CN105449847A - 一种数字化变电站测试系统 - Google Patents

Abstract

一种数字化变电站测试系统，其特征是，包括仿真工具、故障管理工具、仿真测试装置和GPS装置；仿真工具仿真目标变电站的各种工况下的各节点电压、电流曲线数据；故障管理工具将所述电压、电流曲线数据处理得到统一格式的故障数据文件，将所述故障数据文件结合数字化变电站的SCD文件，生成针对所述目标变电站中各个数字化保护装置的故障工程文件，并由所述仿真测试装置根据所述故障工程文件产生数字化的过程层数据报文；所述GPS装置对各仿真测试装置进行时间校准和触发，对所述的目标变电站内或站间的数字化保护装置进行同步测试。本发明利用电力系统仿真计算软件仿真目标变电站在各种工况下的状态变化，原理清晰，方法简单。

Description

一种数字化变电站测试系统

技术领域

本发明涉及电力系统数字化变电站领域，尤其涉及变电站仿真及测试系统。

背景技术

随着技术的发展，电力系统进入了数字化时代，数字化变电站是建设统一坚强智能电网的重要组成部分。基于IEC61850标准的数字化变电站的主要特征是网络化和数字化，其组成结构可以分为站控层、间隔层和过程层。变电站层内部以及间隔层与变电站层之间通过MMS(制造报文规范)交换事件和状态数据，间隔层内部以及间隔层与过程层之间通过GOOSE信号交换控制和状态数据，过程层与间隔层之间通过SV报文交换采样值数据。间隔、过程层中的GOOSE信号相当于传统变电站系统中的硬接点信号(跳闸、位置)，过程层向间隔层传送的电流电压采样值SV则相当于传统PT/CT信号。这两部分合起来就相当于传统变电站中二次回路部分，是数字化变电站技术的重心。

这些特征使数字化变电站赋予了新的工作内涵，也对智能电网数字化变电站检测、现场调试与验收工作提出了全新的要求和规范。现有的测试手段已不再适用，通信网络的性能对控制保护系统的功能起了决定性作用，目前，针对数字化变电站的全站系统级别的测试设备尚不多见，其检测手段还十分有限，而出现的数字化继电保护测试仪都是针对单台保护装置进行测试。

同常规变电站工程项目相比，数字化变电站工程调试中减少了大部分电缆接线及现场调试工作，但增加了系统集成和测试工作。由于系统集成和测试工作依赖于外部实验环境，必须在试验室中进行，并与基建工程同步进行，能够大大提高工程的速度和效率，但同时也对试验室调试工作提出了更高的要求。因此，研究如何在试验室环境中完整的模拟变电站一次系统，进行系统集成测试就显得十分必要。

现在电力系统仿真计算软件如EMTP、PSCAD等已经发展得非常成熟，功能也越来越强大，可计算的系统的网络规模也越来越大，现在已经可模拟有几千个节点的电力系统；能够模拟的元件种类也很多，如SVC、SVG、TCSC、交直流换流站等各种电力电子装置，还可模拟变压器的内部故障、励磁涌流及CT饱和的暂态过程等情况，并且其仿真的精度已经得到国际上的公认，该测试系统的方法十分有效可信。

发明内容

本发明的目的是：针对现有数字化变电站系统级别集成调试手段的缺乏，提供一种可用于数字化变电站内部甚至变电站站间系统的仿真测试系统和测试装置。

本发明的技术方案为：一种数字化变电站测试系统，其特征是，包括仿真工具、故障管理工具、仿真测试装置和GPS装置；仿真工具仿真目标变电站的各种工况下的各节点电压、电流曲线数据；故障管理工具将所述电压、电流曲线数据处理得到统一格式的故障数据文件，将所述故障数据文件结合数字化变电站的SCD文件，生成针对所述目标变电站中各个数字化保护装置的故障工程文件，并由所述仿真测试装置根据所述故障工程文件产生数字化的过程层数据报文；所述GPS装置对各仿真测试装置进行时间校准和触发，对所述的目标变电站内或站间的数字化保护装置进行同步测试。

上述方案中，故障管理工具处理得到统一格式的故障数据文件具体指：根据所述目标变电站的系统要求,由RTDS、EMTP、PSCAD仿真工具计算输出的各种工况的曲线数据，对这些不同格式的曲线数据进行格式转换，形成统一的仿真测试装置支持的故障数据文件。

上述方案中，利用故障管理工具对所述目标变电站的模型文件提供分类解析，生成各数字化保护装置的数字化模型文件，仿真测试装置直接按照该模型文件发布和订阅过程层SV报文和GOOSE报文。

上述方案中，各节点故障工程文件同步且在同一时间断面，有统一的时标。

上述方案中，仿真测试装置将节点故障文件根据数字化模型文件自动生成过程层的数字化故障报文，且同步触发和输出故障报文对目标变电站各个节点的保护装置进行测试。

上述方案中，所述数字化变电站测试系统能够扩展，能够根据目标数字化变电站保护装置的不同需求配置数字化故障输出板卡的数量，也能够根据目标数字化变电站的规模部署仿真测试装置的数量。

上述方案中，所述数字化变电站测试系统配置高性能的对时模块，能够解析GPS装置的IRIG-B、PPS、PPM对时信号,用于同步各台仿真测试装置，并产生同步脉冲信号，保证仿真测试装置内部各板卡故障信号的同步。

本发明利用电力系统仿真计算软件仿真目标变电站在各种工况下的状态变化，原理清晰，方法简单，仿真出的故障符合现场实际情况，而且不受电网规模以及故障类型的限制，可仿真不同变电站的故障进行同步测试。本发明同时弥补了数字化变电站系统级别联合调试的欠缺，可在出场验收、运行检修时全面、系统地测试系统故障时各保护装置逻辑以及数字化变电站的信号检查等，其实现成本较低，形成的故障测试工况可在检修和投运中反复使用。

附图说明

图1为本发明数字化变电站仿真测试系统的结构框图；

图2为本发明数字化变电站仿真测试系统的系统互联框图；

图3为仿真测试装置的内部结构框图。

具体实施方式

本发明开发了一整套系统用于数字化变电站级别的联合调试，该系统包括数字化变电站仿真软件、故障管理软件和仿真测试装置组成。如图1所示，图1中的仿真后台包含了电力系统仿真软件和故障管理软件，和仿真测试装置以及网络装置、GPS对时装置一起组成本发明的仿真测试系统。

1)仿真测试系统根据不同数字化变电站的规模和技术要求的不同，选择PSCAD、EMTP、RTDS等大型计算软件，根据数字化变电站的实际规模，建立系统模型后，设置不同的故障点，对该变电站系统各种正常和不正常工况进行仿真计算，仿真计算后的数据，统一转化为COMTRADE标准录波格式，按照变电站保护装置为名称进行存贮，管理。

2)故障管理软件将仿真软件的仿真数据分类管理，按照故障组合为各种故障工程文件，并根据数字化变电站的SCD文件得到各数字化保护装置的SV和GOOSE的模型文件，将其与各故障点的保护装置的故障文件相关联，生成数字化变电站测试系统的工程测试文件，试验时将仿真数据和数字化模型文件通过网络下载到分布在各个保护装置附近的的仿真测试装置，根据GPS信号同步触发各仿真测试装置，输出数字化故障报文。故障管理软件承上启下，其数据流向和互联接口如图2所示。

3)仿真测试装置作为变电站综合测试系统故障的执行机构，负责将仿真软件计算出的故障数字量数据，转化为数字化SV报文和GOOSE开关信号进行输出。仿真测试装置内部板卡采用模块化的插件式设计，支持灵活扩展。扩展板卡包括管理CPU板卡、数字化故障输出板卡、同步对时板卡三种，其中数字化故障输出板卡的数量，可以根据需要灵活配置，其结构如图3所示。

本系统面向的是整个变电站的系统级的测试，故障输出的相位必须严格同步，才能更好的验证系统中各个故障安装点的保护装置的动作行为，为此仿真测试装置中采用高性能的对时同步板卡，该板卡接收外部GPS对时信号，支持PPS/PPM/IRIGB等各种形式的对时信号，并以此解码产生高精度的内部同步脉冲，通过外部GPS时钟源保证各个仿真测试装置的同步，内部同步脉冲保证仿真测试装置内各板卡的严格同步。

其他板卡都带有自己的CPU并按照分布式排列在背板总线上，管理CPU通过以太网与变电站综合测试系统的后台连接，负责调度测试项目的进行，测试故障项目被管理CPU分解为与各数字化故障输出板卡相关的任务，通过数据总线下发到各板卡。数字化故障输出板卡的DSP根据变电站的SCD文件自动建立SV或者GOOSE模型，订阅或者发布数字化故障信号，并根据管理CPU下发的故障模型，计算输出。对时板卡提供的内部对时总线保证其他各板卡任务执行的协调、一致。

4)GPS装置，为数字化变电站仿真测试系统提供统一的时标，与仿真测试装置的对时板卡协同工作，保证节点故障数据文件同步且在同一时间断面，有统一的时标。

下面是一个具体的仿真测试的实施方式

(1)根据变电站的实际规模和需要测试的故障类型的不同，选用不同的仿真软件，建立系统模型，根据变电站的测试需求，设置不同的故障点，对该变电站系统各种正常和不正常工况进行仿真计算，仿真计算后的数据，统一转化为COMTRADE标准录波格式，根据变电站保护装置进行分类存贮。

(2)将各个保护装置对应的故障波形文件通过故障管理软件进行统一管理，故障管理软件根据数字化变电站的SCD文件，得到各数字化保护装置的SV和GOOSE的模型文件，将其与各故障点的保护装置的故障文件相关联，生成数字化变电站测试系统的工程测试文件。

(3)根据变电站的系统结构，生成仿真测试系统的变电站主接线图，并在主接线图上的各台主保护的位置生成故障菜单，故障菜单与故障文件一一对应，形成仿真测试系统的主控制界面。

(4)仿真测试装置按照分布式布局，就地放置在各保护装置附近，并同步接入GPS对时网络，组成分布式仿真测试系统。

(5)需要测试系统的某个故障状况时，在仿真测试系统的主控制界面选取故障菜单，仿真测试系统软件，即将全站对应的故障文件分类发布，并根据GPS时标同步触发，测试变电站的系统反应。

(6)仿真测试系统实时监控系统仿真试验的全过程，获取并校核保护装置的动作报文，并可形成完整的系统试验报告。

Claims (7)

1.一种数字化变电站测试系统，其特征是，包括仿真工具、故障管理工具、仿真测试装置和GPS装置；仿真工具仿真目标变电站的各种工况下的各节点电压、电流曲线数据；故障管理工具将所述电压、电流曲线数据处理得到统一格式的故障数据文件，将所述故障数据文件结合数字化变电站的SCD文件，生成针对所述目标变电站中各个数字化保护装置的故障工程文件，并由所述仿真测试装置根据所述故障工程文件产生数字化的过程层数据报文；所述GPS装置对各仿真测试装置进行时间校准和触发，对所述的目标变电站内或站间的数字化保护装置进行同步测试。

2.根据权利要求1所述的数字化变电站测试系统，其特征是，故障管理工具处理得到统一格式的故障数据文件具体指：根据所述目标变电站的系统要求,由RTDS、EMTP、PSCAD仿真工具计算输出的各种工况的曲线数据，对这些不同格式的曲线数据进行格式转换，形成统一的仿真测试装置支持的故障数据文件。

3.根据权利要求1或2所述的数字化变电站测试系统，其特征是，利用故障管理工具对所述目标变电站的模型文件提供分类解析，生成各数字化保护装置的数字化模型文件，仿真测试装置直接按照该模型文件发布和订阅过程层SV报文和GOOSE报文。

4.根据权利要求1所述的数字化变电站测试系统，其特征是，各节点故障工程文件同步且在同一时间断面，有统一的时标。

5.根据权利要求1所述的数字化变电站测试系统，其特征是，仿真测试装置将节点故障文件根据数字化模型文件自动生成过程层的数字化故障报文，且同步触发和输出故障报文对目标变电站各个节点的保护装置进行测试。

6.根据权利要求1所述的数字化变电站测试系统，其特征是，所述数字化变电站测试系统能够扩展，能够根据目标数字化变电站保护装置的不同需求配置数字化故障输出板卡的数量，也能够根据目标数字化变电站的规模部署仿真测试装置的数量。

7.根据权利要求1所述的数字化变电站测试系统，其特征是，所述数字化变电站测试系统配置高性能的对时模块，能够解析GPS装置的IRIG-B、PPS、PPM对时信号,用于同步各台仿真测试装置，并产生同步脉冲信号，保证仿真测试装置内部各板卡故障信号的同步。