CN107255761A - 基于goose网络的智能变电站闭环测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，该系统是基于IEC61850标准的TEST模式，其包含：SCD解析模块，连接智能变电站，根据智能变电站的SCD文件生成被测保护系统的预期响应；测试控制模块，连接GOOSE网络，用于发送测试指令；根据智能变电站SCD文件的虚端子连接关系描述信息形成的以待测保护装置为核心的被测保护系统，连接GOOSE网络，在测试指令的激励下产生测试响应；测试评价模块，连接SCD解析模块以及GOOSE网络，用于对预期响应以及测试响应进行比较。其优点是：SCD反映了智能变电站二次系统的信号关联关系，基于SCD将有可能自动产生验证二次系统关联关系，利用IEC61850检测模式实现闭环测试，可大大提高集成测试、现场投产测试及日常检修测试效率和正确性。

Description

基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统

技术领域

本发明涉及智能变电站二次系统闭环测试体系技术领域，具体涉及一种基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统。

背景技术

大规模复杂的电网对二次的依赖程度不断提高。这就对面向大电网的统一分析、控制；加强系统整合和信息共享的数字化电网的建设提出了实际的需求。现有的二次系统技术发展较快，尤其是500kV变电站的监控系统改造，由于系统架构的问题，改造过程复杂，成本较高，停电周期较长且由于方式限制，往往无法安排停电造成改造周期不可控制，不利于系统的安全、可靠、经济运行。而要解决此类问题，从目前的条件，唯一的途径是实施变电站通信体系IEC61850。

IEC61850的应用试点也正在不同层面上进行开展。但由于缺乏对智能变电站的体系评估，验证评价的手段和方式，整个智能变电站应用试点还缺乏较为完善的技术支撑和体系保证。同时数据模型统一，安全分区、数据源整合，信息及系统应用方面还有大量的工作需要推进。

智能变电站二次系统有别于常规综自二次系统的最大特征是二次系统深度依赖于变电站配置描述文件SCD，SCD文件描述了：（1）变电站一次设备模型与电气拓扑信息；（2）功能视图：自动化功能在各间隔内的分配；（3）IED视图：IED能力描述；（4）通信视图：通信配置信息；（5）产品视图：IED视图中的LN与功能视图中的LN的映射；（6）数据流：IED之间的水平通信与垂直通信。由此，SCD反映了智能变电站二次系统的信号关联关系，或者说基于SCD将有可能自动产生验证二次系统关联关系的测试用例，利用IEC61850标准的TEST模式实现闭环测试，可大大提高集成测试、现场投产测试及日常检修测试效率和正确性。

变电站通信体系IEC61850将变电站通信体系分为3层：变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤网。变电站内的智能电子设备（IED，测控单元和继电保护）均采用统一的协议进行信息交换。IEC61850的特点是：1）面向对象建模；2）抽象通信服务接口；3）面向实时的服务；4）配置语言；5）整个电力系统统一建模。IEC61850标准定义了大多数公共实际设备和设备组件模型。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制，例如变电站和馈线设备（诸如断路器、电压调节器和继电保护等）。信息自我描述能显著降低数据管理费用、简化数据维护、减少由于配置错误而引起的系统停机时间。

目前，国内外主要采用RTDS ( REAL TIME DIGITAL SIMULATION实时数字仿真系统)。RTDS的主要特点包括：1) 常规的并行处理计算；2) 有充裕和便捷的与物理模拟量设备相连接的输入及输出量接口；3) 硬件的一个单元被称为一个“Rack”，每个Rack中包括：12 块三只数字信号处理器组成的卡 (3PC)，1块内部Rack 通讯卡 (IRC)，1块工作站与Rack 的连接卡(WIF)。RTDS内建有大量的模型供调用，包括：1）电力系统元件模型，如自动励磁调节器（AVR）、电力系统稳定器（PSS）、调速器、变压器、线路、发电机、异步电动机、同步电动机、CT、PT、CVT、TSC、TCSC等；2) 控制系统元件模型，如直流控制系统、各种逻辑门、触发、延时、各类信号的输入和输出控制等。目前RTDS 模拟的应用包括：继电保护系统的闭环试验，控制系统的闭环试验，电力系统的分析研究，教育和培训。但目前尚无解决智能变电站二次系统测试问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，利用智能变电站SCD文件的特点和GOOSE网络的通信机制，在IEC61850 TEST模式下构建了以单一保护装置为核心的保护二次虚回路系统的闭环测试系统，极大提高运行维护测试效率和测试正确性，为智能变电站安全管理提供可靠的基础，降低智能变电站二次系统的安全风险。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其特征是，该闭环测试系统是基于IEC61850标准的TEST模式，所述的闭环测试系统包含：

SCD解析模块，连接智能变电站，根据智能变电站的SCD文件生成被测保护系统的预期响应；

测试控制模块，连接GOOSE网络，用于发送测试指令；

根据智能变电站SCD文件的虚端子连接关系描述信息形成的以待测保护装置为核心的被测保护系统，连接GOOSE网络，在测试指令的激励下产生测试响应；

测试评价模块，连接SCD解析模块以及GOOSE网络，用于对预期响应以及测试响应进行比较。

上述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其中，还包含：

网络通信模块 ，连接GOOSE网络 ，用于执行闭环测试系统的输入输出控制、接收测试响应。

上述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其中，所述的被测保护系统包含：

合并单元，连接GOOSE网络；

待测保护装置，连接GOOSE网络以及合并单元；

相邻保护装置，连接GOOSE网络以及待测保护装置；

智能终端，连接GOOSE网络以及待测保护装置。

上述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其中：

合并单元和智能终端位于过程层，待测保护装置位于间隔层。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、SCD反映了智能变电站二次系统的信号关联关系，基于SCD将有可能自动产生验证二次系统关联关系的测试，利用IEC61850检测模式实现闭环测试，可大大提高集成测试、现场投产测试及日常检修测试效率和正确性；

2、基于IEC61850标准TEST机制的测试方案，支持在线远方测试机制，在不改变现场接线（如插拔光缆等），不改变保护装置整定值前提下，完成对于智能变电站保护系统通信联接方式的测试；

3、基于SCD解析，能适应“直采直跳”、“直采网跳”、“网采网跳”接线方式实现非侵入式测试，为解决现阶段运维测试的不便利性提供一种可借鉴的技术路径。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

智能变电站采用符合IEC61850标准的数字化保护装置，在智能变电站中通过光缆与合并单元、智能终端和其他保护装置相连，取消了常规保护装置的模拟量输入和开入开出接口，同时也取消了屏柜的功能硬压板和出口硬压板，取而代之的是采用光纤通信口用于收发输入输出信息。智能变电站采用“三层两网”的二次系统架构，包括站控层、间隔层、过程层，及站控层网络和过程层网络。合并单元和智能终端位于过程层，保护装置位于间隔层，合并单元采集到电流电压信号后通过SV报文上送到过程层网或直接输入到保护装置，智能终端则通过GOOSE报文接收保护装置的跳合闸信号，并采集断路器位置等信号上送到过程层网或保护装置。SV报文和GOOSE报文可采用过程层分别组网或共网传输两种方式。智能变电站的保护较多采用直采直跳的配接方式，所谓直采直跳指的是采样SV和跳闸GOOSE信息不经过程层交换机直接送到保护装置和智能终端。

IEC61850准中定义了GOOSE通用变电站事件模型，智能变电站配置了过程层GOOSE网，用于IED之间的信号传递。GOOSE通信机制是一种实时通信技术，主要用于实现间隔闭锁信号和实时跳合闸信号等的快速传递，同时用于保护开入信号的传递和保护软压板的控制等。本发明采用GOOSE通信机制的优势在于：a）所有配置好的信息(如跳闸、失灵启动、断路器位置等)均能在一个网络上进行传输；b）IED之间的GOOSE收发报文取代了传统的硬接线，降低了变电站二次系统的造价；c）简化了IED之间的数据通信配置更改过程。

虽然直采直跳模式下SV和GOOSE不经过程层交换机直接与保护装置相连，但合并单元和智能终端仍然接入到过程层SV/GOOSE网络，这意味着基于GOOSE网络可以构建保护系统的信号交互关系。因此，基于GOOSE网络的闭环测试方案就具备了物理基础，本发明即利用GOOSE通信机制通过向合并单元施加测试激励，并接收保护子系统中各IED的测试响应。

名词解释：

1）系统配置文件SCD与装置CID文件

智能变电站“三层两网”的二次系统架构包含在全站配置描述(SCD)文件中，SCD文件描述了所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构，以及信号联系信息，由系统集成厂商完成，通过工程配置工具和IED配置工具完成变电站二次系统信号关联的配置。智能变电站二次系统的虚端子、虚回路信息包含在SCD文件中，并通过IED配置工具配置根据SCD文件中与特定IED的相关信息导出每个装置的CID文件并下载到装置中。

由于SCD文件包含了整个智能变电站二次系统中所有IED之间的信息关联信息，在对某一保护装置为核心的保护系统进行测试时，可利用SCD文件搜索到与该保护装置有信号关联的IED设备集，然后针对该设备集构建该保护子系统的测试方案并形成保护子系统对测试激励的预期响应，而保护装置对测试激励的实际响应是根据CID文件进行的。由此本文的测试方案除了验证保护装置本身对测试激励的响应功能是否正确外，还可同时验证保护子系统二次虚回路的信息关联是否正确，即CID是否与SCD一致。

2）IEC61850的TEST模式

IEC61850标准支持TEST模式用于对智能变电站中的IED进行运维测试，包含如下模型信息：a）IED的LLN0的Mod/Beh参数。其中Mod用于切换装置的Test/ON状态，即测试/运行状态；Beh用于读取装置的Test/ON状态；b）IED的GOOSE报文中的test位和SMV数据品质(Quality)字段中的test位用于定义IED是否处于测试状态；c）IED的服务支持Test参数。

IEC61850的TEST模式要求保护装置、合并单元、智能终端等IED必须支持TEST模式，其中IED设备自身的TEST模式是由检修压板的状态决定，而MMS/GOOSE/SV报文的TEST模式是由报文中的TEST标志位决定，只有在IED设备及其接收的报文均处于TEST模式下，才能发出带TEST标志位的报文。

本发明提出了一种基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试方法 ，其包含：

根据智能变电站的SCD文件生成被测保护系统的预期响应信号以及根据智能变电站的SCD文件的虚端子连接关系描述信息构建以待测保护装置为核心的被测保护系统；

通过GOOSE网络向被测保护系统发送测试指令使被测保护系统在测试指令的激励下产生测试响应；

根据智能变电站的SCD文件生成的虚回路连接关系得到被测保护系统的预期响应；

对比预期响应以及测试响应得到比较结果。

如图1所示，本实施例中，上述方法是通过一基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统来完成的，该闭环测试系统是基于IEC61850标准的TEST模式，所述的闭环测试系统包含：

SCD解析模块1，连接智能变电站，根据智能变电站的SCD文件生成被测保护系统的预期响应；SCD解析模块1还用于形成测试前的按错票，包括投入被测保护系统内各IED的检修压板，退出运行间隔的GOOSE发送软压板和GOOSE联跳软压板以及出口软压板等，并构建测试预期响应模板。

测试控制模块3，连接GOOSE网络，用于发送测试指令；

根据智能变电站SCD文件的虚端子连接关系描述信息形成的以待测保护装置为核心的被测保护系统，连接GOOSE网络，在测试指令的激励下产生测试响应；

测试评价模块4，连接SCD解析模块1以及GOOSE网络，用于对预期响应以及测试响应进行比较，即验证SCD二次虚回路与IED二次虚回路的一致性，最终给出测试结论；

网络通信模块2，连接GOOSE网络 ，用于执行闭环测试系统的输入输出控制、接收测试响应，主要包括向合并单元7施加测试激励，投退检修压板和GOOSE软压板并返校软压板状态，接收测试过程中被测保护系统内各IED发出的GOOSE信息构成测试响应等。

所述的被测保护系统包含：合并单元7，连接GOOSE网络；待测保护装置6，连接GOOSE网络以及合并单元7；相邻保护装置5，连接GOOSE网络以及待测保护装置6；智能终端8，连接GOOSE网络以及待测保护装置6。

其中，所述的被测保护系统包含分别连接GOOSE网络的合并单元7、待测保护装置6、相邻保护装置5以及智能终端8；被测保护系统对测试指令的响应根据CID文件进行，所述被测保护系统测试指令的激励下产生测试响应的方法具体包含：从过程层GOOSE网络对合并单元7施加故障激励；待测保护装置6接收到合并单元7发出的模拟故障SV报文后，发出跳闸GOOSE信号到智能终端8，同时发出失灵启动GOOSE信号到相邻保护装置5；智能终端8接收到跳闸GOOSE信号后，发出相应的断路器位置GOOSE信号；相邻保护装置5接收到失灵启动GOOSE信号后，发出失灵联跳GOOSE信号到待测保护装置所在的间隔；失灵启动GOOSE信号、失灵联跳GOOSE信号以及断路器位置GOOSE信号构成所述的测试响应。

上述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试方法，其中：测试指令为一故障测试激励，故障测试激励的模式为瞬时性的三相短路故障模式或长延时的三相短路故障模式。

上述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试方法，其中，所述被测保护系统的构建方法具体包含：获取智能变电站的SCD文件，针对选定的待测保护装置根据SCD文件的虚回路连接关系找到以待测保护装置为核心的IED设备集，并根据各实际IED的型号构建测试的预期响应。

所述测试评价模块4通过比较由SCD解析模块生成的预期响应模板和测试实际响应信息，可以给出是否一致的测试结论，在不修改保护装置内部运行定值的情况下，该测试结论实际上反应了变电站SCD文件与各IED内部CID文件的一致性，即对于各IED之间虚回路连接关系描述的一致性，包括合并单元到保护装置的虚回路，保护装置到智能终端的虚回路，待测保护装置到相邻保护装置的失灵启动虚回路以及相邻保护装置到本检修间隔的失灵联跳虚回路等。

实施例

以是上海地区的220 kV智能变电站泸定变为例，采用了电子式互感器和“直采直跳”模式，主接线为线路变压器组模式，主变电压等级为220 kV/110 kV/ 35 kV，110 kV侧采用双母线主接线方式。

具体的，在GOOSE网络上部署上述闭环测试系统，测试系统读入SCD文件后，由SCD解析模块获取以新增变压器保护装置为核心的被测保护系统中的IED设备集，包括：主变保护装置、110 kV母线保护装置、高压侧电压合并单元、高压侧电流合并单元、中压侧电流合并单元、低压侧电流合并单元、高压侧智能终端、中压侧智能终端、低压侧智能终端；接着构建了测试前的按错票：a）投入上述各IED的检修压板；b）退出主变保护装置到运行间隔的GOOSE发送软压板和GOOSE出口软压板；c）退出110 kV母线保护装置到运行间隔的GOOSE发送软压板和GOOSE出口软压板；d）退出主变保护的差动保护软压板。然后构建了测试预期响应模板，包括：a）主变保护装置发出三相跳闸信号到各侧智能终端；b）主变保护装置发出三相失灵启动信号到110 kV母线保护装置；c）110 kV母线保护装置发出失灵联跳信号到中压侧智能终端，并发出中压侧失灵联跳信号到主变保护装置；d）各侧智能终端发出三相合闸位置由1变0的GOOSE信号。在做好上述准备工作后，通过测试激励模块施加长延时的三相短路故障激励到中压侧电流合并单元和高压侧电压合并单元，用于模拟故障发生后断路器失灵的情况。最后通过网络通信模块接收到测试过程中所有的GOOSE响应并与预期响应模板作比较，由测试评价模块给出最终的结论。

测试结果：

在上述测试的过程中，分别运用了两种不同的CID配置文件下载到中压侧电流合并单元中：一种是泸定变扩建工程前原有主变中压侧电流合并单元的CID配置文件，另一种是泸定边变扩建工程后新增主变中压侧电流合并单元的CID配置文件。前一种情况下，测试实际响应与预期响应模板完全一致；后一种情况下，整个测试过程中未产生GOOSE响应。由此可见，所提出的测试方案能检验出保护系统二次虚回路存在的隐患，同时验证了SCD与CID的一致性问题，具备在实际智能变电站中的应用价值。

综上，本发明基于GOOSE网络的闭环测试方案具有适应智能变电站二次虚回路连接关系的优点，测试过程自动快速，测试结论明确，通过测试可方便地发现保护系统二次虚回路存在的隐患，极大提高智能变电站运维测试的效率，为智能变电站二次系统基于可靠性分析的状态检修机制提供技术验证手段。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其特征在于，该闭环测试系统是基于IEC61850标准的TEST模式，所述的闭环测试系统包含：

SCD解析模块，连接智能变电站，根据智能变电站的SCD文件生成被测保护系统的预期响应；

测试控制模块，连接GOOSE网络，用于发送测试指令；

根据智能变电站SCD文件的虚端子连接关系描述信息形成的以待测保护装置为核心的被测保护系统，连接GOOSE网络，在测试指令的激励下产生测试响应；

测试评价模块，连接SCD解析模块以及GOOSE网络，用于对预期响应以及测试响应进行比较。

2.如权利要求1所述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其特征在于，还包含：

网络通信模块，连接GOOSE网络，用于执行闭环测试系统的输入输出控制、接收测试响应。

3.如权利要求1所述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其特征在于，所述的被测保护系统包含：

合并单元，连接GOOSE网络；

待测保护装置，连接GOOSE网络以及合并单元；

相邻保护装置，连接GOOSE网络以及待测保护装置；

智能终端，连接GOOSE网络以及待测保护装置。

4.如权利要求3所述的基于GOOSE网络的智能变电站闭环测试系统，其特征在于：

合并单元和智能终端位于过程层，待测保护装置位于间隔层。