CN115473334A - 一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法。从实际工况的数字孪生电网入手，自动找出与检修设备出口信号相连的其它设备，并自动完成对这些相关其它设备的校核，同时在数字孪生电网的可视化界面上直观展现出来。本发明通过全模式仿真法，对需要检修的保护装置的所有出口信号，找出其所有接收此信号的保护装置，将这些保护装置的入口信号收集成一个集合，在数字孪生电网中发这集合元素的任意组合信号，并在可视化界面中检查否会出现死锁。

Description

一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法
技术领域
本发明属于电力运检技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法。
背景技术
在智能变电站中，模拟量采样的交流回路采用采样值(SV)报文通信，保护跳闸、开入开出量等信息采用面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文通信。虚端子的对应关系替代了传统二次设备间电缆的连通，通过改变软压板的开关状态实现了二次设备间连接的开通与关断。因此，二次安全措施操作(简称安措操作)就转变为检修硬压板、软压板的操作组合，存在压板数量多、隐含不直观、无“明显电气断开点”等特点，所以并不直观。
智能变电站的安措操作校核主要包括安措隔离校核和安措票执行校核。其中安措隔离校核用以确保运行设备与检修设备之间的有效隔离，如果不能保证对检修设备和运行设备之间进行有效的隔离，将威胁检修人员的人身安全；安措票执行校核指在安措票执行过程中，需要依次对安措票中的每一步安措操作进行校核，校核的目标是确保每一步安措操作的安全性，及时发现可能导致的保护误闭锁或误动作等，很多停电事故的原因均是安措操作过程中的不当操作导致误动或误闭锁，此类错误造成了大量的经济损失。
电力科技工作者提出了许多智能变电站二次安措的校核技术，如从完整配置的变电站配置描述SCD(Substation Confi-guration Description)文件模型出发实现智能变电站的防误闭锁、智能安措票以及智能告警等高度智能化的应用；从智能变电站二次安措防误的角度，提出基于安措隔离原则的安措票自动校验技术，以期减少二次设备操作人员负担，减少失误。还有人员从软压板在智能变电站中的应用出发，提出软压板防误操作的基本原则和具体策略，其以逻辑表达式的形式对软压板防误逻辑进行形式化，并给出了其自动生成方法，以及在监控后台的实现方案，但当应用于全站建模时，其表达式复杂度以几何级数增加，难以应用于实际的智能变电站二次安措校核。
现有的智能变电站二次安措校核技术都是保护逻辑出发，以逻辑表达式的形式对软压板防误逻辑进行形式化并生成联通矩阵，在进行二次安措校核时，对安措操作步骤集合中的每步操作进行矩阵联通性检查，并根据该操作对此联通矩阵做修正。显然，当应用于全站建模时，其表达式复杂度会以几何级数增加，从而带来了巨大的工作量；另一方面因无“明显电气断开点”等特点，所以并不直观，难以在运行工况图上直观地展示出校核的效果。
鉴于当前智能变电站还是缺少有效的二次安措校核手段，难以保证检修的各项操作不会对电力系统造成不利影响，必须提出一种有效的智能变电站安措校核方法。在国家电网公司已实现了调控一体化的大背景下，北京科东公司在智能调度平台的基础上开发了用于调控一体化培训的数字孪生电网系统，将调控仿真、设备仿真和信号仿真三者有机结合成一体化的全范围、全过程、全场景的设备监控可视化仿真培训系统，并能选取智能变电站中的典型信号，从信号解析、发信原因、隐患分析、处置措施等角度，建立信号仿真模型；实现对现场设备的状态、保护及测控装置动作过程、信号二次回路、信号上传链路的仿真培训。当数字孪生电网实时地从某调度区域的运行数据断面开始仿真时，还能构建出此调度区域的数字孪生电网。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，包括如下步骤：
步骤1、从操作票中获取待检修的保护装置的所有出口信号；
步骤2、根据所有出口信号，获取所有需校核的保护装置；
步骤3、将所有需校核的保护装置的入口信号收集成校核信号集并确定测试值，所述校核信号集包含N个信号；
步骤4、基于本区域的数字孪生电网，采用校核信号集对所有需校核的保护装置校核，若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，相应的操作票有问题，退出整个校核过程；否则校核成功。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明从实际工况的数字孪生电网入手，自动找出与检修设备出口信号相连的其它设备，并自动完成对这些相关其它设备的校核，同时在数字孪生电网的可视化界面上直观展现出来。这种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，具有以下优点：
1、只关心校核时刻的数字孪生电网中与检修设备出口信号相连的其它设备，减少了建立全站防误逻辑表达式的复杂度；
2、按开关量状态及整定值来选取两个与检修设备关联的保护装置开入电气量的测量值；
3、利用数字孪生电网来计算保护装置开入电气量小于其整定值的测量值；
4、采用组合方式，从校核时刻的数字孪生电网中自动进行后续各种工况信号的模拟，做到了对检修设备的全工况校核；
故本发明通过全模式仿真法，对需要检修的保护装置的所有出口信号，找出其所有接收此信号的保护装置，将这些保护装置的入口信号收集成一个集合，在数字孪生电网中发这集合元素的任意组合信号，并在可视化界面中检查否会出现死锁。
附图说明
图1为二次设备间的数据连通关系图；
图2为二次设备间之间的GOOSE/SV订阅关系；
图3为线路保护设备PCS-931的跳闸逻辑图；
图4为线路保护设备PCS-931的远方跳闸保护逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，包括以下步骤：
步骤1、从操作票中获取待检修的保护装置的所有出口信号；
步骤2、根据所有出口信号，获取所有需校核的保护装置；
步骤3、将所有需校核的保护装置的入口信号收集成校核信号集并确定测试值，所述校核信号集查包含N个信号；
步骤4、基于该区域的数字孪生电网，采用校核信号集对所有需校核的保护装置进行校核，若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，此操作票有问题，退出整个校核过程；否则校核成功。
进一步的，步骤2中，根据所有出口信号，获取所有需校核的保护装置的方法包括：
获取站内二次设备间数据的连通关系；
根据站内二次设备间数据的连通关系获取建立需校核的二次保护设备集。
进一步的，所述站内二次设备间数据的连通关系包括GOOSE/SV接收订阅关系、设备的输出和输入软压板开断关系和物理连接关系；
获取站内二次设备间数据的连通关系，包括获取SCD文件、ICD文件和SPCD文件。
进一步的，根据站内二次设备间数据的连通关系获取建立需校核的二次保护设备集的方法包括：
通过SCD文件、SPCD文件、ICD文件以及装置说明书，可以获得装置之间的逻辑连接(即虚回路)和物理连接(即光缆)关系；
当操作票开出待校核时，可将票中每步所涉及到的二次保护设备加入需校核的二次保护设备集中；
依次检查需校核的二次保护设备集各元素，从其保护逻辑的最右边获得开出信号，并加入需校核的二次保护开出信号集中。
进一步的，通过SCD文件、SPCD文件、ICD文件以及装置说明书，可以获得装置之间的逻辑连接(即虚回路)和物理连接(即光缆)关系，包括：
(1)根据SCD文件中元素IED下的ExtRef标签下的iedName、ldInst、lnClass和doName等属性可以解析出输出虚端子的路径；再根据ExRef标签下的intAddr属性解析出该IED的输入虚端子路径，则可以构建二次虚回路连接关系，由此可以实现智能变电站中所有二次虚回路的拓扑结构建模。
(2)通过各个ICD文件与该型号IED的装置说明书，建立起各类型IED的软压板配置路径与二次虚回路的映射关系库。
(3)通过在SCD文件中检索逻辑虚回路，在SPCD文件中检索物理连接回路，可以获取逻辑回路与物理回路的映射关系。
进一步的，将所有需校核的保护装置的信号的保护装置的入口信号收集成校核信号集合，包括：
依次对需校核的二次保护设备集各元素做GOOSE/SV的通信关联，将订阅每个保护元素所发出的SV报文的其它保护装置加入关联二次保护设备集中；
依次对关联二次校核保护设备集各保护元素，从其保护逻辑的最左边开入获得其设备的信息，将这些信息加入校核信号集合中。
对校核信号集合中的元素取值可分为两类，一类是开关量类，如上面的“A相有流”、“选 A相”、“B相有流”、“选B相”、“C相有流”、“选C相”等信号，其测试值选0或1，表示有和没有两种状态；另一类是电气量类，需要将其转化为0或1的开关量类。
进一步的，确定测试的方法包括构建一个孪生的数字电网，通过电网计算来选出的电气量测试值，包括：
从全国电网的数据库中获取本区域电网的数据来构建数字孪生电网，包括网络拓扑和参数等静态数据，以及开票时刻本地电网运行的断面数据；
数字孪生电网的模型包含了区域的所有一次电力设备，同时还包含了所在区域变电站中的各种二次继电保护装置模型，这些设备与实际物理电网中对应变电站内的二次保护设备是同型号的；另外还有CT/PT二次侧电流、电压等电气量。
数字孪生电网的采用稳态潮流计算模型，对于n节点具备4n个独立电气参量(Pi，Qi，Ui，θi，i＝1，2，…，n)的网络，潮流计算先根据电网的拓扑结构和参数求出导纳矩阵Y；然后依据节点的属性将其预先划分为PV和PQ两类节点，其中PV节点即是电压节点，此时P、U已知， Q为待求量(设有m个)；而PQ节点即是负荷节点，此时P和Q已知，U和θ为未知量(设有l个)。导纳矩阵Y的元素由电导和电纳的极坐标表示，即Yij＝Gij+jBij，其中G是电导，表示某一种导体传输电流能力强弱程度；B是电纳，被定义为电抗的倒数。
通过牛顿-拉夫逊法计算方法求解出n个系统状态变量，对于PQ节点有下列l组方程：
Figure RE-GDA0003937275170000051
其中(i＝1,2,...,l)。对于PV节点有下列m组方程：
Figure RE-GDA0003937275170000052
其中(i＝1,2,...,m)。基于公式(1)和(2)，生成对应的雅克比矩阵如公式(3)所示：
Figure RE-GDA0003937275170000053
其中δij表示i等于j时取值为1，i不等于j时取值为0。采用牛顿-拉夫逊法求解出节点有功功率P和无功功率Q，如公式(4)所示。
Figure RE-GDA0003937275170000061
数字孪生电网以开票时本地电网运行的断面数据为初始值开始运行，进入循环的仿真计算中，在每次计算时按测量值的百分比来主播向整定值逼近。比如为了获得“AB相间电流变化量”的测量值，设整定值是10安培，当前运行断面A和B相电流各为50安，则A相按1％增加，B相按1％减少，同时计算由此引发的该线路母线上P和Q的变化值，代入公式4计算出母线上的新潮流，以此做为断面数据，重复上述过程。
若当AB相间电流变化量大于10安培时，则找到了一组满足将“AB相间电流变化量”的测量值转化为开关量1的A相及B相测量值。若没找到，则再将孪生数据电网以开票时本地电网运行的断面数据为初始值开始运行，进入循环的仿真计算中，这时A相按1％减少， B相按1％增加，重复上面的步骤。
进一步的，采用校核信号集对所有需校核的保护装置进行校核的方法包括：
计算校核信号集合个数N；
对集合内的N个信号依次取
Figure RE-GDA0003937275170000062
个，
Figure RE-GDA0003937275170000063
个，
Figure RE-GDA0003937275170000064
个，。。。，
Figure RE-GDA0003937275170000065
个来发送，检验孪生数字孪生电网中是否会出现死锁；
若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，此操作票有问题，退出整个校核过程；否则校核成功。
对集合内的N个信号依次取
Figure RE-GDA0003937275170000066
个，
Figure RE-GDA0003937275170000067
个，
Figure RE-GDA0003937275170000068
个，。。。，
Figure RE-GDA0003937275170000069
个来发送，检验孪生数字孪生电网中是否会出现死锁的方法，包括：
步骤A、开票时本地电网运行的断面数据为初值，选组合次数i为1；
步骤B、从校核信号集取
Figure RE-GDA00039372751700000610
生成新的集合P，其个数为j个，且P中每个元素是一个含i个信号的子集；
步骤C、对新的集合P的j个子集做测试：
步骤D、取一子集m，以“开票时本地电网运行的断面数据为初值”启动数字孪生电网，在仿真步长内一次性地将m内的信号值赋值给数字孪生电网，通过可视化界面看是否发生闭锁；
步骤E、若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，此操作票有问题，退出整个校核过程；否则进行C的循环，直至j次为止。
步骤F、增加i值，若小于N/2，则重复步骤B，否则二次安全措施操作的校核成功，此操作票没有问题。
以下为本发明具体实施实例。
实施例一：
本实施例的技术方案的思路是对需要检修的保护装置的所有出口信号，找出其所有接收此信号的保护装置，将这些保护装置的入口信号收集成一个集合，对这集合查包含N个信号。则对这N个信号依次取
Figure RE-GDA0003937275170000071
个，
Figure RE-GDA0003937275170000072
个，
Figure RE-GDA0003937275170000073
个，。。。，
Figure RE-GDA0003937275170000074
个来发送，看孪生数字孪生电网中是否会出现死锁。为此需要在实现的初始阶段先建立智能变电站的二次设备间数据连通关系。
1、建立受检修装置影响的信号集合
1.1、建立站内二次设备间数据的连通关系
根据智能变电站SCD文件、IED能力描述(ICD)文件结合装置说明书以及DL
/T1777—2017《智能变电站二次设备屏柜光纤回路技术规范》的光纤物理回路描述(SPCD) 文件建立安措校核的静态拓扑模型，其中SPCD文件主要规定了智能变电站二次回路中光纤回路及站控层双绞线回路描述文件、回路编码及标识信息的技术要求。
二次设备间的数据连通关系可以由图1来表示，图中aij表示设备i输出到设备j的数据传送状态；aji表示设备j输出到设备i的数据传送状态。
上述2个通道所建立起的2个设备间的连通状态由以下3个关系决定：
(1)GOOSE/SV接收订阅关系
智能变电站中的通信均采用GOOSE/SV报文的形式；
GOOSE：Generic Object-Oriented Substation Event，是一种面向通用对象的变电站事件。主要用于实现在多个智能电子设备(IED)之间的信息传递，包括传输跳合闸、联闭锁等多种信号(命令)，具有高传输成功概率。
SV(Sampled Value)即采样值，它基于发布/订阅机制，交换采样数据集中的采样值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC 8802-3帧之间的映射。
如果设备j不订阅来自设备i的GOOSE/SV报文，则认为aij一定为0，上述GOOSE/SV订阅关系即为智能变电站的二次虚回路体系，其拓扑结构由SCD文件给出，如图2所示：
(2)设备的输出和输入软压板开断关系
在二次虚回路中设置有软压板，在GOOSE/SV报文通信的基础上，提供软件实现的通信通道开关。所以如果控制aij对应虚回路的软压板没有投入，仍认为aij＝0，设备的软压板设置与其二次虚回路的端口在SCD文件中均有描述信息，但是其相互之间的对应关系无法从SCD文件中得到，可以通过装置的ICD文件结合厂家提供的装置说明书得到。
(3)物理连接关系
SCD文件提供的二次虚回路配置是逻辑意义上的，在智能变电站中实现二次设备间的连通，必须以物理的光纤连接为基础，即二次虚回路的存续依赖于光纤连接通道的存续。所以如果不存在物理连接关系(或存在连接但发生故障)，则aij＝0。
1.2、建立需校核的二次保护设备集
上述3种决定连通状态的关系分别对应3种智能变电站的静态描述文件，即SCD文件、 ICD文件和SPCD文件，利用这3种文件，按以下三步即可对智能变电站中各二次设备间的连通状态进行静态拓扑建模：
(1)根据SCD文件中元素IED下的ExtRef标签下的iedName、ldInst、lnClass和doName等属性可以解析出输出虚端子的路径；再根据ExRef标签下的intAddr属性解析出该IED的输入虚端子路径，则可以构建二次虚回路连接关系，由此可以实现智能变电站中所有二次虚回路的拓扑结构建模。
(2)由于SCD文件是ICD文件的实例化应用，因此，SCD文件中指定IED的软压板配置路径和二次虚回路的对应关系与该型号IED的ICD文件相同。ICD文件中的软压板配置路径和二次虚回路的对应关系由该型号IED的装置说明书中定义。由此，通过各个ICD文件与该型号IED的装置说明书，可以建立起各类型IED的软压板配置路径与二次虚回路的映射关系库。
(3)SCD文件中Communication标签下描述了各IED的物理光纤链路配置情况，包括端口号以及光缆名称，通过在SPCD文件中索引上述端口号以及光缆名称，可以获取具体的智能变电站物理连接回路信息。由此，通过在SCD文件中检索逻辑虚回路，在SPCD文件中检索物理连接回路，可以获取逻辑回路与物理回路的映射关系。
故通过SCD文件、SPCD文件、ICD文件以及装置说明书，可以获得装置之间的逻辑连接(即虚回路)和物理连接(即光缆)关系，如上图2所示。当操作票开出待校核时，可将票中每步所涉及到的二次保护设备加入需校核的二次保护设备集中。依次检查需校核的二次保护设备集各元素，从其保护逻辑的最右边获得开出信号，并加入需校核的二次保护开出信号集中，如图3所示的“跳A相出口”、“跳B相出口”、“跳C相出口”等信号。
1.3、建立校核信号集合及其测试值
依次对需校核的二次保护设备集各元素做GOOSE/SV的通信关联，将订阅每个保护元素所发出的SV报文的其它保护装置加入关联二次保护设备集中。显然，对于关联二次保护设备集中每个保护元素，其保护逻辑的最左边开入信号至少有一个属于需校核的二次保护开出信号集。将这些属于需校核的二次保护开出信号集的开入信号设为检修态后(保护装置上的检修压板按下)，需要校核保护装置会不会出现闭锁。虽然有些保护装置的保护逻辑考虑到开入信号处于检修态的情况，但现实工程中常使用多厂家的多型号的保护装置，不能确保不会出现闭锁问题。
故依次对关联二次校核保护设备集各保护元素，从其保护逻辑的最左边开入获得其设备的信息，如上图3中的“纵差保护”、“变化量距离”、“距离I、II段”、“零序II段”、“A相有流”、“选A相”、“B相有流”、“选B相”、“C相有流”、“选C相”等，将这些信息加入校核信号集合中。
对校核信号集合中的元素取值可分为两类，一类是开关量类，如上面的“A相有流”、“选 A相”、“B相有流”、“选B相”、“C相有流”、“选C相”等信号，其测试值选0或1，表示有和没有两种状态；另一类是电气量类，需要将其转化为0或1的开关量类，如图4所示中的“AB相间电流变化量”、“C相间电流变化量”和“CA相间电流变化量”等。为此先获得其保护的装置所设该电气量的整定值，来选择一个大于该整定值的测试量，使其等逻辑为1；再选择一个小于该整定值的测试量，使其等逻辑为0。因电气量测试值的选定有可能使电网计算处于不收敛的状态，也即表示会使电力系统处于崩塌的状态，显然需要通过电网计算来选出的电气量测试值，这需要构建一个孪生的数字电网。
1.4、依据数字孪生电网选定电气测量值
可从全国电网的数据库中获取本区域电网的数据来构建数字孪生电网，包括网络拓扑和参数等静态数据，以及开票时刻本地电网运行的断面数据(可有这份数据来计算各电气测量值，做为大于整定值的取值，从而可使该电气测量值转化为开关量的0值；下面需要求小于整定值的电气测量值，以使其转化为开关量的1值)。数字孪生电网的模型包含了区域的所有一次电力设备，如线路类、变压器类、发电机类、开关类和负荷等模型。同时还包含了所在区域变电站中的各种二次继电保护装置模型，即线路保护、主变保护、母线保护、电容器保护、电抗器保护及站用变保护等真实设备等，这些设备与实际物理电网中对应变电站内的二次保护设备是同型号的；另外还有CT/PT二次侧电流、电压等电气量。
数字孪生电网的采用稳态潮流计算模型，对于n节点具备4n个独立电气参量(Pi，Qi，Ui，θi，i＝1，2，…，n)的网络，潮流计算先根据电网的拓扑结构和参数求出导纳矩阵Y；然后依据节点的属性将其预先划分为PV和PQ两类节点，其中PV节点即是电压节点，此时P、U已知， Q为待求量(设有m个)；而PQ节点即是负荷节点，此时P和Q已知，U和θ为未知量(设有l个)。导纳矩阵Y的元素由电导和电纳的极坐标表示，即Yij＝Gij+jBij，其中G是电导，表示某一种导体传输电流能力强弱程度；B是电纳，被定义为电抗的倒数。
通过牛顿-拉夫逊法计算方法求解出n个系统状态变量，对于PQ节点有下列l组方程：
Figure RE-GDA0003937275170000101
其中(i＝1,2,...,l)。对于PV节点有下列m组方程：
Figure RE-GDA0003937275170000102
其中(i＝1,2,...,m)。基于公式(1)和(2)，生成对应的雅克比矩阵如公式(3)所示：
Figure RE-GDA0003937275170000103
其中δij表示i等于j时取值为1，i不等于j时取值为0。采用牛顿-拉夫逊法求解出节点有功功率P和无功功率Q，如公式(4)所示。
Figure RE-GDA0003937275170000111
孪生数据电网以开票时本地电网运行的断面数据为初始值开始运行，进入循环的仿真计算中，在每次计算时按测量值的百分比来主播向整定值逼近。比如为了获得“AB相间电流变化量”的测量值，设整定值是10安培，当前运行断面A和B相电流各为50安，则A 相按1％增加，B相按1％减少，同时计算由此引发的该线路母线上P和Q的变化值，代入公式4计算出母线上的新潮流，以此做为断面数据，重复上述过程。
若当AB相间电流变化量大于10安培时，则找到了一组满足将“AB相间电流变化量”的测量值转化为开关量1的A相及B相测量值。若没找到，则再将孪生数据电网以开票时本地电网运行的断面数据为初始值开始运行，进入循环的仿真计算中，这时A相按1％减少， B相按1％增加，重复上面的步骤。
2、校核信号集在数字孪生电网中的校核
开始对智能变电站二次安措校核时，将孪生数据电网以开票时本地电网运行的断面数据为初始值开始运行，进入循环的仿真计算。
在仿真中，对校核信号集采用组合选取的方式来改变计算参数(包括二次保护设备的状态量等)，假设校核信号集有N个信号，则对这N个信号依次取
Figure RE-GDA0003937275170000112
个，
Figure RE-GDA0003937275170000113
个，
Figure RE-GDA0003937275170000114
个，。。。，
Figure RE-GDA0003937275170000115
个来发送，看数字孪生电网中是否会出现死锁。
具体校核流程：
1.计算需校核的二次保护设备集；
2.计算需校核的二次保护开出信号集；
3.计算关联二次校核保护设备集；
4.计算校核信号集合；
5.计算校核信号集合的测量值；
6.计算校核信号集合个数N；
7.开票时本地电网运行的断面数据为初值，选组合次数i为1；
7.1从校核信号集取
Figure RE-GDA0003937275170000121
生成新的集合P，其个数为j个，且P中每个元素是一个含i个信号的子集；
7.1.1对新的集合P的j个子集做测试：
7.1.2取一子集m，以“开票时本地电网运行的断面数据为初值”启动数字孪生电网，在仿真步长内一次性地将m内的信号值赋值给数字孪生电网，通过可视化界面看是否发生闭锁；
7.1.3若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，此操作票有问题，退出整个校核过程；否则进行7.1.2的循环，直至j次为止。
8.增加i值，若小于N/2，则重复7.1，否则二次安全措施操作的校核成功，此操作票没有问题。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质 (包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、从操作票中获取待检修的保护装置的所有出口信号；
步骤2、根据所有出口信号，获取所有需校核的保护装置；
步骤3、将所有需校核的保护装置的入口信号收集成校核信号集并确定测试值，所述校核信号集包含N个信号；
步骤4、基于本区域的数字孪生电网，采用校核信号集对所有需校核的保护装置校核，若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，相应的操作票有问题，退出整个校核过程；否则校核成功。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，步骤2中，根据所有出口信号，获取所有需校核的保护装置的方式为：
获取站内二次设备间数据的连通关系；
根据站内二次设备间数据的连通关系获取并建立需校核的二次保护设备集。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，所述站内二次设备间数据的连通关系包括GOOSE/SV接收订阅关系、设备的输出和输入软压板开断关系和物理连接关系；
获取站内二次设备间数据的连通关系，包括获取SCD文件、ICD文件和SPCD文件。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，根据站内二次设备间数据的连通关系获取建立需校核的二次保护设备集的方式为：
通过SCD文件、ICD文件、SPCD文件以及二次保护设备说明书，获得二次保护设备之间的逻辑连接即虚回路和物理连接即光缆的关系；
当操作票开出待校核时，将操作票中每步所涉及到的二次保护设备加入需校核的二次保护设备集中；
依次检查需校核的二次保护设备集各元素，从其保护逻辑的最右边获得开出信号，并加入需校核的二次保护开出信号集中。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，通过SCD文件、ICD文件、SPCD文件以及二次保护设备说明书，获得二次保护设备之间的逻辑连接即虚回路和物理连接即光缆的关系的方式为：
1)根据SCD文件中元素IED下的ExtRef标签下包括iedName、ldInst、lnClass和doName的属性解析出输出虚端子的路径；再根据ExRef标签下的intAddr属性解析出元素IED的输入虚端子路径，构建二次虚回路连接关系，由此实现智能变电站中所有二次虚回路的拓扑结构建模；
2)通过各个ICD文件与相应型号IED的二次保护设备说明书，建立起各类型IED的软压板配置路径与二次虚回路的映射关系库；
3)通过在SCD文件中检索逻辑虚回路，在SPCD文件中检索物理连接回路，获取逻辑回路与物理回路的映射关系。
6.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，将所有需校核的保护装置的入口信号收集成校核信号集的方式为：
依次对需校核的二次保护设备集各元素做GOOSE/SV的通信关联，将订阅每个保护元素所发出的SV报文的其它保护装置加入关联二次保护设备集中；
依次对关联二次校核保护设备集各保护元素，从其保护逻辑的最左边开入获得其设备的信息，将这些信息加入校核信号集中；
对校核信号集中的元素取值分为两类，一类是开关量类，其测试值选0或1，表示有和没有两种状态；另一类是电气量类，需要将其转化为0或1的开关量类。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，步骤4中，数字孪生电网的构建，以及通过数字孪生电网计算来选出的电气量测试值的方式为：
从全国电网的数据库中获取本区域电网的数据来构建数字孪生电网，包括网络拓扑和参数的静态数据，以及操作票开票时刻本区域电网运行的断面数据；
数字孪生电网的模型包含本区域的所有一次电力设备，同时还包含本区域变电站中的各种二次保护设备模型，这些设备与实际物理电网中对应变电站内的二次保护设备是同型号的；
数字孪生电网采用稳态潮流计算模型，对于n节点且具备4n个独立电气参量(Pi，Qi，Ui，θi，i＝1，2，…，n)的网络，潮流计算先根据电网的拓扑结构和参数求出导纳矩阵Y；然后依据节点的属性将节点预先划分为PV和PQ两类节点，其中PV节点即是电压节点，此时P、U已知，Q为待求量，设有m个；而PQ节点即是负荷节点，此时P和Q已知，U和θ为未知量，设有l个；导纳矩阵Y的元素由电导和电纳的极坐标表示，即Yij＝Gij+jBij，其中G是电导，表示某一种导体传输电流能力强弱程度；B是电纳，被定义为电抗的倒数；
通过牛顿-拉夫逊法计算方法求解出n个系统状态变量，对于PQ节点有下列l组方程：
Figure FDA0003827898190000031
其中，i＝1,2,...,l；对于PV节点有下列m组方程：
Figure FDA0003827898190000032
其中，i＝1,2,...,m；
基于公式(1)和(2)，生成对应的雅克比矩阵如公式(3)所示：
Figure FDA0003827898190000033
其中δij表示1或0，i等于j时取值为1，i不等于j时取值为0；
采用牛顿-拉夫逊法求解出节点有功功率P和无功功率Q，如公式(4)所示：
Figure FDA0003827898190000034
数字孪生电网以开票时本区域电网运行的断面数据为初始值开始运行，进入循环的仿真计算中，在每次计算时按测量值的百分比来向整定值逼近。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，步骤4中，采用校核信号集对所有需校核的保护装置校核的方式为：
计算校核信号集合个数N；
对集合内的N个信号依次取
Figure FDA0003827898190000041
个，
Figure FDA0003827898190000042
个，
Figure FDA0003827898190000043
个，。。。，
Figure FDA0003827898190000044
个来发送，检验孪生数字孪生电网中是否会出现死锁；
若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，相应的操作票有问题，退出整个校核过程；否则校核成功。
9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的智能变电站二次安措校核方法，其特征在于，对集合内的N个信号依次取
Figure FDA0003827898190000045
个，
Figure FDA0003827898190000046
个，
Figure FDA0003827898190000047
个，。。。，
Figure FDA0003827898190000048
个来发送，检验孪生数字孪生电网中是否会出现死锁的方式为：
步骤A、操作票开票时本区域电网运行的断面数据为初值，选组合次数i为1；
步骤B、从校核信号集取
Figure FDA0003827898190000049
生成新的集合P，其个数为j个，且P中每个元素是一个含i个信号的子集；
步骤C、对新的集合P的j个子集做测试：
步骤D、取一子集m，以“开票时本地电网运行的断面数据为初值”启动数字孪生电网，在仿真步长内一次性地将m内的信号值赋值给数字孪生电网，通过可视化界面看是否发生闭锁；
步骤E、若检查到闭锁，则二次安全措施操作的校核失败，相应的操作票有问题，退出整个校核过程；否则进行C的循环，直至j次为止；
步骤F、增加i值，若小于N/2，则重复步骤B，否则二次安全措施操作的校核成功，相应的操作票没有问题。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116451505A (zh) * 2023-06-06 2023-07-18 中国电力科学研究院有限公司 一种配电网线路参数校核方法、系统、设备及介质
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