移動式主站模擬測試裝置關(guān)鍵技術(shù)研究

王曉蔚，郭 捷，劉翔宇，楊啟金，孟勇亮

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021;2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210032)

2017-06-12

王曉蔚(1970-)，女，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)仿真分析計算、電力系統(tǒng)自動化方面工作。

移動式主站模擬測試裝置關(guān)鍵技術(shù)研究

王曉蔚1，郭 捷1，劉翔宇1，楊啟金2，孟勇亮2

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021;2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210032)

結(jié)合調(diào)度自動化系統(tǒng)的調(diào)試方法和維護手段，提出一種移動式電網(wǎng)調(diào)度模擬主站測試裝置設(shè)計方法，該方法可簡化與變電站自動化設(shè)備的調(diào)試流程及步驟，且不依賴于主站、通道建設(shè)進度，通過主站模擬測試裝置即可完成圖模入庫及與變電站的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，大大節(jié)約了主站建設(shè)后期調(diào)試時間，同時也為自動化設(shè)備投運前的評估檢測、運行設(shè)備的定期巡視提供了技術(shù)支撐。

調(diào)度自動化系統(tǒng); 模擬主站; 廠站模型版本

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信、數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)等步驟，既耗時又費力。文獻[5]從信號顯示應(yīng)用層面進行技術(shù)性的風險防御，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，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。

1 模擬主站總體架構(gòu)

以下介紹的電網(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)，其主要硬件是1臺筆記本電腦，通過在移動筆記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。模擬主站架構(gòu)示意如圖1所示。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。

圖1 模擬主站架構(gòu)示意

模擬主站的總體流程如下，模擬主站的調(diào)試流程如圖2所示。

圖2 模擬主站調(diào)試流程示意

a. 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入庫。

b. 然后由主站側(cè)導出CIM/E格式[7-9]的廠站模型文件、CIM/G格式[10]的圖形文件，并將文件打包成版本文件后上傳至主站模擬測試系統(tǒng)。

c. 當主調(diào)側(cè)導出圖模文件以后，就進行首次遙控點表固化操作。

d. 在主站模擬測試系統(tǒng)中，通過單廠站模型導入工具，將由主站側(cè)上傳的模型文件，經(jīng)過解析校驗、反饋比較，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)。

e. 將完成圖模導入的主站模擬測試系統(tǒng)帶到變電站進行傳動實驗，傳動過程中可以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。

f. 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出工具，導出CIM/E模型文件、G格式圖形文件，并打包形成版本文件，上傳至主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)再通過單廠站模型導入工具，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)。

g. 在主站側(cè)完成圖模文件導入以后，再進行二次遙控點表固化操作。

h. 當主站進行遙控操作時，需要對遙控點號進行雙重校驗，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，才允許遙控。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 模擬主站環(huán)境搭建策略

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。其特點主要體現(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。他是區(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、結(jié)構(gòu)和本質(zhì)上是沒有差別的，不同的只是表述模型范圍的大小?？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模型擴展信息見表1。

表1 CIM/E廠站模型擴展信息

擴展類別擴展模型參數(shù)信息前置遙測維護點號、系數(shù)、基值和通道一、二前置遙信維護點號和通道一、二下行遙控數(shù)據(jù)點名,廠站名,數(shù)據(jù)點號,撿無壓點號,撿同期點號下行遙調(diào)數(shù)據(jù)點名,廠站名,數(shù)據(jù)點號,升檔點號,降檔點號,急停點號,升檔狀態(tài),降檔狀態(tài),急停狀態(tài),升檔控制類型,降檔控制類型,急停控制類型限值廠站ID,中文名稱,類型,遙測ID,是否百分比,延遲時間,越上限范圍,越下限范圍,取值類型,遙測類型,高限,低限1,2,3,4前置通道通道名,所屬廠站保護設(shè)備需維護廠站ID、中文名稱、裝置地址及定值區(qū)映射遙測ID號

通過類和參數(shù)擴展使得調(diào)度主站與模擬主站間共享的廠站模型是覆蓋全景的廠站模型。保證了測試模型的完整性。

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唯一的，除了相關(guān)的廠站接線圖外，還有大量的間隔圖，也是變電站接入調(diào)試時所必須的。因此全景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)度支持系統(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:

a. 前置數(shù)據(jù)正確性驗證。模擬主站在站端的調(diào)試，首先是新設(shè)備的建模。新設(shè)備建模完成后，填寫完前置參數(shù)后，就可以接入變電站綜合自動化進行調(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。

b. 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。SCADA數(shù)據(jù)校核包含:SCADA拓撲校驗，設(shè)備合理值驗證。

c. 狀態(tài)估計驗證。高級應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)建模是模型更新后開始狀態(tài)估計計算前的基礎(chǔ)工作，通過網(wǎng)絡(luò)建?？梢园l(fā)現(xiàn)模型中存在的問題，特別是對于模型的參數(shù)及拓撲的驗證非常有效。狀態(tài)估計通過模型參數(shù)與接收的轉(zhuǎn)發(fā)量測可以判別上送量測狀態(tài)質(zhì)量，通過該種方式驗證，可以將可疑數(shù)據(jù)，以列表的形式反饋給用戶，由用戶判別是否繼續(xù)拼接操作。

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，如何保證模型雙向共享時模型的一致性問題。以下通過制定模擬主站調(diào)試管理規(guī)范和模型版本管理兩者結(jié)合進行控制。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)度主站是禁止維護調(diào)試廠站模型的。模型版本管理通過名稱和調(diào)度主站的模型記錄ID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的一致性。其中調(diào)度主站模型記錄ID在導入到模擬主站后是存入模擬主站RDF標識，模擬主站導出模型時將該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。下面以廠站A為例介紹廠站模型在兩套系統(tǒng)間的雙向共享機制。廠站A啟動模擬主站調(diào)試時，清空模擬主站系統(tǒng)中廠站A模型p；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；將最新的廠站A模型版本上傳至模擬主站，并在模擬主站系統(tǒng)導入;在模擬主站系統(tǒng)對A站模型進行維護，測試；廠站A模型調(diào)試完畢后，導出模擬主站廠站A模型并發(fā)送給調(diào)度主站系統(tǒng)；調(diào)度主站根據(jù)名稱和RDF標示匹配本地模型并導入數(shù)據(jù)庫；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。

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)用情況及效果

以上介紹的電網(wǎng)調(diào)度模擬主站已在河北省南部電網(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。模擬主站使用較高配置的HP ZBook 15筆記本，處理器：Intel(R) Core(TM) i7-4700MQ，CPU @ 2.40GHz 2.40 GHz，安裝內(nèi)存(RAM)32 Gb，操作系統(tǒng)類型Win7專業(yè)版。該筆記本完全可以當做1臺移動的工作站來工作。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。新舊模式對比見表2。

表2 新舊模式對比分析

對比項模擬主站模式舊調(diào)試方式測試信號對調(diào)度主站干擾不會出現(xiàn)干擾容易出現(xiàn)干擾廠站投運時間縮短40%主站側(cè)需要再次核對信號耗費大量時間和人力新設(shè)備入網(wǎng)檢測功能可以提供需要搭建零時系統(tǒng)模型參數(shù)正確性100%需要人工核對容易出現(xiàn)錯誤

根據(jù)河北省南部電網(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。待廠站通信通道具備條件后，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，待新接模型充分測試后再導回調(diào)度主站，降低了新入網(wǎng)設(shè)備對調(diào)度實時運行系統(tǒng)的沖擊風險。以接入保定110 kV王盤變電站為例，該站為新建變電站，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天的調(diào)試周期，縮短到了10天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)束語

以上介紹的電網(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，其不依賴于主站、通道建設(shè)進度，不受限于天時、地利等環(huán)境因素，只需要1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)通信、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。對變電站自動化設(shè)備入網(wǎng)項目的順利開展，貫徹落實國網(wǎng)公司關(guān)于源端維護、模擬主站接入的指導思想具有重要意義。

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Key Technology Research on Grid Dispatching Simulation Master Station

Wang Xiaowei1,Guo Jie1,Liu Xiangyu1,Yang Qijin2, Meng Yongliang2

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China;2.Nari Technology Development Limited Company,Nanjing 210032,China)

Combined with the debugging method and maintenance measures for dispatching automation system,this paper proposes a mobile station simulation test device design method.The method can simplify substation automation equipment debugging process and steps,and does not rely on the main station and channel construction progress,can complete graph model storage and the substation commissioning work through the main station simulation test device,greatly reduces the late master construction debugging time,but also provide technical support for automation equipment puts into operation before the assessment test and operation of the equipment regular visits.

dispatching automation system;simulation master station;station model version

TM743

B

1001-9898(2017)05-0004-04

本文責任編輯：羅曉曉