一种变电站设备顺控功能调试系统

技术领域

本发明涉及变电站设备调试技术领域，具体涉及一种停电条件下变电站设备顺控功能调试系统。

背景技术

如图1所示，智能变电站监控主机的顺控功能调试需要一次设备联动才能完成。在变电站新建时所有设备均可进行实际操作，顺控功能调试不存在困难。但在变电站扩建时，顺控功能调试会涉及相关运行设备(如：母线闸刀、母差保护失灵接收压板等)，需在停电方式下才可进行操作。在电网运行高可靠性的背景下，为配合顺控功能调试安排停电是个难以解决的困难。目前因停电难以安排导致无法进行顺控功能调试的情况时有发生，影响电网设备运行操作效率与安全性。

如何能够在不停电条件下能够进行顺控功能调试，解决运行变电站顺控功能调试需要停电的难题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种变电站设备顺控功能调试系统，以实现在不停电条件下能够对变电站设备进行顺控功能调试。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种变电站设备顺控功能调试系统，包括：

变电站监控主机顺控模块，用于基于用户输入的操作指令选择顺控操作任务及操作票，基于所述顺控操作任务及操作票向变电站设备仿真模块下发顺控制指令；

变电站设备仿真模块，用于获取顺控指令，基于所述顺控指令，调节所述变电站设备仿真模块中与所述顺控指令对应的子仿真模块的状态数据，对状态切换后的子仿真模块进行潮流计算得到潮流变化数据，将所述潮流变化数据反馈给所述变电站监控主机，生成状态切换报告并上传给所述监控主机。

可选的，上述变电站设备顺控功能调试系统中，还包括：

远程控制平台，用于基于用户输入的操作指令选择顺控操作任务及操作票，基于所述顺控操作任务及操作票生成顺控制指令，将所述顺控制指令发送给数据通信网关机及远方顺控模块；

数据通信网关机及远方顺控模块，用于将获取自所述远程控制平台的顺控制指令发送至所述变电站设备仿真模块。

可选的，上述变电站设备顺控功能调试系统中，所述变电站设备仿真模块包括：

二次设备模型、MMS通信仿真模型、电力元件算法组态模型、一次接线图设计模块和潮流计算模型；

所述二次设备模型，用于构建与变电站二次侧设备一一对应的子仿真模块；

所述MMS通信仿真模型，用于基于配置二次设备信息模型的通信参数；

所述电力元件算法组态模型，用于建立与变电站中不同的电力元件相匹配的功能模型，还用于获取所述顺控指令，依据所述顺控指令调节所述功能模型的配置参数；

所述一次接线图设计模块，依据变电站一次接线图设计实时潮流仿真功能，将潮流数据与电力元件组态模块、二次设备模型进行数据关联，得到变电站一次接线图；

所述潮流计算模型，用于依据变电站一次接线图，绘制等效的潮流计算仿真拓扑图，依据按照潮流计算仿真拓扑图与电力规则完成潮流计算，并重新调整分布潮流数值，将所述潮流变化数据反馈给所述变电站监控主机，生成状态切换报告并上传给所述监控主机。

可选的，上述变电站设备顺控功能调试系统中，还包括：

数据流监测分析设备，用于监测、记录所述变电站监控主机顺控模块以及变电站设备仿真模块之间的交互数据，对所述交互数据进行解析，形成分析报告。

可选的，上述变电站设备顺控功能调试系统中，所述变电站监控主机顺控模块与所述变电站设备仿真模块之间通过MMS通信网络进行数据交互。

可选的，上述变电站设备顺控功能调试系统中，所述潮流计算模型，具体用于采取牛顿-拉夫逊潮流算法依据变电站一次接线图，绘制等效的潮流计算仿真拓扑图。

可选的，上述变电站设备顺控功能调试系统中，所述数据流监测分析设备包括：

通信监测模块，用于接入所述变电站监控主机顺控模块与所述变电站设备仿真模块之间的通信网络，监测变电站监控主机顺控模块与所述变电站设备仿真模块之间的通信报文；

分析模块，用于将所述通信报文进行可视化处理，基于获取到的通信报文生成调试验证报告。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，采用设备虚实融合技术构建顺控功能调试系统。其中，所述变电站监控主机顺控模块为站控层设备，站控层设备采用实体设备，所述变电站设备仿真模块为二次侧设备和一次侧设备，所述二次设备和一次设备采用虚拟设备。通过将站控层设备采用实体设备，保障了站控层监控主机的技术形态与现场实际设备一致，也保障了变电站设备顺控功能调试系统顺控功能及调试操作界面与现场实际一致，实现了不停电条件下能够进行顺控功能调试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中变电站的系统结构示意图；

图2为现有技术中变电站顺控调试的方法流程图；

图3为本申请实施例公开的变电站设备顺控功能调试系统的结构示意图；

图4为本申请变电站设备仿真模块的结构示意图；

图5为本申请实施例公开的变电站设备顺控功能调试流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前智能变电站监控主机顺控功能调试出现一些新技术，其中以国内专利申请(CN 110568284 A/201910767351.8)公开的方法最具有代表性(如图2所示)。该方案提出了一种一键顺控自动测试验证方法，通过接收监控主机发出的顺序控制请求；根据预配置的智能设备顺序控制逻辑，驱动仿真的智能设备控制服务响应顺序控制请求；采集监控主机所获响应数据的顺序控制逻辑；将响应数据的顺序控制逻辑与配置的智能设备顺序控制逻辑比对，获得测试结果。

但是，申请人经过研究发现，该方案存在4个问题。

1.该方案涉及的仿真技术全部集中在监控主机中实现。作为一种新技术在添加到新监控主机中是可行的，对于已运行的监控主机来说必须进行升级改造。但是，已运行监控主机升级改造存在技术兼容性与安全风险的问题，难以采用。

2.该方案仅针对监控主机的“一键顺控”功能调试，不适用常规顺控功能调试。

3.该方案仅解决顺控逻辑静态比较的问题。未对变电站潮流动态变化进行仿真，未能根据一次设备位置状态改变联动潮流数据的动态变化。

4.该方案提供的顺控调试界面及操作过程，与实际的顺控调试界面及操作过程存在差异，应用体验不友好。

针对于上述问题，本发明主要设计思想是采用设备虚实融合技术构建顺控功能调试平台，保持与实际监控系统主机一致的技术形态，保持与实际应用场景一致的调试界面及操作方法，适用于不同类型监控主机顺控功能调试，调试操作应用体验良好。

首先，对本申请中所用到的各个专业名词进行解释：

(1)MMS。一种通信协议，用于智能变电站监控主机、数据通信网关机与二次设备之间的信息交互，遵循IEC61850标准。

(2)SCD。智能变电设备配置描述文件，描述变电站设备的信息模型、通信参数等。

(3)二次设备。变电站内的智能电子设备，具备信息采集、处理与传输功能。

(4)一次设备。变电站内的电力设备，负责电流输送控制、电压升降变换等

(5)一键顺控功能。是国家电网公司运检一〔2018〕63号《变电站一键顺控改造技术规范(试行)》规定的功能。在1.2术语及定义中描述一键顺控为：变电站倒闸操作的一种操作模式，可实现操作项目软件预制、操作任务模块搭建、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行。

参见图1，本申请实施例公开的变电站设备顺控功能调试系统，可以包括：

变电站监控主机顺控模块100和变电站设备仿真模块200，所述变电站监控主机顺控模块100和变电站设备仿真模块200之间的通信方式可以依据用户需求自行选择，在本方案中，为了方便技术介绍，所述变电站监控主机顺控模块100和变电站设备仿真模块200之间可以采用MMS网络进行通信；

变电站监控主机顺控模块100，用于基于用户输入的操作指令选择顺控操作任务及操作票，基于所述顺控操作任务及操作票向变电站设备仿真模块下发顺控制指令；

变电站设备仿真模块200，用于获取顺控指令，基于所述顺控指令，调节所述变电站设备仿真模块中与所述顺控指令对应的子仿真模块的状态数据，对状态切换后的子仿真模块进行潮流计算得到潮流变化数据，将所述潮流变化数据反馈给所述变电站监控主机，生成状态切换报告并上传给所述监控主机。

本申请上述实施例公开的技术方案中，采用设备虚实融合技术构建顺控功能调试系统。其中，所述变电站监控主机顺控模块100为站控层设备，站控层设备采用实体设备，所述变电站设备仿真模块200为二次侧设备和一次侧设备，所述二次设备和一次设备采用虚拟设备。

通过将站控层设备采用实体设备，保障了站控层监控主机的技术形态与现场实际设备一致，也保障了变电站设备顺控功能调试系统顺控功能及调试操作界面与现场实际一致，确保调试过程符合监控值班人员操作习惯，应用体验良好。

参见图1，所述站控层设备，除了所述变电站监控主机顺控模块100之外，还可以包括远程控制平台300和数据通信网关机及远方顺控模块400，通过所述远程控制平台300和数据通信网关机及远方顺控模块400实现所述变电站设备的远程顺控功能调试。

同样的，所述程控制平台300和数据通信网关机及远方顺控模块400也为实体设备，所述远程控制平台，用于基于用户输入的操作指令选择顺控操作任务及操作票，基于所述顺控操作任务及操作票生成顺控制指令，将所述顺控制指令发送给数据通信网关机及远方顺控模块；所述数据通信网关机及远方顺控模块，用于将获取自所述远程控制平台的顺控制指令发送至所述变电站设备仿真模块。其中，所述远程控制平台300可以为远方调控中心或集控站。

在本申请实施例公开的技术方案中，通过所述变电站设备仿真模块模拟变电站一次侧设备和二次侧设备，为了使得所述变电站设备仿真模块能够更加真实地模拟变电站设备的运行状态，参见图4，所述变电站设备仿真模块可以包括：

二次设备模型201、MMS通信仿真模型202、电力元件算法组态模型203、一次接线图设计模块204和潮流计算模型205；

所述二次设备模型，用于构建与变电站二次侧设备一一对应的子仿真模块。其可以基于智能变电站的SCD文件生成二次设备模型，其可以基于变电站SCD文件的导入与自动生成技术，建立二次设备模型，不同的二次设备模型用于模拟不同的二次侧设备。具体的，通过导入变电站的SCD文件，从中获取二次侧设备的模型文件以及设备状态数据、控制数据，自动生成全站所有二次设备的信息模型。自动生成技术保障了仿真模块所包含的设备规模、通信参数与实际变电站的一致性。在本方案中，所述二次设备信息模型具备遥测、遥信、遥控功能，能够响应MMS网络传送的相关信息；能够按照指定规则改变遥测数值并通过MMS通信传送；能够按照指定规则改变遥信位置并通过MMS通信传送；能够接收遥控命令并改变控制对象状态。

所述MMS通信仿真模型，用于基于配置二次设备信息模型的通信参数，当所述变电站监控主机顺控模块100和变电站设备仿真模块200之间通过MMS通信网络进行数据交互时，所述通信参数可以指的是MMS通信参数；具体的，以所述MMS通信网络为例，所述MMS通信仿真模型用于配置二次设备信息模型的MMS通信参数，通过配置所述MMS通信参数，保障了仿真模块能够提供与变电站实际规模一致的二次设备模型，并为所述二次设备模型提供符合IEC61850标准的MMS通信服务能力，所述MMS通信仿真模型可以依据所述变电站的SCD文件自动生成MMS通信网络结构与通信参数，基于该配置参数对二次设备模型进行配置，保障了仿真模块的通信参数与实际变电站的一致性。在本方案中，通过所述MMS通信仿真模型使得二次设备模型具备MMS通信服务能力，配置与实际变电站二次设备一致的通信参数。二次设备模型能够按照IEC61850标准要求提供MMS通信服务，包括初始化报告控制块参数读写，变化数据报告上送，遥控命令接收与执行等。能够通过MMS协议与监控主机、数据通信网关机建立网络通信；

所述电力元件算法组态模型，用于建立与变电站中不同的电力元件相匹配的功能模型，还用于获取所述顺控指令，依据所述顺控指令调节所述功能模型的配置参数；在本方案中，所述电力元件算法组态模型具体用于针对不同的电力元件，如主变、开关、刀闸、线路、母线、电流电压互感器等，通过组态与逻辑计算等技术手段建立与之对应的功能模型，以便在仿真环境中表现出其功能特征，在获取到顺控指令时，基于所述顺控指令调整与之对应的功能模型的状态参数，从而实现具备对测控装置的开关遥控逻辑仿真能力。

所述一次接线图设计模块，依据变电站一次接线图设计实时潮流仿真功能，将潮流数据与电力元件组态模块、二次设备模型进行数据关联，以使得，当其中一个电力元件或二次设备的参数发生改变时，与之关联的其他设备也会随之改变，在本方案中，当所述电力元件算法组态模型中的功能模型的配置参数发生改变以后，变电站一次接线图也将随之改变，此时，一次接线图设计模块会根据改编后的变电站一次接线图设计实时潮流仿真功能，将潮流数据与电力元件组态模块、二次设备模型进行数据关联，在本方案中，所述变电站一次接线图会依据顺控执行进行改变；

所述潮流计算模型，用于依据变电站一次接线图，绘制等效的潮流计算仿真拓扑图，依据按照潮流计算仿真拓扑图与电力规则完成潮流计算，并重新调整分布潮流数值，将所述潮流变化数据反馈给所述变电站监控主机，生成状态切换报告并上传给所述监控主机，监控主机接收到潮流变化数据，从而实现了潮流跟随一次接线图拓扑结构改变动态变化的功能，完成顺控操作过程的闭环。具体的，所述潮流计算模型，具体可以采取牛顿-拉夫逊潮流算法依据变电站一次接线图，绘制等效的潮流计算仿真拓扑图。所述牛顿-拉夫逊潮流算法饿计算步长为128毫秒，节点个数支持100万个。

进一步的，在具体设计时，本申请上述实施例公开的技术方案中，所述变电站监控主机顺控模块100可以选择兼容的硬件服务器，该服务器中可以安装与现场监控主机一致操作系统及数据库，甚至可以利用现场工程备份文件恢复监控系统主机，使得所述硬件服务器保持与现场监控主机一致的技术形态与功能，为了方便用户操作，该服务器可以包括顺控操作票与顺控操作运行界面。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述数据通信网关机及远方顺控模块可以选择与现场型号一致的数据通信网关机。利用现场工程备份文件恢复数据通信网关机参数配置，保持与现场一致的技术形态与功能，包括远方顺控相关的命令接收与转发。

在本申请另一实施例公开的技术方案中，还可以使得变电站设备顺控功能调试过程可视化，具体的，上述系统中，还可以包括：

数据流监测分析设备500，用于监测、记录所述变电站监控主机顺控模块以及变电站设备仿真模块之间的交互数据，对所述交互数据进行解析，形成分析报告。其具体用于监测与记录顺控过程中设备之间数据交互信息，实现顺控操作票验证过程数据流可视化，并实时解析相关协议报文，形成分析报告。

在本申请另一实施例公开的技术方案中，所述数据流监测分析设备可以包括：

通信监测模块，用于接入所述变电站监控主机顺控模块与所述变电站设备仿真模块之间的通信网络(MMS网络)，监测变电站监控主机顺控模块与所述变电站设备仿真模块之间的通信报文，以使得顺控功能调试过程数据流可视化；

分析模块，用于将所述通信报文进行可视化处理，基于获取到的通信报文生成调试验证报告。具体的，该分析模块在顺控功能调试过程中实时捕捉通信报文并将数据流可视化，将监控主机中的顺控操作票、调试过程记录信息与数据流报文分析三者进行比对校验，形成调试验证报告，从而实现顺控功能调试的全过程验证。

为了进一步介绍本申请实施例公开的上述技术方案，下面参见图5，对监控主机顺控功能调试工作流程进行说明：

(1)变电站监控主机顺控模块在顺控操作界面选择顺控操作任务及操作票，下发顺序控制指令。

(2)变电设备仿真模块接收到顺序控制指令，依据二次设备模型关联遥控点、遥信点，并改变相应的开关、刀闸等电力元件的状态。状态改变后产生两个行为：1)通过MMS服务上传“状态改变”的报告；2)关联电力元件算法组态并触发一次主线图与潮流计算进程。

(3)电力元件算法组态模型接收开关、刀闸等电力元件的状态改变的信息，调节与之对应的功能模型的状态配置，从而使得变电站一次接线图发生变化，所述潮流计算模型，按照改变后的一次接线图拓扑关系与电力规则完成潮流计算，并重新调整分布潮流数值。潮流改变后产生两个行为：1)潮流遥测值关联变电设备仿真模块的二次设备模型；2)变电设备仿真模块通过MMS服务上传“测量值改变”的报告。

(4)监控主机接收到潮流变化数据，从而实现了潮流跟随一次接线图拓扑结构改变动态变化的功能，完成顺控操作过程的闭环。

(5)通信报文监测与数据流可视化模块，实时监测监控主机与变电设备仿真模块之间交互的数据流并解析协议信息，实现数据流可视化。

(6)根据收集到的顺控操作票内容、顺控调试过程记录以及顺控调试操作过程数据流解析等信息，进行比对分析并生成顺控调试报告。

由上述实施例公开的技术方案可见，本申请所提供的变电站设备顺控功能调试系统具有以下优点：

1.本发明采用设备虚实融合的方式构建调试环境，具备技术形态一致性、应用体验一致性的鲜明特点。

2.基于变电站实际的监控主机、数据通信网关机工程备份文件，通过工程恢复的技术手段建立监控主机、通信网关机，容易满足适应不种类型顺控功能调试的要求。技术手段简单可靠，达到事半功倍的效果。

3.部署变电站设备仿真模块，基于SCD文件生成设备模型，具备实时潮流计算仿真、遥测遥信遥控实时响应以及MMS通信服务等功能，使得整个仿真调试环境与变电站实际运行环境更加逼近。

4.通信报文监测与数据流可视化的应用，实现了顺控调试的全过程管控。

5.该方法既适用智能变电站监控主机顺控功能调试，也适用远方调控中心(集控站)顺控功能调试。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。