专利名称：一种智能变电站试验研究系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能变电站技术领域，具体是一种智能变电站试验研究系统。
背景技术：
智能电网已经成为未来电网的发展方向，智能变电站的建设工作已经全面展开。大量智能变电站的投运是否会对电网造成影响、数字化二次设备的性能是否满足电网安全稳定运行的要求、过程层组网方式的优化及智能变电站其它相关的问题都需要进行研究，因此急切需要一个试验研究平台。目前，已有的智能变电站二次系统仿真测试系统可以用于开展数字化二次设备检测工作，但是，测试系统的结构及配置仅适合于开展数字化二次设备本体的测试工作，而无法对智能变电站二次系统开展有效的研究工作。例如，现有的一种测试系统使用PCI总线扩展器和IEC61850通信卡对系统测试主机生成的测试数据进行信号转换，转换后的数据作为测试信号源对全数字化保护的二次设备进行检测；这种结构与智能变电站二次系统结构存在较大差别，无法对智能变电站各二次系统各部分设备进行试验研究。开展智能变电站各二次系统及设备的试验研究工作要求所构建的试验系统与实际智能变电站二次系统具有高度的相似性；因此，构建一个可以对智能变电站二次系统开展有效的研究工作的试验研究系统，具有紧迫的现实需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种智能变电站试验研究系统，使用该系统可以有效的开展智能变电站二次系统设备试验新技术、二次系统设备性能、过程层网络组网方式、保护装置采样/跳闸方式等研究工作。一种智能变电站试验研究系统，包括模拟一次系统及设备、过程层设备、过程层网络、间隔层设备、站控层网络、后台监控系统和时钟同步系统；模拟一次系统及设备对应智能变电站一次系统，过程层设备、过程层网络、间隔层设备、站控层网络、后台监控系统和时钟同步系统构成智能变电站二次系统，模拟一次系统及设备与过程层设备相连；过程层设备通过过程层网络与间隔层设备相连，间隔层设备通过站控层网络与站控层设备连接，所述站控层设备包括后台监控系统；所述模拟一次系统及设备包括数字仿真设备、物理接口装置、电子式互感器和模拟断路器；数字仿真设备与物理接口装置相连，物理接口装置与电子式互感器、模拟断路器连接；数字仿真设备用于构建仿真模型，模拟智能变电站一次系统及电网结构，输出暂态仿真数据至物理接口装置，并接收物理接口装置反馈的开关动作信号；所述过程层设备包括合并单元、智能终端；所述过程层网络由光口交换机组成，所述站控层网络由电口交换机组成；所述间隔层设备包括数字化继电保护装置、数字化故障录波装置和测控装置；物理接口装置输出传统互感器二次电气量至电子式互感器或者合并单元；模拟断路器接收智能终端输出的开关动作信号，并将所述开关动作信号发送至物理接口装置；所述时钟同步系统具备IRIG-B、IEEE1588、秒脉冲以及SNTP对时功能，主要用于对相关智能化二次设备进行对时。本发明试验研究系统中的智能变电站二次系统与实际智能变电站具有高度相似性，能够对智能变电站二次系统各部分设备和系统进行试验研究。
图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的模拟一次系统及设备和过程层设备信号传输示意图；图3为本发明在数字化继电保护装置直采直跳方式下，相关系统结构及信号传输示意图；图4为本发明在数字化继电保护装置网采网跳方式下，相关系统结构及信号传输示意具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行清楚、完整的说明。请参考图1，本发明提供一种智能变电站试验研究系统，包括模拟一次系统设备
1、过程层设备2、过程层网络3、间隔层设备4、站控层网络5、后台监控系统6和时钟同步系统7 ;模拟一次系统及设备I对应智能变电站一次系统，过程层设备2、过程层网络3、间隔层设备4、站控层网络5、后台监控系统6和时钟同步系统7构成智能变电站二次系统，间隔层设备4通过站控层网络5与站控层设备6连接，所述站控层设备6包括后台监控系统。所述模拟一次系统及设备I包括数字仿真设备11、物理接口装置12、电子式互感器13和模拟断路器14 ;数字仿真设备11与物理接口装置12相连，物理接口装置与电子式互感器13、模拟断路器14连接。数字仿真设备11中构建仿真模型，模拟智能变电站一次系统及电网结构，输出数字量仿真结果至物理接口装置12，并接受物理接口装置12反馈的开关动作信号；物理接口装置12输出传统互感器二次电气量(额定电压100V、额定电流5A)至电子式互感器13，模拟断路器14输出开关动作信号(电平信号)至物理接口装置；模拟一次系统及设备I与过程层设备相连。模拟一次系统及设备可以输出传统互感器/电子式互感器二次侧数据，模拟智能变电站一次系统(互感器)向二次系统输出的真实过程。所述数字仿真设备11由数字仿真软件和硬件设备组成，仿真软件中构建智能变电站一次系统及电网模型，对实际系统运行工况进行模拟，智能变电站一次系统及电网模型为该试验研究系统的一部分。数字仿真设备11中构建的电网一次系统模型进过仿真计算后，输出暂态仿真信号至物理接口装置；数字仿真装置还用于接收物理接口装置12反馈的开关动作信号，开关动作信号用于控制电网一次系统模型中对应开关的动作。所述物理接口装置12将接收的暂态仿真信号进行转换后，输出传统互感器二次侧电气量信号(额定电压为100V、额定电流为5A/1A)至合并单元21或者电子式互感器13 ；还用于接收模拟断路器14发送的开关动作信号，并进行数据格式转换后输出到数字仿真设备11，构成闭环。所述电子式互感器13是基于Rogowski线圈的一种有源型电子式电流互感器，其工作原理、特性均与实际智能变电站中使用的电子式互感器相一致。所述电子式互感器13接收物理接口装置12输出的传统互感器二次侧电气量信号(额定电压100V、额定电流5A/1A)，输出IEC60044-8报文信号至合并单元21。与所述的电子式互感器相比，实际智能变电站中使用的电子式互感器输入电压较高，例如为220kV或者IlOkV,无法用于试验系统中开展研究工作。所述过程层设备2包括合并单元21、智能终端22，过程层设备与模拟一次系统及设备相连，其与实际智能变电站对应设备功能相同，并可采用单套配置。所述过程层网络3由光口交换机组成，可采用单网结构，光口交换机冗余配置；改变光口交换机连接方式可以实现过程层网络的不同组网方式。所述间隔层设备4包括数字化继电保护装置41、数字化故障录波装置42和测控装置43，可采用单套配置。所述站控层网络5由电口交换机组成，可采用单网结构，交换机冗余配置。所述站控层设备6包括后台监控系统。所述时钟同步系统7具备IRIG-B、IEEE1588、秒脉冲以及SNTP对时功能，主要用于对相关智能化二次设备进行对时，采用网络对时方式时其与过程层网络3和站控层网络5连接。本发明试验研究系统中的智能变电站二次系统与实际智能变电站具有高度相似性，能够对智能变电站二次系统各部分设备和系统进行试验研究。本发明智能变电站试验研究系统在系统结构上与实际智能变电站具有高度的相似性，以下以一个实施例对其进行说明。实施例中，模拟一次系统及设备、过程层设备和过程层网络之间信号传输流程如图2所示。(I)步骤81:数字仿真设备11输出暂态仿真信号信号至物理接口装置12，并可以接收物理接口装置12反馈的开关动作信号。具体的，采用数字仿真系统11构建智能变电站一次系统及电网模型，参数与现场运行设备相一致，计算输出的仿真试验数据与实际运行工况具有较高的相似度，保证了试验研究数据源的真实性。(2)步骤821:物理接口装置装置12输出传统互感器二次侧电气量信号(额定电压100V、额定电流5A/1A)至合并单元21，模拟传统互感器向合并单元输出信号的过程。(3)步骤822:物理接口装置12输出传统互感器二次侧电气量信号(额定电压100V、额定电流5A/1A)至电子式互感器13。(4)步骤823:电子式互感器13输出IEC61850-9-2报文信号至合并单元21。步骤822和823模拟电子式互感器其向合并单元输出信号的过程。具体的，目前，智能变电站互感器与合并单元的连接方式主要有两种，传统互感器或者电子式互感器直接与合并单元相连，该试验研究系统可以对该过程进行模拟(具体过程见步骤821或者步骤822、823)，体现了试验研究系统结构上与实际智能变电站具有高度的相似性。(5)步骤83:智能终端22将接收到的开关动作信号(报文格式)进行转换处理后，输出开关控制脉冲信号至模拟断路器14 ;还可以将模拟断路器14的位置状态信号反馈至智能终端。(6)步骤84:模拟断路器14输出开关动作信号输出至物理接口装置12。物理接口装置12与数字仿真设备11相连，实现闭环试验。智能变电站试验研究系统在功能上具有多样性，以下以一个实施例对其进行说明。实施例中，分别对数字化继电保护设备采用直采直跳或者网采网跳组网方式时，相关设备的连接及信号传输过程进行介绍，设备连接情况分别如图3和图4所示。所述数字化继电保护装置41直采直跳方式下(如图3所示)，相关设备的信号传输过程如下:(I)步骤911:合并单元21直接输出IEC61850报文信号至数字化继电保护装置41，实现数字化继电保护装置直接采样。(2)步骤912:数字化继电保护装置41动作，GOOSE报文直接输出至智能终端22，由智能终端22控制模拟断路器14实现数字化继电保护装置直接跳闸。所述数字化继电保护装置41网采网跳组方式下(如图4所示)，相关设备的信号传输过程如下:(I)步骤921:合并单元21输出IEC61850报文信号至过程层网络3。(2)步骤922:过程层网络3输出IEC61850报文信号至数字化继电保护装置41，实现数字化继电保护装置网络采样组网方式。数字化继电保护装置41输出的GOOSE格式的开关动作信号至过程层网络3后实现网络跳闸组网方式。(3)步骤923:过程层网络3输出GOOSE报文格式的开关动作信号至智能终端22。采用本发明所述试验研究系统可以实现数字化继电保护装置多种采样/跳闸方式，例如，上述的直采直跳和网采网跳，这体现了本发明所述的智能变电站试验研究系统在功能上的多样性。
权利要求
1.一种智能变电站试验研究系统，其特征在于:包括模拟一次系统及设备(I)、过程层设备(2)、过程层网络(3)、间隔层设备(4)、站控层网络(5)、后台监控系统(6)和时钟同步系统(7);模拟一次系统及设备(I)对应智能变电站一次系统，过程层设备(2)、过程层网络(3)、间隔层设备(4)、站控层网络(5)、后台监控系统(6)和时钟同步系统(7)构成智能变电站二次系统，模拟一次系统及设备(I)与过程层设备(2)相连；过程层设备(2)通过过程层网络(3)与间隔层设备(4)相连，间隔层设备(4)通过站控层网络(5)与站控层设备(6)连接，所述站控层设备(6)包括后台监控系统； 所述模拟一次系统及设备(I)包括数字仿真设备(11)、物理接口装置(12)、电子式互感器(13)和模拟断路器(14);数字仿真设备(11)与物理接口装置(12)相连，物理接口装置(12)与电子式互感器(13)、模拟断路器(14)连接；数字仿真设备(11)用于构建仿真模型，模拟智能变电站一次系统及电网结构，输出暂态仿真数据至物理接口装置(12)，并接收物理接口装置(12)反馈的开关动作信号； 所述过程层设备(2)包括合并单元(21)、智能终端(22)； 所述过程层网络(3)由光口交换机组成，所述站控层网络(5)由电口交换机组成； 所述间隔层设备(4)包括数字化继电保护装置(41)、数字化故障录波装置(42)和测控装置(43)； 物理接口装置(12)输出传统互感器二次电气量至电子式互感器(13)或者合并单元(21);模拟断路器(14)接收智能终端(22)输出的开关动作信号，并将所述开关动作信号发送至物理接口装置(12); 所述时钟同步系统(7)具备IRIG-B、IEEE1588、秒脉冲以及SNTP对时功能，主要用于对相关智能化二次设备进行对时。
2.根据权利要求1所述智能变电站试验研究系统，其特征在于数字化继电保护装置(41)可以采用多种采样/跳闸方式与过程层设备(2)相连，具体的，当采用直采直跳组网方式时，数字化继电保护装置(41)与合并单元(21)、智能终端(22)直接连接；当采用网采网跳组网方式时，数字化继电保护装置(41)通过过程层网络(3)与合并单元(21)、智能终端(22)连接。
3.根据权利要求1所述智能变电站试验研究系统，其特征在于所述模拟一次系统及设备(I)输出的信号为传统互感器或者电子式互感器二次侧数据，与实际变电站现场情况一致。
4.根据权利要求1所述智能变电站试验研究系统，其特征在所述电子式互感器(13)是基于Rogowski线圈的一种有源型电子式电流互感器，其工作原理、特性均与实际智能变电站中使用的电子式互感器相一致，所述电子式互感器(13)接收物理接口装置(12)输出的传统互感器二次侧电气量信号，输出IEC60044-8报文信号至合并单兀(21)。
全文摘要
本发明公布了一种智能变电站试验研究系统，该系统包括模拟一次系统及设备、过程层设备、过程层网络、间隔层设备、站控层网络、后台监控系统和时钟同步系统。该系统的结构依据智能变电站实际二次系统结构构建在结构上各组成部分与实际变电站二次环节保持较高的相似性、在功能上可根据试验类型的不同灵活调整、在配置上具备实用性。采用该系统可以开展智能变电站二次系统设备试验新技术、二次系统设备性能、过程层网络组网方式、保护装置采样/跳闸方式等研究工作。
文档编号H02J13/00GK103151839SQ20131007870
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者张侃君, 夏勇军, 陈磊, 周友斌, 舒欣, 胡刚, 王婷, 王晋 申请人:湖北省电力公司电力科学研究院, 武汉方源东力电力技术中心, 国家电网公司