CN104749466A - 一种智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法，测试系统包括图形用户界面、模型及参数管理单元、采集数据分析单元、实时数字仿真单元和仿真数据转换单元，模型及参数管理单元与图形界面单元连接，采集数据分析单元与图形界面单元连接、用于对采集到的数据进行分析、将其转换成模型中对应的状态信息所需要的格式并传送给实时数字仿真单元，仿真数据转换单元分别与图形界面单元和实时数字仿真单元连接。实施本发明的智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法，具有以下有益效果：建设周期较短、降低耗资、对测试人员专业水平和熟练程度要求不高、能规避智能变电站继电保护现场装配过程中配置和接线错误。

Description

一种智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法

技术领域

本发明涉及变电站继电保护领域，特别涉及一种智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法。

背景技术

随着智能变电站的推广建设，变电站继电保护在实现机制、组织架构和运维模式等方面发生着巨大变化，与传统继电保护相比，智能变电站继电保护特征主要包括：1、大量引入电子式互感器和合并单元等智能设备，使一次系统电气信息通过数据帧传输；2、三层两网的继电保护架构改变了原过程层点对点电缆传输的信息交换方法；3、基于IEC61850标准的设备建模，给二次设备间功能认知和相互操作提供基础。智能变电站技术给变电站继电保护在信息获取、顺序控制、运维管理等方面带来显著优势。

然而，智能变电站继电保护在享受二次系统网络化和设备智能化所带来硕果的同时，二次设备复杂的信息组织关系以及设备间紧密的耦合关联操作也给继电保护的可靠性带来巨大挑战，检验继电保护设备组织关系、信息传递有效性以及控制功能的可靠实现也成为继电保护投产运行的重要环节。

目前国内外继电保护测试方法主要包括：采样值信息注入的单体测试方法、开关位置信息触发的测试方法以及系统级动模实验三种。

其中，采样值信息注入的保护测试方法是通过将符合IEC61850-9-2规范的采样值报文注入保护装置，进而获取保护装置动作性能的测试方法，这种测试方法初步具备了智能变电站继电保护单体测试功能，具有灵活、方便、设备便携等优势。开关位置信息判定的保护测试方法是在采样值信息注入的保护测试方法基础上，将智能终端纳入测试范围，保护装置动作的正确性和有效性不再依赖于GOOSE报文的捕获，而是通过检测智能终端模拟开关变位脉冲反馈进行判断。这种开关位置信息判定的保护测试结果体现了智能终端与继电保护装置交互过程的有效性，在测试范围和正确性判定方法两方面有了明显提升。系统级动模实验室是采用实际物理设备动态模拟一次设备，依照实际现场搭建二次系统，模拟各种情况下继电保护动作行为的测试方法。这种测试方法无论在测试范围、触发信号还是信号反馈都最大程度上与实际运行保持一致，其测试结果直观，具有较强参考意义。

上述三种智能变电站继电保护测试方法具有以下缺陷：采样值信息注入的保护测试方法和开关位置信息判定的保护测试方法在测试范围方面仅能做到单体测试功能，这两种测试方法忽视了信号采集、网络通信对继电保护的影响，对于跨设备、跨间隔的继电保护动作过程不具备参考价值。系统级动模测试范围全面、测试结果直观，但动模实验室建设周期长、耗资巨大，且对测试人员专业水平和熟练程度要求高，更重要的是难以规避智能变电站继电保护现场装配过程中配置和接线等错误。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述建设周期较长、耗资巨大、对测试人员专业水平和熟练程度要求较高、难以规避智能变电站继电保护现场装配过程中配置和接线错误的缺陷，提供一种建设周期较短、降低耗资、对测试人员专业水平和熟练程度要求不高、能规避智能变电站继电保护现场装配过程中配置和接线错误的智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能变电站继电保护测试系统，包括图形用户界面、模型及参数管理单元、采集数据分析单元、实时数字仿真单元和仿真数据转换单元，所述图形用户界面用于提供图形化的电力系统建模工具、编辑一次接线图、设置元件参数和运行控制，所述模型及参数管理单元与所述图形界面单元连接、用于管理电力系统接线图的模型及参数，所述采集数据分析单元与所述图形界面单元连接、用于对采集到的数据进行分析、将其转换成模型中对应的状态信息所需要的格式并传送给所述实时数字仿真单元，所述实时数字仿真单元用于进行实时计算、模拟电力系统的运行、输出实时仿真数据、同时监测来自被测系统的反馈信息并进行实时更新仿真数据，所述仿真数据转换单元分别与所述图形界面单元和实时数字仿真单元连接、用于将所述实时数字仿真单元生成的仿真数据转换成输出数据所需的格式。

本发明还涉及一种智能变电站继电保护测试方法，应用于系统级继电保护测试平台，所述系统级继电保护测试平台包括系统级测试仪和虚拟开关箱，所述系统级测试仪和虚拟开关箱通过过程层网络进行通信，所述系统级测试仪用于承担一次系统物理结构、电量信息的采样值报文发包以及人机交互和图形界面展示功能，所述虚拟开关箱用于断路器位置信息上传、断路器开端功能和开端延时模拟，所述测试方法包括如下步骤：

A)对所述系统级测试仪进行初始化操作，按照测试需求将所述系统级测试平台接入变电站继电保护装置，并向所述系统级继电保护测试平台输入一次系统物理信息；

B)对所述系统级继电保护测试平台的仿真场景进行设置；

C)所述系统级继电保护测试平台按设置的内容模拟真实环境启动工作，向所述变电站继电保护装置发送正常测试采样值报文，并在故障设置触发后向所述变电站继电保护装置发送故障测试采样值报文；

D)所述继电保护装置收到所述正常测试采样值报文和故障测试采样值报文进行保护判定后，向所述虚拟开关箱发送跳闸GOOSE报文，所述虚拟开关箱根据报文内容模拟断路器开断结果和开断延时；

E)所述系统级继电保护测试平台对变电站继电保护功能作出判断性评价，形成测试报告。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试方法中，所述智能变电站继电保护测试系统的测试内容包括信息交互功能测试、单体功能测试和系统级继电保护联动测试。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试方法中，所述信息交互功能测试包括连通性测试和可靠性测试，所述单体功能测试包括速动保护、后备保护和多次重合闸，所述系统级联动测试包括多信息源保护联动和层次化保护整组联动。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试方法中，所述设置的内容包括一次系统故障时间、故障位置和故障类型。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试方法中，所述虚拟开关箱包括虚拟断路器和开关、数模转换模块和GOOSE端口，所述数模转换模块与所述虚拟断路器和开关连接、用于进行数字量和开关模拟量的转换，所述GOOSE端口与所述数模转换模块连接。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试方法中，所述系统级测试仪包括虚拟继电保护设备。

本发明还涉及一种智能变电站继电保护测试系统的实现方法，包括如下步骤：

A＇)初始化所述智能变电站继电保护测试系统，输入变电站一次、二次初始信息；

B＇)结合工程实际设置所述智能变电站继电保护测试系统模拟断路器的位置信息，设置一次系统故障信息；

C＇)所述智能变电站继电保护测试系统进行潮流计算和短路计算，将故障电流电压信息发送至所述变电站继电保护装置；

D＇)所述变电站继电保护装置动作后，测试系统接收所述变电站继电保护装置返回的GOOSE报文，依据GOOSE报文信息模拟智能终端和一次开关动作；

E＇)判断二次系统继电保护功能是否正确，根据测试结果生成相应的测试报告。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试系统的实现方法中，所述变电站一次、二次初始信息包括一次系统拓扑信息、物理特性信息和二次系统配置文件。

在本发明所述的智能变电站继电保护测试系统的实现方法中，所述一次系统故障信息包括故障位置和故障类型。

实施本发明的智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法，具有以下有益效果:由于使用图形用户界面、模型及参数管理单元、采集数据分析单元、实时数字仿真单元和仿真数据转换单元，图形用户界面用于提供图形化的电力系统建模工具、编辑一次接线图、设置元件参数和运行控制，模型及参数管理单元用于管理电力系统接线图的模型及参数，采集数据分析单元用于对采集到的数据进行分析、将其转换成模型中对应的状态信息所需要的格式并传送给实时数字仿真单元，实时数字仿真单元用于进行实时计算、模拟电力系统的运行、输出实时仿真数据、同时监测来自被测系统的反馈信息并进行实时更新仿真数据，仿真数据转换单元用于将实时数字仿真单元生成的仿真数据转换成输出数据所需的格式，其不需要按照实际现场搭建二次系统，所以建设周期较短、降低耗资、对测试人员专业水平和熟练程度要求不高、能规避智能变电站继电保护现场装配过程中配置和接线错误。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法一个实施例中测试系统的结构示意图；

图2为所述实施例中智能变电站继电保护测试系统的总体结构图；

图3为所述实施例中系统级继电保护测试平台的工作原理图；

图4为所述实施例中智能变电站继电保护测试方法的流程图；

图5为所述实施例中智能变电站继电保护测试系统的实现方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明智能变电站继电保护测试系统、测试方法及实现方法实施例中，其智能变电站继电保护测试系统的结构示意图的结构示意图如图1所示。图1中，该智能变电站继电保护测试系统包括图形用户界面1、模型及参数管理单元2、采集数据分析单元3、实时数字仿真单元4和仿真数据转换单元5，图形用户界面1用于提供图形化的电力系统建模工具、编辑一次接线图、设置元件参数和运行控制，模型及参数管理单元2与图形界面单元1连接、用于管理电力系统接线图的模型及参数，采集数据分析单元3与图形界面单元1连接、用于对采集到的数据进行分析、将其转换成模型中对应的状态信息所需要的格式并传送给实时数字仿真单元4，实时数字仿真单元4用于在已有的模型基础上进行实时计算、模拟电力系统的运行、输出实时仿真数据、同时监测来自被测系统的反馈信息并进行实时更新仿真数据，仿真数据转换单元5分别与图形界面单元1和实时数字仿真单元4连接、用于将实时数字仿真单元4生成的仿真数据转换成输出数据所需的格式。其不需要按照实际现场搭建二次系统，所以建设周期较短、降低耗资、对测试人员专业水平和熟练程度要求不高、能规避智能变电站继电保护现场装配过程中配置和接线错误。图2为本实施例中智能变电站继电保护测试系统的总体结构图。

本实施例还涉及一种智能变电站继电保护测试方法，该测试方法应用于系统级继电保护测试平台。图3为本实施例中系统级继电保护测试平台的工作原理图。图3中，系统级继电保护测试平台包括系统级测试仪和虚拟开关箱，系统级测试仪和虚拟开关箱通过过程层网络进行通信，系统级测试仪用于承担一次系统物理结构、电量信息的采样值报文发包以及人机交互和图形界面展示功能，虚拟开关箱用于断路器位置信息上传、断路器开端功能和开端延时模拟。本实施例中，虚拟开关箱包括虚拟断路器和开关、数模转换模块和GOOSE端口，数模转换模块与虚拟断路器和开关连接、用于进行数字量和开关模拟量的转换，GOOSE端口与数模转换模块连接。虚拟断路器和开关具有开短时间(延时)和三相分相两个主要特征。该系统级测试仪包括虚拟继电保护设备。

本实施例中，系统级继电保护测试平台的测试内容包括信息交互功能测试、单体功能测试和系统级继电保护联动测试。信息交互功能测试包括连通性测试和可靠性测试，单体功能测试包括速动保护、后备保护和多次重合闸，系统级联动测试包括多信息源保护联动和层次化保护整组联动。本实施例以单体功能测试为例，分析系统级继电保护测试平台工作流程。上述智能变电站继电保护测试方法的流程图如图4所示。图4中，该智能变电站继电保护测试方法包括如下步骤：

步骤S01对系统级测试仪进行初始化操作，按照测试需求将系统级测试平台接入变电站继电保护装置，并向系统级继电保护测试平台输入一次系统物理信息：本步骤中，首先对系统级测试仪进行初始化操作，按照测试需求将系统级测试平台接入变电站继电保护装置，并向系统级继电保护测试平台输入一次系统物理信息。

步骤S02对系统级继电保护测试平台的仿真场景进行设置：本步骤中，对系统级继电保护测试平台的仿真场景进行设置，其设置的内容包括一次系统故障时间、故障位置和故障类型。

步骤S03系统级继电保护测试平台按设置的内容模拟真实环境启动工作，向变电站继电保护装置发送正常测试采样值报文，并在故障设置触发后向变电站继电保护装置发送故障测试采样值报文：本步骤中，系统级继电保护测试平台按设置的内容模拟真实环境启动工作，向变电站继电保护装置发送正常测试采样值报文，并在故障设置触发后向变电站继电保护装置发送故障测试采样值报文。

步骤S04继电保护装置收到正常测试采样值报文和故障测试采样值报文进行保护判定后，向虚拟开关箱发送跳闸GOOSE报文，虚拟开关箱根据报文内容模拟断路器开断结果和开断延时：本步骤中，继电保护装置收到正常测试采样值报文和故障测试采样值报文进行保护判定后，向虚拟开关箱发送跳闸GOOSE报文，虚拟开关箱根据报文内容模拟断路器开断结果和开断延时。

步骤S05系统级继电保护测试平台对变电站继电保护功能作出判断性评价，形成测试报告：本步骤中，系统级继电保护测试平台对变电站继电保护功能作出判断性评价，形成测试报告。

如表1列出了部分系统级继电保护测试平台的测试范围、测试内容、测试方法和结果分析。

表1系统级继电保护测试平台测试内容

系统级继电保护测试平台与现有继电保护测试方法相比，测试范围拓展到信息交互功能测试和系统级联动测试，这种测试方法和测试范围将变电站通信网络也纳入测试范围，测试结果更具有实际工程应用价值。此外，系统级继电保护测试平台操作更加便捷、无专业人员需求，更适合现场级继电保护功能性测试。本实施例中的系统级继电保护测试平台在测试内容和测试方法上与传统继电保护测试方法相比具有明显优势。

本实施例还涉及一种智能变电站继电保护测试系统的实现方法，其流程图如图5所示。图5中，该智能变电站继电保护测试系统的实现方法包括如下步骤：

步骤S01＇初始化智能变电站继电保护测试系统，输入变电站一次、二次初始信息：本步骤中，初始化智能变电站继电保护测试系统，输入变电站一次、二次初始信息。该变电站一次、二次初始信息包括一次系统拓扑信息、物理特性信息和二次系统配置文件。

步骤S02＇结合工程实际设置智能变电站继电保护测试系统模拟断路器的位置信息，设置一次系统故障信息：本步骤中，结合工程实际设置智能变电站继电保护测试系统模拟断路器的位置信息，设置一次系统故障信息。该一次系统故障信息包括故障位置和故障类型。

步骤S03＇智能变电站继电保护测试系统进行潮流计算和短路计算，将故障电流电压信息发送至变电站继电保护装置：本步骤中，智能变电站继电保护测试系统进行潮流计算和短路计算，将故障电流电压信息通过模拟合并单元发送至变电站继电保护装置。

步骤S04＇变电站继电保护装置动作后，测试系统接收变电站继电保护装置返回的GOOSE报文，依据GOOSE报文信息模拟智能终端和一次开关动作：本步骤中，变电站继电保护装置动作后，测试系统接收变电站继电保护装置返回的GOOSE报文，依据GOOSE报文信息模拟智能终端和一次开关动作。

步骤S05＇判断二次系统继电保护功能是否正确，根据测试结果生成相应的测试报告：本步骤中，判断二次系统继电保护功能是否正确，根据测试结果生成相应的测试报告。这样就实现了智能变电站继电保护测试系统。

总之，在本实施例中，在继电保护测试范围方面，本发明包含测试各类变电站继电保护动作行为的测试方法，涵盖了单体功能测试、系统级继电保护联动测试、层次化测试等多种测试形式，满足智能变电站多种继电保护方式的测试需求；在测试结果展示方面，本发明采用数字量开入开出，通过与二次系统交互SV报文和GOOSE报文测试继电保护功能，最大程度上模拟变电站正常运行状态，测试结果采用模拟智能操作箱和模拟开关进行展示，测试结果直观简洁；在继电保护测试方法方面，本发明使用的系统级测试系统属于现场测试系统，其具有精简化、便携式和一键式的调试控制方法，在减少人员工作的同时极大降低了继电保护测试对于专业人员和设备的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能变电站继电保护测试系统，其特征在于，包括图形用户界面、模型及参数管理单元、采集数据分析单元、实时数字仿真单元和仿真数据转换单元，所述图形用户界面用于提供图形化的电力系统建模工具、编辑一次接线图、设置元件参数和运行控制，所述模型及参数管理单元与所述图形界面单元连接、用于管理电力系统接线图的模型及参数，所述采集数据分析单元与所述图形界面单元连接、用于对采集到的数据进行分析、将其转换成模型中对应的状态信息所需要的格式并传送给所述实时数字仿真单元，所述实时数字仿真单元用于进行实时计算、模拟电力系统的运行、输出实时仿真数据、同时监测来自被测系统的反馈信息并进行实时更新仿真数据，所述仿真数据转换单元分别与所述图形界面单元和实时数字仿真单元连接、用于将所述实时数字仿真单元生成的仿真数据转换成输出数据所需的格式。

2.一种智能变电站继电保护测试方法，其特征在于，应用于系统级继电保护测试平台，所述系统级继电保护测试平台包括系统级测试仪和虚拟开关箱，所述系统级测试仪和虚拟开关箱通过过程层网络进行通信，所述系统级测试仪用于承担一次系统物理结构、电量信息的采样值报文发包以及人机交互和图形界面展示功能，所述虚拟开关箱用于断路器位置信息上传、断路器开端功能和开端延时模拟，所述测试方法包括如下步骤：

A)对所述系统级测试仪进行初始化操作，按照测试需求将所述系统级测试平台接入变电站继电保护装置，并向所述系统级继电保护测试平台输入一次系统物理信息；

B)对所述系统级继电保护测试平台的仿真场景进行设置；

C)所述系统级继电保护测试平台按设置的内容模拟真实环境启动工作，向所述变电站继电保护装置发送正常测试采样值报文，并在故障设置触发后向所述变电站继电保护装置发送故障测试采样值报文；

D)所述继电保护装置收到所述正常测试采样值报文和故障测试采样值报文进行保护判定后，向所述虚拟开关箱发送跳闸GOOSE报文，所述虚拟开关箱根据报文内容模拟断路器开断结果和开断延时；

E)所述系统级继电保护测试平台对变电站继电保护功能作出判断性评价，形成测试报告。

3.根据权利要求2所述的智能变电站继电保护测试方法，其特征在于，所述系统级继电保护测试平台的测试内容包括信息交互功能测试、单体功能测试和系统级继电保护联动测试。

4.根据权利要求3所述的智能变电站继电保护测试方法，其特征在于，所述信息交互功能测试包括连通性测试和可靠性测试，所述单体功能测试包括速动保护、后备保护和多次重合闸，所述系统级联动测试包括多信息源保护联动和层次化保护整组联动。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的智能变电站继电保护测试方法，其特征在于，所述设置的内容包括一次系统故障时间、故障位置和故障类型。

6.根据权利要求5所述的智能变电站继电保护测试方法，其特征在于，所述虚拟开关箱包括虚拟断路器和开关、数模转换模块和GOOSE端口，所述数模转换模块与所述虚拟断路器和开关连接、用于进行数字量和开关模拟量的转换，所述GOOSE端口与所述数模转换模块连接。

7.根据权利要求6所述的智能变电站继电保护测试方法，其特征在于，所述系统级测试仪包括虚拟继电保护设备。

8.一种智能变电站继电保护测试系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

A＇)初始化所述智能变电站继电保护测试系统，输入变电站一次、二次初始信息；

B＇)结合工程实际设置所述智能变电站继电保护测试系统模拟断路器的位置信息，设置一次系统故障信息；

C＇)所述智能变电站继电保护测试系统进行潮流计算和短路计算，将故障电流电压信息发送至所述变电站继电保护装置；

D＇)所述变电站继电保护装置动作后，测试系统接收所述变电站继电保护装置返回的GOOSE报文，依据GOOSE报文信息模拟智能终端和一次开关动作；

E＇)判断二次系统继电保护功能是否正确，根据测试结果生成相应的测试报告。

9.根据权利要求8所述的智能变电站继电保护测试系统的实现方法，其特征在于，所述变电站一次、二次初始信息包括一次系统拓扑信息、物理特性信息和二次系统配置文件。

10.根据权利要求8所述的智能变电站继电保护测试系统的实现方法，其特征在于，所述一次系统故障信息包括故障位置和故障类型。