CN107491569B

CN107491569B - 基于iec61850标准goose、sv技术的变电站系统故障在线仿真方法

Info

Publication number: CN107491569B
Application number: CN201610420020.3A
Authority: CN
Inventors: 李春久; 陈成; 汪秋宾; 宫献业; 周建; 陈艳河; 林宗良; 贺毅; 姚夕平; 曹毅峰; 代文平
Original assignee: Sichuan Aiderui Electrical Co ltd
Current assignee: Sichuan Aiderui Electrical Co ltd
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2036-06-13
Also published as: CN107491569A

Abstract

本发明公开了一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，包括如下步骤（1）SCD文件解析；（2）输入一次设备参数；（3）通信仿真初始化配置；（4）网络拓扑实时分析；（5）设置系统短路故障，选定参加在线仿真的装置；（6）自动生成系统故障采样数；(7)通过网络发送到选定的装置，仿真软件向装置发送同步仿真指令；（8）装置进入仿真状态，采样数据使用仿真故障采样数据，并回送仿真报文记录；（9）在仿真过程当中如果一次系统发生真实故障，无缝切换到正常运行状态；（10）仿真软件人为改变断路器开关状态，重复（7）和（8）步骤内容，完成在线仿真过程。该方法主要用于完成所内智能保护系统网络配置的正确性检验。

Description

基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的变电站系统故障在线仿真方法

技术领域

本发明涉及国际标准《变电站通信网络和系统》(IEC61850)的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)和采样值（SV）在变电站自动化系统的应用领域，具体涉及一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的变电站系统故障在线仿真方法。

背景技术

随着IEC61850规约的推广和智能电力技术的发展，在铁道牵引变电所也在研究和逐步应用基于IEC61850的智能变电所保护自动化系统，采用GOOSE、SV技术发送及接收信息以实现所内的各种保护功能，这种信号传输方式与常规传统的微机保护有本质的差别，且智能变电所保护装置的测试项目、测试方法、测试手段等也较传统的有很大的改变。

常规微机保护牵引变电所中一次设备电气量的采集，经常规互感器转换成小模拟信号，通过电缆将模拟信号传输到保护装置，装置进行模数转换后进行数据处理，监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过电缆传输模拟信号实现的。

智能牵引变电所中一次设备电气量的采集，经常规互感器或光电互感器转换后再转成数字信号，通过光纤以太网将数字信号传输到保护装置，保护装置对一次设备的控制也是通过光纤以太网传输数字信号实现的。对于常规变电所中的微机保护装置，其信号采集、逻辑运算与判别、执行输出，均在一个装置中完成。试验人员通过传统的微机型继电保护测试仪模拟故障类型在特定点( 如保护屏电流电压试验端子) 上输入故障量进行整组联动试验，就可以确保完整的二次回路的正确性。

智能牵引变电所继电保护，由于采样回路和执行回路均下放到过程层，各类智能IED只是一个逻辑运算部分。过程层、间隔层相对距离很远，主变保护回路及馈线保护回路涉及高、低压强电部分，二次设备安装位置更加分散，若按回路检验变得十分麻烦，对于设置有母差保护的情况更加复杂。

采用智能变电所后，智能保护与传统微机保护的检验有区别，检测方法不太一样，试验检测方式一般是保护设备采样值和跳合闸信号通过光纤与数字继电保护测试仪连接（或连接合并单元和智能终端，再与数字继电保护测试仪连接），但现有技术方法在现场进行检验时也存在以下问题：

1) 由于目前数字或传统继电保护测试仪接口数量的限制，只能实现对保护装置的单体检验，有些方式下不能检测完整的二次回路。

2) 对主变差动、母线差动等需要在不同地点同时输出数字量的保护检验，现有校验仪尚无可靠的检验方案可循，无法对像主变、母差等具有复杂二次回路的数字化保护进行有效检验，满足不了现场智能变电站继电保护专业的维护和管理需要。

3) 缺乏对涉及多个间隔的系统保护功能进行检验的有效手段，检验内容不全面。

在系统正常投入运行过程当中，无法对智能继电保护装置及功能进行实时检测，无法确定其是否处于正常工作状态，系统运行的稳定性和可靠性得不到足够的保证。

发明内容

本发明的目的之一在于：由运行于当地监控后台或便携式电脑的仿真软件与保护装置程序相互配合，采用站控层、过程层网络发送及接收报文和数据，用于检验各装置参数、定值设置的正确性，并完成相应保护性能的检测。

本发明的目的之二在于：在仿真软件系统接线图中设置故障点，模拟系统发生故障；在仿真故障期间如果系统发生实际故障，相关的保护装置自动退出仿真状态，自动转为实际状态运行，保护装置的动作行为不受仿真故障数据影响。

本发明为达到上述技术目的，提供一种基于IEC 61850 的GOOSE、SV技术的智能牵引变电站系统故障在线仿真方法，采取的技术方案是：包括以下步骤：

1.SCD文件解析：采用标准变电所配置语言SCL读入变电所系统配置文件 SCD，解析变电所模型、通信系统模型、IED模型。

2.在变电所一次系统主接线图上输入一次设备参数，作为电磁暂态计算的基础数据；

3.通信仿真初始化配置：初始化配置过程中，将GOOSE、SV通信参数自动载入仿真软件，仿真软件自动根据获取的通信参数数据嵌套关系建立仿真信息表，同时自动为仿真数据参数赋予缺省运行值，实现与变电所系统内保护装置进行通讯。

4.系统配置正确、网络正常的情况下，仿真软件通过GOOSE获取断路器开关状态，进行网络拓扑实时分析，获得系统当前工作的状态；

5.在仿真系统接线图上设定一次系统短路故障点，故障类型；

6.同步在线仿真：选定参加在线仿真的装置，装置自动接收仿真软件下发的仿真故障数据，进入仿真状态，接收开始同步仿真命令，进行在线故障仿真，在线故障仿真时，系统相关保护不出口，仅发动作报文；

7.装置进入仿真状态，采样数据使用仿真故障采样数据，并回送仿真报文记录；

8.无缝切换到正常运行状态：在线仿真过程中，智能牵引变电所系统仍然正常采集接收系统运行数据，不同的保护装置采用不同的故障切换启动算法，如果系统发生真实故障，相关的保护装置自动退出仿真状态，自动转为正常运行状态，采样数据使用系统真实数据，保护装置的动作行为不受仿真故障数据影响；

9.仿真软件人为改变一次设备拓扑结构，即人为改变断路器开关状态将改变状态的仿真GOOSE发送到保护装置，重复（6）和（7）步骤内容，完成仿真过程。

步骤1中， SCD文件解析变电所模型包括开闭所设备及设备间的拓扑连接，解析通讯系统模型包括智能电子设备的列表及GOOSE、SV访问点的通讯连接。

SCD文件解析的方法为采用基于文档对象模型的 XML 解析技术实现对SCD 模型配置文件的解析，解析其包含GOOSE、SV配置的智能电子设备列表，针对每一智能电子设备的GOOSE、SV访问点，提取出GOOSE、SV收发通信涉及的有关参数和数据，并根据以上信息自动建立 GOOSE、SV发送信息点和接收信息点之间的对应关系，进而形成智能电子设备的GOOSE、SV通信参数、GOOSE、SV发送信息点列表、GOOSE、SV接收信息点列表。

在步骤2中，选定参加在线仿真的各保护装置，根据SCD文件解析的一次系统拓扑结构及输入的一次设备参数和通过GOOSE收发获得的拓扑结构制订系统的等值电路，形成节点导纳矩阵，进行短路故障计算，计算出短路电流及各节点电压和指定支路的电流，根据计算结果、SCD解析得到的IED装置SV通信参数，确定各装置电压、电流通道的采样数据，自动生成对应选定装置的仿真故障数据，形成标准格式采样值数据文件，下发给选定参加仿真的各装置。

其中短路电流采用了近似计算的方法，对系统元件模型和标幺参数计算做了简化处理。在元件模型方面，忽略发电机、变压器和输电线路的电阻，不计输电线路的电容，略去变压器的励磁涌流，负荷忽略不计。在标幺参数计算方面，在选取各级平均额定电压作为基准电压时，忽略各元件的额定电压之比，即所有变压器的标幺变比都等于1。假定所有发电机的电势具有相同的相位，避免了复数运算，把短路电流的计算简化为直流电路的求解。

以三相短路电流计算为例，系统中三相短路电流及网络中任一节点的电压计算公式简化为：

步骤6中，装置动作行为根据接收到的仿真故障数据而定，动作时给出动作结果上送给仿真软件，包括动作报文和录波数据，不满足动作条件则给出相应的闭锁原因、闭锁条件。

在线故障仿真过程中，回送的仿真运行结果均带有仿真标志。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的方法中，可以在线检验测试智能牵引变电所系统中各智能装置功能是否正确，确保装置正确运行，填补了在线仿真的空白。

（2）本发明提供的方法中，保护的动作不受仿真故障的影响，实现了无缝在线仿真，在系统正常投入运行过程当中，实现了对智能继电保护装置实时在线检测，提高了系统运行的稳定性和可靠性。

（3）本发明提供的方法中，提供了一种涉及多个间隔的系统保护功能检验测试的手段，解决了跨间隔保护联调的困难，便于现场投运前调试，检验内容更加全面，不止于应用在在线运行场合。

（4）本发明提供的方法中，可以验证网络传输的正确性，弥补了单项检测的缺陷。

附图说明

图1是传统测试检验方式流程图。

图2为本发明中单侧电源供电系统及模拟故障点示意图。

图3为本发明具体实施例保护装置在线仿真逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本实施例中，各间隔均采用支持DL/T860《变电站通信网络和系统》的DL/T 860.81第8-1部分的GOOSE服务和第9-2部分SV服务的智能保护装置。

附图2为本发明方法的某种应用：附图2中，以 220kV 高铁 AT 牵引变电所为例，其中主变及高压侧开关采用户外 AIS 方式，低压侧开关采用户内布置方式，其系统图如图所示。

以附图2系统图为例说明，具体包括以下步骤：

步骤一、SCD文件解析：采用标准变电站配置语言SCL读入变电站系统配置文件SCD，解析变电站模型、通信系统模型、IED模型.其中SCD文件解析中解析变电站模型包括开关站设备及设备间的拓扑连接，解析通讯系统模型包括智能电子设备的列表及GOOSE、SV访问点等通讯连接，所述 SCD文件解析的方法为采用基于文档对象模型（DOM）的 XML 解析技术实现对SCD 模型配置文件的解析，解析其包含GOOSE、SV配置的智能电子设备列表，针对每一智能电子设备的GOOSE、SV访问点，提取出GOOSE、SV收发通信涉及的有关参数和数据，并根据以上信息自动建立 GOOSE、SV发送信息点和接收信息点之间的对应关系，进而形成智能电子设备的GOOSE、SV通信参数、GOOSE、SV发送信息点列表、GOOSE、SV接收信息点列表。

步骤二、在变电站一次系统主接线图上输入一次设备参数；

步骤三、通信仿真初始化配置：初始化配置过程中，将GOOSE、SV通信参数自动载入仿真软件，仿真软件自动根据获取的通信参数数据嵌套关系建立仿真信息表，同时自动为仿真数据参数赋予缺省运行值，实现与变电站系统内保护装置进行通讯；

步骤四、系统网络正常情况下，仿真软件通过GOOSE获取断路器开关状态，进行网络拓扑实时分析，获得系统当前工作的状态；

步骤五、在仿真系统接线图上设定一次系统短路故障点，故障类型；

步骤六、选定参加在线仿真的一个或多个保护装置；

步骤七、根据系统当前系统网络拓扑、系统参数以及故障设定，根据被仿真的

智能电子设备的装置特性，仿真载体自动生成参加在线仿真装置的一次系统故障的二次侧仿真数据，通过网络下发给选定的装置；

步骤八、仿真软件向参加仿真的装置发送同步仿真指令；

步骤九、选定参加仿真的装置进入仿真状态，采样数据使用仿真故障采样数据，并回送仿真报文记录，非选定参加仿真装置如果接收的数据具有仿真态标识，将该数据按非故障态处理；

步骤十、在仿真过程当中如果一次系统发生真实故障，保护装置立刻退出仿真

状态，无缝切换到正常运行状态，采样数据使用系统真实数据；

1）启动的装置，退出仿真模拟，转入正常运行状态，正确反映系统故障。

2）非启动的装置，收到其它装置实际启动故障信息时，退出仿真模拟态，转入正常运行状态，正确反映系统故障。

步骤十一、仿真载体人为改变一次设备拓扑结构，即人为改变断路器开关状态将改变状态的仿真GOOSE发送到保护装置，重复（八）和（九）步骤内容，完成仿真过程。

简而言之，上述方法为由运行于当地监控后台或便携式电脑的仿真软件与保护装置程序相互配合，采用站控层、过程层网络发送及接收报文和数据，可检验各装置参数、定值设置的正确性，并完成相应保护性能的检测；在仿真软件系统接线图中设置故障点，模拟系统发生故障，仿真软件发送故障数据给各有关的保护装置，各有关保护装置根据所接收的数据及装置运行状态，决定保护的动作行为，装置动作时按照仿真系统下发的数据（数据格式COMTRATE）记录录波数据，在线故障仿真时，系统相关保护不出口，仅发动作报文。在仿真故障期间如果系统发生实际故障，相关的保护装置自动退出仿真状态，自动转为实际状态运行，保护装置的动作行为不受仿真故障数据影响。

Claims

1.一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，利用在线运行的当地监控后台与保护装置程序相互配合，通过站控层、过程层网络发送和接收报文数据，完成保护性能的在线检测；其特征在于包括如下步骤：

（1）SCD文件解析：采用标准变电所配置语言SCL读入变电所系统配置文件 SCD，解析变电所模型、通信系统模型、IED模型；

（2）在变电所一次系统主接线图上输入一次设备参数，作为电磁暂态计算的基础数据；

（3）通信仿真初始化配置：初始化配置过程中，将GOOSE、SV通信参数自动载入仿真软件，仿真软件自动根据获取的通信参数数据嵌套关系建立仿真信息表，同时自动为仿真数据参数赋予缺省运行值，实现与牵引变电所系统内保护装置进行通讯；

（4）系统配置正确、网络正常的情况下，仿真软件通过GOOSE获取断路器开关状态，进行网络拓扑实时分析，获得系统当前工作的状态；

（5）在仿真系统接线图上设定一次系统短路故障点，故障类型；

（6）同步在线仿真：选定参加在线仿真的装置，装置自动接收仿真软件下发的仿真故障数据，进入仿真状态，接收开始同步仿真命令，进行在线故障仿真，在线故障仿真时，牵引变电所系统相关保护不出口，仅发动作报文；

（7）装置进入仿真状态，采样数据使用仿真故障采样数据，并回送仿真报文记录；

（8）无缝切换到正常运行状态：在线仿真过程中，牵引变电所系统仍然正常采集接收系统运行数据，不同的保护装置采用不同的故障切换启动算法，如果系统发生真实故障，相关的保护装置自动退出仿真状态，自动转为正常运行状态，采样数据使用系统真实数据，保护装置的动作行为不受仿真故障数据影响；

（9）仿真软件人为改变一次设备拓扑结构，即人为改变断路器开关状态将改变状态的仿真GOOSE发送到保护装置，重复（6）和（7）步骤内容，完成仿真过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，其特征在于：步骤(1)中， SCD文件解析牵引变电所模型包括牵引变电所设备及设备间的拓扑连接，解析通讯系统模型包括智能电子设备的列表及GOOSE、SV访问点的通讯连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，其特征在于： SCD文件解析的方法为采用基于文档对象模型的 XML 解析技术实现对牵引变电所系统配置文件SCD的解析，解析其包含GOOSE、SV配置的智能电子设备列表，针对每一智能电子设备的GOOSE、SV访问点，提取出GOOSE、SV收发通信涉及的有关参数和数据，并根据以上信息自动建立 GOOSE、SV发送信息点和接收信息点之间的对应关系，进而形成智能电子设备的GOOSE、SV通信参数、GOOSE、SV发送信息点列表、GOOSE、SV接收信息点列表。

4.根据权利要求3所述的一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，其特征在于：在步骤(2)中，选定参加在线仿真的各保护装置，根据SCD文件解析的一次系统拓扑结构及输入的一次设备参数和通过GOOSE收发获得的拓扑结构制订系统的等值电路，形成节点导纳矩阵，进行短路故障计算，计算出短路电流及各节点电压和指定支路的电流，根据计算结果、SCD解析得到的IED模型SV通信参数，确定各保护装置电压、电流通道的采样数据，自动生成对应选定保护装置的仿真故障数据，形成标准格式采样值数据文件，下发给选定参加仿真的各保护装置。

5.根据权利要求1所述的一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，其特征在于：步骤(6)中，装置动作行为根据接收到的仿真故障数据而定，动作时给出动作结果上送给仿真软件，包括动作报文和录波数据，不满足动作条件则给出相应的闭锁原因、闭锁条件。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于IEC61850标准GOOSE、SV技术的牵引变电所系统故障在线仿真方法，其特征在于：在步骤(7)中，回送的仿真报文记录结果均带有仿真标志。