繼電保護事故鏡像檢測系統及其檢測方法
2023-09-10 17:10:50
專利名稱：繼電保護事故鏡像檢測系統及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電力系統技術領域的系統及方法，具體是一種繼電保護事故鏡像檢測系統及檢測方法。
背景技術：
IEC61850標準體 系提出了變電站自動化系統「三層兩網」結構，核心在於實現網絡化信息共享機制，這對於優化變電站信息流、提高信息利用的集成度奠定了基礎。保護裝置與一次設備一體化安裝將成為智能變電站典型建設模式，這樣，一次設備與二次裝置聯接就非常簡單、標準，具備工廠完成的可能，連接線出錯的可能性將大大降低。信息通過光纜送出，可以實現信息「按需調用、網絡共享」。由此，具備在工廠內完成變電站自動化系統現場投運前所需進行的絕大部分試驗。IEC61850標準具備了信息自我描述的能力和源端數據維護的可能，IEC61850 —個重要基礎是製造報文規範(Manufacturing Message Specification, MMS)的應用。MMS中虛擬製造設備(Virtual Manufacturing Device, VMD)和映射(Mapping)是兩個最重要的概念，有助於建立相應的模型。虛擬製造設備VMD抽象地描述了一個實際製造設備的外部可見行為，使得MMS與具體設備的內部特性無關。這樣，有可能採用鏡像技術在電網調度控制中心或集控站構建一個虛擬的變電站，完整映射物理距離上遠離調度中心(集控站)的真實變電站，實時調用遠端變電站信息進行遠程維護及發生電網事故後的遠程保護動作行為分析。這種技術的應用符合國家電網公司倡導的調控一體化、運維一體化的思路。經對現有的技術檢索發現，中國專利文獻號CN102426309A，
公開日2012_04_25，記載了一種「主站機房環境下區域備自投系統的測試方法」，該技術包括如下步驟(1)在EMS系統的SCADA中建立多個模擬變電站；(2)在主站機房內建立模擬環境，用於分別模擬每個模擬變電站內的電網故障，並將模擬的電網故障數據對應分別發輸出至每個模擬變電站；(3)被測區域備自投系統將各個帶有故障數據的模擬變電站串供建立形成鏈式串供模型，輸出區域備自投的動作處理方法至SCADA，並通過SCADA將該動作處理方法顯示出來；對比步驟(3)中的動作處理方法與理論上正確的區域備自投動作處理方法是否一致。但是該技術在SCADA系統中建立多個模擬變電站，非採用基於IEC61850的鏡像技術，不能反映實際變電站的二次系統情況；並且該技術採用模擬電網故障獲取各種數據，評價備自投裝置的響應行為，並與理論計算比較；並非採用實際故障形成的數據，輸入鏡像變電站系統的保護裝置，比較鏡像變電站系統與遠程變電站保護在電網實際故障時的動作行為。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種繼電保護事故鏡像檢測系統及檢測方法，能夠有效模擬現場場景分析保護裝置的動作行為，快速、有效定位變電站保護裝置的動作性能，大大提高繼電保護動作行為的分析效率及電網事故處理的響應速度，為「自愈型」智能電網提供關鍵支撐技術。本發明是通過以下技術方案實現的本發明涉及一種繼電保護事故鏡像檢測系統，包括數據通信模塊、模型映射模塊、數字仿真模塊、故障模擬模塊、微機保護裝置和故障評價模塊，其中所述的數據通信模塊I)與SAS (Substation Automation System,變電站自動化系統)相連並調用各變電站的SO)(System Configuration Description,變電站系統配置描述)文件輸出至模型映射模塊；2)與RSS(Relay Supervisory System,繼電保護監測系統)相連並調用各變電站保護裝置CID (Configured IED Description,實例配置文件)文件、整定值信息輸出至模型 映射模塊；3)在電網發生故障時經RSS調用變電站斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、保護動作信息，輸出至數字仿真模塊；並將遠程變電站微機保護動作信息輸出至故障評價模塊。所述的模型映射模塊，根據獲得的S⑶文件，基於IEC61850機制，建立反映各變電站一次拓撲結構、一二次關聯關係的鏡像變電站系統SCD數據文件；根據獲得的各變電站保護裝置CID文件、整定值信息，建立各鏡像變電站系統的保護裝置配置文件源並保存。所述的數字仿真模塊在電網發生故障時，依據數據通信模塊傳送的變電站斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、保護動作信息，調用模型映射模塊中的變電站SCD文件及對應的保護裝置數據文件，生成遠程事故分析所需的鏡像變電站系統數據文件，並確定所需下載微機保護裝置的配置文件及整定值。同時解析鏡像變電站系統的微機保護裝置所需的模擬量/開關量輸入信息，並輸出至故障模擬模塊。所述的故障模擬模塊將數字仿真模塊輸出的輸出激勵送至微機保護裝置，進行微機保護裝置的模擬故障運作，並讀入微機保護裝置動作信息，送至故障評價模塊。所述的微機保護裝置是指在微機保護裝置所配置的與遠程變電站硬體一致的保護裝置，該微機保護裝置與遠程變電站微機保護裝置的差異在於，需根據實際故障確定所需下載的CID文件和整定值。在電網發生故障確定所需鏡像的變電站後，由數字仿真模塊調用模型映射模塊所存儲的SCD文件、保護裝置CID文件和整定值，送至故障模擬模塊，由故障激勵單元下載微機保護裝置所對應的CID文件和整定值，構建與遠程變電站微機保護裝置配置一致的參數設定值。所述的故障評價模塊根據故障模擬模塊中的故障輸出模塊所送出的微機保護裝置響應信息，以及數據通信模塊所調用的遠程變電站微機保護動作信息進行一致性比較分析，並輸出比較結果。本發明涉及上述系統的檢測方法，通過將遠程變電站的一次拓撲信息、一、二次設備關聯信息映射到電網調度控制中心(或集控站)的鏡像變電站，生成鏡像變電站系統，在電網發生故障時由電網調度控制中心(或集控站)從遠程變電站調用斷路器跳閘信息、繼電保護動作信息及電網故障前後時刻的模擬量/開關量輸入信息，通過設立在電網調度控制中心(或集控站)的數字仿真模塊的故障回放技術，觸發鏡像變電站的微機繼電保護裝置動作，將鏡像變電站微機保護裝置的動作結果與電網調度控制中心(或集控站)所收集到的遠端變電站保護動作信息，如人機界面(Human Machine Interface,HMI)信息、輸出數據文件進行比對分析，判斷微機保護裝置的動作行為。所述的鏡像變電站系統是指基於S⑶文件且包含與實際變電站完全相同的電流、電壓實時信息、變電站一、二次設備關聯信息、保護設備功能及定義信息、整定值信息。所述的故障回放技術的具體操作包括①電網調度控制中心(或集控站)讀取遠程變電站電網故障前後模擬量/開關量輸入信息；②將電網故障前後模擬量/開關量信息作為數字仿真模塊的輸入信息；
③對於數字仿真模塊所讀取的電網故障前後模擬量/開關量信息進行同步處理；④將同步後的模擬量/開關量信息解析處理成遠方實際變電站對應保護裝置的模擬量/開關量輸入信息，送入故障模擬模塊，由故障模擬模塊接入鏡像變電站系統的微機保護裝置，作為故障輸入信息；⑤通過外部觸發信號，故障模擬模塊的輸出激勵信息加入鏡像變電站系統的微機保護裝置中，形成微機保護裝置的動作響應結果，並由故障模擬模塊的故障輸出單元讀入鏡像變電站系統的微機保護輸出響應信息。所述的比對是指鏡像變電站系統的微機保護裝置基於故障模擬模塊的激勵響應結果與實際遠程變電站事故情況下的微機保護動作結果(含HMI及輸出文件)進行一致性比較分析。所述的分析是指分析鏡像變電站微機保護動作行為與遠程變電站保護裝置動作行為一致性比較分析，判斷二者之間的差異。如HMI顯示、輸出文件結果比較等。本發明在電網事故或保護異常跳閘情況下，可以模擬實際電網故障場景，遠程分析變電站內的保護動作行為，大大提高繼電保護動作行為分析的效率，加快事故處理速度。該方法充分利用了 IEC61850體系下的信息網絡共享優勢，有效地提升了繼電保護裝置對於電網事故響應的分析能力。
圖I為本發明系統結構示意圖。圖2為本發明流程示意圖。圖3為實施例應用環境示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例如圖I所示，本實施例涉及的繼電保護事故鏡像檢測系統，包括數據通信模塊、模型映射模塊、數字仿真模塊、故障模擬模塊、微機保護裝置和故障評價模塊，其中
所述的數據通信模塊I)與變電站自動化系統SAS相連並調用各變電站的SCD文件輸出至模型映射模塊；2)與變電站保護監測系統RSS相連並調用各變電站保護裝置CID文件、整定值信息輸出至模型映射模塊；3)在電網發生故障時經RSS調用變電站斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、保護動作信息，輸出至數字仿真模塊；並將遠程變電站微機保護動作信息輸出至故障評價模塊。
該數據通信模塊包括數據採集單元和數據傳輸單元，其中數據採集單元經各變電站的SAS調用SCD文件，經各變電站的RSS調用保護CID文件及整定值，斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、微機保護動作信息；數據傳輸單元將SCD文件，經各變電站的RSS調用保護CID文件、整定值送入模型映射模塊，將事故情況下斷路器跳閘，模擬量、開關量信息、遠程變電站微機保護動作信息分別送入數字仿真模塊及故障評價模塊。所述的變電站自動化系統SAS，指與實現變電站運行操作、數據通信的自動化系統，根據IEC對變電站自動化系統定義為「變電站自動化系統SAS就是在變電站內提供包括通信基礎設施在內的自動化」所述的保護監測系統RSS，指基於IEC61850通信結構，實現對於變電站保護裝置運行情況監測的系統，該系統可從變電站過程層網絡中獲取變電站的模擬量、開關量信息，用於故障分析。所述的模型映射模塊，根據獲得的S⑶文件，基於IEC61850機制，建立反映各變電站一次拓撲結構，一、二次關聯關係的鏡像變電站系統SCD數據文件；根據獲得的各變電站保護裝置CID文件、整定值信息，建立各鏡像變電站系統的保護裝置配置文件源並保存。該模型映射模塊包括數據接收單元、模型映射單元和數據存儲單元，其中數據接收單元接收變電站S⑶文件、保護裝置CID文件及整定值；模型映射單元依據IEC61850機制，通過SCD文件構建變電站一次拓撲，一、二次關聯關係，構建保護裝置數據文件並輸出至數據存儲單元進行存儲；數據存儲單元根據數字仿真模塊的調取請求輸出相應各個變電站保護裝置數據文件。所述的數字仿真模塊在電網發生故障時，依據數據通信模塊傳送的變電站斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、保護動作信息，調用模型映射模塊中的保護裝置數據文件，生成遠程事故分析所需的鏡像變電站系統數據文件，並確定所需下載微機保護裝置的配置文件；同時解析鏡像變電站系統的微機保護裝置所需的模擬量/開關量輸入信息並輸出至故障模擬模塊。該數字仿真模塊包括數據同步單元、數據解析單元和數據輸出單元，其中數據同步單元接收數據通信模塊有關涉及事故跳閘的遠程變電站模擬量/開關量輸入信息，數據解析單元調用模型映射模塊的變電站SCD文件及微機保護裝置數據文件，並解析處理生成鏡像變電站系統的微機保護裝置模擬量/開關量輸入信息；數據輸出單元將已解析的鏡像變電站系統的微機保護裝置模擬量/開關量輸入信息輸出至故障模擬模塊。所述的故障模擬模塊將數字仿真模塊輸出的輸出激勵送至微機保護裝置，進行微機保護裝置的模擬故障運作，並讀入微機保護裝置動作信息，送至故障評價模塊。
該故障模擬模塊包括故障激勵單元和故障輸出單元，其中故障激勵單元由外部激勵信息觸發，將來自數字仿真單元的模擬量/開關量輸入信息送入微機保護裝置；故障輸出單元接入微機保護裝置的保護動作響應結果，並輸出至故障評價模塊。所述的故障評價模塊根據故障模擬模塊中的故障輸出模塊所送出的微機保護裝置響應信息以及數據通信模塊所調用的遠程變電站的微機保護動作信息進行一致性比較分析並輸出比較結果。該故障評價模塊包括數據輸入單元、數據比較單元和結果顯示單元，其中數據輸入單元接收來自故障模擬模塊的微機保護裝置動作信息以及來自數據通信模塊的遠程變電站微機保護動作信息經同步後輸出至數據比較單元；數據比較單元將數據輸入單元的鏡像變電站微機保護動作信息與實際故障變電站保護動作信息進行差異性比較，輸出至結果顯示單元進行結果顯示。
如圖2所示，本實施例通過以下方式實現檢測SlOO :數據通信模塊獲取變電站S⑶文件及保護裝置CID文件、整定值，送入模型映射模塊，構成基於IEC61850的鏡像變電站系統數據源，並事先存儲於模型映射模塊的數據存儲單元，以備電網發生故障時調用涉及故障斷路器、保護跳閘的變電站相關信息。在本申請實施系統中，從遠端變電站SAS系統，調用電變電站S⑶文件，從保護監測系統RSS調用保護裝置的CID文件及保護整定值信息。由於基於IEC61850機制的S⑶文件涵蓋變電站一次拓撲信息，一、二次設備關聯信息，保護裝置CID文件涵蓋保護二次迴路信息等，因此，這些數據文件可以完整抽象描述變電站拓撲結構和一、二次設計原理，為鏡像變電站系統提供數據源。S200:數據通信模塊獲取電網事故時斷路器跳閘、保護裝置動作信息，送入數字仿真模塊，由數字仿真模塊調用模型映射模塊數據存儲單元中的SCD文件和保護裝置CID文件、整定值等信息，構建對應的鏡像變電站系統及微機保護裝置的配置文件。在本申請實施系統中，數據通信模塊從遠端變電站的SAS系統及RSS系統中獲取斷路器跳閘和繼電保護動作信息後，送至數字仿真模塊，調出模型映射模塊數據存儲單元所存儲的對應變電站S⑶文件和所動作保護裝置的CID文件及保護整定值信息，並送入故障模擬模塊。由故障模擬模塊將變電站繼電保護裝置的CID文件及整定值，下載到鏡像變電站系統的微機保護裝置，構建與實際涉及故障跳閘的變電站保護配置一致的模擬保護系統。S300:數據通信模塊獲取電網事故的模擬量、開關量特徵信息，送至數字仿真模塊，由數字仿真模塊中的解析單元，同步並解析鏡像變電站系統微機保護裝置所需的輸入量，送入故障模擬模塊，構成鏡像變電站系統微機保護裝置動作的激勵信號源。在本申請實施系統中，根據由數據通信模塊通過變電站RSS系統所獲取的信息，送入數字仿真模塊，同步並解析為對應鏡像變電站系統的微機保護裝置所需的模擬量、開關量激勵信息，送入模擬故障模塊，作為微機保護裝置的激勵信號源。S400:數據通信模塊獲取電網故障時變電站保護裝置動作信息，送入故障評價模塊作為動作分析數據源。在本申請實施系統中，電網故障時數據通信模塊通過變電站的RSS系統獲取保護裝置動作數據(含HMI信息)，送入故障評價模塊，以作為與鏡像變電站系統微機保護裝置動作結果比對的數據源。S500 :模擬故障模塊激勵鏡像變電站系統的微機保護裝置動作，並將微機結果讀入故障輸出模塊，送入故障評價模塊，與實際系統保護動作結果進行一致性比較分析，形成判別結果。在本申請實施系統中，電網發生故障時，通過將實際電網變電站保護裝置動作情況(含HMI信息)與由數字仿真模塊驅動的鏡像變電站系統的微機保護裝置動作文件進行比對，即可以實現繼電保護動作行為分析功能。所述的比對是指通過故障數據回放分析鏡像變電站系統的微機保護裝置動作響應行為，與電網調度控制中心或集控站調用的遠程變電站微機保護動作信息(含HMI)進行比對，實現繼電保護動作行為的鏡像分析。由以上技術方案可見，本申請實施方法提供的繼電保護事故鏡像檢測系統，使得保護技術人員可以最大限度地模擬現場場景，快速分析保護動作原因，及時處理事故，有助 於提升繼電保護動作行為的分析能力。
權利要求
1.ー種繼電保護事故鏡像檢測系統，其特徵在於，包括數據通信模塊、模型映射模塊、數字仿真模塊、故障模擬模塊、微機保護裝置和故障評價模塊，其中 所述的數據通信模塊 1)與變電站自動化系統相連並調用各變電站的SCD文件輸出至模型映射模塊； 2)與變電站保護監測系統相連並調用各變電站保護裝置CID文件、整定值信息輸出至模型映射模塊； 3)在電網發生故障時經RSS調用變電站斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、保護動作信息，輸出至數字仿真模塊；並將遠程變電站微機保護動作信息輸出至故障評價模塊； 所述的模型映射模塊，根據獲得的SCD文件，基於IEC61850機制，建立反映各變電站一次拓撲結構、一、二次關聯關係的鏡像變電站系統SCD數據文件；根據獲得的各變電站保護裝置CID文件、整定值信息，建立各鏡像變電站系統的保護裝置配置文件源並保存； 所述的數字仿真模塊在電網發生故障時，依據數據通信模塊傳送的變電站斷路器跳閘信息、模擬量/開關量輸入信息、微機保護動作信息，調用模型映射模塊中的微機保護裝置數據文件，生成遠程事故分析所需的鏡像變電站系統數據文件，並確定所需下載微機保護裝置的配置文件；同時解析鏡像變電站系統的微機保護裝置所需的模擬量/開關量輸入信息，並輸出至故障模擬模塊； 所述的故障模擬模塊將數字仿真模塊輸出的輸出激勵送至微機保護裝置，進行微機保護裝置的模擬故障運作，並讀入微機保護裝置動作信息，送至故障評價模塊； 所述的故障評價模塊根據故障模擬模塊中的故障輸出模塊所送出的微機保護裝置響應信息以及數據通信模塊所調用的遠程變電站的微機保護動作信息進行一致性比較分析，並輸出結果。
2.根據權利要求I所述的繼電保護事故鏡像檢測系統，其特徵是，所述的數據通信模塊包括數據採集単元和數據傳輸単元，其中數據採集單元經各變電站的SAS調用SCD文件，經各變電站的RSS調用保護CID文件、整定值及事故情況下斷路器跳閘，模擬量、開關量信息、保護裝置動作信息；數據傳輸單元將SCD文件，經各變電站的RSS調用保護CID文件、整定值送入模型映射模塊，將事故情況下斷路器跳閘，模擬量、開關量信息、遠程變電站微機保護動作信息分別送入數字仿真模塊及故障評價模塊。
3.根據權利要求I所述的繼電保護事故鏡像檢測系統，其特徵是，所述的模型映射模塊包括數據接收單元、模型映射單元和數據存儲單元，其中數據接收單元接收變電站S⑶文件、保護裝置CID文件及整定值；模型映射單元依據IEC61850機制，通過S⑶文件構建變電站一次拓撲，一、二次關聯關係，構建微機保護裝置數據文件並輸出至數據存儲単元進行存儲；數據存儲単元根據數字仿真模塊的調取請求輸出相應各個變電站微機保護裝置數據文件。
4.根據權利要求I所述的繼電保護事故鏡像檢測系統，其特徵是，所述的數字仿真模塊包括數據同步単元、數據解析単元和數據輸出単元，其中數據同步単元分別接收來自數據通信模塊的事故情況下斷路器跳閘，模擬量、開關量信息、保護裝置動作信息，並進行同步處理並輸出至數據解析単元；調用模型映射模塊的變電站SCD文件、保護裝置數據文件，送至數據解析単元；數據解析單元進行解析處理生成鏡像變電站系統的保護裝置模擬量/開關量輸入信息，並送至數據輸出単元；數據輸出単元將已解析的鏡像變電站系統的保護裝置模擬量/開關量輸入信息輸出至故障模擬模塊。
5.根據權利要求I所述的繼電保護事故鏡像檢測系統，其特徵是，所述的故障模擬模塊包括故障激勵単元和故障輸出單元，其中故障激勵単元由數字仿真模塊的激勵信息觸發，將來自數字仿真單元的模擬量/開關量輸入信息送入微機保護裝置；故障輸出單元將根據微機保護裝置的保護動作響應結果讀入故障輸出模塊，並送至故障評價模塊。
6.根據權利要求I所述的繼電保護事故鏡像檢測系統，其特徵是，所述的故障評價模塊包括數據輸入単元、數據比較単元和結果顯示単元，其中數據輸入単元接收來自故障模擬模塊的微機保護裝置動作信息以及來自數據通信模塊的遠程變電站微機保護動作信息，經同步後輸出至數據比較単元；數據比較単元將數據輸入單元的鏡像變電站微機保護動作信息與實際故障變電站保護動作信息進行差異性比較，輸出至結果顯示単元；結果顯示単元形成數據比較單元差異性比較的結果輸出。
7.一種根據上述任ー權利要求所述系統的檢測方法，其特徵在於，通過將遠程變電站的一次拓撲信息、一、二次設備關聯信息映射到電網調度控制中心或集控站的鏡像變電站，生成鏡像變電站系統，在電網發生故障時由電網調度控制中心或集控站從遠程變電站調用斷路器跳閘信息、繼電保護動作信息及電網故障前後時刻的模擬量/開關量輸入信息，通過設立在電網調度控制中心或集控站的數字仿真模塊的故障回放技術觸發鏡像變電站的微機繼電保護裝置動作，將鏡像變電站微機保護裝置的動作結果與電網調度控制中心或集控站所實時收集到的遠端變電站保護動作信息、輸出數據文件進行比對分析，實現繼電保護事故鏡像檢測。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵是，所述的故障回放技術包括以下步驟 ①電網調度控制中心或集控站讀取遠程變電站電網故障前後模擬量/開關量輸入信息； ②將電網故障前後模擬量/開關量信息作為數字仿真模塊的輸入信息； ③對於數字仿真模塊所讀取的電網故障前後模擬量/開關量信息進行同步處理； ④將同步後的模擬量/開關量信息解析處理成遠方實際變電站對應保護裝置的模擬量/開關量輸入信息，送入故障模擬模塊，接入鏡像變電站系統的實際保護裝置，作為故障輸入信息； ⑤通過外部觸發信號，將故障模擬模塊的輸出激勵信息加入鏡像變電站系統的實際保護裝置中，形成保護裝置的動作響應結果。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵是，所述的比對是指微機保護裝置基於故障模擬模塊的激勵響應結果與實際遠程變電站事故情況下的含HMI及輸出文件的微機保護動作結果進行一致性比較分析。
10.根據權利要求7所述的方法，其特徵是，所述的分析是指分析鏡像變電站微機保護動作行為與遠程變電站保護裝置動作行為一致性比較分析，判斷二者之間的差異。
全文摘要
一種屬於電力系統技術領域的繼電保護事故鏡像檢測系統及檢測方法，該系統包括數據通信模塊、模型映射模塊、數字仿真模塊、故障模擬模塊、微機保護裝置和故障評價模塊，本發明能夠有效模擬現場場景分析保護裝置的動作行為，快速、有效定位變電站保護裝置的動作性能，大大提高繼電保護動作行為的分析效率及電網事故處理的響應速度，為「自愈型」智能電網提供關鍵支撐技術。
文檔編號G01R31/00GK102707169SQ201210159708
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者劉韶俊, 高翔 申請人:上海毅昊自動化有限公司