CN114447874A - 基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法及装置。该方法包括：获取变电站继电保护设备的待测试参数；获取电网运行工况；使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。本发明通过待测试参数配置继电保护设备的数字孪生模型进行仿真，基于仿真结果判断待测试参数是否正常，可以避免直接对继电保护设备进行调试时出现错误导致严重后果。

Description

基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法及装置

技术领域

本发明涉及变电站运维技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法及装置。

背景技术

变电站中继电保护设备对一次设备安全运行非常重要，在定值整定正确、设备健康状态良好、外部回路正常的情况下，继电保护设备才能正常发挥作用。继电保护有严格的运行要求，已投运的继电保护设备不得随意变更参数，不得随意开展测试试验，不得随意操作误触误碰，导致一些参数错误、设备运行状态异常等信息不能被有效发现。已投运的继电保护设备很可能因为定值整定错误或整定不合理导致不能正确动作于预期的故障，还可能因为内部硬件异常导致不能正确动作，需要通过检修、更换插件、更换整机的方式解决问题，但是受限于设备严格的运行制度，运行检修人员不能直接对已投运的继电保护设备进行全面的测试检查工作，导致隐患一直存在。

发明内容

本发明提供了一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法及装置，以解决难以对变电站中继电保护设备的参数进行检查的问题。

第一方面，本发明提供了一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，包括：

获取变电站继电保护设备的待测试参数；

获取电网运行工况；

使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；

比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。

在一种可能的实现方式中，仿真结果包括数字孪生模型的检测工况；预设结果包括电网运行工况；

比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常，包括：

若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况一致，则判定待测试参数正常；

若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况不一致，则判定待测试参数不正常。

在一种可能的实现方式中，电网运行工况为电网发生故障时的运行数据；仿真结果包括数字孪生模型的保护动作；预设结果包括电网运行工况中故障类型对应的保护动作；

比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常，包括：

若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作一致，则判定待测试参数正常；

若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作不一致，则判定待测试参数不正常。

在一种可能的实现方式中，获取电网运行工况，包括：

获取变电站继电保护设备所在电网的运行工况作为电网运行工况。

在一种可能的实现方式中，获取电网运行工况，包括：

将预设故障施加于电网数字孪生模型，将电网数字孪生模型在预设故障发生时间段内的运行工况作为电网运行工况。

在一种可能的实现方式中，在使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，该方法还包括：

建立变电站继电保护设备的数字孪生模型；

实时获取变电站继电保护设备的已配置参数，并基于已配置参数修正数字孪生模型。

在一种可能的实现方式中，在使用所述待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，该方法还包括：

基于变电站继电保护设备的历史自检信息数据、历史检修记录、当前运行工况和历史健康状态确定变电站继电保护设备的当前健康状态；

基于变电站继电保护设备的当前健康状态调整数字孪生模型；

使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，包括：

使用待测试参数配置调整后的数字孪生模型。

第二方面，本发明提供了一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置，包括：

第一获取模块，用于获取变电站继电保护设备的待测试参数；

第二获取模块，用于获取电网运行工况；

仿真模块，用于使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；

比较模块，用于比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。

第三方面，本发明提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所示的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所示的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法的步骤。

本发明提供一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法及装置，该方法包括：获取变电站继电保护设备的待测试参数；获取电网运行工况；使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。本发明通过待测试参数配置继电保护设备的数字孪生模型进行仿真，基于仿真结果判断待测试参数是否正常，可以避免直接对继电保护设备进行调试时出现错误导致严重后果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明实施例提供的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的终端的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法的实现流程图，详述如下：

步骤101，获取变电站继电保护设备的待测试参数。

在本实施例中，待测试参数可以包括变电站继电保护设备的定值、压板设定情况等。在使用某个参数对变电站继电保护设备进行配置前，不能确定该参数是否会影响变电站继电保护设备的正常工作，此时可以使用本发明提供的方法对该参数进行测试。

步骤102，获取电网运行工况。

在本实施例中，电网运行工况是指变电站继电保护设备所运行的外部电网环境的运行工况。电网的运行工况包括变电站继电保护设备所在的电网的电源输出负载、一次拓扑连接、线路参数、负荷参数、等效变电站参数等。

步骤103，使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果。

在本实施例中，变电站继电保护设备包括：

(1)光纤通讯模块

光纤通讯模块需要实现的功能包括适配定值模块中的本侧纵联识别码、对侧纵联识别码，对从输入接口输入的电流量进行差动计算，将输入接口输入的本侧电流量、本侧差动投入信息、本侧发远跳等信息传输出去，从对侧光纤通讯模块采集对侧电流量信息、差动投入信息、发远跳等信息。光纤通讯模块的具体输入信息、输出信息和功能如表1所示：

表1光纤通讯模块传输数据及功能

(2)纵联电流差动保护模块

纵联电流差动保护模块实现的功能是计算光纤通信模块传输过来的对侧三相电流和输入接口模块采集的本侧三相电流，然后与定值模块中的差流启动定值进行比较，在保护启动开放元件动作时间内动作于输出接口模块，其中对该模块的功能投入还包括定制控制字、功能软压板投退使能控制，CT断线闭锁控制，通道异常判断控制，对侧差动投退控制，对侧差动允许控制等条件。

(3)接地和相间距离保护模块

接地和相间距离保护模块实现的功能是计算输入接口模块采集的三相电压和三相电流对应的测量阻抗，然后与定值模块中的距离定值形成的阻抗动作区域进行比较，在保护启动开放元件动作时间内动作于输出接口模块，其中该模块的功能投入还包括定制控制字、功能软压板投退使能控制，PT断线闭锁控制，负荷限制距离阻抗闭锁控制，振荡闭锁控制等条件。

(4)零序过流保护模块

零序过流保护模块实现的功能是计算输入接口模块采集的三相电压和三相电流对应的零序电流和零序电压，然后与定值模块中的零序过流定值进行比较，并比对电压电流阻抗角确定正反方向，在保护启动开放元件动作时间内动作于输出接口模块，其中该模块的功能投入还包括定制控制字、功能软压板投退使能控制，CT断线闭锁控制等条件。

(5)重合闸模块

重合闸模块实现的功能是当保护元件动作并且故障消失保护元件返回后，动作于输出接口模块，完成对一次断路器的重合闸操作，该模块的功能投入包括定值控制字、功能软压板投退使能控制，还包括独立的充电、放电逻辑。

(6)输入接口模块

输入接口模块的功能是负责对外部信号进行输入处理，将输入的信号传输至各功能模块进行逻辑运算。

(7)输出接口模块

输出接口模块的功能是负责对内部信号进行输出处理，将输出的信号传输至对应接口或人机交互界面。

(8)定值、软压板模块

定值、软压板模块是与实际保护定值、软压板相对应的模块，具备人机交互可修改功能，具备从输入接口模块获取外部定值、软压板值的功能，具备将具体的定值、软压板传输给各功能模块进行逻辑运算的功能。

(9)录波模块

录波模块支持在启动元件动作后按照选择的通道和设定的时长进行数据记录，并产生标准的COMTRADE(Common format for transient data exchange for powersystems，标准电力系统暂态数据交换通用格式)文件，经输出接口模块输出至对应接口或人机交互界面。

(10)启动元件模块

启动元件模块负责计算输入接口采集的数据信息，并产生保护启动信号。

(11)选相模块

选项模块负责计算输入接口采集的数据信息，并产生故障相别信号。

(12)故障测距模块

故障测距模块负责计算输入接口采集的数据信息，并产生故障测距数据。

本实施例中的变电站继电保护设备的数字孪生模型通过仿真实现，与实际继电保护设备的输入参数、输出参数和动作逻辑一致。

步骤104，比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。

在本实施例中，预设结果可以是预期的待测试参数能够实现的效果。若仿真结果与预期达到的结果一致，则待测试参数能够满足变电站继电保护设备的正常运行；若仿真结果与预期达到的结果不一致，则表示待测试参数不能达到预设结果，需要调整待测试参数。

在一些实施例中，仿真结果包括数字孪生模型的检测工况；预设结果包括电网运行工况；

比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常，包括：

若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况一致，则判定待测试参数正常；

若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况不一致，则判定待测试参数不正常。

在本实施例中，数字孪生模型的检测工况为变电站继电保护设备对其所在的电网运行工况进行监测得到的电网运行工况，若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况一致，则说明待测试参数使得数字孪生模型对电网运行工况进行监测的功能正常，因此判定待测试参数正常，可以基于待测试参数对变电站继电保护设备进行检修。若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况不一致，则说明数字孪生模型的定值整定错误或整定不合理，应重新计算并整定新的定值，配置于数字孪生模型中进行仿真。

在一些实施例中，电网运行工况为电网发生故障时的运行数据；仿真结果包括数字孪生模型的保护动作；预设结果包括电网运行工况中故障类型对应的保护动作；

比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常，包括：

若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作一致，则判定待测试参数正常；

若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作不一致，则判定待测试参数不正常。

在本实施例中，变电站继电保护设备需要在电网运行出现故障时进行故障保护，若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作一致，则说明待测试参数使得数字孪生模型可以检测出电网中发生了该类型的故障，并且可以进行对应的故障保护，因此判定待测试参数正常。

数字孪生模型实时获取主站保护运行数据，可按设定的时间定时获取，将实时获取的保护运行数据用于修正数字孪生模型，在修正后的数字孪生模型下进行各类保护故障推演，具体可按表2中原则开展：

表2修正后的数字孪生模型下的保护故障推演

按照上述原则进行各种故障推演，当数字孪生继电保护动作行为与预期的保护动作行为一致时，认为变电站继电保护设备的定值、设备状态是正常的，如果不一致，则认为变电站继电保护设备的定值、设备状态导致变电站继电保护设备不能正常动作，需要进行检修工作。

在一些实施例中，获取电网运行工况，包括：

获取变电站继电保护设备所在电网的运行工况作为电网运行工况。

在本实施例中，令数字孪生模型运行于实际继电保护设备所在电网的运行工况中，可以判断使用待测试参数配置数字孪生模型后，是否会导致电网出现故障；也可以对比数字孪生模型与实际继电保护设备的运行状态，便于对数字孪生模型进行修正。

在一些实施例中，获取电网运行工况，包括：

将预设故障施加于电网数字孪生模型，将电网数字孪生模型在预设故障发生时间段内的运行工况作为电网运行工况。

在本实施例中，电网数字孪生模型为变电站继电保护设备所在电网的数字孪生模型，模型参数与真实的电网参数一致，可进行不同运行方式、不同故障类型、不同接地方式下的故障推演，并仿真故障推演条件下一二次电流电压状态和开关位置变化。建立电网数字孪生模型的具体步骤如下：

通过从目标变电站获取的一次接线图信息，使用仿真模块搭建一次设备电网拓扑连线模型，从变电站所在的地区的电网生产控制部门获取变电站参数信息、主变参数信息、母线参数信息、一次线路参数信息、负荷参数信息、电源参数信息等数据，将获取的参数信息实例化到搭建的一次电网模型中，使仿真的一次电网模型与真实的一次电网在电气参数上保持电气特性一致。

基于上述方法形成二级关联变电站和外部电网一次设备的电气模型。

预设的故障类型可以包括线路单相瞬时接地故障、线路单相永久接地故障、线路两相瞬时接地故障、线路两相永久接地故障、线路三相瞬时接地故障、线路三相永久接地故障、母线单相瞬时接地故障、母线单相永久接地故障、母线三相瞬时接地故障、母线三相永久接地故障等故障类型，选取的故障点包括本线路保护安装处近端、中端、末端，相邻线路近端、中端、末端，母线处，CT与断路器之间等，以验证线路差动保护、距离I段、距离II段、距离III段、零序方向过流保护、重合闸保护、母线差动保护、失灵保护等各类保护元件在各故障条件下能否正常动作。

本实施例中，变电站外部环境条件包括电源点及其参数、线路及其参数、负荷及其参数等，需满足可以设定电源、线路、负荷等的运行工况使系统正常仿真一次潮流，将预设故障施加于电网数字孪生模型，并将电网数字孪生模型在预设故障发生时间段内的运行工况作为电网运行工况的具体步骤包括：

任意设定故障点和故障方式，并通过潮流的短路计算将故障电流和故障电压反馈至数字孪生模型的输入接口，使数字孪生模型可以正常进行逻辑运算，形成特定的保护元件动作事件，保护动作后可将动作出口至数字孪生模型的输出接口，并反馈至变电站外部环境，触发仿真的一次断路器动作行为，变电站外部环境根据一次断路器动作行为重新基于电源、线路、负荷等运行工况更新一次潮流，将包括一次断路器位置和新的工况电流、电压信息经输入接口反馈至数字孪生模型，使数字孪生模型完成一次触发一次设备动作和收到动作反馈信息的完整的故障动作行为。

在一些实施例中，在使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，该方法还包括：

建立变电站继电保护设备的数字孪生模型；

实时获取变电站继电保护设备的已配置参数，并基于已配置参数修正数字孪生模型。

在本实施例中，可以使用M文件或simulink工具搭建变电站继电保护设备的数字孪生模型，按变电站继电保护设备中各个模块的实际保护逻辑功能进行建模，内容包括保护定值、信号输入、动作输出、逻辑计算模块，并包括光模块、装置电源等的细致模型，包括变电站继电保护设备的健康状态评价模型，包括变电站继电保护设备的状态检修估计模型。

在建立好变电站继电保护设备的数字孪生模型后，数字孪生模型可以按照设定的时间间隔，定时获取变电站继电保护设备的实时运行数据以修正自身模型，获取的运行数据包括保护定值、保护压板状态、保护开入状态、保护模拟量输入状态、保护自检告警信息状态、保护状态监视信息。

可以按照表3所示信息从变电站在线监测系统获取继电保护设备的运行数据：

表3需采集继电保护信息

表3中所述报警方式具体含义：

趋势预警：对采集的遥测类信息进行趋势计算，如某值随着时间不断沿着增加或减小的趋势变化，则可以预计在某时间节点该值将达到报警限值，提前预警出现该限值的时间点。

越限报警：设定上限下限，对采集的遥测类信息进行越限报警，记录越限类型和次数。

历史同期比对告警：对采集的遥测类信息与历史同期采集的值进行比对，按照其波动大小进行告警。

突变报警：对采集的遥测类信息设定变化阈值，当单位时间内遥测变化大于该阈值则报警。

频率报警：对某一信号出现的次数设定阈值，当单位时间内出现的次数大于该阈值则报警，该阈值可随着设备运行时间长短和历史出现过的同类信号报警次数进行自动浮动计算。

严重告警：凡出现过严重告警类型，表示实际运行保护存在过可能因软硬件故障原因导致的装置不能正常运行，此类告警会对保护运行状态评估产生较大影响。

数字孪生模型还可以通过对保护历史动作记录的波形信息进行同等工况情况下的反向仿真输入回放，比对回放动作结果与真实保护历史动作结果是否匹配，从而验证变电站继电保护设备历史动作行为是否正确。

本实施例中，在获取到变电站继电保护设备的实时运行数据后，还可以对运行数据进行分类运算，结合历史运行数据进行数据分析，评价变电站继电保护设备的健康状态，具体评价过程如下：

将获取的变电站继电保护设备的历史自检信息数据和状态监测数据通过大数据分析，结合变电站继电保护设备历史检修记录和健康状态记录，预测变电站继电保护设备的健康状态，结合健康趋势预警、历史信息预警、状态突变预警等算法，自主向信息汇聚模块推送当前变电站继电保护设备的检修、插件更换、整机更换计划，评价变电站继电保护设备的整体健康状态。

以变电站继电保护设备健康状态为100％表示完全健康为例，基于出现的趋势预警、越限报警、历史同期比对告警、突变报警、频率报警、严重告警的次数和严重程度和加权算法计算健康状态数值，使健康状态数值在继电保护运行生命周期中由100％至0％不断减小，并设定健康状态的阈值，当健康状态指标达到特定阈值时需提示运行检修人员进行对应操作，示例如表4：

表4健康状态与操作提示

具体实现可进行进一步细化指标或粗放指标，运行检修人员根据对评价结果进行的操作发现设备健康状态良好，仅因为外部环境导致的异常告警增多时，可以对健康状态数值进行调整，系统将按照新的数值进行迭代计算，然后产生新的评价结果和操作提示。

在一些实施例中，在使用所述待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，该方法还包括：

基于变电站继电保护设备的历史自检信息数据、历史检修记录、当前运行工况和历史健康状态确定变电站继电保护设备的当前健康状态；

基于变电站继电保护设备的当前健康状态调整数字孪生模型；

使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，包括：

使用待测试参数配置调整后的数字孪生模型。

在本实施例中，历史自检信息数据是指变电站继电保护设备在历史时间段进行自检的结果，历史自检信息可以包括变电站继电保护设备在历史时间段内的告警、异常、故障。表5为数字孪生模型实时获取的保护自检状态存在如下异常情况时，其动作行为会产生的变化：

表5自检异常条件下的故障推演

根据实际获取的保护自检状态进行对应告警情况下的故障推演，可以在数字孪生模型中实现对运行保护设备出现对应告警时的功能验证，在不退出实际运行设备的情况下确定该告警信号对保护运行影响的严重程度，从而决定是否需要进行保护退出、检修回路、更换插件的操作。

根据历史自检信息数据、历史检修记录、当前运行工况和历史健康状态可以确定变电站继电保护设备的当前健康状态，基于当前健康状态对数字孪生模型进行调整后，数字孪生模型得到的仿真结果会更接近实际变电站继电保护设备，基于此仿真结果可以推断出实际变电站继电保护设备在电网运行工况下的动作行为以及可能存在的动作异常情况。

在一个具体的实施例中，本方法还可以基于一个系统实现，该系统包括：

(1)一次电网仿真模块，由该模块输入一次电网参数，并与继电保护仿真模块进行交互，将仿真的一次电网电流电压、断路器位置信息等传输给继电保护仿真模块，并接收继电保护仿真模块的出口动作信息，动作于仿真的断路器；

(2)继电保护仿真模块，该模块仿真继电保护逻辑功能，可以通过一次电网仿真模块获取一次设备信息，可以通过通讯交互模块获取实际继电保护运行数据，可以通过人机交互模块实现参数配置、电网故障仿真、大数据分析等功能；

(3)通讯交互模块，该模块通过网络通讯获取继电保护运行数据，于继电保护仿真模块交互并输出继电保护仿真模块自主分析的仿真运算结果；

(4)人机交互模块，该模块通过人机界面实现继电保护仿真模块的参数配置、电网故障仿真、大数据分析等功能；

(5)参数配置模块，该模块负责对系统的整体参数进行定义，可通过人机交互模块完成参数设置；

(6)电网故障仿真模块，该模块负责实现电网故障仿真，可通过人机交互模块完成定制；

(7)数据分析模块，该模块负责实现继电保护运行数据、继电保护仿真模块运算结果等的大数据分析，实现继电保护状态检修估计、运行中的保护动作行为正确性估计、健康状态评价等功能。

在一个具体的实施例中，生成和应用数字孪生模型的步骤如下：

步骤1，基于仿真方式形成变电站外部环境仿真，可同时仿真与变电站继电保护设备相关的多个变电站。

步骤2，使用程序语言仿真实现数字孪生模型搭建，具体包括以下步骤：

(1)整理分析国网九统一保护等标准化保护的产品说明书，分析其不同保护模块的逻辑框图原理；

(2)使用程序语言搭建步骤(1)中特定保护的逻辑模块；

(3)将程序语言搭建的逻辑模块进行整合，打包成相互关联的应用级程序；

(4)根据标准化保护的产品说明书，梳理逻辑模块的输入信息，具体包括：定值、压板、开关量开入、模拟量输入等，形成各输入的具体接口，将接口开放成具体的人机界面或可交互的程序语言；

(5)根据标准化保护的产品说明书，梳理逻辑模块的输出信息，具体包括：告警信息、状态信息、保护动作信息、出口信息、录波信息等，形成各输出的具体接口，将接口开放成具体的人机界面或可交互的程序语言；

(6)将具备输入接口、输出接口的应用级程序进行进一步打包，形成数字孪生模型，该模型的特点是：与实际继电保护一样，可以通过输入接口采集开关量和模拟量信息，根据定值、压板设定情况进行逻辑运算，动作于输出接口并生成标准录波文件。

步骤3，数字孪生模型通过站端信息采集模块获取变电站变电站继电保护设备的运行数据，具体包括：保护定值、保护压板状态、保护开入状态、保护模拟量输入状态、保护自检告警信息状态、保护状态监视信息、保护历史运行信息数据，具体包括以下步骤：

(1)站端信息采集模块作为客户端与继电保护设备建立实时通讯，或通过其他已有客户端获取继电保护设备信息；

(2)站端信息采集模块作为客户端与继电保护设备建立实时通讯时，直接通过规约通讯方式从变电站内获取变电站继电保护设备信息，包括：定值、压板、开关量开入、模拟量输入、告警信息、状态信息、保护动作信息、出口信息、录波信息等；

(3)站端信息采集模块通过其他已有客户端获取变电站继电保护设备信息时，通过TCP/IP连接按照设定的周期读取已有客户端特定文件夹目录存储的变电站继电保护设备信息数据文件，并解析出应用数据，将数据通过输入接口输入至数字孪生模型。

数字孪生模型应具备解析标准COMTRADE格式波形文件功能，将波形文件中的模拟量、数字量数据进行提取，并通过输入接口输入至数字孪生模型，完成基于输入数据的逻辑运算，根据是否启动和动作的情况自主生成新的录波文件，该录波文件可以通过输出接口输出为标准COMTRADE格式波形文件，并且支持对录波通道进行配置。

数字孪生模型与主站进行通讯交互的具体过程如下：

(1)在线监测主站通过电力数据网从变电站内的在线监测子站处获取变电站继电保护设备信息，包括：定值、压板、开关量开入、模拟量输入、告警信息、状态信息、保护动作信息、出口信息、录波信息等；

(2)数字孪生模型部署在地区电网主站，与在线监测主站建立TCP/IP连接；

(3)在线监测主站定期将获取的变电站继电保护设备信息数据进行分类打包，以文件形式存储在特定文件夹目录，继电保护信息数据包括：保护定值、保护压板状态、保护开入状态、保护模拟量输入状态、保护自检告警信息状态、保护状态监视信息、保护历史运行信息数据；

(4)数字孪生模型通过TCP/IP连接按照设定的周期读取在线监测主站特定文件夹目录存储的变电站继电保护设备信息数据文件，并解析出应用数据，将数据通过输入接口输入至数字孪生模型。

本发明实施例提供的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法包括：获取变电站继电保护设备的待测试参数；获取电网运行工况；使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。本发明通过待测试参数配置继电保护设备的数字孪生模型进行仿真，基于仿真结果判断待测试参数是否正常，可以避免直接对继电保护设备进行调试时出现错误导致严重后果。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图2示出了本发明实施例提供的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图2所示，基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置2包括：

第一获取模块21，用于获取变电站继电保护设备的待测试参数；

第二获取模块22，用于获取电网运行工况；

仿真模块23，用于使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；

比较模块24，用于比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。

在一些实施例中，仿真结果包括数字孪生模型的检测工况；预设结果包括电网运行工况；

比较模块24具体用于：

若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况一致，则判定待测试参数正常；

若数字孪生模型的检测工况与电网运行工况不一致，则判定待测试参数不正常。

在一些实施例中，电网运行工况为电网发生故障时的运行数据；仿真结果包括数字孪生模型的保护动作；预设结果包括电网运行工况中故障类型对应的保护动作；

比较模块24具体用于：

若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作一致，则判定待测试参数正常；

若数字孪生模型的保护动作与电网运行工况中故障类型对应的保护动作不一致，则判定待测试参数不正常。

在一些实施例中，第二获取模块22具体用于：

获取变电站继电保护设备所在电网的运行工况作为电网运行工况。

在一些实施例中，第二获取模块22具体用于：

将预设故障施加于电网数字孪生模型，将电网数字孪生模型在预设故障发生时间段内的运行工况作为电网运行工况。

在一些实施例中，仿真模块23还用于：

在使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，建立变电站继电保护设备的数字孪生模型；

实时获取变电站继电保护设备的已配置参数，并基于已配置参数修正数字孪生模型。

在一些实施例中，基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置2还包括：

健康状态确定模块，用于在使用所述待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，基于变电站继电保护设备的历史自检信息数据、历史检修记录、当前运行工况和历史健康状态确定变电站继电保护设备的当前健康状态；

模型调整模块，用于基于变电站继电保护设备的当前健康状态调整数字孪生模型；

仿真模块23还用于：

使用待测试参数配置调整后的数字孪生模型。

本发明实施例提供的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置包括：第一获取模块，用于获取变电站继电保护设备的待测试参数；第二获取模块，用于获取电网运行工况；仿真模块，用于使用待测试参数配置变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有待测试参数的数字孪生模型运行于电网运行工况下，得到待测试参数在电网运行工况下的仿真结果；比较模块，用于比较仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断待测试参数是否正常。本发明通过待测试参数配置继电保护设备的数字孪生模型进行仿真，基于仿真结果判断待测试参数是否正常，可以避免直接对继电保护设备进行调试时出现错误导致严重后果。

图3是本发明实施例提供的终端的示意图。如图3所示，该实施例的终端3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法实施例中的步骤。或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述终端3中的执行过程。

所述终端3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端3可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端3的示例，并不构成对终端3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述终端3的内部存储单元，例如终端3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端3的外部存储设备，例如所述终端3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述终端3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，包括：

获取变电站继电保护设备的待测试参数；

获取电网运行工况；

使用所述待测试参数配置所述变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有所述待测试参数的数字孪生模型运行于所述电网运行工况下，得到所述待测试参数在所述电网运行工况下的仿真结果；

比较所述仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断所述待测试参数是否正常。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，所述仿真结果包括所述数字孪生模型的检测工况；所述预设结果包括所述电网运行工况；

所述比较所述仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断所述待测试参数是否正常，包括：

若所述数字孪生模型的检测工况与所述电网运行工况一致，则判定所述待测试参数正常；

若所述数字孪生模型的检测工况与所述电网运行工况不一致，则判定所述待测试参数不正常。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，所述电网运行工况为电网发生故障时的运行数据；所述仿真结果包括所述数字孪生模型的保护动作；所述预设结果包括所述电网运行工况中故障类型对应的保护动作；

所述比较所述仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断所述待测试参数是否正常，包括：

若所述数字孪生模型的保护动作与所述电网运行工况中故障类型对应的保护动作一致，则判定所述待测试参数正常；

若所述数字孪生模型的保护动作与所述电网运行工况中故障类型对应的保护动作不一致，则判定所述待测试参数不正常。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，所述获取电网运行工况，包括：

获取所述变电站继电保护设备所在电网的运行工况作为所述电网运行工况。

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，所述获取电网运行工况，包括：

将预设故障施加于电网数字孪生模型，将所述电网数字孪生模型在所述预设故障发生时间段内的运行工况作为电网运行工况。

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，在使用所述待测试参数配置所述变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，所述方法还包括：

建立所述变电站继电保护设备的数字孪生模型；

实时获取所述变电站继电保护设备的已配置参数，并基于所述已配置参数修正所述数字孪生模型。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法，其特征在于，在所述使用所述待测试参数配置所述变电站继电保护设备的数字孪生模型之前，所述方法还包括：

基于所述变电站继电保护设备的历史自检信息数据、历史检修记录、当前运行工况和历史健康状态确定所述变电站继电保护设备的当前健康状态；

基于所述变电站继电保护设备的当前健康状态调整所述数字孪生模型；

所述使用所述待测试参数配置所述变电站继电保护设备的数字孪生模型，包括：

使用所述待测试参数配置调整后的数字孪生模型。

8.一种基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取变电站继电保护设备的待测试参数；

第二获取模块，用于获取电网运行工况；

仿真模块，用于使用所述待测试参数配置所述变电站继电保护设备的数字孪生模型，并使配置有所述待测试参数的数字孪生模型运行于所述电网运行工况下，得到所述待测试参数在所述电网运行工况下的仿真结果；

比较模块，用于比较所述仿真结果与预设结果，并基于比较结果判断所述待测试参数是否正常。

9.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述的基于数字孪生的变电站继电保护设备参数测试方法的步骤。

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