专利名称：继电保护事故镜像检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力系统技术领域的系统及方法，具体是一种继电保护事故镜像检测系统及检测方法。
背景技术：
IEC61850标准体 系提出了变电站自动化系统“三层两网”结构，核心在于实现网络化信息共享机制，这对于优化变电站信息流、提高信息利用的集成度奠定了基础。保护装置与一次设备一体化安装将成为智能变电站典型建设模式，这样，一次设备与二次装置联接就非常简单、标准，具备工厂完成的可能，连接线出错的可能性将大大降低。信息通过光缆送出，可以实现信息“按需调用、网络共享”。由此，具备在工厂内完成变电站自动化系统现场投运前所需进行的绝大部分试验。IEC61850标准具备了信息自我描述的能力和源端数据维护的可能，IEC61850 —个重要基础是制造报文规范(Manufacturing Message Specification, MMS)的应用。MMS中虚拟制造设备(Virtual Manufacturing Device, VMD)和映射(Mapping)是两个最重要的概念，有助于建立相应的模型。虚拟制造设备VMD抽象地描述了一个实际制造设备的外部可见行为，使得MMS与具体设备的内部特性无关。这样，有可能采用镜像技术在电网调度控制中心或集控站构建一个虚拟的变电站，完整映射物理距离上远离调度中心(集控站)的真实变电站，实时调用远端变电站信息进行远程维护及发生电网事故后的远程保护动作行为分析。这种技术的应用符合国家电网公司倡导的调控一体化、运维一体化的思路。经对现有的技术检索发现，中国专利文献号CN102426309A，
公开日2012_04_25，记载了一种“主站机房环境下区域备自投系统的测试方法”，该技术包括如下步骤(1)在EMS系统的SCADA中建立多个模拟变电站；(2)在主站机房内建立模拟环境，用于分别模拟每个模拟变电站内的电网故障，并将模拟的电网故障数据对应分别发输出至每个模拟变电站；(3)被测区域备自投系统将各个带有故障数据的模拟变电站串供建立形成链式串供模型，输出区域备自投的动作处理方法至SCADA，并通过SCADA将该动作处理方法显示出来；对比步骤(3)中的动作处理方法与理论上正确的区域备自投动作处理方法是否一致。但是该技术在SCADA系统中建立多个模拟变电站，非采用基于IEC61850的镜像技术，不能反映实际变电站的二次系统情况；并且该技术采用模拟电网故障获取各种数据，评价备自投装置的响应行为，并与理论计算比较；并非采用实际故障形成的数据，输入镜像变电站系统的保护装置，比较镜像变电站系统与远程变电站保护在电网实际故障时的动作行为。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种继电保护事故镜像检测系统及检测方法，能够有效模拟现场场景分析保护装置的动作行为，快速、有效定位变电站保护装置的动作性能，大大提高继电保护动作行为的分析效率及电网事故处理的响应速度，为“自愈型”智能电网提供关键支撑技术。本发明是通过以下技术方案实现的本发明涉及一种继电保护事故镜像检测系统，包括数据通信模块、模型映射模块、数字仿真模块、故障模拟模块、微机保护装置和故障评价模块，其中所述的数据通信模块I)与SAS (Substation Automation System,变电站自动化系统)相连并调用各变电站的SO)(System Configuration Description,变电站系统配置描述)文件输出至模型映射模块；2)与RSS(Relay Supervisory System,继电保护监测系统)相连并调用各变电站保护装置CID (Configured IED Description,实例配置文件)文件、整定值信息输出至模型 映射模块；3)在电网发生故障时经RSS调用变电站断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、保护动作信息，输出至数字仿真模块；并将远程变电站微机保护动作信息输出至故障评价模块。所述的模型映射模块，根据获得的S⑶文件，基于IEC61850机制，建立反映各变电站一次拓扑结构、一二次关联关系的镜像变电站系统SCD数据文件；根据获得的各变电站保护装置CID文件、整定值信息，建立各镜像变电站系统的保护装置配置文件源并保存。所述的数字仿真模块在电网发生故障时，依据数据通信模块传送的变电站断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、保护动作信息，调用模型映射模块中的变电站SCD文件及对应的保护装置数据文件，生成远程事故分析所需的镜像变电站系统数据文件，并确定所需下载微机保护装置的配置文件及整定值。同时解析镜像变电站系统的微机保护装置所需的模拟量/开关量输入信息，并输出至故障模拟模块。所述的故障模拟模块将数字仿真模块输出的输出激励送至微机保护装置，进行微机保护装置的模拟故障运作，并读入微机保护装置动作信息，送至故障评价模块。所述的微机保护装置是指在微机保护装置所配置的与远程变电站硬件一致的保护装置，该微机保护装置与远程变电站微机保护装置的差异在于，需根据实际故障确定所需下载的CID文件和整定值。在电网发生故障确定所需镜像的变电站后，由数字仿真模块调用模型映射模块所存储的SCD文件、保护装置CID文件和整定值，送至故障模拟模块，由故障激励单元下载微机保护装置所对应的CID文件和整定值，构建与远程变电站微机保护装置配置一致的参数设定值。所述的故障评价模块根据故障模拟模块中的故障输出模块所送出的微机保护装置响应信息，以及数据通信模块所调用的远程变电站微机保护动作信息进行一致性比较分析，并输出比较结果。本发明涉及上述系统的检测方法，通过将远程变电站的一次拓扑信息、一、二次设备关联信息映射到电网调度控制中心(或集控站)的镜像变电站，生成镜像变电站系统，在电网发生故障时由电网调度控制中心(或集控站)从远程变电站调用断路器跳闸信息、继电保护动作信息及电网故障前后时刻的模拟量/开关量输入信息，通过设立在电网调度控制中心(或集控站)的数字仿真模块的故障回放技术，触发镜像变电站的微机继电保护装置动作，将镜像变电站微机保护装置的动作结果与电网调度控制中心(或集控站)所收集到的远端变电站保护动作信息，如人机界面(Human Machine Interface,HMI)信息、输出数据文件进行比对分析，判断微机保护装置的动作行为。所述的镜像变电站系统是指基于S⑶文件且包含与实际变电站完全相同的电流、电压实时信息、变电站一、二次设备关联信息、保护设备功能及定义信息、整定值信息。所述的故障回放技术的具体操作包括①电网调度控制中心(或集控站)读取远程变电站电网故障前后模拟量/开关量输入信息；②将电网故障前后模拟量/开关量信息作为数字仿真模块的输入信息；
③对于数字仿真模块所读取的电网故障前后模拟量/开关量信息进行同步处理；④将同步后的模拟量/开关量信息解析处理成远方实际变电站对应保护装置的模拟量/开关量输入信息，送入故障模拟模块，由故障模拟模块接入镜像变电站系统的微机保护装置，作为故障输入信息；⑤通过外部触发信号，故障模拟模块的输出激励信息加入镜像变电站系统的微机保护装置中，形成微机保护装置的动作响应结果，并由故障模拟模块的故障输出单元读入镜像变电站系统的微机保护输出响应信息。所述的比对是指镜像变电站系统的微机保护装置基于故障模拟模块的激励响应结果与实际远程变电站事故情况下的微机保护动作结果(含HMI及输出文件)进行一致性比较分析。所述的分析是指分析镜像变电站微机保护动作行为与远程变电站保护装置动作行为一致性比较分析，判断二者之间的差异。如HMI显示、输出文件结果比较等。本发明在电网事故或保护异常跳闸情况下，可以模拟实际电网故障场景，远程分析变电站内的保护动作行为，大大提高继电保护动作行为分析的效率，加快事故处理速度。该方法充分利用了 IEC61850体系下的信息网络共享优势，有效地提升了继电保护装置对于电网事故响应的分析能力。
图I为本发明系统结构示意图。图2为本发明流程示意图。图3为实施例应用环境示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例如图I所示，本实施例涉及的继电保护事故镜像检测系统，包括数据通信模块、模型映射模块、数字仿真模块、故障模拟模块、微机保护装置和故障评价模块，其中
所述的数据通信模块I)与变电站自动化系统SAS相连并调用各变电站的SCD文件输出至模型映射模块；2)与变电站保护监测系统RSS相连并调用各变电站保护装置CID文件、整定值信息输出至模型映射模块；3)在电网发生故障时经RSS调用变电站断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、保护动作信息，输出至数字仿真模块；并将远程变电站微机保护动作信息输出至故障评价模块。
该数据通信模块包括数据采集单元和数据传输单元，其中数据采集单元经各变电站的SAS调用SCD文件，经各变电站的RSS调用保护CID文件及整定值，断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、微机保护动作信息；数据传输单元将SCD文件，经各变电站的RSS调用保护CID文件、整定值送入模型映射模块，将事故情况下断路器跳闸，模拟量、开关量信息、远程变电站微机保护动作信息分别送入数字仿真模块及故障评价模块。所述的变电站自动化系统SAS，指与实现变电站运行操作、数据通信的自动化系统，根据IEC对变电站自动化系统定义为“变电站自动化系统SAS就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化”所述的保护监测系统RSS，指基于IEC61850通信结构，实现对于变电站保护装置运行情况监测的系统，该系统可从变电站过程层网络中获取变电站的模拟量、开关量信息，用于故障分析。所述的模型映射模块，根据获得的S⑶文件，基于IEC61850机制，建立反映各变电站一次拓扑结构，一、二次关联关系的镜像变电站系统SCD数据文件；根据获得的各变电站保护装置CID文件、整定值信息，建立各镜像变电站系统的保护装置配置文件源并保存。该模型映射模块包括数据接收单元、模型映射单元和数据存储单元，其中数据接收单元接收变电站S⑶文件、保护装置CID文件及整定值；模型映射单元依据IEC61850机制，通过SCD文件构建变电站一次拓扑，一、二次关联关系，构建保护装置数据文件并输出至数据存储单元进行存储；数据存储单元根据数字仿真模块的调取请求输出相应各个变电站保护装置数据文件。所述的数字仿真模块在电网发生故障时，依据数据通信模块传送的变电站断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、保护动作信息，调用模型映射模块中的保护装置数据文件，生成远程事故分析所需的镜像变电站系统数据文件，并确定所需下载微机保护装置的配置文件；同时解析镜像变电站系统的微机保护装置所需的模拟量/开关量输入信息并输出至故障模拟模块。该数字仿真模块包括数据同步单元、数据解析单元和数据输出单元，其中数据同步单元接收数据通信模块有关涉及事故跳闸的远程变电站模拟量/开关量输入信息，数据解析单元调用模型映射模块的变电站SCD文件及微机保护装置数据文件，并解析处理生成镜像变电站系统的微机保护装置模拟量/开关量输入信息；数据输出单元将已解析的镜像变电站系统的微机保护装置模拟量/开关量输入信息输出至故障模拟模块。所述的故障模拟模块将数字仿真模块输出的输出激励送至微机保护装置，进行微机保护装置的模拟故障运作，并读入微机保护装置动作信息，送至故障评价模块。
该故障模拟模块包括故障激励单元和故障输出单元，其中故障激励单元由外部激励信息触发，将来自数字仿真单元的模拟量/开关量输入信息送入微机保护装置；故障输出单元接入微机保护装置的保护动作响应结果，并输出至故障评价模块。所述的故障评价模块根据故障模拟模块中的故障输出模块所送出的微机保护装置响应信息以及数据通信模块所调用的远程变电站的微机保护动作信息进行一致性比较分析并输出比较结果。该故障评价模块包括数据输入单元、数据比较单元和结果显示单元，其中数据输入单元接收来自故障模拟模块的微机保护装置动作信息以及来自数据通信模块的远程变电站微机保护动作信息经同步后输出至数据比较单元；数据比较单元将数据输入单元的镜像变电站微机保护动作信息与实际故障变电站保护动作信息进行差异性比较，输出至结果显示单元进行结果显示。
如图2所示，本实施例通过以下方式实现检测SlOO :数据通信模块获取变电站S⑶文件及保护装置CID文件、整定值，送入模型映射模块，构成基于IEC61850的镜像变电站系统数据源，并事先存储于模型映射模块的数据存储单元，以备电网发生故障时调用涉及故障断路器、保护跳闸的变电站相关信息。在本申请实施系统中，从远端变电站SAS系统，调用电变电站S⑶文件，从保护监测系统RSS调用保护装置的CID文件及保护整定值信息。由于基于IEC61850机制的S⑶文件涵盖变电站一次拓扑信息，一、二次设备关联信息，保护装置CID文件涵盖保护二次回路信息等，因此，这些数据文件可以完整抽象描述变电站拓扑结构和一、二次设计原理，为镜像变电站系统提供数据源。S200:数据通信模块获取电网事故时断路器跳闸、保护装置动作信息，送入数字仿真模块，由数字仿真模块调用模型映射模块数据存储单元中的SCD文件和保护装置CID文件、整定值等信息，构建对应的镜像变电站系统及微机保护装置的配置文件。在本申请实施系统中，数据通信模块从远端变电站的SAS系统及RSS系统中获取断路器跳闸和继电保护动作信息后，送至数字仿真模块，调出模型映射模块数据存储单元所存储的对应变电站S⑶文件和所动作保护装置的CID文件及保护整定值信息，并送入故障模拟模块。由故障模拟模块将变电站继电保护装置的CID文件及整定值，下载到镜像变电站系统的微机保护装置，构建与实际涉及故障跳闸的变电站保护配置一致的模拟保护系统。S300:数据通信模块获取电网事故的模拟量、开关量特征信息，送至数字仿真模块，由数字仿真模块中的解析单元，同步并解析镜像变电站系统微机保护装置所需的输入量，送入故障模拟模块，构成镜像变电站系统微机保护装置动作的激励信号源。在本申请实施系统中，根据由数据通信模块通过变电站RSS系统所获取的信息，送入数字仿真模块，同步并解析为对应镜像变电站系统的微机保护装置所需的模拟量、开关量激励信息，送入模拟故障模块，作为微机保护装置的激励信号源。S400:数据通信模块获取电网故障时变电站保护装置动作信息，送入故障评价模块作为动作分析数据源。在本申请实施系统中，电网故障时数据通信模块通过变电站的RSS系统获取保护装置动作数据(含HMI信息)，送入故障评价模块，以作为与镜像变电站系统微机保护装置动作结果比对的数据源。S500 :模拟故障模块激励镜像变电站系统的微机保护装置动作，并将微机结果读入故障输出模块，送入故障评价模块，与实际系统保护动作结果进行一致性比较分析，形成判别结果。在本申请实施系统中，电网发生故障时，通过将实际电网变电站保护装置动作情况(含HMI信息)与由数字仿真模块驱动的镜像变电站系统的微机保护装置动作文件进行比对，即可以实现继电保护动作行为分析功能。所述的比对是指通过故障数据回放分析镜像变电站系统的微机保护装置动作响应行为，与电网调度控制中心或集控站调用的远程变电站微机保护动作信息(含HMI)进行比对，实现继电保护动作行为的镜像分析。由以上技术方案可见，本申请实施方法提供的继电保护事故镜像检测系统，使得保护技术人员可以最大限度地模拟现场场景，快速分析保护动作原因，及时处理事故，有助 于提升继电保护动作行为的分析能力。
权利要求
1.ー种继电保护事故镜像检测系统，其特征在于，包括数据通信模块、模型映射模块、数字仿真模块、故障模拟模块、微机保护装置和故障评价模块，其中 所述的数据通信模块 1)与变电站自动化系统相连并调用各变电站的SCD文件输出至模型映射模块； 2)与变电站保护监测系统相连并调用各变电站保护装置CID文件、整定值信息输出至模型映射模块； 3)在电网发生故障时经RSS调用变电站断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、保护动作信息，输出至数字仿真模块；并将远程变电站微机保护动作信息输出至故障评价模块； 所述的模型映射模块，根据获得的SCD文件，基于IEC61850机制，建立反映各变电站一次拓扑结构、一、二次关联关系的镜像变电站系统SCD数据文件；根据获得的各变电站保护装置CID文件、整定值信息，建立各镜像变电站系统的保护装置配置文件源并保存； 所述的数字仿真模块在电网发生故障时，依据数据通信模块传送的变电站断路器跳闸信息、模拟量/开关量输入信息、微机保护动作信息，调用模型映射模块中的微机保护装置数据文件，生成远程事故分析所需的镜像变电站系统数据文件，并确定所需下载微机保护装置的配置文件；同时解析镜像变电站系统的微机保护装置所需的模拟量/开关量输入信息，并输出至故障模拟模块； 所述的故障模拟模块将数字仿真模块输出的输出激励送至微机保护装置，进行微机保护装置的模拟故障运作，并读入微机保护装置动作信息，送至故障评价模块； 所述的故障评价模块根据故障模拟模块中的故障输出模块所送出的微机保护装置响应信息以及数据通信模块所调用的远程变电站的微机保护动作信息进行一致性比较分析，并输出结果。
2.根据权利要求I所述的继电保护事故镜像检测系统，其特征是，所述的数据通信模块包括数据采集単元和数据传输単元，其中数据采集单元经各变电站的SAS调用SCD文件，经各变电站的RSS调用保护CID文件、整定值及事故情况下断路器跳闸，模拟量、开关量信息、保护装置动作信息；数据传输单元将SCD文件，经各变电站的RSS调用保护CID文件、整定值送入模型映射模块，将事故情况下断路器跳闸，模拟量、开关量信息、远程变电站微机保护动作信息分别送入数字仿真模块及故障评价模块。
3.根据权利要求I所述的继电保护事故镜像检测系统，其特征是，所述的模型映射模块包括数据接收单元、模型映射单元和数据存储单元，其中数据接收单元接收变电站S⑶文件、保护装置CID文件及整定值；模型映射单元依据IEC61850机制，通过S⑶文件构建变电站一次拓扑，一、二次关联关系，构建微机保护装置数据文件并输出至数据存储単元进行存储；数据存储単元根据数字仿真模块的调取请求输出相应各个变电站微机保护装置数据文件。
4.根据权利要求I所述的继电保护事故镜像检测系统，其特征是，所述的数字仿真模块包括数据同步単元、数据解析単元和数据输出単元，其中数据同步単元分别接收来自数据通信模块的事故情况下断路器跳闸，模拟量、开关量信息、保护装置动作信息，并进行同步处理并输出至数据解析単元；调用模型映射模块的变电站SCD文件、保护装置数据文件，送至数据解析単元；数据解析单元进行解析处理生成镜像变电站系统的保护装置模拟量/开关量输入信息，并送至数据输出単元；数据输出単元将已解析的镜像变电站系统的保护装置模拟量/开关量输入信息输出至故障模拟模块。
5.根据权利要求I所述的继电保护事故镜像检测系统，其特征是，所述的故障模拟模块包括故障激励単元和故障输出单元，其中故障激励単元由数字仿真模块的激励信息触发，将来自数字仿真单元的模拟量/开关量输入信息送入微机保护装置；故障输出单元将根据微机保护装置的保护动作响应结果读入故障输出模块，并送至故障评价模块。
6.根据权利要求I所述的继电保护事故镜像检测系统，其特征是，所述的故障评价模块包括数据输入単元、数据比较単元和结果显示単元，其中数据输入単元接收来自故障模拟模块的微机保护装置动作信息以及来自数据通信模块的远程变电站微机保护动作信息，经同步后输出至数据比较単元；数据比较単元将数据输入单元的镜像变电站微机保护动作信息与实际故障变电站保护动作信息进行差异性比较，输出至结果显示単元；结果显示単元形成数据比较单元差异性比较的结果输出。
7.一种根据上述任ー权利要求所述系统的检测方法，其特征在于，通过将远程变电站的一次拓扑信息、一、二次设备关联信息映射到电网调度控制中心或集控站的镜像变电站，生成镜像变电站系统，在电网发生故障时由电网调度控制中心或集控站从远程变电站调用断路器跳闸信息、继电保护动作信息及电网故障前后时刻的模拟量/开关量输入信息，通过设立在电网调度控制中心或集控站的数字仿真模块的故障回放技术触发镜像变电站的微机继电保护装置动作，将镜像变电站微机保护装置的动作结果与电网调度控制中心或集控站所实时收集到的远端变电站保护动作信息、输出数据文件进行比对分析，实现继电保护事故镜像检测。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的故障回放技术包括以下步骤 ①电网调度控制中心或集控站读取远程变电站电网故障前后模拟量/开关量输入信息； ②将电网故障前后模拟量/开关量信息作为数字仿真模块的输入信息； ③对于数字仿真模块所读取的电网故障前后模拟量/开关量信息进行同步处理； ④将同步后的模拟量/开关量信息解析处理成远方实际变电站对应保护装置的模拟量/开关量输入信息，送入故障模拟模块，接入镜像变电站系统的实际保护装置，作为故障输入信息； ⑤通过外部触发信号，将故障模拟模块的输出激励信息加入镜像变电站系统的实际保护装置中，形成保护装置的动作响应結果。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的比对是指微机保护装置基于故障模拟模块的激励响应结果与实际远程变电站事故情况下的含HMI及输出文件的微机保护动作结果进行一致性比较分析。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的分析是指分析镜像变电站微机保护动作行为与远程变电站保护装置动作行为一致性比较分析，判断二者之间的差异。
全文摘要
一种属于电力系统技术领域的继电保护事故镜像检测系统及检测方法，该系统包括数据通信模块、模型映射模块、数字仿真模块、故障模拟模块、微机保护装置和故障评价模块，本发明能够有效模拟现场场景分析保护装置的动作行为，快速、有效定位变电站保护装置的动作性能，大大提高继电保护动作行为的分析效率及电网事故处理的响应速度，为“自愈型”智能电网提供关键支撑技术。
文档编号G01R31/00GK102707169SQ201210159708
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者刘韶俊, 高翔 申请人:上海毅昊自动化有限公司