智能變電站新型實(shí)用化調(diào)試與分析技術(shù)研究

朱寧，王志鵬，閆小向，蔡會(huì)會(huì)

（1.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司西寧供電公司，青海 西寧 810000；2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司， 江蘇 南京 210000）

智能變電站概念的提出是建立在傳統(tǒng)變電站功能不斷完善發(fā)展和智能化演變的過(guò)程中。智能變電站采用現(xiàn)代化的智能電氣設(shè)備，全站設(shè)備的數(shù)字化信息數(shù)據(jù)具有在網(wǎng)絡(luò)化通信平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的屬性特點(diǎn)，能夠自動(dòng)進(jìn)行全站一兩次設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)信息的采集、計(jì)量、測(cè)量、保護(hù)、控制、監(jiān)視等基本功能。同時(shí)支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)智能調(diào)控、協(xié)同管理及互動(dòng)、在線輔助決策等高級(jí)功能。

隨著智能變電站規(guī)模的不斷擴(kuò)大和功能的不斷擴(kuò)展完善升級(jí)，變電站系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)采集及分配環(huán)節(jié)變得異常繁雜。而數(shù)字信號(hào)與傳統(tǒng)信號(hào)的傳輸差異較大，由此加大了調(diào)試和維護(hù)難度，造成調(diào)試周期過(guò)長(zhǎng)。另外，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)人員學(xué)習(xí)和理解比較困難，因此開展研究基于自適應(yīng)功能的多應(yīng)用模式智能變電站實(shí)用化調(diào)試與分析系統(tǒng)很有意義。

1 智能變電站調(diào)試方法、流程及現(xiàn)狀分析

1.1 調(diào)試方法概述

智能變電站與常規(guī)變電站的調(diào)試方法在原理上相似，但具體的操作方法和使用的調(diào)試設(shè)備不同。常規(guī)變電站通過(guò)電氣數(shù)據(jù)采集、測(cè)量和計(jì)算分析進(jìn)行檢測(cè)調(diào)試，而智能站的調(diào)試方式由電氣檢測(cè)變?yōu)閷?duì)SV、GOOSE等網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息的抓取和智能分析，測(cè)量裝置從原來(lái)的傳統(tǒng)測(cè)量裝置變?yōu)橹悄芑臄?shù)字化分析儀。然而，盡管數(shù)字化分析儀在數(shù)據(jù)的模擬構(gòu)建及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的抓取分析方面能夠提高調(diào)試分析效率，但前提是有關(guān)調(diào)試人員能夠充分理解掌握SCD文件的解讀和基本網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的分析，這對(duì)調(diào)試人員的素質(zhì)提出了很高要求。通常只有經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的高級(jí)工程師才能完成相關(guān)的調(diào)試操作，局限性較大。

1.2 調(diào)試流程

智能變電站調(diào)試流程分為：（1）智能化電氣設(shè)備（IED）的配置和SCD文件生成；（2）系統(tǒng)調(diào)試首先進(jìn)行IED設(shè)備單獨(dú)調(diào)試，主要完成IED單裝置功能測(cè)試驗(yàn)證，然后進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)IED設(shè)備組態(tài)，完成二次系統(tǒng)設(shè)備集成后的聯(lián)合功能檢測(cè)，包括通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)信息安全、時(shí)間同步及動(dòng)模試驗(yàn)等；（3）現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)調(diào)試的重點(diǎn)是保證回路正確無(wú)誤前提下的完整性，調(diào)試需保證光纖通信回路連接可靠，通信鏈路可視、可控。現(xiàn)場(chǎng)的起動(dòng)試驗(yàn)主要完成一兩次設(shè)備在閉環(huán)狀態(tài)下的功能驗(yàn)證。

1.3 現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)外在變電站調(diào)試分析工具方面開展了大量研究，也開發(fā)了很多測(cè)試設(shè)備及軟件調(diào)試系統(tǒng)，取得了顯著成果。國(guó)外OMICRON公司很早就開發(fā)了IED Scount軟件作為IEC61850的GOOSE發(fā)布者和訂閱者，該軟件主要是簡(jiǎn)單發(fā)布GOOSE數(shù)據(jù)，同時(shí)也提供了部分簡(jiǎn)單的分析功能。但對(duì)于普通的運(yùn)維調(diào)試人員很難學(xué)習(xí)和掌握其測(cè)試方法，在SCD配置文件的調(diào)用以及數(shù)據(jù)的管理方面也存在較大缺失和不足。

國(guó)內(nèi)的主要測(cè)試設(shè)備是繼電保護(hù)測(cè)試儀，它用于模擬SV、GOOSE數(shù)據(jù)，不能監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文情況，也不能實(shí)施警告；在智能變電站中在線運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文設(shè)備只能抓取保存原始報(bào)文，缺少對(duì)報(bào)文的智能分析、數(shù)據(jù)的模擬，更沒(méi)有對(duì)MMS通信的測(cè)試功能。

綜合以上問(wèn)題，本文通過(guò)研究多應(yīng)用模式的通用MMS客戶端，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同廠家、不同的智能設(shè)備MMS常規(guī)功能的調(diào)試和測(cè)試，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息進(jìn)行監(jiān)視和智能告警，可移植的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用戶能夠在專業(yè)調(diào)試設(shè)備和普通終端設(shè)備上方便使用，有效提高調(diào)試分析效率和運(yùn)維能力。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析研究

2.1 SCD配置文件的快速解析技術(shù)研究

根據(jù)IEC61850-6標(biāo)準(zhǔn)（系統(tǒng)配置描述語(yǔ)言），在保證結(jié)果完整性和正確性的前提下，實(shí)現(xiàn)快速高效地解析SCD配置文件和GOOSE的輸入、輸出虛端子，并能以圖形化展示虛端子連接情況。

2.2 SCD文件規(guī)范性自動(dòng)測(cè)試及比對(duì)技術(shù)

首先針對(duì)不同廠家IED設(shè)備的XML配置文件組成關(guān)系及解析方法特點(diǎn)進(jìn)行比較和總結(jié)，提出SCD比較規(guī)范；然后研究開發(fā)SCD配置文件差異性比對(duì)算法，通過(guò)先進(jìn)的比對(duì)算法開發(fā)SCD配置文件可視化校驗(yàn)比對(duì)工具，幫助運(yùn)維專業(yè)人員快速對(duì)修改內(nèi)容進(jìn)行正確性和完整性審核，判斷SCD文件修改的內(nèi)容對(duì)正常運(yùn)行間隔的影響范圍；根據(jù)SCD不同歷史時(shí)期版本比對(duì)，最終實(shí)現(xiàn)智能變電站在線運(yùn)行設(shè)備裝置中的模型與配置文件SCD模型、配置參數(shù)的一致性校驗(yàn)。

2.3 GOOSE圖形化仿真和故障回放技術(shù)

基于SCD模型文件和GOOSE發(fā)送機(jī)制的報(bào)文協(xié)議格式，根據(jù)SCL解析出來(lái)的GOOSE輸出虛端子，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)演示GOOSE信號(hào)傳遞過(guò)程和故障回放功能，一來(lái)驗(yàn)證模型的完整性，同時(shí)驗(yàn)證了GOOSE信號(hào)的正確性。調(diào)試人員能快速方便地查看網(wǎng)絡(luò)上報(bào)文的收發(fā)情況、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值、各種電氣量、開關(guān)量等信息，并能快速、準(zhǔn)確定位二次信號(hào)回路的通斷情況和故障信息，有問(wèn)題及時(shí)排查解決。

2.4 研究多應(yīng)用模式的通用MMS客戶端

深入分析MMS客戶端的結(jié)構(gòu)和功能，基于MMS體系的消息流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究適用于站內(nèi)所有智能設(shè)備的通用MMS客戶端，極大方便調(diào)試人員在通用客戶端平臺(tái)上利用MMS交流信息，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)不同廠家、不同的智能設(shè)備MMS常規(guī)功能的調(diào)試和分析測(cè)試。

2.5 新型實(shí)用化調(diào)試與分析系統(tǒng)開發(fā)方案

根據(jù)智能變電站實(shí)際功能需求，本文提出一種實(shí)用化調(diào)試與分析系統(tǒng)開發(fā)方案，其系統(tǒng)功能的開發(fā)提供包括IED設(shè)備配置模型子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、圖形展示子系統(tǒng)等。IED設(shè)備配置模型子系統(tǒng)主要功能是對(duì)IED裝置的ICD模型進(jìn)行描述及配置管理，包括虛端子連接配置圖和邏輯子網(wǎng)配置圖等，最終實(shí)現(xiàn)SCD文件的自動(dòng)生成和歷史版本校驗(yàn)比對(duì)功能。網(wǎng)絡(luò)報(bào)文數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要功能是對(duì)報(bào)文的解析、儲(chǔ)存并最終同圖形展示子系統(tǒng)以圖形化方式直觀顯示二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和二次設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息。

3 仿真分析

由于智能變電站二次系統(tǒng)集成調(diào)試需間隔層、站控層和過(guò)程層二次設(shè)備全部參與閉環(huán)測(cè)試，仿真環(huán)境搭建較為困難。本文僅對(duì)SCD文件在線與離線模型的校驗(yàn)比對(duì)進(jìn)行等效仿真，驗(yàn)證了SCD文件的正確性和完整性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)IED裝置運(yùn)行隱患及故障，對(duì)于提高智能站調(diào)試分析和運(yùn)維管理的工作效率和質(zhì)量起到有力技術(shù)支撐作用。圖1為SCD文件一致性校驗(yàn)仿真結(jié)構(gòu)圖。

圖1 一致性校驗(yàn)仿真結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前智能變電站調(diào)試工具功能單一、通用性差的核心問(wèn)題，首先開展研究多應(yīng)用模式的通用MMS客戶端，簡(jiǎn)化智能變電站二次系統(tǒng)功能調(diào)試和分析的復(fù)雜度，極大方便調(diào)試人員在通用客戶端平臺(tái)上利用MMS交流信息。本文主要對(duì)提出的一種新型實(shí)用化調(diào)試與分析系統(tǒng)開發(fā)方法就其核心功能子模塊開展了分析闡述。該方法的實(shí)用性通過(guò)對(duì)SCD文件解析后的GOOSE報(bào)文與配置文件的一致性校驗(yàn)進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果初步驗(yàn)證了該方法具有可行性，也為下一步開發(fā)新型實(shí)用化、便攜化的調(diào)試分析系統(tǒng)奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，對(duì)未來(lái)集設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)維一體化設(shè)計(jì)理念的智能變電站發(fā)展提供參考依據(jù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。