饋線自動化功能仿真測試實現

關石磊，鄧宏芬，劉嵐，劉鞏權，雷浩亮，白雪峰

（1．中國電力科學研究院，北京100192；2．陜西省電力科學研究院，西安710054）

饋線自動化功能仿真測試實現

關石磊1，鄧宏芬1，劉嵐1，劉鞏權2，雷浩亮1，白雪峰1

（1．中國電力科學研究院，北京100192；2．陜西省電力科學研究院，西安710054）

針對配電自動化系統饋線自動化功能缺乏統一規范的測試方法現狀，為其質量管控和運行管理提供技術參考，文中介紹一種饋線自動化功能仿真測試方法的具體實現。利用DATS-1000-V2.0配網自動化主站注入測試系統，搭建主站系統仿真測試環境，模擬實際運行工況和典型饋線故障，考核饋線自動化功能是否符合標準要求。通過對實際產品進行測試驗證，表明該方法簡便易行，能有效地減少物理模擬故障產生的沖擊和試驗檢測成本，是配電自動化系統實驗室檢測與現場驗收的有效手段。

配電自動化；饋線自動化；饋線故障；故障處理；仿真測試

配電自動化系統是智能配電網的重要內容，饋線自動化功能FA（feeder automation）是其核心功能之一，FA能夠及時正確地處理故障、恢復網絡結構，是減少停電時間，縮小停電范圍，提高運行可靠性的重要措施[1-5]。我國配電自動化技術發展迅速，功能日益完善。目前采用的配電自動化產品的FA功能的主要測試方法在安全性和適用性方面存在不足[6-8]。國內尚無統一規范、簡便易行、低成本的測試方法驗證配電自動化系統FA功能的安全性和可靠性，影響配網自動化技術的實用化[9]。

本文從配電自動化系統試驗室功能檢測的背景出發，詳細介紹了一種饋線自動化功能仿真測試的具體實現方法，依據相關標準要求檢測FA功能。本試驗方法成本低、安全性好，可操作性強，測試項目靈活多樣，可為配電自動化系統技術研發和測試提供參考，同時也是供電企業對配電自動化系統工程進行驗收、加強質量管控的有效手段。

1 測試方法與流程

配電自動化主站系統FA功能測試依據標準Q/GDW 513—2010《配電自動化主站系統功能規范》、Q/GDW 567—2010《配電自動化系統驗收技術規范》、IEC60870-5-101《遠動設備及系統傳輸規約基本遠動任務配套標準》、IEC60870-5-104《遠動設備及系統傳輸規約用IEC60870-5-101標準的網絡訪問》進行。依據上述標準，測試項目從網絡拓撲、故障信息收集、故障定位與隔離、非故障區域恢復、系統容錯性能等角度出發進行設計，考核被測系統FA功能是否符合要求。

本文利用DATS-1000-V2.0配網自動化主站注入測試系統進行饋線自動化功能仿真測試，其基本原理是通過搭建主站系統的運行環境與典型配電網饋線網絡，配置負荷信息，設置典型饋線故障，將運行信息、實時數據和故障信號注入被測系統，主站FA收集故障信息并進行分析判斷，啟動FA處理過程，實現故障隔離和非故障區域恢復供電，被測系統與DATS-1000仿真測試系統交互完成故障測試過程。DATS-1000仿真測試系統主要由配電網仿真器、實時數據庫、建模與配置器、故障模擬器、協議解釋器、通信管理器以及人機交互界面等幾部分組成[10]，其組成結構示意見圖1所示。

圖1DATS-1000系統組成結構示意Fig.1System structure diagram of DATS-1000

試驗測試前，需將DATS-1000測試軟件與被測系統按照擬定的測試饋線網絡、采集量點表和開關設備網絡地址信息統一完成配置，將兩者建立網絡通信，按照預先設置的故障類型和故障點，由DATS-1000測試軟件下發指令觸發故障測試，被測系統接收故障信號，啟動FA處理過程，形成處理策略并執行。根據被測系統的處理策略、事件記錄SOE（sequence of event）、處理時間等信息與標準要求的結果比對，評價測試結果。故障測試的工作流程如圖2所示。

圖2 故障測試工作流程Fig.2Flow chart of fault testing

2 測試環境與配置

2.1 測試環境搭建

測試開始前將被測配電自動化主站系統按圖3所示的配置環境搭建完畢開啟運行。將DATS-1000配網自動化主站注入測試系統，連接至主站系統前置網絡交換機，根據前期配置的網絡地址信息，通過對實時數據的上行報文與被測主站下發指令的下行報文進行實時解析[11-14]，將其與主站系統建立通信聯絡。通過隨機選擇部分饋線終端FTU（feeder terminal unit）核實三遙數據，確認通信正常，從而實現仿真測試系統與被測系統的交互。

圖3 測試環境配置Fig.3Test configuration diagram

2.2 饋線網絡配置

測試饋線網絡接線采用負荷開關與斷路器組合配置的方式[15-17]，主干與分支饋線采用負荷開關，變電站出線開關采用帶過流保護的斷路器[18-20]。

架空線路的典型網絡接線如圖4所示，電纜線路的典型接線如圖5所示。其中，圖4中的10 kV母線處的開關CB1、CB2、CB3均為帶過流保護的斷路器，設置重合閘功能，當試驗中觸發故障，饋線開關收集到過流信息時，出線斷路器跳閘，隨即啟動重合閘，若重合閘成功認定為瞬時故障不做后期處理，否則為永久故障，主站系統FA應制定相應故障處理策略。S1-S9、H1S1-H6S4均為負荷開關。圖中淺色開關為聯絡開關，處于常開狀態。深色開關處于常閉狀態。

圖4 架空饋線網絡Fig.4Overhead line feeder network

圖5 電纜饋線網絡Fig.5Cable line feeder network

2.3 采集量點表信息配置

各10 kV電源出線斷路器、饋線FTU的遙測采集量為P、Q、Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic。遙信采用單點遙信方式，采集量為開關狀態、過流保護投切狀態。遙控采用單點遙控方式，遙控量為1。饋線網絡中開關設備采集量的點表配置詳見表1。

表1 采集量點號配置Tab.1Dot configuration of parameters

電纜饋線環網柜中的配電終端DTU（distribution terminal unit）中的FTU點號編碼和定義方法為：DTU中每個采集開關數為N個（N最大為10），即此DTU共采集的遙測量為8×N個、遙信量為2× N個、遙控量為1×N個，其點號編碼從0開始順序遞增。以負荷開關H2S3的FTU點號信息為例說明點號配置，其點表部分信息見表2所示。

表2 開關網絡地址配置Tab.2Network address configuration of switches

3 故障配置與測試

3.1 基本故障測試

基本故障測試包含瞬時故障、環網柜母線故障、支線故障、多重故障等，配置方法與測試明細如表3所示。

表3 基本故障配置Tab.3Configuration of common faults

3.2 容錯能力測試

FA功能容錯性測試主要考察在開關拒動、故障信息傳輸異常情況下FA能否正確處理饋線故障。故障設置方法與測試明細如表4所示。

3.3 測試舉例

依據表3中故障3的配置，對某一被測系統進行測試。被測系統的FA處理過程、動作策略以及處理結果如圖6所示，被測系統判定故障區域在架空線路網絡中的開關S2-負荷之間，控分S2后恢復非故障區域供電，其處理過程及結果與表3一致，判定基本故障3測試合格，其他類型的故障測試方法與此過程類似，不再贅述。

表4 容錯測試配置Tab.4Configuration of tolerance tests

圖6 基本故障3測試舉例Fig.6Example of the basic fault 3 testing

4 測試應用與問題分析

4.1 測試應用

應國調中心要求，我方對2013年擬入網招標的國內主要廠商的11種配電自動化主站軟件系統產品進行集中試驗測試，其中饋線自動化功能測試采用本文的試驗方法，即采用DATS-1000配網自動化主站注入測試系統，搭建主站系統仿真測試環境，模擬運行實際工況和饋線故障，考核主站FA功能是否符合標準要求。本測試方法能夠有效地減少試驗周期和前期投資，避免了實際工況模擬故障測試過程中對電網運行造成的沖擊，在保證試驗安全性的同時增加了FA功能測試的靈活性和多樣性，可為配電自動化入網產品的質量管控和試驗研究提供科學參考和有效手段。本文使用的測試方法在試驗安全性、試驗周期、成本投資方面相比傳統的測試方法有明顯優勢，對比分析如表5所示。

表5 測試方法對比Tab.5Comparison between proposed method and traditional methods

4.2 問題分析

在此次集中測試過程中饋線故障測試環節一次性通過率僅為70%。通過對試驗過程和結果進行分析，將存在的主要問題歸納為以下幾個方面。

（1）前期配置問題。測試之前需要核對點號和地址等配置信息。點表配置、網絡搭建與通信建立是測試能否順利進行的關鍵。部分被測系統因為點表和地址信息配置不正確，與要求存在偏差，影響了試驗進度。

（2）信號保持問題。被測系統是否需要故障信號（過流）保持、具體保持時間值均需要與廠家進行協調，否則測試過程中可能會出現FA通信或者故障處理功能異常的情況。

（3）信號識別問題。被試系統對注入式測試軟件發出的故障（過流）信號識別有誤或未能收到報警信息，多出現在信息漏報故障測試環節，從而導致部分類型故障無法正確處理。此種情況需要對被試系統的前期配置信息和遙信方式再次進行核對和確認。

（4）故障處理策略邏輯問題。由于部分被試系統故障處理功能設計不完善，制定的故障處理策略不合理，處理過程邏輯混亂，使得故障未能完全解除，非故障區域恢復路徑也未能考慮運行實際工況和網絡當前的潮流情況。此種情況主要出現在多重故障和容錯性測試環節。

（5）多重故障處理問題。因不同被試系統的故障處理邏輯不同，對于多重故障可能存在處理次序不同而導致可供路徑電源失電恢復無法進行的情況。因此多重故障盡可能不設置在具有潛在連通關系的子網絡中。

上述歸納的5類常見問題中除試驗配置原因外，也暴露出了部分主站系統FA設計不完善、功能缺失、邏輯混亂等問題。此外各自廠家采用的FA處理方式均不相同，恢復非故障區域的原則也沒有統一。建議通過制定相應標準或技術導則的方式對FA功能模塊的故障處理方式進行規范。隨著配電終端的接入數量與種類日益增加，FA功能對于大數據量的處理能力也應予以重點關注。

4.3 下一步工作

從此次測試情況分析得出，所選用的典型饋線網絡和設置的故障類型符合當前配電網運行實際工況，也涵蓋了常見的故障類型。但在智能配電網建設不斷推進的背景下，網絡結構和配電自動化系統功能都將趨于復雜，對配電網優化控制、經濟運行的要求日益提高。因此后期工作需要對現行的測試方法和故障配置進行改進。后期需要開展的工作主要有以下3點。

（1）結合當前配電網架結構的發展趨勢，增加典型饋線網絡結構類型，更為全面地考察被測系統FA功能。

（2）在充分研究新型配電網的故障特點和考慮配電網運行實際的基礎上，增加典型故障類型，增強試驗項目靈活性，確保FA功能試驗測試效果。

（3）利用組件編程方法，對點表等試驗環境配置進行模塊化處理，便于被試系統進行前期配置，提高試驗效率。

5 結語

依據配電自動化系統功能規范等相關標準，本文介紹了一種配電自動化系統饋線自動化功能仿真測試方法的具體實現，并完成對實際配電自動化系統產品測試的實例驗證，該方法操作簡單，試驗成本低，能有效地減少試驗周期和試驗投資，增加了試驗的靈活性和多樣性，是配電自動化系統實驗室檢測與現場驗收的有效手段，對于配電自動化系統的更新與發展具有現實意義。

隨著配電自動化系統功能的不斷更新，網絡結構日益復雜，數據處理量逐漸加大，高級應用模塊也逐漸增多。在智能配電網的建設背景下，對于饋線故障處理功能以及其他高級應用模塊的測試方法研究是今后配電自動化系統測試技術研究工作的重要內容。

[1]羅曉，王金鳳，李小偉，等（Luo Xiao，Wang Jinfeng，Li Xiaowei，et al）.基于有向分層模型的配電網故障區域判斷（Identification of fault area in distribution network based on orientative layering model）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2005，17（6）：84-86，90.

[2]劉東，丁振華，滕樂天（Liu Dong，Ding Zhenhua，Teng Letian）.配電自動化實用化關鍵技術及其進展（Key technology and its development in the practicability of distribution automation systems）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2004，28（7）：16-19.

[3]宗劍，牟龍華，張鑫，等（Zong Jian，Mou Longhua，Zhang Xin，et al）.配電網單相接地故障類型及程度的判據（Criterion of single-phase ground fault type and its degree for distribution network）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2004，16（4）：27-29.

[4]張延輝，鄭棟梁，熊偉（Zhang Yanhui，Zheng Dongliang，Xiong Wei）.10 kV饋線自動化解決方案探討（Discussion of 10 kV feeder automation solutions）[J].電力系統保護與控制（Power System Protection and Control），2010，38（16）：150-152，156.

[5]Teng JenHao，Lu ChanNan.Value-based distribution feederautomationplanning[J].InternationalJournalofElectrical Power&Energy Systems，2006，28（3）：186-194.

[6]劉東.配電自動化系統試驗[M].北京：中國電力出版社，2004年.

[7]翁之浩，劉東，柳勁松，等（Weng Zhihao，Liu Dong，Liu Jinsong，et al）.基于并行計算的饋線自動化仿真測試環境（A feeder automation simulation test environment based on parallel computation）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2009，33（7）：43-46，51.

[8]劉東，閆紅漫，丁振華，等（Liu Dong，Yan Hongman，Ding Zhenhua，et al）.饋線自動化的出廠試驗與現場試驗技術方案（Design of feeder automation testing in fat and sat stages）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2005，29（3）：81-85.

[9]吳俊華，溫彥軍，趙月，等（Wu Junhua，Wen Yanjun，Zhao Yue，et al）.配電網自動化在線仿真系統技術論述（Technology of on-line simulation system for distribution automation）[J].電力自動化設備（Electric Power Automation Equipment），2006，26（4）：50-53.

[10]劉健，張小慶，趙樹仁，等（Liu Jian，Zhang Xiaoqing，Zhao Shuren，et al）.配電自動化故障處理性能主站注入測試法（A host injection testing method of fault treatment performance for distribution automation systems）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2012，36（18）：67-71.

[11]譚文恕（Tan Wenshu）.關于配電自動化系統的傳輸規約（The transmission protocol of distribution automation system）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），1999，23（16）：37-40.

[12]李彬，焦彥軍，張新國，等（Li Bin，Jiao Yanjun，Zhang Xinguo，et al）.104規約在FTU中的應用（Application of IEC 60870-5-104 protocol in FTU）[J].繼電器（Relay），2008，36（7）：62-66.

[13]陳眾，周鴻艷（Chen Zhong，Zhou Hongyan）.IEC60870-5-104規約在配電自動化系統的應用與測試（Application of IEC60870-5-104 protocol in distribution automation system and its test method）[J].電氣技術（Electrical Engineering），2012（3）：58-61.

[14]姚崇固，滕歡，袁龍，等（Yao Chonggu，Teng Huan，Yuan Long，et al）.IEC61850標準在饋線自動化中的應用（Application of IEC61850 standard in the feeder automation）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2013，25（3）：147-151.

[15]焦振有，焦邵華，劉萬順，等（Jiao Zhenyou，Jiao Shaohua，Liu Wanshun，et al）.配電網饋線系統保護原理及分析（Principle and analysis of feeder system protection for distribution network）[J].電網技術（Power System Technology），2002，26（12）：75-78.

[16]林功平（Lin Gongping）.配電網饋線自動化解決方案的技術策略（Technique strategy of feeder automation of distribution power network）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2001，25（7）：52-55.

[17]程干江（Cheng Ganjiang）.智能饋線自動化方案（An intellective scheme for pursuance of feeder automation）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2001，25（9）：42-44.

[18]左飛，周家啟（Zuo Fei，Zhou Jiaqi）.TS算法在配電網絡重構中的應用（Application of tabu search algorithm in distribution network reconfiguration）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2004，16（1）：66-69.

[19]王素華，張道乾，馬保軍，等（Wang Suhua，Zhang Daoqian，Ma Baojun，et al）.考慮多種負荷方式的配電網絡重構（Distribution network reconfiguration considering multi-load modes）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2009，21（5）：109-112，118.

[20]尤如華，王康元，錢源平（You Ruhua，Wang Kangyuan，Qian Yuanping）.一種實用的配網重構方法（A practical approach of distribution system network reconfiguration）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSUEPSA），2000，12（5）：25-28，54.

Simulation Testing for Feeder Automation Function

GUAN Shilei1，DENG Hongfen1，LIU Lan1，LIU Gongquan2，LEI Haoliang1，BAI Xuefeng1
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；2.Shaanxi Electric Power Research Institute，Xi'an 710054，China）

According to the lack of unified，standardized testing methods for the feeder automation function of distribution automation system，this paper introduces a kind of simulation testing method realization of feeder automation function，which can provide technical reference for its quality control and operation management.This method setups testing environment by using the DATS-1000 distribution network automation master station injection testing system，simulates feeder and typical fault under the actual working condition and evaluates the feeder automation function conformed to the standard requirements.The result of actual products testing shows that this is an effective and simply operated method for distribution automation system testing in laboratory and site，which can reduce physical impact and testing cost effectively．

power distribution automation；feeder automation；feeder fault；handling strategies；simulation test

TM76

A

1003-8930（2015）12-0091-06

10.3969/j.issn.1003-8930.2015.12.16

關石磊（1984—），男，碩士，工程師，研究方向為配電自動化系統及中低壓設備試驗檢測技術、新型配電變壓器節能運行與評估技術。Email：guanshilei@epri.sgcc.com.cn

2014-04-10；

2015-02-11

鄧宏芬（1959—），女，本科，高級工程師，研究方向為配電系統設備、配電變壓器、節能節電設備及中低壓電器標準制定、試驗技術與試驗管理。Email：dhongfen@epri.sgcc.com.cn

劉嵐（1982—），女，碩士，工程師，研究方向為配網故障定位及潮流計算仿真、配電系統設備試驗技術。Email：liulan@epri.sgcc.com.cn