基于站控層仿真的變電站功能驗證技術分析

金濤 虞巍 黃家驥 曹怡 江維

【摘要】? ? 在智能變電站中包括后臺監控系統、數據通信網關機、保護及測控裝置等，各類設備之間一般通過網絡通信的方式進行數據交互。為了保證智能變電站中二次設備的安全可靠運行，可以采用軟插件和人工智能技術，通過站控層仿真對二次設備的各項功能進行驗證，本文詳細分析了基于站控層仿真的變電站功能驗證及異常判定技術。

【關鍵詞】? ? 站控層仿真? ? 變電站? ? 功能驗證? ? 異常判定

引言

建設智能變電站能夠提升電力系統的自動化和信息化水平，保證電力系統的運行穩定性。在對智能變電站中的設備進行功能驗證時，如果采用功能較為單一的驗證工具，則難以滿足智能變電站的建設需要。隨著人工智能技術和軟件插件技術的發展，可以采用基于站控層仿真的變電站功能驗證及異常判定技術[1]。本文首先分析了利用人工智能技術和軟插件技術實現站控層仿真的原理，之后闡述了智能變電站結構，同時著重分析了數據通信網關機、后臺監控系統、保護及測控裝置等的功能驗證方法。

一、站控層仿真技術與人工智能

近年來人工智能技術得到了快速的發展，在多個行業中都得到了應用，利用人工智能技術和軟插件技術，能夠很好地實現變電站的模擬仿真。人工智能技術可以通過計算機控制程序，來模擬人工行為以解決實際問題。目前在對變電站中的后臺監控系統、保護及測控裝置進行功能驗證時，主要還是依賴間隔層的設備，通過站控層仿真進行驗證較為薄弱。為此本文介紹了在智能變電站的站控層部署基于人工智能技術的仿真系統，來對變電站中的設備及系統進行功能驗證的方法，在實際應用中也取得了較好的應用效果。

二、智能變電站的基本結構

智能變電站一般可以分為三層兩網，三層即站控層、間隔層和過程層，兩網即MMS網、GOOSE和SV網。GOOSE信號主要是指0、1等離散數字信號，可以實現對智能變電站中的設備遙控操作，遙信也是GOOSE信號。SV信號是用來采集變電站中設備的運行模擬量信息，主要是指遙測信息。MMS網則運行在站控層中，變電站中的保護裝置可以按照智能變電站的結構進行功能分解，以智能變電站中的某線路繼電保護裝置為例，其在各層的保護功能分解如下圖1所示。

從上圖1中可以看出，線路保護的各項功能可以劃分到變電站中的不同層次，其中PTOC表示定時過電流、PDIS表示距離保護、XCBR表示斷路器、MMXU表示測量功能、RREC表示自動重合閘、CSWI表示開關控制器、IHMI表示人機接口、TCTR表示電流互感器、TVTR表示電壓互感器。建立好上述智能變電站線路保護模型之后，就可以按照智能變電站的IEC 61850通信協議進行軟件編程實現。

三、基于站控層仿真的智能變電站功能驗證方法

通過采用智能變電站的站控層仿真技術，并結合智能人工專家系統，可以分別對智能變電站中的數據通信網關機、后臺監控系統、保護及測控等智能裝置的站控層功能進行驗證，以下分別進行分析。

3.1 數據通信網關機的功能驗證

在智能變電站中，遙信、遙測、遙控和遙調等功能都需要借助數據通信網關機才能實現，廠站遠動點表信息也需要下灌到數據通信網關機中，才能和調度主站自動化系統相互通信。數據通信網關機主要功能包括：一是和廠站保護和測控裝置通信，采集和接收廠站智能設備的數據信息，并將數據信息存放在數據庫中。二是和調度主站自動化系統相互通信[2]，將數據信息傳輸到調度主站自動化系統中，同時接收主站系統所下發的操作和控制指令。在對數據通信網關機進行功能驗證時，通過人工智能技術實現取代服務，功能驗證仿真系統具備虛擬主站前置的功能，能夠對遠動上次的數據進行分析比較，來驗證遠動裝置的功能是否正常，并形成功能驗證報告。

3.2 后臺監控系統的功能驗證

智能變電站內的后臺監控系統也是變電站中的重要設施之一，主要從站控層交換機讀取數據信息，也能夠實現對變電站內的設備操作和控制，下圖2為后臺監控主機的閉環功能驗證系統示意圖。

從上圖2中可以看出，后臺監控主機、網絡報文分析儀、監控主機功能驗證仿真系統等都需要和站控層交換機相連，監控主機可以將和站控層交換機之間數據交互的文件導出，并發送到功能驗證工作站中[3]。在具體的后臺監控主機功能驗證的過程中，首先在功能驗證工作站中配置功能驗證策略，之后功能驗證仿真系統和監控主機之間進行數據交互，同時監控主機將在功能驗證過程中的交互數據導出，功能驗證工作站通過分析比較驗證策略、網絡分析簡報和所導出的數據文件，來生成功能驗證報告。

3.3 保護及測控裝置的功能驗證

保證保護裝置和測控裝置的可靠運行，是提高智能變電站運行安全水平的關鍵，應加強對保護及測控裝置的功能驗證。一般在高電壓等級的變電站，保護裝置和測控裝置分開，在電壓等級較低的變電站中，通常保護裝置和測控裝置合為一體。對保護及測控裝置的功能驗證，主要是模擬保護及測控裝置在站控層中的數據交互行為，下圖3為保護及測控裝置的功能驗證結構示意圖。

從上圖可知，該功能驗證系統主要包括模型解析模塊、網絡通信服務模塊、仿真系統運行管理模塊和抽象通信服務接口模塊等，各個不同的功能模塊分別承擔著不同的作用。其中模型解析模塊主要是導入文件并校驗文件的合法性，同時對文件進行解析，從而為功能驗證仿真系統提供數據來源[4]。

功能驗證仿真系統運行管理模塊可通過在系統中配置功能驗證策略，對各類智能裝置進行功能仿真及驗證。當智能變電站中的某些系統出現問題時，可以通過軟插件技術和人工智能技術，實現對智能變電站的智能診斷、故障定位，以及在通信異常情況下責任方的智能判定。此外，基于軟插件及人工智能技術的變電站功能驗證技術還具備故障重現功能，能夠對故障進行分析和處理。

四、 結論

隨著智能變電站逐漸朝著無人值守的方向發展，加強對智能變電站中的設備功能驗證，對于保證設備的安全可靠運行具有重要的作用。本文圍繞站控層仿真技術，分別闡述了智能變電站中的后臺監控系統、數據通信網關機、保護及測控裝置的功能驗證方法，在實際中可以加以推廣應用。

參? 考? 文? 獻

[1] 宋福海. 基于信息觸發的智能變電站保護功能判定方法研究[J]. 電力工程技術， 2019， 038（006）：P.99-106.

[2] 劉鑫， 唐廣瑜， 向博， et al. 基于功能相關性的智能變電站二次系統功能測試驗證方法[J]. 中國測試， 2020， v.46;No.259（02）：127-133.

[3] 李云鵬， 王鵬， 湯漢松， et al. 過程層閉環的智能變電站現場站域測試技術[J]. 電器與能效管理技術， 2018， 554（17）：55-60.

[4] 李剛， 黃繼東， 倪傳坤， et al. 智能變電站就地化保護仿真測試系統設計與探討[J]. 電力系統保護與控制， 2018， 46（17）：161-166.