移动式主站模拟测试装置关键技术研究

王晓蔚，郭 捷，刘翔宇，杨启金，孟勇亮

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021;2.国电南瑞科技股份有限公司，南京 210032)

2017-06-12

王晓蔚(1970-)，女，高级工程师，主要从事电力系统仿真分析计算、电力系统自动化方面工作。

移动式主站模拟测试装置关键技术研究

王晓蔚1，郭 捷1，刘翔宇1，杨启金2，孟勇亮2

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021;2.国电南瑞科技股份有限公司，南京 210032)

结合调度自动化系统的调试方法和维护手段，提出一种移动式电网调度模拟主站测试装置设计方法，该方法可简化与变电站自动化设备的调试流程及步骤，且不依赖于主站、通道建设进度，通过主站模拟测试装置即可完成图模入库及与变电站的联调联试工作，大大节约了主站建设后期调试时间，同时也为自动化设备投运前的评估检测、运行设备的定期巡视提供了技术支撑。

调度自动化系统; 模拟主站; 厂站模型版本

随着我国电力改革的不断深入和跨大区互联电网的快速发展，电网运行体系由传统调度运行和设备运行分离的模式逐步转向调度与监控一体化运行模式，并初步形成特高压交直流混联电网，呈现大功率远距离输电的势态[1-4]，接入调度自动化系统的信号越来越多，常规调度自动化系统信号调试一般都遵循调度主站先建模、作图、入库，然后再与变电站进行通信、数据联调等步骤，既耗时又费力。文献[5]从信号显示应用层面进行技术性的风险防御，在不影响安全的情况下采用适当措施精简海量信号、凸显重要异常信号、增加多手段显示等方法,控制变电站信号接入的安全风险。文献[6]叙述了利用远动规约测试及故障分析系统准确诊断并快速处理解决远动信息的故障与异常问题。针对变电站新设备，新技术接入调度主站，给调度主站系统带来的安全问题，未见论述。调度主站的传统解决方法是搭建与调度主站配置类似的测试系统，专门用于测试新接入模型。此外对于测试信号干扰实时系统监控的问题，调度主站开发了告警抑制功能，通过人工控制屏蔽调试厂站的信号。但上述方式存在前期投资大，不够灵活，解决的问题相对固定，缺乏全面有效的解决方案，会给电网稳定运行及管理维护带来极大安全隐患。

1 模拟主站总体架构

以下介绍的电网调度模拟主站系统是一个轻量级的电网调度系统，其主要硬件是1台笔记本电脑，通过在移动笔记本上安装虚拟机软件，并在其上安装数据库和智能调度系统的支撑平台软件，搭建出一种可移动的电网调度模拟主站环境。模拟主站架构示意如图1所示。模拟主站具备全景厂站模型的管理功能、基于应用的验证功能、控制点表固化功能。

图1 模拟主站架构示意

模拟主站的总体流程如下，模拟主站的调试流程如图2所示。

图2 模拟主站调试流程示意

a. 首先在主站侧对系统进行基本的图模维护，将厂站全部的图形与模型入库。

b. 然后由主站侧导出CIM/E格式[7-9]的厂站模型文件、CIM/G格式[10]的图形文件，并将文件打包成版本文件后上传至主站模拟测试系统。

c. 当主调侧导出图模文件以后，就进行首次遥控点表固化操作。

d. 在主站模拟测试系统中，通过单厂站模型导入工具，将由主站侧上传的模型文件，经过解析校验、反馈比较，形成的增、删、改模型差异记录，更新到主站模拟测试系统的模型库，在模型拼接完成后再进入图形导入流程，对图形进行合理性校验，映射模型库生成图模关联。

e. 将完成图模导入的主站模拟测试系统带到变电站进行传动实验，传动过程中可以对模型图形进行修改)。传动过程中，主站模拟测试系统可直接对现场开关或测控装置进行控制操作。

f. 现场完成模型、点表、图形的核对及传动实验后，如果模型有变化，则需在主站模拟测试系统中通过单厂站模型导出工具，导出CIM/E模型文件、G格式图形文件，并打包形成版本文件，上传至主站系统，主站系统再通过单厂站模型导入工具，将经过解析校验、反馈比较的模型差异，形成增、删、改记录，并更新到主站系统模型库，模型拼接完成后进入图形导入流程，对图形进行合理性校验，映射模型库生成图模关联。

g. 在主站侧完成图模文件导入以后，再进行二次遥控点表固化操作。

h. 当主站进行遥控操作时，需要对遥控点号进行双重校验，即只有当设备实际点号与固化点表中的点号完全一致时，才允许遥控。

2 关键技术

2.1 模拟主站环境搭建策略

电网调度模拟主站的一大特点就是可移动性和便携性。其特点主要体现在模拟主站的硬件构成上，模拟主站的硬件选用常见的笔记本电脑，方便自动化运维人员携带到变电站端接入数据进行厂站建模和模拟调试。

考虑到自动化运维在站端调试的特殊性，所携带的笔记本电脑既需要保证具备Windows操作系统以满足常规办公需求，同时需要安装Linux操作系统用以安装智能电网调度支持软件D5000的基础模块。因此在构建模拟主站的环境时，采用虚拟机技术[11]以保证在1台笔记本上能够运行2种操作系统。

2.2 全景厂站模型版本管理

模拟主站与调度主站模型版本的交互是通过基于CIM/E的全景厂站模型版本[12-13]进行的。厂站模型是一个厂站内所有相关的物理电网模型的集合。他是区域全网模型的子集，全模型是全网所有厂站模型的集合。在模型文件格式和定义上厂站模型依然是遵照CIM/E文件规范的。也就是说厂站粒度的CIM/E模型文件和全模型CIM/E模型文件在内容定义、结构和本质上是没有差别的，不同的只是表述模型范围的大小。考虑到厂站模型粒度较小，适合在此基础上进行相关模型及参数的扩展，诸如保护信息、非设备类量测、计算点等，厂站模型有着独特的粒度优势，因此在定义厂站模型时结合系统公共模型扩展了模型导出的类和属性，涵盖了厂站范围所能涵盖的全集。厂站模型CIM/E模型扩展信息见表1。

表1 CIM/E厂站模型扩展信息

扩展类别扩展模型参数信息前置遥测维护点号、系数、基值和通道一、二前置遥信维护点号和通道一、二下行遥控数据点名,厂站名,数据点号,捡无压点号,捡同期点号下行遥调数据点名,厂站名,数据点号,升档点号,降档点号,急停点号,升档状态,降档状态,急停状态,升档控制类型,降档控制类型,急停控制类型限值厂站ID,中文名称,类型,遥测ID,是否百分比,延迟时间,越上限范围,越下限范围,取值类型,遥测类型,高限,低限1,2,3,4前置通道通道名,所属厂站保护设备需维护厂站ID、中文名称、装置地址及定值区映射遥测ID号

通过类和参数扩展使得调度主站与模拟主站间共享的厂站模型是覆盖全景的厂站模型。保证了测试模型的完整性。

交互的全景模型版本中除了CIM/E厂站模型，还包括CIM/G图形文件。对于某一个厂站来说，与其相关的图形文件不一定是唯一的，除了相关的厂站接线图外，还有大量的间隔图，也是变电站接入调试时所必须的。因此全景模型版本还需要包含厂站相关的所有图形。

2.3 基于应用的模型验证机制

电网调度模拟主站系统上安装的是智能电网调度支持系统的平台软件，因此在模拟主站系统上可以实现所有智能电网调度支持系统所具备的应用功能。在模拟主站上主要的应用验证如下:

a. 前置数据正确性验证。模拟主站在站端的调试，首先是新设备的建模。新设备建模完成后，填写完前置参数后，就可以接入变电站综合自动化进行调试。通过模拟主站软件前置应用处理后的数据与变电站当地系统进行核对，确定新建的设备模型前置参数的正确性。

b. SCADA数据校核。模拟主站接收到变电站的测试数据后，就可以进行SCADA的数据校核。SCADA数据校核包含:SCADA拓扑校验，设备合理值验证。

c. 状态估计验证。高级应用中网络建模是模型更新后开始状态估计计算前的基础工作，通过网络建模可以发现模型中存在的问题，特别是对于模型的参数及拓扑的验证非常有效。状态估计通过模型参数与接收的转发量测可以判别上送量测状态质量，通过该种方式验证，可以将可疑数据，以列表的形式反馈给用户，由用户判别是否继续拼接操作。

2.4 模拟主站与调度主站模型双向共享机制

模拟主站与调度主站间存在模型的双向互导问题。同一模型在不同调度系统间的共享一般是单向的，而在模拟主站与调度主站间模型的共享是双向的，如何保证模型双向共享时模型的一致性问题。以下通过制定模拟主站调试管理规范和模型版本管理两者结合进行控制。模拟主站调试规范规定了模拟主站调试厂站模型期间，调度主站是禁止维护调试厂站模型的。模型版本管理通过名称和调度主站的模型记录ID两者作为关键索引，保证了调度主站和模拟主站模型双向共享的一致性。其中调度主站模型记录ID在导入到模拟主站后是存入模拟主站RDF标识，模拟主站导出模型时将该RDF标识输出，对于在模拟主站侧新加的记录该标识为空。通过上述规则可以保证，调度主站导出的模型在经过模拟主站测试维护后依然可以追溯其原始记录，对于模拟主站新加的模型记录也有标记判断。下面以厂站A为例介绍厂站模型在两套系统间的双向共享机制。厂站A启动模拟主站调试时，清空模拟主站系统中厂站A模型p；在调度主站系统上生成厂站A最新模型版本，调度主站系统本地禁止维护厂站A模型；将最新的厂站A模型版本上传至模拟主站，并在模拟主站系统导入;在模拟主站系统对A站模型进行维护，测试；厂站A模型调试完毕后，导出模拟主站厂站A模型并发送给调度主站系统；调度主站根据名称和RDF标示匹配本地模型并导入数据库；模拟主站厂站A调试结束，调度主站解除对厂站A的封锁。

2.5 控制点表固化方法

点表固化，主要是针对已有厂站新增设备调试时使用，当模拟主站在站端针对新增设备建模调试完毕将新模型导入调度主站系统时，需要提供遥控点号的变化情况分析。由于遥控点表仅在单一数据表中进行配置，无历史存储信息，无法与历史数据进行比对与校核，通过增加固化数据表的方式，将现有遥控点号、检无压点号、检同期点号另外复制一份进行固化保存。点表固化需要具有相应权限的用户才能操作，通过固化工具，可以清楚显示当前点表与固化点表的差异。当在主站侧进行遥控操作时，需先校验控制开关遥控点号与固化点号是否相同，若不同则闭锁遥控，不允许控制。同时提供单厂站一键固化功能，以及紧急情况下退出固化点表校验功能。通过控制点号固化，可以最大限度的提高模拟主站调试的安全性。

3 应用情况及效果

以上介绍的电网调度模拟主站已在河北省南部电网多个地调投入应用。用于新建厂站接入自动化系统前，工作人员带至变电站现场调试信号与模型。模拟主站使用较高配置的HP ZBook 15笔记本，处理器：Intel(R) Core(TM) i7-4700MQ，CPU @ 2.40GHz 2.40 GHz，安装内存(RAM)32 Gb，操作系统类型Win7专业版。该笔记本完全可以当做1台移动的工作站来工作。笔记本安装了oracle VM VirtualBox开源虚拟机软件。虚拟机安装了和D5000调度控制系统同版本的凝思磐石操作系统和人大金仓数据库。新旧模式对比见表2。

表2 新旧模式对比分析

对比项模拟主站模式旧调试方式测试信号对调度主站干扰不会出现干扰容易出现干扰厂站投运时间缩短40%主站侧需要再次核对信号耗费大量时间和人力新设备入网检测功能可以提供需要搭建零时系统模型参数正确性100%需要人工核对容易出现错误

根据河北省南部电网各地区实际情况，在每次操作前，都会生成以各地区名字命名的D5000备份系统，配合实时导入的最新模型库文件，可做到即时恢复、即时使用、即时修改、即时备份的安全效率的模拟D5000主站的调试环境。模拟主站在各地调应用后大大提高了各地调接入厂站模型的能力，对于新建厂站，在通道没有具备的情况下，可在站端进行建模调试。待厂站通信通道具备条件后，直接将模拟主站经测试后的厂站模型导入主站系统，极大缩短了调试时间。对于已有厂站的模型扩建，通过模拟主站可以在站端模拟测试新设备的接入情况，待新接模型充分测试后再导回调度主站，降低了新入网设备对调度实时运行系统的冲击风险。以接入保定110 kV王盘变电站为例，该站为新建变电站，通过引入模拟主站进行调试，提高了调试效率，缩短了建模周期，原先需要20天的调试周期，缩短到了10天就完成了新厂站的接入工作，最终接入调度主站的新站模型参数正确，遥测、遥信、遥控、遥调四遥点号正确。

4 结束语

以上介绍的电网调度模拟主站打破了常规的调度自动化主站系统接入变电站自动化设备流程，其不依赖于主站、通道建设进度，不受限于天时、地利等环境因素，只需要1台便携式笔记本电脑，就能搭建起一套移动式主站模拟测试系统，实现与变电站自动化设备的数据通信、远方控制功能，避免了新设备、新技术直接接入对电网带来的风险，在大大缩短建设工期、节约人力、物力成本的同时，也为提高系统安全性和稳定性提供了技术支撑，从而保证新入网的设备及参数符合相关技术规定。对变电站自动化设备入网项目的顺利开展，贯彻落实国网公司关于源端维护、模拟主站接入的指导思想具有重要意义。

[1] 肖世杰.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化,2009,33(9):1-4.

[2] 姚建国，赖业宁.智能电网的本质动因和技术需求[J].电力系统自动化,2010,34(2)：1-4.

[3] 王益民.坚强智能电网标准体系研究框架[J].电力系统自动化，2010,34(22):1-6.

[4] 陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009,33(8):1-7.

[5] 王 波, 王 威, 李丰伟. 电网集中监控下海量信息导致的安全风险及应对策略[J]. 中国电力, 2015, 48(12): 27-32.

[6] 韩福坤，魏小伟，袁 平，等.远动规约测试及故障分析系统[J]. 电力自动化设备，2001, 21(8)：47-50.

[7] 辛耀中，陶洪铸，李毅松，等.电力系统数据模型描述语言E[J].电力系统自动化，2006，30(10)：48-51.

[8] 米为民，辛耀中，蒋国栋，等.电网模型交换标准CIM/E和CIM/XML的比对分析[J].电网技术，2013，37(4)：936-941.

[9] 辛耀中.智能电网调度控制技术国际标准体系研究[J],电网技术，2015，39 (1): 1-10.

[10] 李 伟，辛耀中，沈国辉,等.基于CIM/G的电网图形维护与共享方案[J].电力系统自动化,2015,39(1):42-47.

[11] 董耀祖，周正伟. 基于X86架构的系统虚拟机技术与应用[J].计算机工程, 2006, 32(13)：71-73.

[12] 钱 静,崔立忠,尚学伟，等.基于CIM/E的配电网模型异动管理[J].电网技术，2014,38(12): 3516-3521.

[13] 辛耀中,米为民,蒋国栋,等.基于CIM/E的电网调度中心应用模型信息共享方案[J].电力系统自动化，2013,37(8)：1-5.

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

本文责任编辑：罗晓晓