CN103076520A - 智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台和模拟仿真方法 - Google Patents

Abstract

智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台和模拟仿真方法，该检测平台包括变电站动态模拟物理平台、电子互感器或常规互感器、合并单元、智能终端、保护装置设备、故障录波器、网络报文分析仪、站域控制装置、故障信息系统、SV交换机、GOOSE交换机、MMS交换机。其中变电站内间隔电流、电压、开关量等信号由动态模拟平台提供，并经常规互感器、或者电子互感器接入合并单元、智能终端，通过SV、GOOSE网络和保护装置设备相连接，MMS交换机用于连接故障信息系统和保护装置。本发明除了对各种保护装置进行单元测试外，还可以模拟电力系统各种故障发生及切除的过程，特别适用于变电站现场和实验室的调试，应用效果良好。

Description

智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台和模拟仿真方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及一种智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台和模拟方法。

背景技术

随着变电站自动化技术的发展，越来越多的多功能智能电子设备(IED)被集成到系统中，这些设备大多采用IEC61850技术，它们具有强大的处理能力和通信能力。实践证明IEC61850标准能很好地解决各厂商设备间的互操作性问题，同时运用抽象通信服务接口(ACSI)技术将应用与具体协议分离，是一种面向未来的标准(具有后向兼容性)。IEC61850标准的引入改变了传统变电站自动化系统的功能结构、通信结构，进而对变电站的设计、实现、测试、运行、培训、维护等工作提出新的要求。

智能变电站是建设统一坚强智能电网的重要组成部分，常规智能变电站采用三层两网架构，以高速网络（SV、GOOSE、MMS）通讯平台为基础，继电保护等二次设备所需的电流、电压通过SV网络获得（点对点、或者组播等方式），开关量和控制信号通过GOOSE网络获得（点对点结合组播等方式），继电保护等二次设备在运行中产生的所有数据通过MMS网络与站控层设备进行交互。通过对各种数字化信息进行标准化，实现变电站内二次设备信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现数据测量监视、控制、保护、信息管理等功能。

然而，鉴于IEC61850标准刚刚推广实施，各厂商的测试工作主要是对自己产品进行协议一致性测试，互操作性测试是为了对标准草案的正确性、合理性进行验证，测试没有完全考虑到工程的实现。各地智能变电站系统投运前后仍需进行大量的测试工作，尤其对于稳定性运行要求很高的电力系统来说。

所以，随着智能变电站技术的不断发展，对智能电网数字化变电站的测试手段的研究也在必须不断深入。应结合智能变电站技术的相关要求，兼顾系统级与装置级的测试要求，对测试验证环境进行全面、系统研究，研制具适应智能变电站特征的新型测试手段和方法，对智能变电站各功能层设备及数据的有效性和一致性进行测试验证。

发明内容

发明目的：常规的变电站中的一次和二次设备间的电压和电流信号转换都是用常规电磁型电压和电流互感器，传统的保护装置处理的都是系统中的低电平模拟量信号，保护装置通过自身时钟对时，采样保持就可得到稳定的同步电压、电流信号。保护装置间跳闸信号、闭锁信号经过电缆接到相应操作箱等设备实现开关分合等操作。而智能变电站中保护装置等二次设备与传统二次设备相比，与外部的接口发生了巨大变化，变电站信息架构更是发生了巨大变化。保护装置与过程层的连接介质全由光纤取代，电压电流通过SV格式的采样值传输。采用SV采样值报文传输电压和电流信号，跳闸信号和开关量信号采用GOOSE网传输，因此需要研发基于IEC61850标准的智能变电站测试平台，实现对智能变电站保护装置的测试。

为了实现上述发明目的，本申请公开了如下技术方案：

一种智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，其特征在于：

所述仿真检测平台包括变电站动态模拟物理平台1、电子互感器2或常规互感器2'、合并单元3、智能终端4、线路保护装置设备5、故障录波器6、网络报文分析仪7、母线保护8、变压器保护9、站域控制装置10、故障信息子站11、监控主站12、GOOSE交换机13、SV交换机14和MMS交换机15；

所述变电站动态模拟平台1模拟电压、模拟电流信号输出端经电子互感器2或常规互感器2'连接至合并单元3的输入端，开关量信号输出端连接至智能终端4输入端；

所述合并单元3输出端经光缆分别与线路保护装置设备5、母线保护8、变压器保护9直连，经SV交换机14组网与故障录波器6、网络分析仪7、站域控制装置10相连；

线路保护装置设备5、母线保护8、变压器保护9直接通过GOOSE网或通过GOOSE交换机13与智能终端4相连，所述智能终端4经GOOSE交换机与故障录波器6、网络报文分析仪7、故障信息子站相连11；

线路保护装置设备5、母线保护8、变压器保护9、站域控制装置10经MMS交换机15组网与故障信息子站11、监控主站12相连；

故障录波器6、网络报文分析仪7经SV交换机14、GOOSE交换机13组网接入全站SV、GOOSE信号，经MMS交换机与故障信息子站、监控主站相连。

本申请还进一步公开了基于上述智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台的模拟仿真方法，步骤如下：

1）首先根据目标变电站配置情况或者测试要求，对被测保护装置进行定义，包括对采样率、通用数据集的数目、通道、最大输出电压和输出电流的倍数参数进行正确的配置；

2）搭建智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，包括无穷大电源等值物理模型、电网机组出力物理模型、被测试对象相关变电站元件、线路物理模型，调试合并单元、智能终端SV、GOOSE输出正常，调试SV、GOOSE、MMS网络正常，调试被测试保护装置与合并单元、智能终端、故障信息系统、录波器等设备通信正常；

3）调整智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台运行方式，并在预定方式下，模拟电力故障，模拟时钟系统异常、模拟SV、GOOSE等网络异常，观察被测试保护装置动作行为、报文显示情况，将实验结果记录在实验报告中，完成保护装置的测试。

有益效果

智能变电站中的巨大变化，带来了继电保护测试的变革。新研制的智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，可以实现接近变电站真实规模的测试环境，实时产生各种电力系统电压、电流潮流波动信号、电力系统一次设备故障电气信号，并经过合并单元采用SV网络传输数据，检测保护装置等二次设备61850实例建模标准化等问题。特别适用于变电站现场和实验室的调试，应用效果良好，测试人员很快就可以掌握其使用方法，智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台使用方便，性能可靠，输出数据的真实性、实时性效果显著。智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台内所有IED装置信息均可配置，并能够与任意厂家的保护装置实现无缝通讯，可以灵活适用于智能智能变电站装置级或者系统级测试。

附图说明

图1所示为本发明公开的智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台的结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本申请的技术方案做进一步详细说明。

本申请公开的智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，包括变电站动态模拟物理平台1、电子互感器2、合并单元3、智能终端4、线路保护装置设备5、故障录波器6、网络报文分析仪7、母线保护8、变压器保护9、站域控制装置10、故障信息子站11、监控主站12、GOOSE交换机13、SV交换机14和MMS交换机15、SV网络、GOOSE网络、MMS网络。总体框架结构如图1所示，所述变电站动态模拟平台1模拟电压、模拟电流信号输出端经电子互感器2或常规互感器2'连接至合并单元3的输入端，开关量信号输出端连接至智能终端4输入端；所述合并单元3输出端经光缆分别与线路保护装置设备5、母线保护8、变压器保护9直连，经SV交换机14组网与故障录波器6、网络分析仪7、站域控制装置10相连；线路保护装置设备5、母线保护8、变压器保护9直接通过GOOSE网或通过GOOSE交换机13与智能终端4相连，所述智能终端4经GOOSE交换机与故障录波器6、网络报文分析仪7、故障信息子站相连11；线路保护装置设备5、母线保护8、变压器保护9、站域控制装置10经MMS交换机15组网与故障信息子站11、监控主站12相连；故障录波器6、网络报文分析仪7经SV交换机14、GOOSE交换机13组网接入全站SV、GOOSE信号，经MMS交换机与故障信息子站11、监控主站12相连。

其中：

1）变电站二次系统动态模拟平台可以按照目标变电站进行物理建模，模拟目标变电站运行方式变化，不同运行方式下的潮流变化，提供电压、电流采集信号经常规互感器（或者电子互感器）2、2’传送给合并单元3，提供开关量信号给合并单元3、智能终端4；

2）合并单元3同步电压、电流等数字量信号，并按照IEC61850-9-2（或者FT3）协议打包；

3）合并单元3经光缆与各保护装置5、8、9直连，经SV交换机14组网与故障录波器6、网络报文分析仪7、站域控制装置10相连；

4）合并单元3统一由外部硬件同步信号控制，实现同步功能。保护装置产生的开关变位等信息通过GOOSE网、直接且可经GOOSE交换机13与智能终端4相连；

5）各保护装置经MMS交换机15组网与故障信息子站11相连，故障信息子站11可以参与电网的拓扑分析及综合智能告警。

6）故障录波器6、网络报文分析仪7、站域控制装置10经SV交换机14、GOOSE交换机13组网接入全站SV、GOOSE信号，经MMS交换机15与故障信息子站11系统相连。

智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台的功能：

1）能够向被测保护装置提供数字信号形式的电压电流量，基于IEC61850-9-2（或FT3）SV报文，用于全站继电保护装置的测试。

2)能够向被测保护装置提供数字信号形式的开关量，接收并解析处理被测保护装置发出的动作信号，采用GOOSE信号交互。

3)装置的光纤以太网接口可以接收和发送GOOSE报文，间隔层设备的闭锁信息也以GOOSE报文传递。

4)合并单元、智能终端发送的SV、GOOSE信息均可以根据实际工程需要进行灵活配置。

5)平台具有功能强大的分析、控制功能，能够实现保护装置的单元测试和整组测试，故障信息系统界面友好，人机交互性强。变电站动态模拟平台控制软件提供手动测试、状态序列等基础测试模块，还可以提供整组测试模块。平台还具有采样值报文监视分析和GOOSE开关量监视功能。

本申请还进一步公开了基于上述智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台的模拟仿真方法，步骤如下：

1）首先根据目标变电站配置情况或者测试要求，对被测保护装置进行定义，包括对采样率、通用数据集的数目、通道、最大输出电压和输出电流的倍数参数进行正确的配置；

2）搭建智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，包括无穷大电源等值物理模型、电网机组出力物理模型、被测试对象相关变电站元件、线路物理模型，调试合并单元、智能终端SV、GOOSE输出正常，调试SV、GOOSE、MMS网络正常，调试被测试保护装置与合并单元、智能终端、故障信息系统、录波器等设备通信正常；

3）调整智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台运行方式，并在预定方式下，模拟电力故障，模拟时钟系统异常、模拟SV、GOOSE等网络异常，观察被测试保护装置动作行为、报文显示情况，将实验结果记录在实验报告中，完成保护装置的测试。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (2)

1.智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，其特征在于：

所述仿真检测平台包括变电站动态模拟物理平台、电子互感器或常规互感器、合并单元、智能终端、线路保护装置设备、故障录波器、网络报文分析仪、母线保护、变压器保护、站域控制装置、故障信息子站、监控主站、GOOSE交换机、SV交换机和MMS交换机；

所述变电站动态模拟平台模拟电压、模拟电流信号输出端经电子互感器或常规互感器连接至合并单元的输入端，开关量信号输出端连接至智能终端输入端；

所述合并单元输出端经光缆分别与线路保护装置设备、母线保护、变压器保护直连，经SV交换机组网与故障录波器、网络分析仪、站域控制装置相连；

线路保护装置设备、母线保护、变压器保护直接通过GOOSE网或通过GOOSE交换机与智能终端相连，所述智能终端经GOOSE交换机与故障录波器、网络报文分析仪、故障信息子站相连；

线路保护装置设备、母线保护、变压器保护、站域控制装置经MMS交换机组网与故障信息子站、监控主站相连；

故障录波器、网络报文分析仪经SV交换机、GOOSE交换机组网接入全站SV、GOOSE信号，经MMS交换机与故障信息子站、监控主站相连。

2.一种基于权利要求1所述的智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台的模拟仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）首先根据目标变电站配置情况或者测试要求，对被测保护装置进行定义，包括对采样率、通用数据集的数目、通道、最大输出电压和输出电流的倍数参数进行正确的配置；

2）搭建智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台，包括无穷大电源等值物理模型、电网机组出力物理模型、被测试对象相关变电站元件、线路物理模型，调试合并单元、智能终端SV、GOOSE输出正常，调试SV、GOOSE、MMS网络正常，调试被测试保护装置与合并单元、智能终端、故障信息系统、录波器等设备通信正常；

3）调整智能变电站二次系统动态模拟仿真检测平台运行方式，并在预定方式下，模拟电力故障，模拟时钟系统异常、模拟SV、GOOSE等网络异常，观察被测试保护装置动作行为、报文显示情况，将实验结果记录在实验报告中，完成保护装置的测试。

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