基于电网运行数据的配电主站FA防误校验方法与流程

本发明属于馈线自动化领域，尤其涉及基于电网运行数据的配电主站FA防误校验方法。

背景技术：

馈线自动化是配电网最基础、最核心的应用功能，具体来说就是在一个由断路器、分段器所组成的系统中，当馈线发生永久性故障时，自动对故障进行定位，通过开关设备的动作实现故障隔离；在环网运行或环网结构但开环运行的配电网中实现负荷转供、非故障区域的恢复供电等。

配电主站的馈线自动化功能实现全自动、实用化运行后，效果并不尽如人意。主要问题有：

目前国内FA全自动功能大规模应用的单位很少，缺少足够的运行经验；

现阶段配电终端信号误发漏发情况较为严重，对主站FA策略防误性能要求很高。

有鉴于此，在配电网模型和实时数据及时、正确同步的基础上，研发和投运配网FA防误校验功能模块，对FA执行方案进行防误校验及安全闭锁，可以提高FA功能长期运行的安全稳定性，深化和完善FA功能，便于操作人员更全面地了解馈线运行状态，确保馈线自动化功能可用、实用、敢用。

目前，主流的馈线自动化处理流程如图2所示，图2所示流程虽然可以生成一套故障处理方案，但是由于缺乏某种机制检验其是否正确，因此一旦方案有误，在全自动运行状态下，有可能无法将故障区域从整个网络中隔离开或者无法将所有非故障区域都恢复供电，甚至可能引发新的线路故障，从而起不到处理故障的效果。另外，此时生成的故障处理方案对发生故障的馈线运行状态和设备信息显示不够精确和完全，实际使用过程中，诸如故障区域终端状态，线路是否合环，设备挂牌信息等内容对于故障处理方案有重要影响，但并未完整显示在故障处理方案中，因此利用FA防误校验功能生成另一套故障处理方案与主站系统生成的方案进行对比，同时校验线路的运行状态和设备相关信息是必要且可行的，对故障处理的最终效果能起到良好的辅助作用。

缩略语和关键术语定义：

故障信号：故障发生后导致的开关事故跳闸、事故总动作、故障指示器短路或故障指示器接地。

FA：馈线自动化的缩写。

实时数据：设备的电压、电流、分合状态等表征设备当前状态的瞬时量；

遥信值：设备的开合状态。

遥测：设备的电流值和电压值。

电网模型：用来描述线路和线路上设备的基础信息的数据文件，包括设备的ID、名称、连接关系等。

合环：两条馈线中间没有断开开关从而直接相连。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提供了基于电网运行数据的配电主站FA防误校验方法。所述方法基于配电自动化主站系统构建，FA防误校验功能作为独立模块嵌入现有主站系统，共享配电主站模型，自动生成FA执行策略。从而可以提高了FA功能长期运行的安全稳定性，深化和完善FA功能，便于操作人员更全面地了解馈线运行状态。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

基于电网运行数据的配电主站FA防误校验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(S1)将FA防误校验功能模块作为独立模块嵌入配电主站系统；

(S2)数据共享：将所述FA防误校验功能模块和所述配电主站系统之间数据共享；在模型数据共享流程中，模型同步程序对模型文件做预处理、转换编码，并将模型文件转换为对应的等值XML文件，然后对该文件进行校验，如果校验通过，再将其转换成对应的CIME文件，最后将CIME文件导入到商用数据库中；

(S3)故障诊断：所述FA防误校验功能模块根据实时数据和告警事件，综合考虑设备检修、挂牌、合环、通信多种情况，综合信号的漏报、晚报、错报的复杂情形，对故障进行检测并给出合适的处理方案；

(S4)FA方案校验及安全闭锁：将防误模块的FA策略与配电主站系统的FA策略进行比对，同时根据同步过来的配电主站模型数据和实时数据信息，对影响线路运行的重要参数进行数据校验，如果策略一致，参数信息正常则将校验结果判定为校验通过，否则判为校验不通过，如果满足闭锁条件，还要将方案闭锁；生成校验结果后，防误模块将结果反馈给主站系统，由配电主站根据闭锁结果决定是否继续采用全自动方式处理故障。

进一步地，在所述步骤(S2)中，所述数据共享包括模型数据共享和实时数据共享；

在所述模型数据共享中，主站将所述模型数据以XML格式文件采用FTP的方式传送到FA防误服务器，模型数据共享模块完成XML文件的解析并入库；

所述实时数据共享采用自定义协议的方式实现，所述配电主站系统与所述FA防误校验功能模块采用TCP/IP方式进行交互，每次交互用帧进行封装，网络传输采用大端字节序。

进一步地，所述模型共享包括模型文件处理、模型校验和数据入库三部分，具体来说：在模型文件处理流程中，模型程序先对模型文件做预处理，统一文件格式并转换编码，将数据放入内存，对不规范的类名、属性名做修改，生成电压等级类和变压器绕组类，并从内存中读取所需数据生成对应的等值XML文件。

进一步地，所述模型校验包括：

(1)可用性校验：

所述可用性校验是基于CIM模型标准，对DMS模型进行可用性校验；

对所述DMS模型文件进行内存映射，按照CIM标准的配置信息，对DMS模型中的每个元素及其属性进行遍历，分析出与CIM标准的差异，然后对这些差异进行整理；

主要校验信息包括模型描述符、关键字和文件格式，检测出模型中不符合标准的内容；

(2)设备完整性校验：

读取所述DMS模型包含的电气设备信息，检查每个模型类中的主属性和关联属性，分析每个类型中的每个实例，并通过关联属性查找到关联类型，递归级联校验；将属性缺失、从属关系不准确的模型元素信息进行汇总；

(3)拓扑校验：

读取所述DMS模型中的设备连接点信息，构造整个模型文件中的拓扑关系、对端点缺失、连接错误、无法找到供电设备等拓扑问题进行分析，检查出模型中的孤立设备，孤立岛，空挂和合环等拓扑错误信息，分析出模型中存在这些拓扑问题的设备。

进一步地，所述实时数据包括：

(1)所述配电主站系统将故障告警数据实时推送给防误校验模块；

(2)所述防误校验模块向配电主站系统请求故障所在环网线路的实时遥信、遥测、挂牌断面数据；

(3)所述配电主站系统向防误模块请求方案校验，防误模块返回校验结果；

进一步地，所述步骤(S3)又包括如下步骤：

(S3-1)故障启动；

(S3-2)故障定位：依据配网实时数据、告警信息检测故障情况，快速定位，确定故障类型和发生位置，同时启动FA防误校验功能；

(S3-3)故障隔离：根据故障定位结果确定隔离方案，通过断开故障区域的周边开关将故障区域从非故障健康区域中隔离出来，将停电范围控制在最小；

(S3-4)故障恢复；通过合闸故障下游联络开关给非故障区域恢复供电的方式，生成非故障区段的恢复供电方案。

在所述步骤(S3-1)中，故障启动信号为开关分闸信号和故障信号同时具备；

在所述步骤(S3-1)中，依赖数据包括：模型数据、开关分闸告警和保护动作告警；

在所述步骤(S3-2)中，依赖数据包括：模型数据、开关分合状态、告警信号和终端信息；

在所述步骤(S3-3)中，依赖数据包括：模型数据、开关分合状态、开关是否可控、遥信质量位即老数据；

在所述步骤(S3-4)中，依赖数据包括：模型数据、开关分合状态、开关是否可控、终端状态、馈线容量和开关ABC三相历史电流值。

进一步地，在所述步骤(S4)中，所述FA安全闭锁包括：

(1)错误信息识别：

识别故障信号的漏报、误报以及晚报，针对错误信息及终端、通道缺陷采取安全闭锁；对处于得知通信中断状态的设备，会漏报或晚报故障信号，采取安全闭锁；

负荷开关的故障信号、开关控分导致的故障信号以及故障处理过程中开关控合导致的开关再次事故跳闸，这几类故障信号判断为误报，依据这些信号启动安全闭锁；

针对跳闸开关进行遥测数据判断，当FA启动时，若该开关的遥测数据没有突降到零，则此次开关跳闸可能为误报，对本次故障处理进行闭锁；

(2)挂牌信息识别：

对整条馈线上有设备挂有调试检修类操作牌的馈线不启动FA，故障分析完全闭锁；

所述检修调试类操作牌包括：检修、开关检修、线路检修、调试、三遥调试正常和故障；

(3)拓扑合环识别：

所述拓扑合环及错误采取安全闭锁；

(4)主站运行情况监视：

发生主站前置、实时库故障或者主站与防误模块通信中断的情况，对FA功能进行闭锁，具体处理如下：

主站前置监视，通道断开后3分钟，主站会收到通道中断的告警，在判断故障区域时若通道中断的设备与故障区域相邻，则对该故障进行安全闭锁；

实时库监视，若主站与防误校验模块实时数据同步失败，全部DA功能闭锁；

实时告警，若主站与防误校验模块实时告警数据同步失败，全部DA功能闭锁。

本发明的有益效果为：

本发明将FA防误校验功能模块作为独立模块嵌入配电主站系统，对FA执行方案进行防误校验及安全闭锁，不仅提高了FA功能长期运行的安全稳定性，深化和完善了FA功能，而且便于操作人员更全面地了解馈线运行状态，确保馈线自动化功能可用、实用、敢用。

附图说明

图1是配电主站FA防误校验方法的步骤流程。

图2是主流的馈线自动化处理流程。

图3是交互报文帧格式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。这些实施例仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所做出的显而易见的变化或变动等。

图1是配电主站FA防误校验方法的步骤流程，如附图1所示，基于电网运行数据的配电主站FA防误校验方法的具体步骤如下：

(S1)将FA防误校验功能模块作为独立模块嵌入配电主站系统；

(S2)数据共享：将所述FA防误校验功能模块和所述配电主站系统之间数据共享；

从配电主站接入电网模型、运维数据、实时数据、告警信号等数据，对数据的完整性、模型拓扑、数据可用性等进行判定。具体包括：

(1)模型数据共享

主站将模型数据以XML格式文件采用FTP的方式传送到FA防误服务器。模型数据共享模块完成XML文件的解析并入库。包括系统初次建设时的全量模型和运行过程中的异动模型。

模型共享主要包括模型文件处理、模型校验和数据入库三部分，具体来说：

在模型文件处理流程中，模型程序先对模型文件做预处理，统一文件格式并转换编码，将数据放入内存，对不规范的类名、属性名做修改，生成电压等级类和变压器绕组类，并从内存中读取所需数据生成对应的等值XML文件。

模型校验的内容主要有：

■可用性校验

基于CIM模型标准，对DMS模型进行可用性校验。对模型文件进行内存映射，按照CIM标准的配置信息，对模型中的每个元素及其属性进行遍历，分析出与CIM标准的差异，然后对这些差异进行整理。主要校验信息包括模型描述符、关键字、文件格式，检测出模型中不符合标准的内容。

■设备完整性校验

设备完整性校验的功能是为了将模型中的设备的属性信息以及模型的层次信息进行梳理，检验出模型中缺少的设备属性以及从属关系。具体方法是读取DMS模型包含的电气设备信息，检查每个模型类中的主属性和关联属性，分析每个类型中的每个实例，并通过关联属性查找到关联类型，递归级联校验。将属性缺失，从属关系不准确的模型元素信息进行汇总。

■拓扑校验

拓扑校验的功能是通过将模型中的拓扑关系进行梳理，通过读取DMS模型中的设备连接点信息，构造整个模型文件中的拓扑关系，对端点缺失，连接错误，无法找到供电设备等拓扑问题进行分析，检查出模型中的孤立设备，孤立岛，空挂，合环等拓扑错误信息，分析出模型中存在这些拓扑问题的设备。

以上校验通过以后，开始将数据入库，模型程序会将等值XML文件映射到内存中，按数据所属类型读取数据，生成对应的CIME文件。将CIME文件按照配置文件的规则映射到内存中，将CIME文件中的每一条数据都生成对应的一条SQL语句，最后执行SQL语句，将数据写入商用数据库中。

(2)实时数据共享

采用自定义协议的方式实现，主站与防误校验模块采用TCP/IP方式进行交互，每次交互用帧进行封装，网络传输采用大端字节序。报文帧的格式如图3所示。

报文分报文头和报文体两部分。具体说明如下表所示：

需要交互的数据包括：

1)主站将故障告警数据(开关分闸，保护动作)实时推送给防误校验模块。

2)防误校验模块向主站请求故障所在环网线路的实时遥信、遥测、挂牌断面数据。

3)主站向防误模块请求方案校验，防误模块返回校验结果。

(S3)故障诊断：所述FA防误校验功能模块根据实时数据和告警事件，综合考虑设备检修、挂牌、合环、通信多种情况，综合信号的漏报、晚报、错报的复杂情形，对故障进行检测并给出合适的处理方案；

所述故障诊断包括如下步骤：

(S3-1)故障启动：

故障启动信号为开关分闸和故障信号同时具备，收到第一条故障信号之后的15秒为等待收集故障信号时间。在以下几种情况下，不启动故障：

(1)由于负荷开关经常有误跳，因此负荷开关不可作为故障的启动设备，即负荷开关分闸并且有故障信号时也不启动故障处理；

(2)遥控导致的开关分闸，有故障信号也不启动故障处理；

(3)故障处理过程中控合开关再次事故跳闸时不启动故障处理；

故障启动所依赖的数据包括：模型数据、开关分闸告警和保护动作告警。

(S3-2)故障定位：

依据配网实时数据、告警信息检测故障情况，快速定位，确定故障类型和发生位置，同时启动FA防误校验功能。

需具备：

1)可以识别瞬时故障和永久故障；

2)支持主站集中式故障处理和就地故障处理配合；

3)支持包括架空、电缆、架空电缆混合线路等各种复杂的网架结构；

4)能处理极端环境情况下的大面积停电故障，能与继电保护、备自投、自动重合闸等协调配合。

故障定位所依赖的数据包括：模型数据、开关分合状态、告警信号和终端信息。

(S3-3)故障隔离：

根据故障定位结果确定隔离方案，通过断开故障区域的周边开关将故障区域从非故障健康区域中隔离出来，将停电范围控制在最小。

故障隔离依赖的数据有：模型数据、开关分合状态、开关是否可控、遥信质量位(老数据)。

(S3-4)故障恢复：

通过合闸故障下游联络开关给非故障区域恢复供电的方式，生成非故障区段的恢复供电方案，避免恢复过程导致其它线路负荷过载，在具备多个备用电源的情况下，根据各个电源点的负载能力、负荷是否越限，电压质量，网损等，对恢复区域给出进行拆分恢复供电的方案，支持将同一环网的多处故障进行合并处理，能适应配电网运行方式和负荷分布的变化。在全部联络电源都用来恢复供电仍无法恢复所有停电区域供电时，在保证联络线路不过载的情况下，尽可能多地恢复停电区域供电。

由于故障处理启动后，开关已经事故跳闸，故障区域以及受故障影响的下游区域均已失电，因此需保留故障前设备的采样数据，作为故障计算的依据。

故障恢复所依赖的数据包括：模型数据、开关分合状态、开关是否可控、终端状态、馈线容量和开关ABC三相历史电流值。

其它要求：

1)目前只做主站的故障处理，无就地型。

2)系统在分析故障时，可根据馈线上各开关设备是否可控，得出两种方案：全局方案与全遥控方案。全局方案以恢复方案理论上最优为目标，不管操作列表中的设备是否可控；全遥控方案兼顾理论最优与恢复方案可遥控执行两个方面，要求操作列表中的设备全部可遥控。在全三遥馈线环网上，这两种方案应该完全一致；在半三遥馈线环网上，这两种方案会出现差异，此时调度人员可以先执行全遥控方案，再按照全局方案指挥现场人员操作。

系统判断开关是否可遥控的标准为：(1)开关状态非人工置位；(2)开关被设置为可控(开关上挂有代表可控的“*”标志)，这两个条件必须同时具备，该开关才确定为可遥控。

(S4)FA安全闭锁：所述FA防误校验功能模块接收到配电主站系统给出的FA策略后，将会启动FA安全闭锁功能，根据具体情况进行判断，不满足安全要求的方案将会设置为闭锁状态，并将结果反馈给主站系统，由配电主站根据闭锁结果决定是否继续采用全自动方式处理故障。

(1)错误信息识别：

识别故障信号的漏报、误报以及晚报，针对错误信息及终端、通道缺陷采取安全闭锁，对处于得知通信中断状态的设备，会漏报或晚报故障信号，如该设备与故障区域相邻，防止因该设备数据无法采集导致故障定位不准确，同时应对存在该种情况的故障处理采取安全闭锁。

负荷开关的故障信号、开关控分导致的故障信号以及故障处理过程中开关控合导致的开关再次事故跳闸，这几类故障信号判断为误报，依据这些信号启动的故障处理应该闭锁。

针对跳闸开关进行遥测数据判断，当FA启动时，若该开关的遥测数据没有突降到零，则此次开关跳闸可能为误报，对本次故障处理进行闭锁。

(2)挂牌信息识别

对整条馈线上有设备挂有调试检修类操作牌的馈线不启动FA，故障分析完全闭锁。

检修调试类操作牌包括：检修、开关检修、线路检修、调试、三遥调试正常、故障。母线挂此类标志牌时，按照母线所在配电站全站的开关设备均挂此类操作牌处理。

防误模块会识别挂牌、检修信息，对故障隔离恢复方案进行适当优化调整。

(3)拓扑合环识别

识别拓扑合环等错误，并针对拓扑合环及错误采取安全闭锁。在这种情况，不出方案。

以下情况需要进行特殊处理：

1)、双电源：可能存在双电源用户，此类用户从模型上无法判断实际供电电源，即从拓扑上处于合环状态。目前主站采用拓扑搜索时把双电源用户作为拓扑搜索的终点特殊处理来兼容此种情况，防误模块的策略是在模型中将双电源变压器等效为来个独立的负荷，分别与原变压器的一个连接点相连。

2)、判断合环点的方法：对从DMS系统获取的遥信状态与遥测值进行互较，以辨识出错误的开关状态。如：配电网通常是开环运行的，如果检测出存在闭环，则查找环路上的所有开关，若流过某个处于合位置的开关的电流为0，且流过与该开关相邻的开关的电流均不为0，则可判断此开关状态应为分。

(4)主站运行情况监视

监视主站前置、实时库及信息转发情况，一旦发生主站前置、实时库故障或者主站与防误模块通信中断即对FA功能进行闭锁，具体处理如下：

主站前置监视，通道断开后3分钟，主站会收到通道中断的告警，在判断故障区域时若通道中断的设备与故障区域相邻，则对该故障进行安全闭锁；

实时库监视，若主站与防误校验模块实时数据同步失败，全部DA功能闭锁；

实时告警，若主站与防误校验模块实时告警数据同步失败，全部DA功能闭锁。