移動式主站模擬測試裝置關鍵技術研究

王曉蔚，郭 捷，劉翔宇，楊啟金，孟勇亮

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021;2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210032)

2017-06-12

王曉蔚(1970-)，女，高級工程師，主要從事電力系統仿真分析計算、電力系統自動化方面工作。

移動式主站模擬測試裝置關鍵技術研究

王曉蔚1，郭 捷1，劉翔宇1，楊啟金2，孟勇亮2

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021;2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210032)

結合調度自動化系統的調試方法和維護手段，提出一種移動式電網調度模擬主站測試裝置設計方法，該方法可簡化與變電站自動化設備的調試流程及步驟，且不依賴于主站、通道建設進度，通過主站模擬測試裝置即可完成圖模入庫及與變電站的聯調聯試工作，大大節約了主站建設后期調試時間，同時也為自動化設備投運前的評估檢測、運行設備的定期巡視提供了技術支撐。

調度自動化系統; 模擬主站; 廠站模型版本

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信、數據聯調等步驟，既耗時又費力。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，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。

1 模擬主站總體架構

以下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，其主要硬件是1臺筆記本電腦，通過在移動筆記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。模擬主站架構示意如圖1所示。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。

圖1 模擬主站架構示意

模擬主站的總體流程如下，模擬主站的調試流程如圖2所示。

圖2 模擬主站調試流程示意

a. 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入庫。

b. 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]的圖形文件，并將文件打包成版本文件后上傳至主站模擬測試系統。

c. 當主調側導出圖模文件以后，就進行首次遙控點表固化操作。

d. 在主站模擬測試系統中，通過單廠站模型導入工具，將由主站側上傳的模型文件，經過解析校驗、反饋比較，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。

e. 將完成圖模導入的主站模擬測試系統帶到變電站進行傳動實驗，傳動過程中可以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。

f. 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，上傳至主站系統，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。

g. 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。

h. 當主站進行遙控操作時，需要對遙控點號進行雙重校驗，即只有當設備實際點號與固化點表中的點號完全一致時，才允許遙控。

2 關鍵技術

2.1 模擬主站環境搭建策略

電網調度模擬主站的一大特點就是可移動性和便攜性。其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。他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、結構和本質上是沒有差別的，不同的只是表述模型范圍的大小?？紤]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模型擴展信息見表1。

表1 CIM/E廠站模型擴展信息

擴展類別擴展模型參數信息前置遙測維護點號、系數、基值和通道一、二前置遙信維護點號和通道一、二下行遙控數據點名,廠站名,數據點號,撿無壓點號,撿同期點號下行遙調數據點名,廠站名,數據點號,升檔點號,降檔點號,急停點號,升檔狀態,降檔狀態,急停狀態,升檔控制類型,降檔控制類型,急停控制類型限值廠站ID,中文名稱,類型,遙測ID,是否百分比,延遲時間,越上限范圍,越下限范圍,取值類型,遙測類型,高限,低限1,2,3,4前置通道通道名,所屬廠站保護設備需維護廠站ID、中文名稱、裝置地址及定值區映射遙測ID號

通過類和參數擴展使得調度主站與模擬主站間共享的廠站模型是覆蓋全景的廠站模型。保證了測試模型的完整性。

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唯一的，除了相關的廠站接線圖外，還有大量的間隔圖，也是變電站接入調試時所必須的。因此全景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支持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:

a. 前置數據正確性驗證。模擬主站在站端的調試，首先是新設備的建模。新設備建模完成后，填寫完前置參數后，就可以接入變電站綜合自動化進行調試。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。

b. 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。SCADA數據校核包含:SCADA拓撲校驗，設備合理值驗證。

c. 狀態估計驗證。高級應用中網絡建模是模型更新后開始狀態估計計算前的基礎工作，通過網絡建模可以發現模型中存在的問題，特別是對于模型的參數及拓撲的驗證非常有效。狀態估計通過模型參數與接收的轉發量測可以判別上送量測狀態質量，通過該種方式驗證，可以將可疑數據，以列表的形式反饋給用戶，由用戶判別是否繼續拼接操作。

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，如何保證模型雙向共享時模型的一致性問題。以下通過制定模擬主站調試管理規范和模型版本管理兩者結合進行控制。模擬主站調試規范規定了模擬主站調試廠站模型期間，調度主站是禁止維護調試廠站模型的。模型版本管理通過名稱和調度主站的模型記錄ID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的一致性。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。下面以廠站A為例介紹廠站模型在兩套系統間的雙向共享機制。廠站A啟動模擬主站調試時，清空模擬主站系統中廠站A模型p；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；將最新的廠站A模型版本上傳至模擬主站，并在模擬主站系統導入;在模擬主站系統對A站模型進行維護，測試；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；調度主站根據名稱和RDF標示匹配本地模型并導入數據庫；模擬主站廠站A調試結束，調度主站解除對廠站A的封鎖。

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 應用情況及效果

以上介紹的電網調度模擬主站已在河北省南部電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。模擬主站使用較高配置的HP ZBook 15筆記本，處理器：Intel(R) Core(TM) i7-4700MQ，CPU @ 2.40GHz 2.40 GHz，安裝內存(RAM)32 Gb，操作系統類型Win7專業版。該筆記本完全可以當做1臺移動的工作站來工作。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。新舊模式對比見表2。

表2 新舊模式對比分析

對比項模擬主站模式舊調試方式測試信號對調度主站干擾不會出現干擾容易出現干擾廠站投運時間縮短40%主站側需要再次核對信號耗費大量時間和人力新設備入網檢測功能可以提供需要搭建零時系統模型參數正確性100%需要人工核對容易出現錯誤

根據河北省南部電網各地區實際情況，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。待廠站通信通道具備條件后，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，待新接模型充分測試后再導回調度主站，降低了新入網設備對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，該站為新建變電站，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天的調試周期，縮短到了10天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 結束語

以上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，其不依賴于主站、通道建設進度，不受限于天時、地利等環境因素，只需要1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信、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。對變電站自動化設備入網項目的順利開展，貫徹落實國網公司關于源端維護、模擬主站接入的指導思想具有重要意義。

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Key Technology Research on Grid Dispatching Simulation Master Station

Wang Xiaowei1,Guo Jie1,Liu Xiangyu1,Yang Qijin2, Meng Yongliang2

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China;2.Nari Technology Development Limited Company,Nanjing 210032,China)

Combined with the debugging method and maintenance measures for dispatching automation system,this paper proposes a mobile station simulation test device design method.The method can simplify substation automation equipment debugging process and steps,and does not rely on the main station and channel construction progress,can complete graph model storage and the substation commissioning work through the main station simulation test device,greatly reduces the late master construction debugging time,but also provide technical support for automation equipment puts into operation before the assessment test and operation of the equipment regular visits.

dispatching automation system;simulation master station;station model version

TM743

B

1001-9898(2017)05-0004-04

本文責任編輯：羅曉曉