CN110070189A - 一种智能变电站保护系统安措校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能变电站保护系统安措校核方法，该方法包括如下步骤：(1)根据智能变电站保护在线监测数据获取安措操作前的连通状态矩阵，连通状态矩阵中各元素表示智能变电站二次设备的连通关系；(2)进行安措预演，在安措操作前的连通状态矩阵基础上获取安措操作后的连通状态矩阵；(3)获取变电站二次设备初始状态向量，根据二次设备初始状态向量和安措操作后的连通状态矩阵获取安措操作后二次设备状态向量；(4)对比安措操作后二次设备状态向量和二次设备初始状态向量，若一致则安措隔离校核通过，否则安措隔离校核不通过。与现有技术相比，本发明能够快速有效地进行安措校核，结果准确可靠。

Description

一种智能变电站保护系统安措校核方法

技术领域

本发明涉及智能变电站运行维护技术领域，尤其是涉及一种智能变电站保护系统安措校核方法。

背景技术

得益于信息技术的发展，由高度集成和可靠的先进电子设备组合而成的智能变电站(Smart Substation)应运而生，其以高效的网络通信技术为信息传输的基础，实现信息采集、保护、监测等功能的自动化，同时支持电网的智能调节、协同互动以及在线诊断等高级应用。随着电网的发展，作为电力系统核心节点的变电站，其智能化和信息化是核心发展方向，目前智能变电站技术已经进入了大规模研究与推广应用的阶段。从2010年开始，国网公司开始加快推进坚强智能电网建设，智能变电站的发展是坚强智能电网的核心组成部分。截止2017年底，已有3000多座智能变电站站投入运行，我国已成为智能变电站投运数量最多的国家。

智能变电站的一大特点就是以“三层两网”的网络通信体系替代了二次系统的大量电缆，通信规范由IEC61850规约给出。模拟量采样的交流回路采用SV报文通信，保护跳闸、开入开出量等信息采用GOOSE报文通信。由于智能变电站独特的通信特点，智能变电站在改建、扩建和装置检修时，二次设备安措的操作往往由GOOSE/SV软压板、跳合闸出口硬压板、检修硬压板等多种形式的安措操作要求组合而成，存在压板数量多，隐含不直观，无“明显电气断开点”等特点；另一方面，由于各个地区电网的规程和习惯不同，其安措票出票方式也各不相同，难以对不同形式安措票的可靠性进行有效评估。当前智能变电站缺少有效的二次安措校验手段，导致检修人员在进行检修操作时，无法确定当前电力系统的工况和隔离状态，难以保证检修的各项操作不会对电力系统造成不利影响。为了验证二次安措操作对智能变电站中检修设备和运行设备的有效隔离，必须提出一种有效的智能变电站安措校核方法。

智能变电站配置描述文件SCD记录了智能变电站所有二次虚回路的配置信息，可以作为智能变电站二次系统建模的主要信息来源。另一方面，通过ICD文件和装置说明书，可以解析出智能变电站中任一装置的软压板配置与二次回路的对应关系。SPCD文件是国网最新讨论的规范《智能变电站光纤回路建模及编码技术规范》中提出的另一个重要的信息文件，其建模了智能变电站二次虚回路与实际物理回路的对应关系，是建模智能变电站物理回路硬连接关系的信息来源。通过以上三个文件，可以完整建模智能变电站的二次虚回路体系。在建模的基础上进行后续二次安措校核的开发成为当前智能变电站运维技术领域的一个重要课题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能变电站保护系统安措校核方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能变电站保护系统安措校核方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据智能变电站保护在线监测数据获取安措操作前的连通状态矩阵，连通状态矩阵中各元素表示智能变电站二次设备的连通关系；

(2)进行安措预演，在安措操作前的连通状态矩阵基础上获取安措操作后的连通状态矩阵；

(3)获取变电站二次设备初始状态向量，根据二次设备初始状态向量和安措操作后的连通状态矩阵获取安措操作后二次设备状态向量，此步骤即为图1中隔离校核推理过程；

(4)对比安措操作后二次设备状态向量和二次设备初始状态向量，若一致则安措隔离校核通过，否则安措隔离校核不通过。

步骤(1)具体为：

(11)根据智能变电站SCD文件、装置ICD文件、装置说明书以及SPCD文件建立安措隔离校核的静态数学模型a_ij：

a_ij＝sign[sum(k_ij.*m_ij.*l_ij)]，

其中，a_ij为二次设备i输出到二次设备j的数据连通关系，k_ij、m_ij和l_ij均为m维行向量：

k_ij表示二次设备i到二次设备j的直连二次虚回路行向量，k_ij取值为1；m_ij表示二次设备i到二次设备j操作对象软压板的开断状态行向量，若软压板投入则m_ij为1，否则m_ij为0；l_ij表示二次设备i到二次设备j操作对象硬连接的开断状态行向量，若硬连接存续则l_ij为1，否则l_ij为0；i＝1,2……n，j＝1,2……n，n为智能变电站中二次设备的总数量，m为二次设备i到二次设备j的所有二次虚回路数量；

k_ij.*m_ij.*l_ij表示k_ij、m_ij和l_ij中相乘位置元素对应相乘，sum表示向量中所有元素求和，sign[x]为符号函数，若x＞0，则sign[x]＝1，若x＝0，则sign[x]＝0；

(12)根据静态数学模型a_ij建立初始连通矩阵A：

(13)读取智能变电站保护在线监测数据，包括装置压板投退数据、光纤通断数据和跳合圈硬压板投退数据，根据智能变电站保护在线监测数据更新初始连通矩阵A得到安措操作前的连通状态矩阵。

步骤(2)具体为：

根据安措操作步骤逐步更新安措操作前的连通状态矩阵进而得到安措操作后的连通状态矩阵，具体地：

若发生软压板操作，则根据软压板的开断状态更新向量m_ij，若发生硬连接操作，则根据硬连接的开断状态更新向量l_ij，然后更新静态数学模型a_ij，最后更新安措操作前的连通状态矩阵；

若二次设备i的检修硬压板投入或跳合闸出口硬压板退出，则安措操作前的连通状态矩阵的第i行全部置0，进而更新安措操作前的连通状态矩阵。

步骤(3)中变电站二次设备初始状态向量为n维的行向量x，向量x中第i个元素记作x_i，x_i表示第i个二次设备的初始状态，若为检修状态，则x_i＝1，否则x_i＝0，n为智能变电站中二次设备的总数量。

步骤(3)中安措操作后二次设备状态向量B通过如下方式获得：

B＝sign(x·A_F)，

其中，A_F为安措操作后的连通状态矩阵，x为变电站二次设备初始状态向量，x为n维行向量，A_F为n×n维矩阵，A_F中第i行第i列元素表示安措操作后二次设备i输出到二次设备j的数据连通关系，sign[x]为符号函数，若x＞0，则sign[x]＝1，若x＝0，则sign[x]＝0，B为n维行向量，向量B中第i个元素b_i表示安措操作后第i个二次设备状态。

步骤(4)具体为：

(41)令p＝1；

(42)根据B^(p)＝sign(x·A_F)得到B^(p)，比较B^(p)和x，若B^(p)≠x，则执行步骤(43)，否则执行步骤(44)；

(43)另x＝B^(p)，p＝p+1，返回执行步骤(42)；

(44)若p＝1则安措隔离校核通过；若p≠1，则安措隔离校核不通过。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明提供了基于智能变电站二次设备连通状态矩阵的安措校核方法，能够准确可靠地得到智能变电站安措之后检修设备对运行设备的影响，为后续智能变电站的运检工作提供指导；

(2)本发明基于SCD文件、装置ICD文件、装置说明书以及SPCD文件，建模智能变电站的二次虚回路、软压板与二次虚回路的对应关系以及硬连接关系，保证静态数学模型的准确和完整，从而使得后续校核结果准确可靠；

(3)本发明提出连通状态矩阵，用于描述智能变电站二次设备间的复杂连通网络，以矩阵的数学形式将二次设备间的连通状态建模，便于计算机存储和处理，实现计算机自动安措校核。

附图说明

图1为本发明智能变电站保护系统安措校核方法的整体流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种智能变电站保护系统安措校核方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据智能变电站保护在线监测数据获取安措操作前的连通状态矩阵，连通状态矩阵中各元素表示智能变电站二次设备的连通关系；

(2)进行安措预演，在安措操作前的连通状态矩阵基础上获取安措操作后的连通状态矩阵；

(3)获取变电站二次设备初始状态向量，根据二次设备初始状态向量和安措操作后的连通状态矩阵获取安措操作后二次设备状态向量；

(4)对比安措操作后二次设备状态向量和二次设备初始状态向量，若一致则安措隔离校核通过，否则安措隔离校核不通过。

步骤(1)具体为：

(11)根据智能变电站SCD文件、装置ICD文件、装置说明书以及SPCD文件建立安措隔离校核的静态数学模型a_ij：

a_ij＝sign[sum(k_ij.*m_ij.*l_ij)]，

其中，a_ij为二次设备i输出到二次设备j的数据连通关系，k_ij、m_ij和l_ij均为m维行向量：

k_ij表示二次设备i到二次设备j的直连二次虚回路行向量，k_ij取值为1；m_ij表示二次设备i到二次设备j操作对象软压板的开断状态行向量，若软压板投入则m_ij为1，否则m_ij为0；l_ij表示二次设备i到二次设备j操作对象硬连接的开断状态行向量，若硬连接存续则l_ij为1，否则l_ij为0；i＝1,2……n，j＝1,2……n，n为智能变电站中二次设备的总数量，m为二次设备i到二次设备j的所有二次虚回路数量；

k_ij.*m_ij.*l_ij表示k_ij、m_ij和l_ij中相乘位置元素对应相乘，sum表示向量中所有元素求和，sign[x]为符号函数，若x＞0，则sign[x]＝1，若x＝0，则sign[x]＝0；

具体地，根据SCD文件构建行向量k_ij，根据装置ICD文件和装置说明书构建行向量m_ij，根据SPCD文件构建行向量l_ij；

(12)根据静态数学模型a_ij建立初始连通矩阵A：

(13)读取智能变电站保护在线监测数据，包括装置压板投退数据、光纤通断数据和跳合圈硬压板投退数据，根据智能变电站保护在线监测数据更新初始连通矩阵A得到安措操作前的连通状态矩阵，安措操作前的连通状态矩阵能够反映安措票操作之前的智能变电站二次设备间连通性的真实情况。

步骤(2)具体为：

根据安措操作步骤逐步更新安措操作前的连通状态矩阵进而得到安措操作后的连通状态矩阵，具体地：

若发生软压板操作，则根据软压板的开断状态更新向量m_ij，若发生硬连接操作，则根据硬连接的开断状态更新向量l_ij，然后更新静态数学模型a_ij，最后更新安措操作前的连通状态矩阵；

若二次设备i的检修硬压板投入或跳合闸出口硬压板退出，则安措操作前的连通状态矩阵的第i行全部置0，进而更新安措操作前的连通状态矩阵。

步骤(3)中变电站二次设备初始状态向量为n维的行向量x，向量x中第i个元素记作x_i，x_i表示第i个二次设备的初始状态，若为检修状态，则x_i＝1，否则x_i＝0，n为智能变电站中二次设备的总数量。

步骤(3)中安措操作后二次设备状态向量B通过如下方式获得：

B＝sign(x·A_F)，

矩阵展开形式如下：

其中：

b_i＝sign(x₁·a′_1i+x₂·a′_2i+…+x_n·a′_ni)，

其中，A_F为安措操作后的连通状态矩阵，x为变电站二次设备初始状态向量，x为n维行向量，A_F为n×n维矩阵，A_F中第i行第i列元素a′_ij表示安措操作后二次设备i输出到二次设备j的数据连通关系，sign[x]为符号函数，若x＞0，则sign[x]＝1，若x＝0，则sign[x]＝0，B为n维行向量，向量B中第i个元素b_i表示安措操作后第i个二次设备状态。

步骤(4)具体为：

(41)令p＝1；

(42)根据B^(p)＝sign(x·A_F)得到B^(p)，比较B^(p)和x，若B^(p)≠x，则执行步骤(43)，否则执行步骤(44)；

(43)另x＝B^(p)，p＝p+1，返回执行步骤(42)；

(44)若p＝1则安措隔离校核通过；若p≠1，则安措隔离校核不通过，且从B^(p)可得到经过p次连通推导之后受检修影响的设备信息。

在上述过程中，针对当前二次安措以自然语言构成难以适应计算机处理的缺点，提出了安措形式化描述机制，为计算机自动识别和解析安措票提供了数据结构支撑，适应自动安措校核的需要，安措票形式化描述机制为：

1)安措票结构：

<Bay....>

<Task...>

<Operation..>

a)Bay为间隔信息，含有name和desc两个属性，对接一次设备的间隔建模；

b)Task为检修任务信息，含有type和desc两个属性；

c)Operation为检修操作信息，含有name、iedName、type、connection、state和desc信息。

2)属性说明：

a)Bay中的name表示间隔名称，desc表示间隔描述；

b)Task中的type表示检修任务的类型，如“P1”表示保护第1类检修任务，desc表示检修任务描述；

c)Operation中的name为操作对象名称；iedName表示操作对象的所属IED的名称，如“PL2214A”表示属于线路保护PL2214A；type表示操作对象的类型信息，如“SV-IN”表示SV接收软压板；connection表示由操作对象所控制的回路连接的对象；tate表示操作之后的状态，如“ON”表示从退出到投入；desc表示该安措操作的具体中文描述。

由于智能变电站二次检修安措中安措对象复杂、压板数量多、隐含不直观和无“明显电气断开点”等特点，导致智能变电站在进行检修时，其二次系统的安措正确性和完备性无法验证，检修设备与运行设备的隔离状态难以确认。本发明针对上述困难，在充分考虑到当前安措票形式不统一的情况下，利用已有的SCD文件，ICD文件和SPCD文件对智能变电站二次系统的完整描述，实现有效可靠的安措校核。

Claims (6)

1.一种智能变电站保护系统安措校核方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)根据智能变电站保护在线监测数据获取安措操作前的连通状态矩阵，连通状态矩阵中各元素表示智能变电站二次设备的连通关系；

(2)进行安措预演，在安措操作前的连通状态矩阵基础上获取安措操作后的连通状态矩阵；

(3)获取变电站二次设备初始状态向量，根据二次设备初始状态向量和安措操作后的连通状态矩阵获取安措操作后二次设备状态向量；

(4)对比安措操作后二次设备状态向量和二次设备初始状态向量，若一致则安措隔离校核通过，否则安措隔离校核不通过。

2.根据权利要求1所述的一种智能变电站保护系统安措校核方法，其特征在于，步骤(1)具体为：

(11)根据智能变电站SCD文件、装置ICD文件、装置说明书以及SPCD文件建立安措隔离校核的静态数学模型a_ij：

a_ij＝sign[sum(k_ij.*m_ij.*l_ij)]，

其中，a_ij为二次设备i输出到二次设备j的数据连通关系，k_ij、m_ij和l_ij均为m维行向量：

k_ij表示二次设备i到二次设备j的直连二次虚回路行向量，k_ij取值为1；m_ij表示二次设备i到二次设备j操作对象软压板的开断状态行向量，若软压板投入则m_ij为1，否则m_ij为0；l_ij表示二次设备i到二次设备j操作对象硬连接的开断状态行向量，若硬连接存续则l_ij为1，否则l_ij为0；i＝1,2……n，j＝1,2……n，n为智能变电站中二次设备的总数量，m为二次设备i到二次设备j的所有二次虚回路数量；

k_ij.*m_ij.*l_ij表示k_ij、m_ij和l_ij中相乘位置元素对应相乘，sum表示向量中所有元素求和，sign[x]为符号函数，若x＞0，则sign[x]＝1，若x＝0，则sign[x]＝0；

(12)根据静态数学模型a_ij建立初始连通矩阵A：

(13)读取智能变电站保护在线监测数据，包括装置压板投退数据、光纤通断数据和跳合圈硬压板投退数据，根据智能变电站保护在线监测数据更新初始连通矩阵A得到安措操作前的连通状态矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种智能变电站保护系统安措校核方法，其特征在于，步骤(2)具体为：

根据安措操作步骤逐步更新安措操作前的连通状态矩阵进而得到安措操作后的连通状态矩阵，具体地：

若发生软压板操作，则根据软压板的开断状态更新向量m_ij，若发生硬连接操作，则根据硬连接的开断状态更新向量l_ij，然后更新静态数学模型a_ij，最后更新安措操作前的连通状态矩阵；

若二次设备i的检修硬压板投入或跳合闸出口硬压板退出，则安措操作前的连通状态矩阵的第i行全部置0，进而更新安措操作前的连通状态矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种智能变电站保护系统安措校核方法，其特征在于，步骤(3)中变电站二次设备初始状态向量为n维的行向量x，向量x中第i个元素记作x_i，x_i表示第i个二次设备的初始状态，若为检修状态，则x_i＝1，否则x_i＝0，n为智能变电站中二次设备的总数量。

5.根据权利要求4所述的一种智能变电站保护系统安措校核方法，其特征在于，步骤(3)中安措操作后二次设备状态向量B通过如下方式获得：

B＝sign(x·A_F)，

其中，A_F为安措操作后的连通状态矩阵，x为变电站二次设备初始状态向量，x为n维行向量，A_F为n×n维矩阵，A_F中第i行第i列元素表示安措操作后二次设备i输出到二次设备j的数据连通关系，sign[x]为符号函数，若x＞0，则sign[x]＝1，若x＝0，则sign[x]＝0，B为n维行向量，向量B中第i个元素b_i表示安措操作后第i个二次设备状态。

6.根据权利要求5所述的一种智能变电站保护系统安措校核方法，其特征在于，步骤(4)具体为：

(41)令p＝1；

(42)根据B^(p)＝sign(x·A_F)得到B^(p)，比较B^(p)和x，若B^(p)≠x，则执行步骤(43)，否则执行步骤(44)；

(43)另x＝B^(p)，p＝p+1，返回执行步骤(42)；

(44)若p＝1则安措隔离校核通过；若p≠1，则安措隔离校核不通过。