用于變電站信息接入測試的移動式模擬主站環境構建及應用方法

楊啟京， 孟勇亮， 岑紅星， 季 堃， 翟 毅

(南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 210061 )

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用于變電站信息接入測試的移動式模擬主站環境構建及應用方法

楊啟京， 孟勇亮， 岑紅星， 季 堃， 翟 毅

(南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 210061 )

文中針對現有調度自動化系統接入變電站信號的調試方法和維護手段的存在的不足，提出了一種可移動式電網調度模擬主站環境構建及應用設計方法。該方法采用廠站模型版本管理，量測點表固化，應用驗證等多種手段構建了一種可移動的電網調度模擬主站測試環境。構建的調度主站模擬測試環境，不依賴主站與變電站的通訊狀況，能夠簡化調度自動化主站接入變電站自動化設備的調試流程及步驟，模擬驗證所接入變電站信息的正確性和有效性，為廠站新設備投運檢測提供了技術支撐和手段。

調度自動化系統；模擬主站；廠站模型版本

0 引言

隨著我國電力改革的不斷深入和跨大區互聯電網的快速發展，電網運行體系由傳統調度運行和設備運行分離的模式逐步轉向調度與監控一體化運行模式，并初步形成特高壓交直流混聯電網，呈現大功率遠距離輸電的勢態[1-4]，接入調度自動化系統的信號越來越多，常規調度自動化系統信號調試一般都遵循調度主站先建模、作圖、入庫，然后再與變電站進行通訊、數據聯調等步驟，既耗時又費力，這樣的模式帶來了一些問題。由于調度主站與變電站的網絡通道建設工期延遲或調試工作滯后，導致后期與變電站調試時間倉促；變電站在接入新設備，引入新技術時缺乏與主子站協同應用和驗證的測試環境。

文獻[5]從信號顯示應用層面進行技術性的風險防御，在不影響安全的情況下采用適當措施精簡海量信號、凸顯重要異常信號、增加多手段顯示等方法, 控制變電站信號接入的安全風險。文獻[6] 敘述了利用遠動規約測試及故障分析系統準確診斷并快速處理解決遠動信息的故障與異常問題。針對變電站新設備，新技術接入調度主站，給調度主站系統帶來的安全問題，未見論述。調度主站的傳統解決方法是搭建與調度主站配置類似的測試系統，專門用于測試新接入模型。此外對于測試信號干擾實時系統監控的問題，也有調度主站開發了告警抑制功能，通過人工控制屏蔽調試廠站的信號。但上述方式存在前期投資大，不夠靈活，解決的問題相對固定，缺乏全面有效的解決方案，會給電網穩定運行及管理維護帶來極大安全隱患。

本文中介紹的移動式模擬主站環境(下文中統一稱為電網調度模擬主站)，通過研究智能電網調度控制系統移動式環境搭建方法，廠站模型版本管理，量測點表固化，應用驗證等過程和手段構建了一種可移動的電網調度模擬主站環境。模擬主站與電網調度主站不是完全割裂的，模擬主站是具有獨立運行環境的，但其中用于測試的初始模型來源于調度主站，同時驗證測試后的模擬主站中的模型還將把測試模型導回到調度主站, 用于測試的模型范圍可以為全模型也可以為廠站模型，具體根據模擬主站測試的要求確定，一般情況下因為廠站模型粒度小，定位問題快, 因此模擬主站通常采用的都是廠站模型。電網調度模擬主站可以解決新入網變電站綜自設備接入調度自動化系統的測試問題，在新投運設備接入實時運行系統前在模擬主站環境中對新入網設備進行充分的測試，防止目前變電站綜自系統新設備、新技術直接投運對調度自動化系統帶來的影響，保證新入網設備符合相關技術規定。

1 模擬主站構建測試流程

本文中介紹的電網調度模擬主站系統是一個輕量級的電網調度系統，它的主要硬件就是一臺筆記本電腦，通過在移動筆記機本上安裝虛擬機軟件，并在其上安裝數據庫和智能調度系統的支撐平臺軟件，搭建出一種可移動的電網調度模擬主站環境。模擬主站具備全景廠站模型的管理功能；基于應用的驗證功能；控制點表固化功能。模擬主站架構示意如圖1所示。

圖1 模擬主站架構示意圖Fig.1 Schematic diagram of the main station architecture

基于模擬主站的變電站信息接入調試流程示意如圖2所示。

圖2 基于模擬主站的變電站信息接入調試流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of substation information access debugging based on simulation master station

(1) 首先在主站側對系統進行基本的圖模維護，將廠站全部的圖形與模型進行入庫。

(2) 然后由主站側導出CIM/E格式[7-9]的廠站模型文件、CIM/G格式[10]圖形文件，并將文件打包成版本文件后通過電力安全U盤拷貝至主站模擬測試系統。

(3) 當主站側導出圖模文件以后，就進行首次遙控點表固化操作。

(4) 在主站模擬測試系統中，通過單廠站模型導入工具，將由主站側獲取的模型文件，經過模型文件解析、校驗、比較，形成的增、刪、改模型差異記錄，更新到主站模擬測試系統的模型庫，在模型拼接完成后再進入圖形導入流程，對圖形進行合理性校驗，映射模型庫生成圖模關聯。

(5) 將完成圖模導入的主站模擬測試系統帶到變電站接入變電站總控調試網絡進行傳動實驗。在與站端的調試期間主站模擬測試系統可以根據現場實際情況對模型圖形進行修改。傳動過程中，主站模擬測試系統可直接對現場開關或測控裝置進行控制操作測試。

(6) 現場完成模型、點表、圖形的核對及傳動實驗后，如果模型有變化，則需在主站模擬測試系統中通過單廠站模型導出工具，導出CIM/E模型文件、G格式圖形文件，并打包形成版本文件，通過電力安全U盤拷貝至主站系統，主站系統再通過單廠站模型導入工具，將經過解析校驗、反饋比較的模型差異，形成增、刪、改記錄，并更新到主站系統模型庫，模型拼接完成后進入圖形導入流程，對圖形進行合理性校驗，映射模型庫生成圖模關聯。

(7) 在主站側完成圖模文件導入以后，再進行二次遙控點表固化操作。

(8) 當主站進行遙控操作時，需要對遙控點號進行人工核對和固化點表核對雙重校驗，即只有當設備實際點號與固化點表中的點號完全一致時(一致性判斷方式見下文第2.4節)，才能被允許遙控。

2 關鍵技術

2.1 模擬主站環境構建

本文介紹的電網調度模擬主站的一大特點就是可移動性和便攜性。這個特點主要體現在模擬主站的硬件構成上，模擬主站的硬件選用常見的筆記本電腦，方便自動化運維人員攜帶到變電站端接入數據進行廠站建模和模擬調試。

考慮到自動化運維在站端調試的特殊性，所攜帶的筆記本電腦既需要保證具備Windows操作系統以滿足常規辦公需求，同時需要安裝Linux操作系統用以安裝智能電網調度支持軟件D5000的基礎模塊。因此在構建模擬主站的環境時，采用虛擬機技術[11]以保證在1臺筆記本上能夠運行2種操作系統。

2.2 全景廠站模型版本管理

模擬主站與調度主站模型版本的交互是通過基于CIM/E的全景廠站模型版本[12，13]進行的。廠站模型是一個廠站內所有相關的物理電網模型的集合。它是區域全網模型的子集，全模型是全網所有廠站模型的集合。在模型文件格式和定義上廠站模型依然是遵照CIM/E文件規范的。也就是說廠站粒度的CIM/E模型文件和全模型CIM/E模型文件在內容定義和結構上在本質上是沒有差別的，不同的只是表述的模型范圍的大小。考慮到廠站模型粒度較小，適合在此基礎上進行相關模型及參數的擴展，諸如保護信息，非設備類量測，計算點等，廠站模型有著獨特的粒度優勢因此在定義廠站模型時結合系統公共模型擴展了模型導出的類和屬性，涵蓋了廠站范圍所能涵蓋的全集。廠站模型CIM/E模型擴展信息如表1所示。

表1 CIM/E廠站模型擴展信息Table 1 CIM/E plant station model extension information

具體的擴充規則就是在保持原有一次設備模型基礎上，根據調度主站建模需求，從一次設備模型，二次設備模型，通信模型，控制模型，采集模型，保護模型6個方面對CIM/E進行擴充[14]。擴充數據采集模型的示例如圖3所示。

圖3 數據采集模型擴充示例圖Fig.3 Example of data acquisition model

交互的全景模型版本中除了CIM/E廠站模型，還包括CIM/G圖形文件。對于某一個廠站來說，與其相關的圖形文件不一定是惟一的，除了相關的廠站接線圖外，還有與該站相關的廠站間隔圖，也是變電站接入調試時所必須的。因此全景廠站模型版本還需要包含廠站相關的所有圖形。

2.3 基于應用的模型驗證機制

電網調度模擬主站系統上安裝的是智能電網調度支持系統的平臺軟件，因此在模擬主站系統上可以實現所有智能電網調度控制系統所具備的應用功能。在模擬主站上主要的應用驗證如下:

(1) 前置數據正確性驗證。模擬主站在站端的調試，第一件事情就是新設備的建模。新設備建模完成，填寫完前置參數后，就可以接入變電站綜自進行調試。通過模擬主站軟件前置應用處理后的數據與變電站當地系統進行核對，確定新建的設備模型前置參數的正確性。

(2) SCADA數據校核。模擬主站接收到變電站的測試數據后，就可以進行SCADA的數據校核了。SCADA數據校核包含SCADA拓撲校驗，設備合理值驗證。

(3) 變電站狀態估計驗證。將智能變電站的狀態估計方法[15]引入模型主站，在模擬主站系統中，基于基爾霍夫電流定律進行零阻抗三相狀態估計實現遙測壞數據和拓撲錯誤的解耦辨識。具體做法是根據站端維護的電網靜態模型，對站內遙信進行變電站拓撲分析，形成變電站內電氣拓撲，再針對站內遙測信息進行變電站狀態估計計算分析量測信息的可信度。通過引入變電站狀態估計技術可以在模擬主站系統中辨識站端模型的拓撲錯誤和壞數據，將主要的拓撲錯誤和壞數據在站端調試時解決[16]。

2.4 模擬主站與調度主站模型雙向共享機制

模擬主站與調度主站間存在模型的雙向互導問題。同一模型在不同調度系統間的共享一般是單向的，而在模擬主站與調度主站間模型的共享是雙向的，這就帶來一個問題如何保證模型雙向共享時模型的一致性。本文通過制定模擬主站調試管理規范和模型名稱、模型RDF標識兩者結合匹配方法保證了雙向共享時存量模型紀錄的一致性。模擬主站調試規范規定了模擬主站調試廠站模型期間，調度主站側是禁止維護調試廠站模型的，通過管理手段杜絕因主站在模擬主站調試期間造成的存量模型的差異。調度主站與模擬主站通過名稱和調度主站的模型記錄RDF標識兩者作為關鍵索引，保證了調度主站和模擬主站模型雙向共享時存量模型的高度匹配。其中調度主站模型記錄ID在導入到模擬主站后是存入模擬主站RDF標識，模擬主站導出模型時將該RDF標識輸出，對于在模擬主站側新加的記錄該標識為空。通過上述規則可以保證，調度主站導出的模型在經過模擬主站測試維護后依然可以追溯其原始記錄，對于模擬主站新加的模型記錄也有標記判斷。模型導入工具在調度主站與模擬主站量測分別導入對側共享的模型時，根據名稱和RDF標識雙重匹配保證了雙向模型共享的模型一致性。

以廠站A為例介紹廠站模型在2套系統間的雙向共享流程。廠站A啟動模擬主站調試時：

(1) 清空模擬主站系統中廠站A模型。

(2) 在調度主站系統上生成廠站A最新模型版本，調度主站系統本地禁止維護廠站A模型。

(3) 將最新的廠站A模型版本拷貝至模擬主站，并在模擬主站系統導入。

(4) 在模擬主站系統對A站模型進行維護、測試。

(5) 廠站A模型調試完畢后，導出模擬主站廠站A模型并發送給調度主站系統。

(6) 調度主站根據名稱和RDF標示匹配本地模型并導入數據庫。

(7) 模擬主站廠站A調試結束，調度主站解除對廠站A的封鎖。

為了保證模擬主站與調度主站模型雙向共享的安全性，當模型導入到模擬主站或調度主站時還需要對導入的模型進行多重模型驗證。具體包括模型的拓撲完整性校核，關聯正確性校驗，參數完整性等多種模型驗證，以保證導入模型的正確性[17，18]。

2.5 控制點表固化方法

點表固化，主要是針對已有廠站新增設備調試時使用，當模擬主站在站端針對新增設備建模調試完畢將新模型導入調度主站系統時，需要提供遙控點號的變化情況分析。由于遙控點表僅在單一數據表中進行配置，無歷史存儲信息，無法與歷史數據進行比對與校核，通過增加固化數據表的方式，將現有遙控點號、檢無壓點號、檢同期點號另外復制一份進行固化保存。點表固化需要具有相應權限的用戶才能操作，通過固化工具，可以清楚顯示當前點表與固化點表的差異。當在主站側進行遙控操作時，需先校驗控制開關遙控點號與固化點號是否相同，若不同則閉鎖遙控，不允許控制。同時提供單廠站一鍵固化功能，以及緊急情況下退出固化點表校驗功能。通過控制點號固化，可以最大限度的提高模擬主站調試的安全性。

3 應用情況

本文介紹的電網調度模擬主站已在河北南網多個地調投入應用。用于新建廠站接入自動化系統前，工作人員帶至變電站現場調試信號與模型。河北現場模擬主站使用的HP ZBook 15筆記本作為系統硬件。處理器：Intel(R) Core(TM) i7-4700MQ CPU @ 2.40 GHz;安裝內存(RAM)：32 GB；操作系統類型為：win7專業版。該筆記本安裝了oracle VM VirtualBox開源虛擬機軟件。虛擬機安裝了和D5000調度控制系統同版本的凝思磐石操作系統和人大金倉數據庫。新舊模式對比分析如表2所示。

表2 新舊模式對比分析Table 2 Comparison and analysis of new and old models

根據河北南網各地區實際情況，在每次操作前，都會生成以各地區名字命名的D5000備份系統，配合實時導入的最新模型庫文件，可做到即時恢復、即時使用、即時修改、即時備份的安全效率的模擬D5000主站的調試環境。模擬主站在各地調應用后大大提高了各地調接入廠站模型的能力，對于新建廠站，在通道沒有具備的情況下，可在站端進行建模調試。待廠站通訊通道具備條件后，直接將模擬主站經測試后的廠站模型導入主站系統，極大縮短了調試時間。

對于已有廠站的模型擴建，通過模擬主站可以在站端模擬測試新設備的接入情況，帶新接模型充分測試后再導回調度主站，降低了新入網設備給調度實時運行系統的沖擊風險。以接入保定110 kV王盤變電站為例，保定110 kV王盤變電站為新建變電站，通過引入模擬主站進行調試，提高了調試效率，縮短了建模周期，原先需要20 d的調試周期，縮短到了10 d就完成了新廠站的接入工作，最終接入調度主站的新站模型參數正確，遙測、遙信、遙控、遙調四遙點號正確。

4 結論

本文介紹的電網調度模擬主站打破了常規的調度自動化主站系統接入變電站自動化設備流程，它不依賴于主站、通道建設進度，不受限于天時、地利等環境因數，只需要一臺便攜式筆記本電腦，就能搭建起一套移動式主站模擬測試系統，實現與變電站自動化設備的數據通訊、遠方控制功能，避免了新設備、新技術直接接入對電網帶來的風險，在大大縮短建設工期、節約人力、物力成本的同時，也為提高系統安全性和穩定性提供了技術支撐，從而保證新入網的設備及參數符合相關技術規定。

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(編輯 徐林菊)

Construction and Application of Mobile Simulation Master StationEnvironment for Substation Information Access Test

YANG Qijing, MENG Yongliang, CEN Hongxin, JI Kun, ZHAI Yi

(NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute), Nanjing 211106, China)

A mobile grid dispatching simulation master station environment construction and application design method is proposed, according to the shortcomings of the debugging method and the maintenance means of the existing dispatching automation system to access the substation signal. The method builds a mobile grid dispatching simulation master station test environment using a variety of means such as plant model version management, measurement table curing, application verification and so on. The proposed master station simulation test environment, do not rely on the communication status of master station and substation. It can simplify the commissioning process and steps of substation automation equipment access automatic master station, simulate and verify the correctness and validity of the access substation information, and provide technical support and means for new equipment operation.

dispatching automation system; simulation master station; plant model version

2017-02-07；

2017-03-22

國網河北省電力公司科技項目(SGHEDK00DYJS150009)

TM73

A

2096-3203(2017)04-0075-06

楊啟京

楊啟京(1982—)，男，江蘇南京人，工程師，從事調度自動化系統標準化研究開發工作(E-mail：yangqijing@sgepri.sgcc.com.cn)；

孟勇亮(1980—)，男，江蘇南京人，高級工程師，研究方向為電力系統自動化(E-mail：mengyongliang@sgepri.sgcc.com.cn)；

岑紅星(1976—)，男，重慶人，工程師，研究方向為電力系統自動化(E-mail：cenghongxin@sgepri.sgcc.com.cn)；

季 堃(1981—)，男，江蘇南京人，高級工程師，研究方向為電力系統自動化(E-mail：jikun@sgepri.sgcc.com.cn)；

翟 毅(1984—)，男，安徽六安人，工程師，研究方向為電力系統自動化(E-mail：zhaiyi@sgepri.sgcc.com.cn)。