基于站控层仿真的变电站功能验证技术分析

金涛 虞巍 黄家骥 曹怡 江维

【摘要】    在智能变电站中包括后台监控系统、数据通信网关机、保护及测控装置等，各类设备之间一般通过网络通信的方式进行数据交互。为了保证智能变电站中二次设备的安全可靠运行，可以采用软插件和人工智能技术，通过站控层仿真对二次设备的各项功能进行验证，本文详细分析了基于站控层仿真的变电站功能验证及异常判定技术。

【关键词】    站控层仿真    变电站    功能验证    异常判定

引言

建设智能变电站能够提升电力系统的自动化和信息化水平，保证电力系统的运行稳定性。在对智能变电站中的设备进行功能验证时，如果采用功能较为单一的验证工具，则难以满足智能变电站的建设需要。随着人工智能技术和软件插件技术的发展，可以采用基于站控层仿真的变电站功能验证及异常判定技术[1]。本文首先分析了利用人工智能技术和软插件技术实现站控层仿真的原理，之后阐述了智能变电站结构，同时着重分析了数据通信网关机、后台监控系统、保护及测控装置等的功能验证方法。

一、站控层仿真技术与人工智能

近年来人工智能技术得到了快速的发展，在多个行业中都得到了应用，利用人工智能技术和软插件技术，能够很好地实现变电站的模拟仿真。人工智能技术可以通过计算机控制程序，来模拟人工行为以解决实际问题。目前在对变电站中的后台监控系统、保护及测控装置进行功能验证时，主要还是依赖间隔层的设备，通过站控层仿真进行验证较为薄弱。为此本文介绍了在智能变电站的站控层部署基于人工智能技术的仿真系统，来对变电站中的设备及系统进行功能验证的方法，在实际应用中也取得了较好的应用效果。

二、智能变电站的基本结构

智能变电站一般可以分为三层两网，三层即站控层、间隔层和过程层，两网即MMS网、GOOSE和SV网。GOOSE信号主要是指0、1等离散数字信号，可以实现对智能变电站中的设备遥控操作，遥信也是GOOSE信号。SV信号是用来采集变电站中设备的运行模拟量信息，主要是指遥测信息。MMS网则运行在站控层中，变电站中的保护装置可以按照智能变电站的结构进行功能分解，以智能变电站中的某线路继电保护装置为例，其在各层的保护功能分解如下图1所示。

从上图1中可以看出，线路保护的各项功能可以划分到变电站中的不同层次，其中PTOC表示定时过电流、PDIS表示距离保护、XCBR表示断路器、MMXU表示测量功能、RREC表示自動重合闸、CSWI表示开关控制器、IHMI表示人机接口、TCTR表示电流互感器、TVTR表示电压互感器。建立好上述智能变电站线路保护模型之后，就可以按照智能变电站的IEC 61850通信协议进行软件编程实现。

三、基于站控层仿真的智能变电站功能验证方法

通过采用智能变电站的站控层仿真技术，并结合智能人工专家系统，可以分别对智能变电站中的数据通信网关机、后台监控系统、保护及测控等智能装置的站控层功能进行验证，以下分别进行分析。

3.1 数据通信网关机的功能验证

在智能变电站中，遥信、遥测、遥控和遥调等功能都需要借助数据通信网关机才能实现，厂站远动点表信息也需要下灌到数据通信网关机中，才能和调度主站自动化系统相互通信。数据通信网关机主要功能包括：一是和厂站保护和测控装置通信，采集和接收厂站智能设备的数据信息，并将数据信息存放在数据库中。二是和调度主站自动化系统相互通信[2]，将数据信息传输到调度主站自动化系统中，同时接收主站系统所下发的操作和控制指令。在对数据通信网关机进行功能验证时，通过人工智能技术实现取代服务，功能验证仿真系统具备虚拟主站前置的功能，能够对远动上次的数据进行分析比较，来验证远动装置的功能是否正常，并形成功能验证报告。

3.2 后台监控系统的功能验证

智能变电站内的后台监控系统也是变电站中的重要设施之一，主要从站控层交换机读取数据信息，也能够实现对变电站内的设备操作和控制，下图2为后台监控主机的闭环功能验证系统示意图。

从上图2中可以看出，后台监控主机、网络报文分析仪、监控主机功能验证仿真系统等都需要和站控层交换机相连，监控主机可以将和站控层交换机之间数据交互的文件导出，并发送到功能验证工作站中[3]。在具体的后台监控主机功能验证的过程中，首先在功能验证工作站中配置功能验证策略，之后功能验证仿真系统和监控主机之间进行数据交互，同时监控主机将在功能验证过程中的交互数据导出，功能验证工作站通过分析比较验证策略、网络分析简报和所导出的数据文件，来生成功能验证报告。

3.3 保护及测控装置的功能验证

保证保护装置和测控装置的可靠运行，是提高智能变电站运行安全水平的关键，应加强对保护及测控装置的功能验证。一般在高电压等级的变电站，保护装置和测控装置分开，在电压等级较低的变电站中，通常保护装置和测控装置合为一体。对保护及测控装置的功能验证，主要是模拟保护及测控装置在站控层中的数据交互行为，下图3为保护及测控装置的功能验证结构示意图。

从上图可知，该功能验证系统主要包括模型解析模块、网络通信服务模块、仿真系统运行管理模块和抽象通信服务接口模块等，各个不同的功能模块分别承担着不同的作用。其中模型解析模块主要是导入文件并校验文件的合法性，同时对文件进行解析，从而为功能验证仿真系统提供数据来源[4]。

功能验证仿真系统运行管理模块可通过在系统中配置功能验证策略，对各类智能装置进行功能仿真及验证。当智能变电站中的某些系统出现问题时，可以通过软插件技术和人工智能技术，实现对智能变电站的智能诊断、故障定位，以及在通信异常情况下责任方的智能判定。此外，基于软插件及人工智能技术的变电站功能验证技术还具备故障重现功能，能够对故障进行分析和处理。

四、 结论

随着智能变电站逐渐朝着无人值守的方向发展，加强对智能变电站中的设备功能验证，对于保证设备的安全可靠运行具有重要的作用。本文围绕站控层仿真技术，分别阐述了智能变电站中的后台监控系统、数据通信网关机、保护及测控装置的功能验证方法，在实际中可以加以推广应用。

参  考  文  献

[1] 宋福海. 基于信息触发的智能变电站保护功能判定方法研究[J]. 电力工程技术， 2019， 038（006）：P.99-106.

[2] 刘鑫， 唐广瑜， 向博， et al. 基于功能相关性的智能变电站二次系统功能测试验证方法[J]. 中国测试， 2020， v.46;No.259（02）：127-133.

[3] 李云鹏， 王鹏， 汤汉松， et al. 过程层闭环的智能变电站现场站域测试技术[J]. 电器与能效管理技术， 2018， 554（17）：55-60.

[4] 李刚， 黄继东， 倪传坤， et al. 智能变电站就地化保护仿真测试系统设计与探讨[J]. 电力系统保护与控制， 2018， 46（17）：161-166.