基于圖模組態場景的配電網仿真測試方法及其應用

潘 鵬， 薛大立，鄭 圣

（國網浙江省電力公司溫州供電公司 ，浙江 溫州 325000）

基于圖模組態場景的配電網仿真測試方法及其應用

潘 鵬， 薛大立，鄭 圣

（國網浙江省電力公司溫州供電公司 ，浙江 溫州 325000）

基于IEC 61970/61968標準建立配電網模型，通過友好的圖形界面交互，進行正常態和故障態下配電網的模擬仿真。以計劃表進行故障和異常場景的重現，以應用池作為各種場景的組態，利用配電網仿真場景技術對配電網自動化主站進行測試，并在溫州供電公司配電網自動化系統建設中進行了實際測試應用。

配電網自動化；三相不平衡潮流計算；公共信息模型；配電網仿真；場景組態

隨著溫州供電公司配電網（以下簡稱配網）自動化主站系統SCADA（數據采集與監控）等功能的建設完成，配網二次廠站設備的逐步接入，對配網自動化系統整體工作能力的有效性提出了新的挑戰。自動化廠站設備的安裝旨在提升電網自動化水平，進而提升電網可靠性。結合目前實際情況，對于自動化廠站設備的安裝能否達到預期目標，尚缺乏有效的衡量手段。在現實配網中，很難重現一個指定類型的故障，而模擬復雜的多重故障或者按一系列時序發生的故障則更難，而這些對于測試配網自動化主站系統的故障處理能力具有重要意義。

1 配網仿真測試系統實現原理

目前基于配網的IEC 61968標準的交互在國內應用越來越成熟，以源端數據唯一、全局數據共享為出發點，采用從PMS（生產管理系統）建模，通過CIM/SVG（公共信息模型/可擴展矢量圖形）生成模型和圖形文件，并導出至SCADA和主站測試系統，可以實現2個系統圖模的完全一致。通過建立二次廠站設備模型，利用潮流、短路等配網仿真技術來模擬配網實際運行狀態，通過規約實現與主站系統的通信功能，可以驗證自動化廠站的安裝是否達到預期目標。仿真測試系統結構如圖1所示。

圖1 仿真測試系統結構

2 建立配網模型

可以通過圖形化交互方式建立配網模型，也可以采用符合IEC 61970/61968標準的CIM/SVG數據導入方式建立配網模型。整個建模過程以建模準確、模型完整、過程簡便高效為目的。使用基于IEC 61968/61970標準的集成配網信息交換總線，從配網GIS系統獲取IEC 61970 CIM標準模型,按照電力系統資源的層次結構和設備分類來建立電網物理模型。建立電網模型時，可實現配網供電區域內所有單饋線以聯絡開關為分界的模型數據拼接。

在電網模型建立過程中，除了建立電網層次模型外，還要錄入饋線設備參數，包括斷路器型號、線纜類型與長度、配電變壓器類型與容量等。這些參數的準確錄入，是進行配網仿真的基礎。參照IEC 61970 CIM標準模型，將電力設備按照層次結構分成若干個類。一個設備對應CIM模型中的一個類對象，通過將電網內所有電力設備對象化，不同設備具有不同屬性、操作方法和行為。饋線拓撲設備包括架空線、電纜、電纜接頭、開關（含出線開關、分段開關、聯絡開關）、電容器、調壓器、變壓器、等效負荷、等效電源、母線、桿塔（作為拓撲節點），通過建立模型將電力設備抽象為具體的設備對象，以拓撲關系為基礎組織這些設備對象，以設備間的連接關系展現電力設備間的拓撲關系。

建立配網一次模型后，通過圖形化方式建立二次設備模型，并通過選中圖中二次設備模型FTU/TTU（饋線終端設備/配變終端設備）和開關/負荷建立關聯，錄入站地址、IP地址、端口號、規約類型、規約廠家、開關的過流定值、過流持續時間、遙測、遙信、遙控點號等參數，形成一個圖模一體化的工程文件。

3 配網仿真測試

完成配網建模后，為了將配網的運行狀態和建模狀態有效區分開，可采用配網運行仿真態來模擬配網的運行過程。在運行狀態下，系統各個負荷按照負荷曲線在線路中產生能量流，FTU/ TTU等設備采集負荷及開關等實時運行量并按照配置將量測量上送到配網自動化主站系統。在仿真狀態下，所建立的配網是一個活的電網，電網中所有參與的元件按照既定規則運行著，各個元件的運行狀況與實際電網相符。

為了達到配網仿真計算效果，選取三相不平衡潮流進行計算。在設計時考慮到運行計算的速度，在對初始配網進行模型簡化和降階處理的基礎上采用基本的“前推-回代”方法，保證了系統潮流計算的高效性。

由于傳統的“前推－回代”方法中沒有考慮環形網絡、故障情況下潮流分步、多電壓等級等問題，所以采用“補償矩陣”的方法加以解決，使得基于“前推－回代”的潮流計算完全能適應現實中任意結構的配網，保證了基礎分析的高效、精確和普遍適應性。

4 圖模組態場景

配網自動化是一套復雜的系統，關鍵環節包括廠站設備、通信系統、主站軟件等，其中廠站設備是配網自動化的前端，廠站設備采集的信息能否被主站軟件順利處理直接決定了配網自動化成功與否。為了模擬現實場景，采用圖模的方式來模擬FTU/TTU/DTU（開閉所終端設備）等廠站設備，并將FTU與開關、TTU與負荷進行關聯，同時實現相關的保護邏輯動作和信號，如開關過流會產生過流保護信號，超過了閥值會跳閘等。

為了重現配網運行過程中的各種故障現象和非健全信息，考慮到靈活性，采用按類型劃分現象，將單種情況計入計劃表，然后再將計劃表中各種故障情況投入到應用池中來進行各種場景的組合和重現。計劃表中包括故障、開關、RTU、遙測、遙信5種類型，能夠設置故障的地點、發生時間和持續時間。故障類型可以模擬產生單相、多相、短路、接地故障，開關類型可以模擬產生拒動操作，RTU類型可以模擬報文丟失和校驗錯誤，遙測類型可以對遙測量產生（k，b）系數的校正、漸變和無效，遙信類可以對遙信量產生翻轉、置位和無效的設置。通過將這些故障或者非健全信息組合投入到應用池中，然后按照固定時序逐個觸發這些場景，在發生故障時系統中配網模型的各個元件能夠根據故障電流及過流閥值進行動作，完成故障的切除等工作。在故障發生及切除的過程中，所有元件（比如開關）的信息都會實時上送到配網自動化主站。靈活地組建各種場景，就能模擬各種配網故障和異常現象。

5 應用實例

在對溫州供電公司配網自動化主站的測試中，進行了幾類典型場景的模擬。在測試平臺中設置典型的故障及發生時序，系統會按照預定的計劃發生相應的事件，并向主站發出SOE（事件順序）等各類信息。

在圖2所示電纜線路中，DATS-2000配網故障測試裝置分別接入溫西變10 kV出線保護、1號環網柜A1和A2及出線B1的DTU上，模擬測試以下故障類型的場景：

（1）模擬電纜線路干線故障。故障點設置在A2-A3之間，在S1，A1和A2處加入故障信號，模擬正常負荷，并按方案同步注入過電流信號；查驗并記錄系統的故障處理過程。

（2）模擬環網柜母線故障。故障點設置在1號環網柜母線A1和A2之間，在S1和A1處加入故障信號，模擬正常負荷，并按預訂方案同步發生過電流；查驗并記錄系統的故障處理過程。

（3）模擬環網柜出線故障。故障點設置在1號環網柜B1下游側，在S1，A1和B1處加入故障信號，模擬正常負荷并注入過電流；查驗并記錄系統的故障處理過程。

測試結果見表1，可以看出通過組建各種場景，能較真實地模擬各種配網故障和異常現象。配網自動化主站能根據不同場景給出處理方案，包括故障隔離方案、故障上游恢復方案和故障下游恢復方案，不同的恢復方案有損耗、電壓以及剩余負載率指標，并且能對不同的恢復方案進行最優排序。

圖2 電纜線路測試原理

表1 電纜線路測試結果

6 應用前景

FA（饋線自動化）在實際應用前需確保配網運行安全，在盡量少影響系統正常運行的情況下，采取相應手段，模擬現場故障現象和相關信息，驗證系統的故障處理能力等關鍵技術指標是否達到驗收要求。本文提及的方法可用于主站注入式測試，對具有饋線故障處理功能的主站進行仿真測試，以驗證主站系統的故障處理功能，用于發現FA啟動配置不準確、電網運行方式與實際不符、網絡模型TOPO關系錯誤等問題。調度員同時結合“三遙”開關狀態操作，編制方案對開關進行有計劃性的操作，可提前發現現場設備遙控失敗的原因并進行消缺。以上方法用于測試FA是否滿足驗收要求，可作為FA新投饋線半自動化模式投入依據，并逐步實現全自動化，推廣應用后將極大促進配網自動化系統故障處理等能力的提高。

7 結語

配網發生故障時能夠產生過流/失壓等多種信息，對于配網主站來講，發生故障時需要根據廠站設備上送的故障信息進行故障點的判斷。由于故障判據國內沒有統一的技術標準，各個廠商開發的系統判據各不相同，這就有可能造成主站與廠站之間的配合出現問題，導致不能準確判斷故障點。通過提供故障發生時的各種信號，定義每個信息是否上送到主站，從而測試配網主站的故障判據，為配網自動化設備的選擇提供可靠依據。通過圖模組態產生的各種典型故障場景，可作為配網自動化系統主站故障處理的有效手段。

[1]杜正春，周佃民，董繼民.考慮負荷電壓靜特性的最佳乘子牛頓潮流算法[J].中國電機工程學報，2002，22（1）∶102-105.

[2]JASMIN BLANCEHETTE，MARK SUMMERFIELD.C++ GUI Programming with QT 4[M].北京：電子工業出版社，2013.

[3]林公平.配電網饋線自動化技術及其應用[J].電力系統自動化，1998，22（4）∶64-68.

（本文編輯：方明霞）

Simulation Test Method of Distribution Network Based on Graphic Model Configuration and Its Application

PANG Peng，XUE Dali，ZHENG Sheng
（State Grid Wenzhou Power Supply Company，Wenzhou Zhejiang 325000，China）

A distribution network model is established based on IEC 61970/61968 to simulate the distribution network in normal state and failure state through friendly graphic interface interaction.The fault and abnormity scenes are reflected with the schedule，and the application pool is used as configuration of various scenes. The automated master stations of distribution networks are tested via distribution network simulation scene technology；besides，the technology is applied to the practical test in construction of the distribution network automation system of Wenzhou Power Supply Company.

distribution network automation；three phase unbalanced power flow calculation；common information model；distribution network simulation；scene configuration

TM76

：B

：1007-1881（2016）05-0057-03

2016-01-06

潘 鵬（1983），男，工程師/技師，從事電力信息安全管理工作。