一种智能变电站综合性能测试系统功能设计方案

侯娟　刘星洁　赵勇

摘 要：本文结合智能变电站对新型设备现场级系统检测技术及精确性的需求，提出智能变电站综合性能测试系统设计方案，将测试系统从功能上分解为数字仿真平台、无线传输平台和智能变电站测试平台，分别对三个平台主要组成部分的功能设计方案进行说明。

关键词：智能变电站； 综合性能测试

随着智能变电站及数字化变电站大量投运，各类智能变电站新型设备（电子式互感器、合并单元、智能终端、网络交换机）将数据从源头规范数字化，达到信息集成、数据共享的目的。作为智能变电站综合性能测试系统，在对智能变电站现场级IED设备测试过程中，必须保证测试结果的准确性。

一 智能变电站综合性能测试系统需求分析

1. 传统的智能变电站测试时，保护安装处的各电气量状态是由测试人员经过计算判断得到的，人为因素降低了测试结果准确性。为此，可以设计一个数字化仿真平台来解决该问题，通过数字仿真建立系统模型，将变电站一次设备运行状况一目了然，测试人员通过简单操作可模拟系统的各种故障，减少人为因素对测试环节中的影响。

2. 目前智能变电站通过合并单元就地将互感器采样值数字化输出SV报文发送给所需此采样的间隔层设备，变电站现场不同间隔之间距离远，用传统设备从不同间隔加量难度大同时试验线过长造成衰耗影响试验效果。因此，可以采用无线传输方式，主机和模拟器之间通过无线方式以数字量传输，就不会存在上述问题。

3. 传统智能变电站测试设备的适用性和测试效率比较低，为此，需要一种新型的智能变电站综合测试平台，可适用于各种试验环境，减少误差，减少配置工作提高测试效率。

二 智能变电站综合性能测试系统设计方案

为了满足上述系统需求，提高智能变电站测试精度，本文分别设计了三个平台：数字化仿真平台、无线传输平台及智能变电站综合测试平台。由这三个平台组成智能变电站综合性能测试系统。

1 数字化仿真平台

数字化仿真平台要能够实现智能变电站设备和线路的建模，模拟动态和时域仿真，对仿真结果进行辅助分析和显示，同时将仿真数据传送到无线控制主机。基于上述分析，数字化仿真平台需要包括以下几个模块：图形建模模块、电力系统仿真模块、模拟量波形显示模块和控制试验模块及电脑。

各模块功能：图形化建模模块用来构建电力系统中主要电气设备的模型库，完成智能变电站及直连设备、电源。电力系统仿真模块将“图形化建模软件”建立的智能变电站仿真模型构建微分方程组，对于设定的时序和故障对象，先模拟动态仿真过程，再完成时域仿真。模拟量波形显示模块对仿真结果的进行辅助分析，将模拟量的时域仿真结果以波形的方式显示出来。控制模块对试验条件、时序参数进行设置，实现试验控制功能。通用计算机用来提供功能软件运行的硬件环境。

数字化仿真平台支持用电力设备功能模块构建变电站及周边电网仿真模型，建模方法快捷、简单，经简单培训即可具备建模能力；模型结构和功能与运行单位采用的表达方法保持一致；故障仿真能力满足对电网继电保护进行功能和性能进行检验的要求；对于变电站仿真模型和事件过程，仿真软件可自动建立微分方程组，以获得试验数据组。对于复杂继电保护装置的特殊配合试验，系统仿真能力完全可以实现。

2无线传输平台

无线传输平台要能够实现实验系统的同步对时，接收数字化仿真平台的时域仿真结果，并将时域仿真结果以无限传输方式下装到采集模拟器，图1为无线控制主机系统试验示意图。

基于上述分析，本文设计的无线传输平台包括以下几个模块：GPS对时模块、高稳定主时钟模块、基于无线方式的IEEE 1588授时模块、无线收发控制模块。各模块功能如下：

GPS对时模块：接收来自GPS卫星的时钟信号，并向“高稳定时钟模块”授时。

高稳定时钟模块：根据GPS对时模块的授时信号以完成对时，为试验系统提供同步时钟。

无线1588授时模块：将“高稳定时钟模块”时钟信号以无线1588方式向“采集器模拟器”、“开关模拟器”授时。

无线收发控制模块：接收“智能变电站仿真平台”的控制命令和时域仿真数据，以无线方式发送试验控制命令和时域仿真数据包；接收“无线控制主机”的仿真数据包、试验控制命令、时钟同步信号；将“仿真数据包”和“试验控制命令”转送到“输出控制模块”，将“时钟同步信号”转送到“高稳定从时钟模块”。

3 智能变电站性能综合测试平台

智能变电站性能综合测试平台的对象是“电子式互感器”，“合并单元”，“保护装置”及“智能终端”，要能够实現数据的处理、各装置同步性能测试以及系统级校验。综合测试平台包括以下几个模块：数据处理模块、延时测试模块以及校验模块。

数据处理模块统计合并单元发送报文的丢包数及丢包率；分析合并单元输出信号；分析合并单元发送报文时间抖动特性。

延时测试模块测试电子式互感器及合并单元稳态绝对延时时间和暂态绝对延时时间；保护装置GOOSE变位延时时间；智能终端DI变位延时时间；合并单元额定延时时间。

校验模块完成电子式互感器及合并单元的稳态和暂态准确度校验；互感器极性校验。

三 结语

方案中的智能变电站系统级综合测试系统，能够实现模拟全站运行工况的网络分析工具，实现智能变电站各种智能设备的全站测试，涵盖智能变电站的所有测试环节，包括研发、试验、生产、现场调试、运行维护等，并实现测试模型、方法和数据共享和重用，实现智能变电站运行全过程的准确、完整记录，为智能电网提供全景数据，能够满足国家智能电网智能变电站的系统测试需求，同时该系统可广泛应用于智能电网的智能变电站系统，并在电力系统的生产、科研领域获得应用。

参考文献：

[1]井实， 黄琦等 基于无线同步技术的智能变电站全场景试验系统[J]. 电力系统自动化， 2013， 2： 72-78.

[2] 赵勇 孔圣立等. 电子式电流互感器暂态传变延时测试技术研究[J]. 电力系统保护与控制， 2014， 17：12-16.