置分開，在電壓等級較低的變電站中，通常保護(hù)裝置和測控裝置合為一體。對保護(hù)及測控裝置的功能驗證，主要是模擬保護(hù)及測控裝置在站控層中的數(shù)據(jù)交互行為，下圖3為保護(hù)及測控裝置的功能驗證結(jié)構(gòu)示意圖。

從上圖可知，該功能驗證系統(tǒng)主要包括模型解析模塊、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)模塊、仿真系統(tǒng)運行管理模塊和抽象通信服務(wù)接口模塊等，各個不同的功能模塊分別承擔(dān)著不同的作用。其中模型解析模塊主要是導(dǎo)入文件并校驗文件的合法性，同時對文件進(jìn)行解析，從而為功能驗證仿真系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源[4]。

功能驗證仿真系統(tǒng)運行管理模塊可通過在系統(tǒng)中配置功能驗證策略，對各類智能裝置進(jìn)行功能仿真及驗證。當(dāng)智能變電站中的某些系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可以通過軟插件技術(shù)和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)對智能變電站的智能診斷、故障定位，以及在通信異常情況下責(zé)任方的智能判定。此外，基于軟插件及人工智能技術(shù)的變電站功能驗證技術(shù)還具備故障重現(xiàn)功能，能夠?qū)收线M(jìn)行分析和處理。

四、 結(jié)論

隨著智能變電站逐漸朝著無人值守的方向發(fā)展，加強(qiáng)對智能變電站中的設(shè)備功能驗證，對于保證設(shè)備的安全可靠運行具有重要的作用。本文圍繞站控層仿真技術(shù)，分別闡述了智能變電站中的后臺監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、保護(hù)及測控裝置的功能驗證方法，在實際中可以加以推廣應(yīng)用。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 宋福海. 基于信息觸發(fā)的智能變電站保護(hù)功能判定方法研究[J]. 電力工程技術(shù)， 2019， 038（006）：P.99-106.

[2] 劉鑫， 唐廣瑜， 向博， et al. 基于功能相關(guān)性的智能變電站二次系統(tǒng)功能測試驗證方法[J]. 中國測試， 2020， v.46;No.259（02）：127-133.

[3] 李云鵬， 王鵬， 湯漢松， et al. 過程層閉環(huán)的智能變電站現(xiàn)場站域測試技術(shù)[J]. 電器與能效管理技術(shù)， 2018， 554（17）：55-60.

[4] 李剛， 黃繼東， 倪傳坤， et al. 智能變電站就地化保護(hù)仿真測試系統(tǒng)設(shè)計與探討[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2018， 46（17）：161-166.