《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》是國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇省電力公司電力科學研究院和武漢中元華電科技股份有限公司於2013年4月23日申請的專利，該專利的申請號為2013101422186，公布號為CN103245855A，授權公布日為2013年8月14日，發明人是高磊、陸偉、陳久林、張鵬、袁宇波、卜強生、宋亮亮、張佳敏、李鵬，該發明涉及一種基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統，屬於智慧型電力系統技術領域。
《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》通過一台仿真主機控制多台數字式繼電保護測試裝置的模式實現全站仿真系統，提供測試環境，並且對智慧型設備完成閉環測試，通過仿真主機連線多台數字式繼電保護測試裝置的模式，可以實現任意規模的變電站智慧型設備的測試，當被測設備增加，已有仿真系統無法滿足測試規模時，通過增加級聯的繼電保護測試裝置便可以滿足更大規模的智慧型設備的測試，同時可以實現多台智慧型設備的測試，具有良好的套用前景。
2015年12月1日，《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》獲得第九屆江蘇省專利項目優秀獎。
（概述圖為《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統
- 公布號：CN103245855A
- 授權日：2013年8月14日
- 申請號：2013101422186
- 申請日：2013年4月23日
- 申請人：國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇省電力公司電力科學研究院、武漢中元華電科技股份有限公司
- 地址：北京市西城區西長安街86號
- 發明人：高磊、陸偉、陳久林、張鵬、袁宇波、卜強生、宋亮亮、張佳敏、李鵬
- 代理機構：南京縱橫智慧財產權代理有限公司
- 代理人：董建林
- 類別：發明專利
- Int.Cl.：G01R31/00（2006.01）
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著智慧型變電站建設的逐步展開，電子式/光學互感器、IEEE1588同步對時、IEC61850-9-2組網/點對點採樣等數位化新技術得到了廣泛套用，通信技術、網路技術發展同時也顛覆了傳統變電站的結構組成。2013年4月前，多數智慧型變電站採用三層設備結構，實現一體化智慧型設備套用、線上監測套用、二次設備的一體化套用及高級功能套用。與常規變電站相比，智慧型變電站實現了不同廠家設備的互操作，解決了二次迴路複雜的問題，解決了控制電纜引起的電磁干擾問題，實現了變電站電氣、二次設備狀態檢修，提高了變電站的安全可靠性，降低壽命周期內工程總體投資。
由於智慧型變電站顛覆了傳統變電站的結構組成、運行方式和維護手段，而常規變電站的測試方法和調試手段雖已十分成熟，但不能很好地解決智慧型變電站新出現的問題。2013年4月前，關於針對智慧型變電站的全數位化繼電保護測試系統的研究未見相關報導，中國國內外科研機構和生產廠家提供的測試裝置往往沒有仿真計算的功能，只能將事先存儲的信號按照一定次序進行回放，有的只能針對單個的二次設備進行簡單的開環測試，不能模擬系統的動態過程以及對多套裝置進行測試，制約了智慧型變電站的發展。
發明內容
專利目的
《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》提供的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試系統，能夠模擬整個智慧型變電站的外部測試環境，仿真不同架構及不同規模的智慧型變電站，實現不同智慧型設備的閉環測試，不僅僅能夠實現對單台智慧型設備的測試，同時可以實現多台智慧型設備的測試，能夠加快智慧型變電站的發展，具有良好的套用前景。
技術方案
一種基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：通過一台仿真主機控制多台數字式繼電保護測試裝置，實現智慧型變電站的仿真測試，包括以下步驟：
步驟（1）仿真主機通過IEEE1588時鐘同步方式控制多台數字式繼電保護測試裝置時鐘同步；
步驟（2）在仿真主機上根據變電站主接線搭建智慧型變電站一次設備模型，並對一次設備模型進行穩態潮流和短路計算，得到智慧型變電站各個節點的電壓電流信號及開關量狀態信號；
步驟（3）每台數字式繼電保護測試裝置與仿真主機同步，並接收仿真主機傳送的電壓電流信號及開關量狀態信號；
步驟（4）每台數字式繼電保護測試裝置將接收到的電壓電流信號以FT3或IEC61850報文格式傳送給被測試繼電保護設備，對於接收到的開關量狀態信號以GOOSE報文格式傳送給被測試繼電保護設備；
步驟（5）每台被測試繼電保護設備將自身的反饋狀態，傳送給對應的數字式繼電保護測試裝置；
步驟（6）數字式繼電保護測試裝置將反饋狀態上傳送給仿真主機；
步驟（7）仿真主機根據反饋狀態，改變智慧型變電站的一次設備模型的參數設定，並計算出新的電壓電流信號及開關量狀態信號，重複步驟（2）形成對被測試繼電保護設備的閉環測試。
前述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：步驟（1）仿真主機通過IEEE1588時鐘同步方式控制多台數字式繼電保護測試裝置時鐘同步的方法為仿真主機在測試過程中，會定期與所有的數字式繼電保護測試裝置交換IEEE1588對時報文，將所有裝置同步到仿真主機的時間系統下。
前述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：步驟（2）根據變電站主接線搭建智慧型變電站一次設備模型的方法如下：
1）通過上位機的人機界面添加繪製的智慧型變電站一次接線圖；
2）設定一次接線圖中各一次設備的參數，包括變壓器、線路、母線和電源；
3）根據智慧型變電站的全站配置檔案設定SV、GOOSE控制塊的參數；
4）將SV、GOOSE控制塊的通道與一次接線圖的一次設備進行關聯，包括電壓、電流互感器，斷路器、隔離開關的位置信號，構建智慧型變電站全站的測試模型傳送給仿真主機。
前述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：步驟（4）所述反饋狀態包括動作信號、聯閉鎖信號和故障信息。
前述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：所述IEC61850報文格式為IEC61850-9-2報文格式。
基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法的測試系統，其特徵在於：包括仿真主機，用於存儲智慧型變電站的一次設備模型，實時更新一次設備模型參數，並計算智慧型變電站各個節點的電壓電流信號及開關量狀態信號；若干台數字式繼電保護測試裝置，用於實現仿真主機和被測試繼電保護設備直接的數據通信；上位機，用於構建智慧型變電站全站的一次設備模型；所述仿真主機與上位機相連線，所述仿真主機通過系統匯流排與若干台數字式繼電保護測試裝置相連線，各數字式繼電保護測試裝置分別連線兩台被測試繼電保護設備。
有益效果
《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試系統，通過一台仿真主機控制多台數字式繼電保護測試裝置的模式實現全站仿真系統，提供測試環境，並且對智慧型設備完成閉環測試，通過仿真主機連線多台數字式繼電保護測試裝置的模式，可以實現任意規模的變電站智慧型設備的測試，當被測設備增加，已有仿真系統無法滿足測試規模時，通過增加級聯的繼電保護測試裝置便可以滿足更大規模的智慧型設備的測試，同時可以實現多台智慧型設備的測試，具有良好的套用前景。
附圖說明
圖1是《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法的流程圖。
圖2是該發明的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試系統的系統框圖。
圖3是該發明的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試系統的擴展圖。
權利要求
1.基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：通過一台仿真主機控制多台數字式繼電保護測試裝置，實現智慧型變電站的仿真測試，包括以下步驟：
步驟（1）仿真主機通過IEEE1588時鐘同步方式控制多台數字式繼電保護測試裝置時鐘同步；
步驟（2）在仿真主機上根據變電站主接線搭建智慧型變電站一次設備模型，並對一次設備模型進行穩態潮流和短路計算，得到智慧型變電站各個節點的電壓電流信號及開關量狀態信號；
步驟（3）每台數字式繼電保護測試裝置與仿真主機同步，並接收仿真主機傳送的電壓電流信號及開關量狀態信號；
步驟（4）每台數字式繼電保護測試裝置將接收到的電壓電流信號以FT3或IEC61850報文格式傳送給被測試繼電保護設備，對於接收到的開關量狀態信號以GOOSE報文格式傳送給被測試繼電保護設備；
步驟（5）每台被測試繼電保護設備將自身的反饋狀態，傳送給對應的數字式繼電保護測試裝置；
步驟（6）數字式繼電保護測試裝置將反饋狀態上傳送給仿真主機；
步驟（7）仿真主機根據反饋狀態，改變智慧型變電站的一次設備模型的參數設定，並計算出新的電壓電流信號及開關量狀態信號，重複步驟（2）形成對被測試繼電保護設備的閉環測試；
所述步驟（1）仿真主機通過IEEE1588時鐘同步方式控制多台數字式繼電保護測試裝置時鐘同步的方法為仿真主機在測試過程中，會定期與所有的數字式繼電保護測試裝置交換IEEE1588對時報文，將所有裝置同步到仿真主機的時間系統下；
所述步驟（2）根據變電站主接線搭建智慧型變電站一次設備模型的方法如下：
1）通過上位機的人機界面添加繪製的智慧型變電站一次接線圖；
2）設定一次接線圖中各一次設備的參數，包括變壓器、線路、母線和電源；
3）根據智慧型變電站的全站配置檔案設定SV、GOOSE控制塊的參數；
4）將SV.GOOSE控制塊的通道與一次接線圖的一次設備進行關聯，包括電壓、電流互感器，斷路器、隔離開關的位置信號，構建智慧型變電站全站的測試模型傳送給仿真主機。
2.根據權利要求1所述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：步驟（4）所述反饋狀態包括動作信號、聯閉鎖信號和故障信息。
3.根據權利要求1所述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，其特徵在於：所述IEC61850報文格式為IEC61850-9-2報文格式。
4.基於權利要求1所述的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法的測試系統，其特徵在於：包括仿真主機，用於存儲智慧型變電站的一次設備模型，實時更新一次設備模型參數，並計算智慧型變電站各個節點的電壓電流信號及開關量狀態信號；若干台數字式繼電保護測試裝置，用於實現仿真主機和被測試繼電保護設備直接的數據通信；上位機，用於構建智慧型變電站全站的一次設備模型；所述仿真主機與上位機相連線，所述仿真主機通過系統匯流排與若干台數字式繼電保護測試裝置相連線，各數字式繼電保護測試裝置分別連線兩台被測試繼電保護設備。
實施方式
《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法，通過一台仿真主機控制多台數字式繼電保護測試裝置的模式實現全站仿真系統，提供測試環境，並且對智慧型設備完成閉環測試，通過仿真主機連線多台數字式繼電保護測試裝置的模式，可以實現任意規模的變電站智慧型設備的測試，當被測繼電保護設備增加，已有仿真系統無法滿足測試規模時，通過增加級聯的繼電保護測試裝置便可以滿足更大規模的智慧型設備的測試，同時可以實現多台智慧型設備的測試，如圖1所示，具體包括以下步驟：
第一步，仿真主機通過IEEE1588時鐘同步方式控制多台數字式繼電保護測試裝置時鐘同步，方法為仿真主機在測試過程中，會定期與所有的數字式繼電保護測試裝置交換IEEE1588對時報文，將所有裝置同步到仿真主機的時間系統下，採用這種方法，可以省去專用的授時系統，簡化測試系統的結構；
第二步，在仿真主機上根據變電站主接線搭建智慧型變電站一次設備模型，並對一次設備模型進行穩態潮流和短路計算，得到智慧型變電站各個節點（智慧型變電站一次設備模型中的母線和一次設備）的電壓電流信號及開關量狀態信號，其中搭建智慧型變電站一次設備模型的過程如下：
1）通過上位機的人機界面添加繪製的智慧型變電站一次接線圖；
2）設定一次接線圖中各一次設備的參數，包括變壓器、線路、母線和電源；
3）根據智慧型變電站的全站配置檔案設定SV、GOOSE控制塊的參數；
4）將SV、GOOSE控制塊的通道與一次接線圖的一次設備進行關聯，包括電壓、電流互感器，斷路器、隔離開關的位置信號，構建智慧型變電站全站的測試模型傳送給仿真主機；
第三步，每台數字式繼電保護測試裝置與仿真主機同步，並接收仿真主機傳送的電壓電流信號及開關量狀態信號；
第四步，每台數字式繼電保護測試裝置將接收到的電壓電流信號以FT3或IEC61850報文格式（為IEC61850-9-2報文格式，適用於組網/點對點採樣）傳送給被測試繼電保護設備，對於接收到的開關量狀態信號以GOOSE報文格式傳送給被測試繼電保護設備；
第五步，每台被測試繼電保護設備將自身的反饋狀態，反饋狀態包括動作信號、聯閉鎖信號和故障信息，將上述數據，傳送給對應的數字式繼電保護測試裝置；
第六步，數字式繼電保護測試裝置將反饋狀態上傳送給仿真主機；
第七步，仿真主機根據反饋狀態，改變智慧型變電站的一次設備模型的參數設定，並計算出新的電壓電流信號及開關量狀態信號，重複第二步形成對被測試繼電保護設備的閉環測試。
如圖2所示，基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法的測試系統，其特徵在於：包括仿真主機，用於存儲智慧型變電站的一次設備模型，實時更新一次設備模型參數，並計算智慧型變電站各個節點的電壓電流信號及開關量狀態信號；若干台數字式繼電保護測試裝置，用於實現仿真主機和被測試繼電保護設備直接的數據通信；上位機，用於構建智慧型變電站全站的一次設備模型；所述仿真主機與上位機相連線，所述仿真主機通過系統匯流排與若干台數字式繼電保護測試裝置相連線，各數字式繼電保護測試裝置分別連線兩台被測試繼電保護設備。
該發明的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試系統的工作過程如下：仿真主機通過系統匯流排與多台數字式繼電保護測試裝置連線，每兩台被測試繼電保護設備（IED）連線到一台數字式繼電保護測試裝置，仿真主機用來對智慧型變電站的一次模型進行仿真計算，通過穩態潮流、短路計算測試過程中各穩定狀態下的電壓、電流、開關位置數據，並接收數字式繼電保護測試裝置的回響，實時修改一次模型的參數；數字式繼電保護測試裝置實現與被測試繼電保護設備（IED）的接口，傳輸實時採樣數據和開關位置信號給被測試繼電保護設備（IED），並接收測試繼電保護設備（IED）的回響並轉換成智慧型變電站一次模型所需要的參數數據，該系統，結構簡單、靈活、可拆分，不同於2013年4月前已有的RTDS仿真系統，其仿真得出的數據即為便於傳輸的數位訊號，而2013年4月前已有的RTDS仿真系統輸出的是模擬量小信號，需要專用設備轉換成數位訊號；可以根據測試需求隨意調整系統規模，既可以用多個數字式繼電保護測試裝置實現全站的測試，也可以用更少的數字式繼電保護測試裝置完成部分間隔測試；單台數字式繼電保護測試裝置也可獨立運行，在同一個仿真測試模型下依次完成變電站內所有繼電保護設備（IED）的單設備測試。
《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》的基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試系統，能夠實現對整個智慧型變電站的所有的繼電保護設備測試，當2013年4月前已有仿真系統需要增加新的被測試繼電保護設備時，通過增加數字式繼電保護測試裝置實現系統擴展，如圖3所示，增加一台被測試繼電保護設備時，只需要在原有仿真平台上增加一台數字式繼電保護測試裝置即可，將此數字式繼電保護測試裝置接入到仿真主機的系統匯流排上，便可以完成仿真系統的擴充，實現對新增設備繼電保護設備的測試。
榮譽表彰
2015年12月1日，《基於數字仿真的智慧型變電站繼電保護測試方法及系統》獲得第九屆江蘇省專利項目優秀獎。
