智能電網(wǎng)變電站HIL仿真

摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變電站由傳統(tǒng)變電站階段發(fā)展到了智能變電站的階段。近年來(lái)，我國(guó)大力推進(jìn)智能變電站的發(fā)展，加快智能變電站的建設(shè)，智能變電站是如今我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。智能變電站有優(yōu)良的交流互動(dòng)性能、“三層兩網(wǎng)”的分層結(jié)構(gòu)等的優(yōu)點(diǎn)，還具有一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的顯著特征。為了對(duì)智能變電站進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)，本文將在智能變電站的理論基礎(chǔ)之下，借助開(kāi)放的HIL仿真系統(tǒng)通過(guò)MATLAB的Simulink模塊建立智能變電站一次設(shè)備及系統(tǒng)模型，根據(jù)建立的模型在IEC61850通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)變電站保護(hù)系統(tǒng)的SCD文件進(jìn)行修改，完成變電站的自動(dòng)化配置，實(shí)現(xiàn)HIL仿真系統(tǒng)對(duì)智能變電站的仿真。再利用開(kāi)放的HIL仿真系統(tǒng)基于上述變電站模型與二次保護(hù)設(shè)備進(jìn)行互通互聯(lián)，使保護(hù)設(shè)備在故障時(shí)能夠動(dòng)作。關(guān)鍵詞：智能變電站；IEC61850；SCD文件；自動(dòng)化配置HILSimulationandAutomationConfigurationofSmartGridSubstationAbstractWiththedevelopmentofcommunicationtechnologyandscienceandtechnology,thesubstationhasdevelopedfromthetraditionalsubstationstagetotheintelligentsubstationstage.Inrecentyears,Chinahasvigorouslypromotedthedevelopmentofsmartsubstationsandacceleratedtheconstructionofsmartsubstations.SmartsubstationsarethedevelopmentdirectionofChina'spowersystemtoday.SmartsubstationshavetheadvantagesofexcellentACinteractionperformance,a"three-layer,two-network"layeredstructure,andothersignificantfeatures.Theyalsohavethecharacteristicsofintelligentprimaryequipmentandnetworkedsecondaryequipment.Inordertoconductresearchandstudyonsmartsubstations,thisarticlewillbebasedonthetheoreticalbasisofsmartsubstations,withthehelpoftheopenHILsimulationsystem,theprimaryequipmentandsystemmodelofintelligentsubstationsareestablishedthroughMATLABSimulinkmodules,accordingtotheestablishedmodel,theSCDfileofthesubstationprotectionsystemismodifiedundertheIEC61850communicationprotocolstandardtocompletetheautomaticconfigurationofthesubstation,realizethesimulationofintelligentsubstationbyHILsimulationsystem.TheopenHILsimulationsystemisthenusedtointerconnectwiththesecondaryprotectionequipmentbasedontheabovesubstationmodel,sothattheprotectionequipmentcanoperateintheeventofafailure.Keywords:Intelligentsubstation;IEC61850;SCDfile;automaticconfiguration

1緒論 緒論1.1我國(guó)變電站的發(fā)展歷程人類(lèi)的發(fā)展史上，在1882年，自世界上第一個(gè)具有實(shí)際意義的電力系統(tǒng)建立以來(lái)，就有了變電站的存在。變電站作為聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，它起著變換和分配電能的作用。它是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的存在直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)是否可以保證運(yùn)行的可靠性、電能質(zhì)量以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在變電站一百多年的發(fā)展歷史中，它在技術(shù)、設(shè)備配置等方面都有著非常大的變化。從采用常規(guī)設(shè)備、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的二次設(shè)備的傳統(tǒng)變電站到現(xiàn)今進(jìn)入自動(dòng)化發(fā)展新階段的智能變電站，主要可以分為四個(gè)發(fā)展階段，“傳統(tǒng)變電站——綜合自動(dòng)化變電站——數(shù)字化變電站——智能變電站”。我國(guó)第一階段的傳統(tǒng)變電站，在20世紀(jì)80年代以前，全國(guó)上下的各項(xiàng)技術(shù)以及通信還不算特別的發(fā)達(dá)，這個(gè)時(shí)期變電站的工作以及運(yùn)維以較為簡(jiǎn)單的人工操作為主。保護(hù)裝置的組織機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它們按照傳統(tǒng)的保護(hù)布局設(shè)置，各個(gè)二次設(shè)備之間運(yùn)行也相對(duì)獨(dú)立。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，以及微機(jī)保護(hù)技術(shù)的逐漸推廣，我國(guó)的變電站進(jìn)入了自動(dòng)化發(fā)展的階段——綜合自動(dòng)化變電站。綜合自動(dòng)化變電站階段，將傳統(tǒng)的保護(hù)裝置電路用由微處理器構(gòu)成的自動(dòng)裝置來(lái)替代，提高了裝置的可靠性和自身故障自診斷的能力。但是，這一時(shí)期綜合自動(dòng)化變電站的設(shè)備在運(yùn)行上仍然相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)裝置之間的通信，具有一定資源分享局限性。2005年到2009年期間，隨著我國(guó)數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展和IEC61850通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、智能一次設(shè)備在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)變電站發(fā)展進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，這也意味著我國(guó)即將叩開(kāi)智能變電站的大門(mén)。2010年，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)的意見(jiàn)》，要求在加快電網(wǎng)智能化的建設(shè)上能夠?qū)崿F(xiàn)突破。同一年的3月份，“加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)”被寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》，標(biāo)志著中國(guó)電網(wǎng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，意味著我國(guó)智能變電站建設(shè)的步伐正在加快。智能變電站是如今我國(guó)乃至全世界變電站的發(fā)展主流，也是國(guó)家電網(wǎng)公司提出的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的非常核心的一個(gè)部分。為此，從2010年開(kāi)始，我國(guó)便大力開(kāi)展智能變電站的試點(diǎn)工程，截止至2015年底，國(guó)家電網(wǎng)公司已建設(shè)完成約2800座智能變電站。在一系列的投產(chǎn)建設(shè)中，我國(guó)現(xiàn)已完成了國(guó)家電網(wǎng)公司提出的“四確保一爭(zhēng)取”的目標(biāo)，邁出了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”重要的一步，為未來(lái)基本建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展要進(jìn)行智能變電站的仿真離不開(kāi)電力系統(tǒng)的數(shù)字仿真技術(shù)。至今為止，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展主要可以分為三個(gè)發(fā)展的階段，“電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬仿真系統(tǒng)——數(shù)?；旌鲜綄?shí)時(shí)仿真系統(tǒng)——全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)”?！半娏ο到y(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬仿真系統(tǒng)”作為最早出現(xiàn)的電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)，它出現(xiàn)打破了人們“實(shí)踐出真知”的理念，對(duì)電力系統(tǒng)的測(cè)試不再局限于在現(xiàn)實(shí)中建立好了完整的電力系統(tǒng)后再進(jìn)行測(cè)試，但這個(gè)階段仿真系統(tǒng)很大的不足就是，“電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬仿真系統(tǒng)”的仿真組件占地空間太大、資金投入大，仿真資源的使用非常的有限，一般一個(gè)電力系統(tǒng)仿真只能針對(duì)一個(gè)電力系統(tǒng)。在第一階段后，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)有了一定的發(fā)展。發(fā)展第二階段的“數(shù)模混合式實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)”，與第一階段相比不再單純依賴純實(shí)物元件的仿真，而是采用部分?jǐn)?shù)字元件與實(shí)物元件組合進(jìn)行仿真。第三階段“全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)”的出現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展具有重大的意義。它是數(shù)字仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和并行處理技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，具有實(shí)時(shí)性和帶被測(cè)試設(shè)備閉環(huán)運(yùn)行能力的優(yōu)點(diǎn)?！叭珨?shù)字實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)”它具有兩種應(yīng)用方式：混合仿真和完全數(shù)字仿真。本課題用到的是混合仿真方式，將實(shí)時(shí)的數(shù)字仿真系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備結(jié)合進(jìn)行仿真。1.3選題的意義隨著我國(guó)國(guó)力的不斷增強(qiáng)和生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，在用電越來(lái)越普遍化的社會(huì)，人們對(duì)電的需求變得越來(lái)越多。在追求智能化、經(jīng)濟(jì)、低碳環(huán)保的今天，智能變電站的發(fā)展與建設(shè)便變得勢(shì)在必行。但凡是世間的事物，在發(fā)展的過(guò)程中必定會(huì)有一個(gè)不斷完善的過(guò)程，在不斷的模擬操作或者實(shí)際操作中選擇最佳的方式，并朝著這個(gè)方向前進(jìn)。然而進(jìn)行實(shí)際操作的完善方法對(duì)于智能變電站的建設(shè)和發(fā)展來(lái)說(shuō)不是一個(gè)最佳的選擇，因?yàn)榻ㄔO(shè)一個(gè)智能變電站的成本并不低，這時(shí)候利用HIL仿真系統(tǒng)進(jìn)行智能變電站的運(yùn)行仿真便具有實(shí)際的經(jīng)濟(jì)意義，利用較少設(shè)備成本，構(gòu)建出具有同樣運(yùn)行效果的“變電站”。變電站的保護(hù)系統(tǒng)的出廠集成測(cè)試、變電站的運(yùn)行檢測(cè)以及變電站的維護(hù)都需要變電站HIL實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，傳統(tǒng)的HIL變電站仿真系統(tǒng)價(jià)格昂貴，動(dòng)輒需要上億，同時(shí)系統(tǒng)封閉，很難將業(yè)界的研究成果直接使用在這樣的系統(tǒng)上，因此開(kāi)發(fā)開(kāi)源、開(kāi)放式的變電站HIL仿真系統(tǒng)，通過(guò)開(kāi)源的平臺(tái)，使得原來(lái)的變電站相關(guān)實(shí)時(shí)仿真的費(fèi)用大大削減甚至免費(fèi)，同時(shí)業(yè)界研究成果可以直接運(yùn)行在開(kāi)放系統(tǒng)上，對(duì)變電站的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)都提供了新的途徑，意義重大。智能變電站仿真系統(tǒng)的自動(dòng)化配置對(duì)完成開(kāi)放的HIL變電站仿真系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是有機(jī)組成部分，對(duì)實(shí)現(xiàn)仿真功能有重要意義。智能變電站在未來(lái)進(jìn)步的空間仍然非常的大，發(fā)展的前景也非常好。發(fā)展與完善智能變電站相關(guān)內(nèi)容的研究，深入對(duì)智能變電站的學(xué)習(xí)，對(duì)我國(guó)整個(gè)電力系統(tǒng)、以及智能電網(wǎng)的建設(shè)和完善都有積極的意義。1.4本文進(jìn)行的工作本文課題“智能變電站的仿真和自動(dòng)化配置”要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)智能變電站仿真系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和自動(dòng)化的配置，使一次設(shè)備與二次設(shè)備之間完成互聯(lián)互通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)系統(tǒng)界面與實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng)之間的互動(dòng)。在這個(gè)課題中，主要包含了有以下幾項(xiàng)工作：（1）學(xué)習(xí)智能變電站的相關(guān)理論知識(shí)，了解IEC61850通信協(xié)議的內(nèi)容。（2）在MATLAB的Siumlink仿真模塊中構(gòu)建出220kV變電站一次設(shè)備的運(yùn)行模型，并進(jìn)行變電站一次設(shè)備參數(shù)的設(shè)置。（3）在SCLConfigurator軟件中進(jìn)行SCD文件的修改、編寫(xiě)，對(duì)智能電力裝置之間的通信配置和變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行配置，完成電力系統(tǒng)自動(dòng)化配置。（4）將變電站仿真運(yùn)行模型與實(shí)際的智能保護(hù)設(shè)備通過(guò)光纖模塊進(jìn)行連接，根據(jù)運(yùn)行條件和狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)裝置的設(shè)置，利用IEC61850的通信協(xié)議對(duì)變電站通信設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的互聯(lián)互通。（5）在變電站一次設(shè)備仿真模型中，對(duì)模塊進(jìn)行短路故障的設(shè)置，使保護(hù)裝置在故障的時(shí)間區(qū)間里能夠迅速、自動(dòng)可靠的動(dòng)作，將故障清除。2智能變電站的仿真運(yùn)行機(jī)理及相關(guān)概念2.1智能變電站基本概念變電站的核心功能是變換電壓等級(jí)和接收、分配電能。智能變電站在具備基礎(chǔ)功能上，功能更為完善、運(yùn)行更為智能化。在國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)智能變電站有著明確的定義：“智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)等基本功能，并根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站?！?。智能變電站可以分為兩個(gè)部分：智能高壓設(shè)備和變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)。智能高壓設(shè)備會(huì)在運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)反應(yīng)，在故障發(fā)生時(shí)迅速、可靠的動(dòng)作。變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)的作用主要有兩個(gè)：進(jìn)行系統(tǒng)橫向信息的共享使管理系統(tǒng)的上層應(yīng)用之間獲得統(tǒng)一的信息；對(duì)系統(tǒng)縱向信息的標(biāo)準(zhǔn)化使其各層應(yīng)用對(duì)其上層應(yīng)用支撐的透明化。對(duì)兩個(gè)功能進(jìn)行理解，橫向的信息共享而獲得統(tǒng)一的信息，即同一層的設(shè)備接收到下層設(shè)備傳遞過(guò)來(lái)的信息是統(tǒng)一、一致的，確保沒(méi)有差別。系統(tǒng)縱向信息的標(biāo)準(zhǔn)化，即不同層的設(shè)備內(nèi)部協(xié)議規(guī)約或者其他技術(shù)等可以不一致，但是它們可以通過(guò)設(shè)備與設(shè)備之間進(jìn)行通信的MMS(制造報(bào)文規(guī)范)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，使不同層之間的設(shè)備可以無(wú)障礙的進(jìn)行信息交互。通過(guò)縱向信息的標(biāo)準(zhǔn)化可以解決不同設(shè)備之間因內(nèi)部復(fù)雜的原理結(jié)構(gòu)而不能進(jìn)行信息傳送的問(wèn)題。按照系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)上劃分，智能變電站分為三個(gè)層次：過(guò)程層、間隔層和站控層，如圖2.1所示，為智能變電站的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖。過(guò)程層的設(shè)備包括智能一次設(shè)備、合并單元和智能終端，主要進(jìn)行開(kāi)關(guān)量或者模擬量的采集以及控制命令的執(zhí)行。間隔層由保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、計(jì)量裝置等智能電力裝置所組成，完成智能變電站設(shè)備運(yùn)行信息的采集、測(cè)量和控制等。智能變電站結(jié)構(gòu)最為核心的部分是站控層，它由GPS設(shè)備、多個(gè)工作站、遠(yuǎn)動(dòng)站和五防系統(tǒng)等共同構(gòu)成，它們一起完成對(duì)智能變電站設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能夠通過(guò)外部系統(tǒng)完成信息交互和數(shù)據(jù)的共享。在智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，含有2層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，它們對(duì)3層設(shè)備起到連接作用。通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)，變電站可以實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備之間的橫向通信和站控層與間隔層之間的縱向通信。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)含有GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)，利用GOOSE網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備之間的橫向通信，通過(guò)過(guò)程層設(shè)備與GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)的配合能夠?qū)崿F(xiàn)縱向通信。這兩層網(wǎng)絡(luò)都采用雙重網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以分為A網(wǎng)和B網(wǎng)，A網(wǎng)和B網(wǎng)傳送的信息都各不相同，它們將各自收集到的信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的設(shè)備，使設(shè)備獲得的信息更具有針對(duì)性，同樣也提高了信息的利用率。圖2.1智能變電站的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖（一個(gè)設(shè)備間隔）圖2.2傳統(tǒng)變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖傳統(tǒng)變電站是我國(guó)的第一代變電站，智能變電站是不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)變電站相互結(jié)合的成果，它們既有相同的部分，也有不一樣的部分。傳統(tǒng)變電站和智能變電站作為變電站，它們最終實(shí)現(xiàn)作用和功能是一樣的，都可以進(jìn)行電壓等級(jí)的變換和電能的匯集、分配，他們區(qū)別僅僅是實(shí)現(xiàn)方式上的不一致。根據(jù)圖2.1和圖2.2，將傳統(tǒng)的變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)比，智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別在于設(shè)備之間的連接方式以及使用設(shè)備的不同。智能變電站在過(guò)程層和間隔層之間進(jìn)行信息、運(yùn)行狀態(tài)傳送的電纜被光纖所取代，與電纜相比，光纖的布線方便，同時(shí)也可以提升設(shè)備信號(hào)傳遞的速度，提高工作的效率和運(yùn)行的可靠性。在設(shè)備方面，智能變電站采用的是智能一次設(shè)備，如電子式互感器、智能變壓器、智能斷路器等。依據(jù)以上的基礎(chǔ)概念以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合本課題的仿真內(nèi)容以及需要實(shí)現(xiàn)的功能等，以下給出本課題仿真的智能變電站系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖2.3。圖2.3本文智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2智能變電站的特征智能變電站作為技術(shù)不斷創(chuàng)新進(jìn)步和通信發(fā)展中的一個(gè)產(chǎn)物，在經(jīng)歷了傳統(tǒng)階段、綜合自動(dòng)化階段、數(shù)字化階段后，形成了獨(dú)有的一些特征：系統(tǒng)分層分布化。智能變電站根據(jù)IEC61850通信協(xié)議將變電站分為“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)——站控層、間隔層、過(guò)程層、站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。這種分層分布化非常利于各層設(shè)備之間的集中管理，同一上層設(shè)備之間的信息數(shù)據(jù)能夠通過(guò)變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)橫向信息共享，對(duì)獲得的信息進(jìn)行統(tǒng)一化處理。而不同層之間也可以通過(guò)系統(tǒng)縱向信息的標(biāo)準(zhǔn)化，即通信接口的統(tǒng)一，達(dá)到不同層之間設(shè)備的透明化，使異構(gòu)系統(tǒng)之間能夠信息互通。智能變電站之間這種統(tǒng)一的“三層兩網(wǎng)”構(gòu)架，不僅實(shí)現(xiàn)了信息的共享，也解決了設(shè)備之間相互操作性差的問(wèn)題和后期運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜的問(wèn)題。一次設(shè)備智能化。作為智能變電站的重要特征，智能變電站一次設(shè)備的智能化，是在傳統(tǒng)的一次設(shè)備功能的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的信息模型和信息交換模型，運(yùn)用IEC61850通信協(xié)議和信息管理系統(tǒng)進(jìn)行各設(shè)備或系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交流互動(dòng)。智能化的一次設(shè)備通過(guò)良好的信息交互性、先進(jìn)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷手段，能夠正確的判斷一次設(shè)備的運(yùn)行情況，準(zhǔn)確對(duì)故障或不正常工作狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和識(shí)別，同時(shí)將檢測(cè)的結(jié)果及時(shí)的反饋給相關(guān)診斷系統(tǒng)，讓運(yùn)行維護(hù)人員可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)做出相應(yīng)的處理。二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。變電站的二次設(shè)備指的是對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的設(shè)備，它的基本任務(wù)是將故障從電力系統(tǒng)中切除，反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)，做出判斷并動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)或跳閘。智能變電站基于傳統(tǒng)二次設(shè)備的功能，通過(guò)將IEC61850通信協(xié)議應(yīng)用于變電站內(nèi)的通信，對(duì)二次設(shè)備間的通信接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，利用最新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備的信息交互、數(shù)據(jù)共享、互操作等的功能。智能二次設(shè)備可以通過(guò)光纖和IEC61850通信協(xié)議利用設(shè)備的分布式控制來(lái)取代傳統(tǒng)的總線控制，這提高了設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫彩馆斔偷男畔⒏訕?biāo)準(zhǔn)化。更加標(biāo)準(zhǔn)化的信息通信。智能變電站全站采用國(guó)際通用的通信規(guī)約IEC61850通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的交互。具有良好的交互性。變電站作為最重要的電能資源匯集再分配的中心，要求它具有良好的信息交互能力，這可以保證電力系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候具有較高的可靠性、精準(zhǔn)性，在電力系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行方式變化或發(fā)生故障的時(shí)候能夠快速判斷而做出反應(yīng)。智能變電站在進(jìn)行信息采集以后，不但能夠快速將數(shù)據(jù)輸送進(jìn)行變電站內(nèi)部設(shè)備之間的分享，還能夠與該智能變電站在內(nèi)的電力網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行良好的交流互動(dòng)。低碳環(huán)保。近幾年來(lái)，各個(gè)國(guó)家的能源發(fā)展布局、電能供給情況、電力的發(fā)展方式正發(fā)生著重大的變化。全球以能源多元化、清潔化為發(fā)展風(fēng)向，以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推進(jìn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型為目的。在這種形勢(shì)下，智能變電站不僅具備電壓變換、智能化配置平臺(tái)功能，也可以減少能量的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在智能變電站中，將傳統(tǒng)高能耗的電子元件和設(shè)備用集成度高而且能耗低的設(shè)備取代，同樣的，我們用光纖電纜取代傳統(tǒng)電纜進(jìn)行通信，這些改善方式都有效的降低了能源的損耗。在新能源發(fā)展方面，智能變電站的出現(xiàn)對(duì)提高新能源的利用率有一定的促進(jìn)作用，新能源發(fā)電完全可以依托著智能變電站的發(fā)展而發(fā)展。運(yùn)行可靠性高?？煽啃宰鳛殡娋W(wǎng)繼電保護(hù)最基本的性能和作為用戶對(duì)電能的基本要求之一，智能變電站提高了保護(hù)裝置中的組成元件質(zhì)量和可靠性，保護(hù)回路也有了一定程度的簡(jiǎn)化，在這些的基礎(chǔ)之上，依托于變電站智能化的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得保護(hù)設(shè)備能夠在故障發(fā)生前做出預(yù)判或在故障以及不正常工作狀態(tài)發(fā)生時(shí)迅速做出反應(yīng)，并能夠快速對(duì)事件進(jìn)行處理，這有效減少了由于故障造成的供電損失，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行。2.3HIL（硬件在環(huán)）本課題進(jìn)行智能變電站仿真的實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)過(guò)程中采用“虛”與“實(shí)”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，將電腦仿真與二次保護(hù)設(shè)備連接起來(lái)完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)接收電腦的仿真數(shù)據(jù)使真實(shí)的保護(hù)設(shè)備模擬實(shí)際的運(yùn)行狀況。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層的相互連接將兩個(gè)原本相互獨(dú)立運(yùn)行的部分，可以共同運(yùn)作起來(lái)。這一“虛”與“實(shí)”結(jié)合的方式在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)里面稱為“HIL”，即“硬件在環(huán)”。在本實(shí)驗(yàn)中，由硬件保護(hù)設(shè)備和實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng)兩部分組成HIL系統(tǒng)。HIL系統(tǒng)的仿真部分由仿真主機(jī)與智能終端、合并單元等組合而成，由繼電保護(hù)設(shè)備組成硬件部分。使用“HIL”的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以降低實(shí)驗(yàn)的成本和時(shí)間，并且可以將設(shè)備最大利用化。硬件在環(huán)的仿真方式不僅彌補(bǔ)了單純使用計(jì)算機(jī)仿真的不足，還提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。2.4智能變電站的通信協(xié)議智能變電站的設(shè)備通信以IEC61850通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了變電站的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，以及設(shè)備間的透明化。本文的智能變電站仿真通信依托于IEC61850通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)備間的信息交互。IEC61850通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將智能變電站劃分成了“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，并且對(duì)各層之間的通信接口進(jìn)行了定義。在智能變電站“三層兩網(wǎng)”的基本結(jié)構(gòu)中，IEC61850對(duì)各層進(jìn)行了進(jìn)一步的分解，將它們細(xì)分為一個(gè)個(gè)實(shí)現(xiàn)智能變電站不同功能的小單元，這些小單元是智能變電站中的智能電力裝置，是變電站SAS（SubstationAutomationSystem）系統(tǒng)中重要的基本單元，這個(gè)小單元簡(jiǎn)稱為IED。一個(gè)或者多個(gè)IED相互配合可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)察測(cè)試和遠(yuǎn)程控制等的功能。在IEC61850通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)下，IED就是一個(gè)個(gè)的智能設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的功能，IEC61850通信協(xié)議定義了邏輯節(jié)點(diǎn)LN，這些邏輯節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著智能變電站對(duì)應(yīng)的一些功能，一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)可以對(duì)應(yīng)一個(gè)IED或者多個(gè)IED，即一個(gè)功能可以由一個(gè)或者多個(gè)IED來(lái)完成。目前，已有91個(gè)通用功能的邏輯節(jié)點(diǎn)，通過(guò)屬性功能等的劃分，可以分為：控制，狀態(tài)，取代，配置，描述等的類(lèi)別。特別的，每個(gè)IED必須有兩個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)LN0和LPHD，里面包含每個(gè)設(shè)備必備的信息。LN是功能物理邏輯的概念，而邏輯設(shè)備LD就是LN功能的匯集。IEC61850通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，通過(guò)對(duì)智能變電站進(jìn)行信息模型的構(gòu)建來(lái)描述這一應(yīng)用的具體功能。如圖2.4，在IEC61850通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，利用服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)屬性的分層模型組成了IED的信息模型，完成對(duì)實(shí)際設(shè)備的抽象。在這個(gè)模型中服務(wù)器可以提供設(shè)備外部看見(jiàn)的功能服務(wù)，邏輯設(shè)備作為集合邏輯節(jié)點(diǎn)的虛擬設(shè)備，邏輯節(jié)點(diǎn)表示物理設(shè)備的功能描述，數(shù)據(jù)含有邏輯節(jié)點(diǎn)的信息，數(shù)據(jù)屬性則是對(duì)數(shù)據(jù)的定義。圖2.4信息模型結(jié)構(gòu)圖通過(guò)上面的信息模型，有個(gè)概念：可以將設(shè)備復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過(guò)抽象實(shí)物化建立一個(gè)模型，讓復(fù)雜的變電站系統(tǒng)可以用精準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)可以懂的語(yǔ)言描述出來(lái)，并利用這個(gè)語(yǔ)言對(duì)智能變電站進(jìn)行自動(dòng)化配置，這也是本文需要進(jìn)行的工作。利用上面的信息模型，構(gòu)建出后文SCD文件配置時(shí)信息模型圖。以220kV線路1保護(hù)為例，如圖2.5。圖2.5220kV線路1保護(hù)信息模型IEC61850通信協(xié)議還引入了GOOSE(GenericObjectOrientedSubstationEvent面向通用對(duì)象的變電站事件)和SV/SMV（采樣測(cè)量值）的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸方式，會(huì)在后文中有所提及。IEC61850通信協(xié)議在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常的廣泛，不僅使智能變電站內(nèi)的通信標(biāo)準(zhǔn)化，這種通信協(xié)議還標(biāo)準(zhǔn)了智能變電站與智能變電站之間、智能變電站與電力系統(tǒng)的控制中心之間的通信。2.5智能變電站內(nèi)的保護(hù)通信方式在本課題中主要運(yùn)用到的繼電保護(hù)方式為線路的縱聯(lián)保護(hù)和變壓器的差動(dòng)保護(hù)。以線路的縱聯(lián)保護(hù)為例，保護(hù)的動(dòng)作需要用到線路兩端的信息，兩端的保護(hù)設(shè)備將通信設(shè)備和通信通道傳送來(lái)的保護(hù)信息，在內(nèi)部進(jìn)行邏輯比較后迅速做出正確判斷。輸電線路縱聯(lián)保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2.6?？v聯(lián)保護(hù)保護(hù)動(dòng)作運(yùn)用到基爾霍夫電流定律原理，在正常情況下，兩端電流值流入會(huì)等于流出，但是在故障發(fā)生的時(shí)候兩端電流會(huì)有較大的電流差，當(dāng)兩端電流差值超過(guò)正常運(yùn)行值時(shí)保護(hù)啟動(dòng)。本課題中，由于線路阻抗等的原因，正常運(yùn)行時(shí)會(huì)有一定的電流差值。圖2.6輸電線路縱聯(lián)保護(hù)結(jié)構(gòu)圖本課題智能變電站仿真的繼電保護(hù)通信設(shè)備之間通信方式用到的是光纖通信。光纖通信以光纖作為保護(hù)信息傳遞的媒介，在電力系統(tǒng)通信中廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電纜通信相比，光纖通信有通信容量大、耗材少、無(wú)感應(yīng)性能等的特點(diǎn)。本文的智能變電站仿真運(yùn)用到了單模光纖和雙模光纖。它們的區(qū)別如下表2.1：表2.1單模與雙模光纖的區(qū)別區(qū)別點(diǎn)名稱單模光纖雙模光纖顏色黃色橙色傳播光束數(shù)目一束光多束光傳輸距離較遠(yuǎn)較近3開(kāi)放式智能變電站仿真及自動(dòng)化配置的實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式智能變電站仿真系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成：仿真系統(tǒng)和硬件保護(hù)部分。如圖3.1，簡(jiǎn)單的描述了開(kāi)放式的HIL仿真系統(tǒng)架構(gòu)，硬件保護(hù)部分由圖中的淡黃色區(qū)域的保護(hù)、測(cè)控、采集裝置的真實(shí)二次設(shè)備組成，仿真系統(tǒng)部分由圖中的仿真主機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、智能終端、交換機(jī)等構(gòu)成。整個(gè)HIL仿真系統(tǒng)要能運(yùn)作起來(lái)需要先對(duì)兩部分進(jìn)行配置：仿真系統(tǒng)的配置以及保護(hù)裝置的配置，這也是本章節(jié)需要進(jìn)行的工作。仿真系統(tǒng)的配置和管理是基于開(kāi)放的MATLAB仿真平臺(tái)，保護(hù)裝置的配置和管理是基于開(kāi)放的IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。圖3.1開(kāi)放式的HIL仿真系統(tǒng)架構(gòu)后面的具體工作也以此為藍(lán)圖展開(kāi)。3.1智能變電站一次設(shè)備模型建立及設(shè)置本課題進(jìn)行的是220kV智能變電站的仿真運(yùn)行。在這里首先運(yùn)用MATLAB的Simulink仿真模塊構(gòu)建出具有基本運(yùn)行元件的220kV智能變電站的一次設(shè)備模型，再對(duì)具體元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。3.1.1元件模塊的選擇表3.1元件模塊的使用仿真模塊模塊選用電源Three-PhaseSource輸電線路DistributedParametersLine變壓器Three-PhaseTransformer(ThreeWindings)測(cè)量采集Three-PhaseV-IMeasurement負(fù)載Three-PhaseSeriesRLCLoad開(kāi)關(guān)Three-PhaseBreaker故障Three-PhaseFault波形顯示Scope在上表3.1，主要列出來(lái)本課題變電站一次設(shè)備模型使用的元件模塊，下面對(duì)其作進(jìn)一步的說(shuō)明。（1）電源模塊。電源模塊在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是不可缺少的部分，在現(xiàn)實(shí)變電站系統(tǒng)中相當(dāng)于是發(fā)電站。在本課題中，采用Three-PhaseSource模塊作為電源向變電站供電。其中采用了兩個(gè)Three-PhaseSource模塊，220kV側(cè)的電源模塊和110kV側(cè)的電源模塊。（2）輸電線路模塊。課題中設(shè)置了220kV和110kV共兩條輸電線路，為了能夠在仿真中更好的描述波的傳輸過(guò)程，采用的是DistributedParametersLine模塊。（3）變壓器模塊。在本課題中，考慮到仿真的變電站的變壓器有三個(gè)電壓等級(jí)，220kV/110kV/35kV，選用三相三繞組的Three-PhaseTransformer(ThreeWindings)模塊。（4）測(cè)量采集模塊。采用Three-PhaseV-IMeasurement模塊作為電壓、電流量采集的模塊。用該模塊對(duì)運(yùn)行的一次設(shè)備進(jìn)行電壓和電流數(shù)據(jù)的采集，相當(dāng)于是互感器的作用，負(fù)責(zé)傳遞數(shù)值數(shù)據(jù)。（5）負(fù)載模塊。采用靜態(tài)負(fù)荷模型模塊Three-PhaseSeriesRLCLoad模塊來(lái)模擬線路上的用電負(fù)載。（6）開(kāi)關(guān)模塊。開(kāi)關(guān)模塊選用Three-PhaseBreaker模塊，該模塊類(lèi)似于變電站一次設(shè)備中刀閘（隔離開(kāi)關(guān)）的作用。（7）故障模塊。選用Three-PhaseFault模塊作為故障模塊，添置在在需要仿真故障的區(qū)域。（8）波形顯示模塊。為了方便觀察變電站運(yùn)行時(shí)某區(qū)域的電流或者電壓的數(shù)值以及故障發(fā)生時(shí)的數(shù)值變化，可以利用Scope模塊采集Three-PhaseV-IMeasurement模塊的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行波形的顯示（9）Powergui模塊。Powergui模塊是MATLAB中的電力系統(tǒng)圖形用戶分析界面。它通過(guò)Simulink仿真模塊中的功能來(lái)連接不同的元件模塊，具有分析電力系統(tǒng)模型的重要功能。（10）母線模塊。在MATLAB的中是沒(méi)有具體的母線模塊的。母線在整個(gè)電力系統(tǒng)中的作用是連接各個(gè)分支線路，對(duì)電能進(jìn)行傳輸、匯集和再分配，即母線可以看作是一個(gè)電能交匯的節(jié)點(diǎn)，那么就可以利用負(fù)載模塊的分支線路與輸電線路的銜接節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)母線模塊。這個(gè)變電站仿真模型中含有110kV母線和220kV母線各一個(gè)，110kV母線是單母線，可以用一個(gè)銜接節(jié)點(diǎn)來(lái)表示，220kV母線是雙母線結(jié)構(gòu)，可以用兩個(gè)銜接節(jié)點(diǎn)表示，并且在兩節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)相連接。3.1.1元件模塊的連接在選出了構(gòu)建變電站一次設(shè)備模型需要使用到的元件模塊后，參考實(shí)際變電站的設(shè)備布局進(jìn)行元件模塊之間的連接。模塊之間的連接采用這樣的走向：220kV電源——220kV輸電線路——220kV母線——220kV側(cè)負(fù)載——220kV/110kV/35kV變壓器——35kV側(cè)負(fù)載——110kV側(cè)負(fù)載——110kV母線——110kV側(cè)線路——110kV電源。其排布如圖3.3。圖3.2雙母線模塊上圖3.1為220kV的雙母線模型，兩母線之間互為備用，當(dāng)其中一段母線發(fā)生故障時(shí)，發(fā)生故障的母線所連接的用電負(fù)載可以不必?cái)嚯?，通過(guò)另一段母線繼續(xù)供電，提高了供電的可靠性。圖3.3220kV變電站一次設(shè)備模型在上圖3.3中，根據(jù)電力系統(tǒng)的知識(shí)，出于對(duì)運(yùn)行的安全性考慮，110kV及以上系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要中性點(diǎn)直接接地，而35kV系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)應(yīng)經(jīng)消弧線圈接地。為了更簡(jiǎn)單直觀的說(shuō)明各電壓等級(jí)的分布以及各出線數(shù)量等，在這里按照變電站的一次主接線圖的繪圖標(biāo)準(zhǔn)繪制了圖3.4的一次主接線圖，這個(gè)圖中展示了本課題中智能變電站使用的一次設(shè)備并且可以較直觀的看出各電氣元件之間的連接關(guān)系。圖3.4一次主接線圖3.1.2元件模塊參數(shù)的設(shè)置將各個(gè)元件模塊連接完成后，按照運(yùn)行的需求對(duì)各模塊進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。電源模塊。仿真模型中有兩個(gè)電源模塊：220kV供電源和110kV供電源。兩個(gè)電源都大于等于110kV，電源中性點(diǎn)采用直接接地方式：Yg?？紤]到線路輸送時(shí)會(huì)有一定的損耗問(wèn)題情況，在設(shè)置電源電壓數(shù)值時(shí)，將電壓提高了大約10%的額定電壓的數(shù)值。在我國(guó)使用的電是正弦交流電，它的頻率為50Hz，所以電源模塊以及其他模塊需要進(jìn)行頻率設(shè)置時(shí)，都設(shè)置為50Hz。其他部分設(shè)置采用了默認(rèn)值。如圖3.5和圖3.6為具體的參數(shù)設(shè)置。圖3.5220kV電源模塊參數(shù)設(shè)置圖3.6110kV電源模塊參數(shù)設(shè)置輸電線路模塊。本課題的輸電線路共有兩段，220kV輸電線路和110kV輸電線路。在這里模擬80km的輸電距離，將它們都設(shè)置為80km長(zhǎng)的輸電線路。其他線路電阻、電感、電容值采用默認(rèn)值。具體設(shè)置如圖3.7和圖3.8。圖3.7220kV輸電線路模塊參數(shù)設(shè)置圖3.8110kV輸電線路模塊參數(shù)設(shè)置變壓器模塊。仿真模型中采用的是三繞組變壓器模型，電壓等級(jí)為220kV/110kV/35kV三個(gè)電壓等級(jí)。在220kV和110kV電壓等級(jí)側(cè)采用中性點(diǎn)直接接地的方式，35kV電壓等級(jí)側(cè)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。將變壓器容量設(shè)置為100MVA，三個(gè)線圈電壓值將220kV、110kV、35kV對(duì)應(yīng)填入，其他參數(shù)可以采用系統(tǒng)的默認(rèn)值。如圖3.9和圖3.10為具體的參數(shù)設(shè)置。圖3.9變壓器模塊參數(shù)設(shè)置圖3.10變壓器模塊參數(shù)設(shè)置（4）測(cè)量采集模塊。在本課題中的電流、電壓數(shù)值的采集由Three-PhaseV-IMeasurement模塊進(jìn)行，將數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行波形的顯示，來(lái)觀察系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的電壓和電流的情況，利于故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行判斷。這一模塊主要設(shè)置的是需要采集的電流、電壓區(qū)域的命名，在Simulink中所有該模塊的命名都不允許重復(fù)。為了方便仿真的進(jìn)行，所有命名采用對(duì)應(yīng)采集信息模塊的名稱作為區(qū)分的命名形式。（5）負(fù)載模塊。負(fù)載模塊在該仿真模型中共有4個(gè)，220kV線路側(cè)包含有兩個(gè)，110kV線路側(cè)和35kV側(cè)各有1個(gè)。在經(jīng)過(guò)調(diào)試以后，對(duì)四個(gè)模塊進(jìn)行了以下的參數(shù)設(shè)置，如圖3.11、3.12、3.13、3.14。圖3.11220kV_1負(fù)載模塊參數(shù)設(shè)置圖3.12220kV_2負(fù)載模塊參數(shù)設(shè)置圖3.1335kV負(fù)載模塊參數(shù)設(shè)置圖3.14110kV負(fù)載模塊參數(shù)設(shè)置（6）開(kāi)關(guān)模塊。本文的變電站仿真中配備了有多個(gè)開(kāi)關(guān)模塊，起到接通和斷開(kāi)線路電源的作用，也可以改變系統(tǒng)運(yùn)行的接線方式。在本課題中，所有的開(kāi)關(guān)模塊主要設(shè)置為在仿真開(kāi)始后由常開(kāi)的“open”狀態(tài)轉(zhuǎn)換為常閉的“close”狀態(tài)，即變電站開(kāi)始運(yùn)行后，所有的電氣設(shè)備通電。（7）故障模塊。依據(jù)本課題的實(shí)驗(yàn)室配備，分別在變電站模型的220kV輸電線路、110kV輸電線路、220kV雙母線、220kV母聯(lián)、110kV母線、變壓器區(qū)域內(nèi)設(shè)置故障，在故障模塊中設(shè)置故障時(shí)間區(qū)間為[52025404560658085100105120125140145160165180185200]，進(jìn)行單相接地故障或兩相間故障等的故障測(cè)試，仿真變電站的故障運(yùn)行狀態(tài)。如圖3.15，為其中一個(gè)故障模塊的設(shè)置。圖3.15故障模塊參數(shù)設(shè)置（8）波形顯示模塊。波形顯示模塊主要是用采集來(lái)的實(shí)時(shí)電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。在該模塊中可以根據(jù)顯示的需要進(jìn)行顯示窗口數(shù)量等的設(shè)置。（9）Powergui模塊。在本文的變電站仿真模型中主要對(duì)powergui模塊進(jìn)行仿真類(lèi)型和取樣時(shí)間進(jìn)行了設(shè)置，其他部分采用默認(rèn)值。仿真類(lèi)型選用的是Discrete即離散化電氣模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化的分析處理。設(shè)定采樣時(shí)間為0.00005s。設(shè)置如圖3.16。圖3.16Powergui模塊參數(shù)設(shè)置（10）其他。為了使模型仿真可以較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，在這里將模型仿真停止時(shí)間設(shè)為無(wú)窮，即“inf”，停止可以按仿真的停止鍵，進(jìn)行手動(dòng)操作。設(shè)置如圖3.17。圖3.17仿真時(shí)間設(shè)置3.2IED配置前的工作上面已經(jīng)完成了變電站一次設(shè)備的模型建立，接下來(lái)要進(jìn)行的工作是對(duì)已有的變電站模型進(jìn)行自動(dòng)化配置。在進(jìn)行具體的配置前還需要先進(jìn)行以下的工作，為后續(xù)的配置工作做鋪墊。3.2.1全站IED的命名智能變電站的每一個(gè)智能電力裝置都需要有唯一的一個(gè)命名，以便于區(qū)分和進(jìn)行后續(xù)的操作。在這里按照IED的命名規(guī)則，如表3.2，為本課題中的每一個(gè)IED賦予一個(gè)名稱。IED的命名規(guī)則使用七位大寫(xiě)字母和數(shù)字組合表示，第一位用來(lái)區(qū)分IED的類(lèi)型，第二位是使用的對(duì)象類(lèi)型，第三位和第四位用來(lái)區(qū)別電壓等級(jí)，第五、六位用來(lái)編號(hào)排序，最后一位是設(shè)備套數(shù)，這一位在只有單套的成套設(shè)備時(shí)可以忽略。本課題的IED的具體命名如表3.3。表3.2IED的命名規(guī)則表3.3IED命名3.2.2裝置通訊IP地址的配置在實(shí)際的智能變電站中，設(shè)備間要進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳送，就必須確保它們處在同一網(wǎng)絡(luò)下。可以將所有設(shè)備的子網(wǎng)掩碼進(jìn)行統(tǒng)一，配置為：00，這樣所有設(shè)備都在同一區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)之下。處在同一網(wǎng)絡(luò)下的設(shè)備為了能夠按照需要向其他的設(shè)備傳輸信息，就需要為每臺(tái)保護(hù)設(shè)備設(shè)置不同的IP地址，具體的IP地址如表3.4。表3.4保護(hù)設(shè)備的IP地址保護(hù)設(shè)備IEDIP地址PL2206PL2209PL1106PL1107PT2202PM2204PM1105PF22023.2.3定義IED裝置的GOOSE、SMV、APPID地址在記事本中以xml格式對(duì)SCD文件中的各個(gè)IED的GOOSE、SMV、APPID地址進(jìn)行定義。按照規(guī)定，變電站內(nèi)裝置的地址定義范圍應(yīng)為：GOOSE范圍：01-0C-CD-01-00-00到01-0C-CD-01-07-FF，SMV范圍:01-0C-CD-04-00-00到01-0C-CD-04-07-FF，GOOSE的APPID范圍：0000到3FFF，SMV的APPID范圍:4000到7FFF。設(shè)置的具體地址如表3.5。表3.5相關(guān)設(shè)備地址設(shè)置IEDGOOSE地址APPIDSMV地址APPIDIL220101-0C-CD-01-12-3B123BIL220201-0C-CD-01-12-451245ML220101-0C-CD-01-12-33123301-0C-CD-04-00-174017ML220201-0C-CD-01-12-37123701-0C-CD-04-00-194019IML110101-0C-CD-01-11-98119801-0C-CD-04-00-014001IML110201-0C-CD-01-11-99119901-0C-CD-04-00-024002IM220101-0C-CD-01-12-591259IM220201-0C-CD-01-12-5D125DMM220101-0C-CD-01-12-61126101-0C-CD-04-00-1B401BIM110101-0C-CD-01-12-791279MM110101-0C-CD-01-11-F911F901-0C-CD-04-00-134013IF220101-0C-CD-01-11-041104MF220101-0C-CD-01-12-65126501-0C-CD-04-00-1D401DIT220101-0C-CD-01-12-721272MT220101-0C-CD-01-12-69126901-0C-CD-04-00-1F401FIMT110101-0C-CD-01-11-F211F201-0C-CD-04-00-104010IMT350101-0C-CD-01-11-DA11DA01-0C-CD-04-00-0C400C3.2.4裝置之間虛端子連接圖要進(jìn)行智能變電站的自動(dòng)化配置，就必須要清楚設(shè)備之間是怎么連接的，設(shè)備在信息輸送時(shí)是有怎么樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系的。在GOOSE、SV網(wǎng)絡(luò)下，智能變電站在裝置之間的信息傳輸有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這些對(duì)應(yīng)關(guān)系相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站設(shè)備端子之間的連接關(guān)系，為了可以更加清晰的知道設(shè)備信息收發(fā)之間的連接關(guān)系，將這些一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系形象化為虛端子，這樣設(shè)備之間就有了“實(shí)體”的端子連接關(guān)系，便于理解和運(yùn)用GOOSE、SV信號(hào)。引入了虛端子的概念之后，就必須要設(shè)計(jì)設(shè)備之間的虛端子連接圖，便于后面在IED配置時(shí)，有明確的裝置之間的連接關(guān)系。根據(jù)本課題實(shí)驗(yàn)室所具備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和仿真的功能需求，設(shè)計(jì)出了以下的虛端子連接圖，如圖3.18是變壓器保護(hù)的虛端子連接圖，圖3.19包含雙母線保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、單母線保護(hù)的虛端子連接圖，圖3.20是220kV線路1保護(hù)和110kV線路1保護(hù)的虛端子連接圖，（）為后面SCD文件中進(jìn)行IED配置時(shí)提供參考。圖3.18虛端子連接圖1圖3.19虛端子連接圖2圖3.20虛端子連接圖33.3智能變電站的自動(dòng)化配置有了3.2節(jié)的準(zhǔn)備工作，接下來(lái)進(jìn)行智能變電站保護(hù)系統(tǒng)的具體配置。要對(duì)一個(gè)變電站的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化配置，需要有與該變電站結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)行需求相匹配的配置文件，里面包含智能變電站所有IED智能電子保護(hù)設(shè)備的配置和能夠?qū)崿F(xiàn)IED的對(duì)應(yīng)功能的信息以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通訊信息。智能變電站保護(hù)設(shè)備有了這些配置信息，才能夠按照變電站的具體運(yùn)行要求進(jìn)行工作。智能變電站進(jìn)行自動(dòng)化配置需要用到SCL語(yǔ)言，SCL語(yǔ)言是變電站用到的設(shè)備配置語(yǔ)言。SCL文件包含有：ICD文件、SSD文件、SCD文件和CID文件。其中ICD文件在自動(dòng)化配置中相當(dāng)于是IED的“空殼”，只提供IED最基本的數(shù)據(jù)模型和相關(guān)服務(wù)，還沒(méi)有被賦予名稱和具體的通信參數(shù)。SSD文件包含于SCD文件中，是系統(tǒng)的規(guī)格文件，提供變電站的一次設(shè)備架構(gòu)信息。SCD文件利用ICD文件和SSD文件進(jìn)行IED的具體功能配置和設(shè)備內(nèi)在之間的通信設(shè)置。CID文件由SCD文件生成，已經(jīng)含有變電站各個(gè)IED的具體釋意和功能。通過(guò)以上四種文件之間的關(guān)系，智能變電站自動(dòng)化配置的流程如下圖3.21。圖3.21智能變電站自動(dòng)化配置流程圖基于以上內(nèi)容，本課題按照上面建立的變電站模型和相關(guān)的功能，在已有的ICD文件和SSD文件基礎(chǔ)上，著手于對(duì)SCD文件進(jìn)行修改和編寫(xiě)，對(duì)已有具體功能的ICD進(jìn)行命名配置，變?yōu)榫唧w的IED，這些IED共同完成智能變電站的保護(hù)任務(wù)。再利用配置的SCD文件生成CID文件，將CID文件數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄茏冸娬驹O(shè)備中。本課題中SCD文件編寫(xiě)使用到的軟件是SCLConfigurator。如圖3.22是軟件SCLConfigurator初始化的界面。在這里創(chuàng)建以SCL文檔結(jié)構(gòu)定義的Header、Substation、Communication和IED4個(gè)目錄對(duì)象。圖3.22SCLConfigurator初始化的界面3.3.1Header部分Header部分一般記錄有SCD文件中最基本的一些信息，如設(shè)備版本號(hào)、修訂版本、文件修改的日期記錄、修改人名稱等，信息可以自行修改。具體的界面如下圖3.23。圖3.23Header部分界面3.3.2Substation部分Substation部分描述的是變電站的模型。可以對(duì)變電站的主接線圖進(jìn)行編輯。3.3.3Communication部分這一部分包含有智能變電站中的通信方式和類(lèi)型。通信的方式主要有：MMS（制造報(bào)文系統(tǒng)）、GOOSE（報(bào)文通訊）、SV以及GOOSE與SV共同組網(wǎng)的方式。其中MMS通信類(lèi)型在站控層又可以分為A網(wǎng)和B網(wǎng)，具體命名如下圖3.24。本課題中主要用到界面列表的前四種類(lèi)型，在配置IED的時(shí)候，主要進(jìn)行的是過(guò)程層SV網(wǎng)以及GOOSE網(wǎng)之間的配置。圖3.24Communication部分通信方式設(shè)置MMS及GOOSE是智能變電站基本的通訊方式，MMS主要運(yùn)用于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行站控層網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸；GOOSE主要運(yùn)用于傳送實(shí)時(shí)的保護(hù)信號(hào)，進(jìn)行過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸。3.3.4IED部分在IED部分的目錄下，提供了對(duì)智能變電站所有IED的管理配置，根據(jù)該課題的變電站模型需要，進(jìn)行IED的添加以及配置。IED的添加前面已經(jīng)將本課題需要用到的設(shè)備IED進(jìn)行了規(guī)范命名，現(xiàn)在要將各一次設(shè)備的保護(hù)IED添加入軟件的IED目錄下。每個(gè)保護(hù)設(shè)備的IED，在一個(gè)設(shè)備間隙中，應(yīng)含有一個(gè)合并單元和一個(gè)智能終端。合并單元用來(lái)將間隔內(nèi)的互感器模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。智能終端是具有測(cè)控功能的智能保護(hù)設(shè)備，可以完成二次設(shè)備對(duì)一次設(shè)備的控制功能。在這里以其中一個(gè)IED的220kV線路1保護(hù)的添加為例。如圖3.25，對(duì)需要添加的IED按照SCD命名原則進(jìn)行命名，并選擇相應(yīng)存儲(chǔ)路徑下的ICD文件作為該設(shè)置的ICD文件名稱。圖3.25IED的命名接下來(lái)是“Schema校驗(yàn)”的校驗(yàn)結(jié)果頁(yè)面，如圖3.26。圖3.26Schema校驗(yàn)頁(yè)面對(duì)重復(fù)命名的部分做添加IED名稱為前綴的處理，如圖3.27、3.28。圖3.27重復(fù)部分添加前綴圖3.28重復(fù)部分添加前綴如下圖3.29、3.30是子網(wǎng)類(lèi)型的選擇。依照ICD中已有的通信類(lèi)型的名稱，為SCD文件中的通信名稱選擇對(duì)應(yīng)的名稱，并設(shè)置了通信類(lèi)型。圖3.29子網(wǎng)類(lèi)型選擇頁(yè)面圖3.30IED中SCD子網(wǎng)設(shè)置完畢IED添加成功，如圖3.31、3.32。圖3.31添加成功界面圖3.32IED列表中添加成功的IEDIED添加完成，如圖3.33。其中圖中順序1-8為實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的保護(hù)裝置，可以完成該課題變電站一些故障的基本保護(hù)動(dòng)作，后面的一些IED為較完整的智能保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)有的IED。圖3.33添置完畢的IED列表IED的更新在完成智能變電站所有IED的添加后，需要進(jìn)行對(duì)IED更新的步驟。在IED列表中單擊右鍵選擇“Update”的選項(xiàng)，如圖3.34，這個(gè)IED更新向?qū)⒂靡粋€(gè)外部的ICD文件來(lái)更新當(dāng)前SCL文檔中的一個(gè)IED，并需要進(jìn)行接下來(lái)的一些選擇操作。圖3.34IED更新向?qū)螕粝乱徊?，進(jìn)入下一個(gè)步驟，如圖3.35，指定ICD文件的全路徑文件名，可以通過(guò)“Browse”來(lái)選擇使用指定路徑下的ICD文件名。圖3.35ICD文件名稱設(shè)定繼續(xù)點(diǎn)擊下一步，如圖3.36，為校驗(yàn)結(jié)果的界面，可以進(jìn)行下一步。圖3.36校驗(yàn)結(jié)果界面進(jìn)入下一個(gè)步驟，如圖3.37，勾選需要更新的選項(xiàng)，默認(rèn)全部勾選。圖3.37更新項(xiàng)目選擇界面下一步，如圖3.38，更新完成，執(zhí)行操作。圖3.38更新完成界面IED的配置上一節(jié)已經(jīng)完成了對(duì)IED的添加和更新，接下來(lái)，本節(jié)將對(duì)IED進(jìn)行具體的配置，完成IED之間的通訊連接配置。在本課題中的保護(hù)只涉及到了差動(dòng)保護(hù)，利用差動(dòng)保護(hù)原理對(duì)故障進(jìn)行區(qū)分，并通過(guò)保護(hù)設(shè)備將故障切除。在本節(jié)的配置中根據(jù)差動(dòng)保護(hù)在實(shí)際的保護(hù)運(yùn)行中需要采集到信息數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息進(jìn)行具體配置，這些信息會(huì)利用智能變電站的合并單元和智能終端來(lái)將數(shù)據(jù)匯集并通過(guò)GOOSE網(wǎng)或者SMV網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)裝置間的信息傳送。下面是具體的配置過(guò)程。在IED的目錄下可以對(duì)SCL文檔中具體的一個(gè)IED進(jìn)行配置。選擇其中一個(gè)IED，如220kV線路1保護(hù)，如圖3.39，在這個(gè)界面中可以對(duì)220kV線路1保護(hù)的IED進(jìn)行具體的配置，配置界面的底部有幾個(gè)選項(xiàng)按鈕，在SCLConfigurator中可以對(duì)IED的LogicDevice、LogicNode、DataSet、GSEControl、SMWControl、Inputs、ReportControl進(jìn)行配置。LogicDevice配置。按照功能將保護(hù)設(shè)備的邏輯設(shè)備進(jìn)行劃分可以分為五個(gè)部分：LDO（公用LD,包含裝置信息）、PORT（保護(hù)LD，包含保護(hù)的功能等）、RCD（錄波LD）、PIGO（保護(hù)GOOSE過(guò)程層的訪問(wèn)點(diǎn)LD）、PISV（保護(hù)SV過(guò)程層的訪問(wèn)點(diǎn)LD）；將合并單元?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)部分：MUGO（合并單元GOOSE訪問(wèn)點(diǎn)LD）、MUSV（合并單元SV訪問(wèn)點(diǎn)LD）；將智能終端劃分為一個(gè)部分：RPIT（開(kāi)關(guān)閘刀位置等信息LD）.以220kV線路1保護(hù)為例，在圖3.39中顯示了220kV線路1保護(hù)下的所有的LD，LogicDevice界面中只能對(duì)LD的Description進(jìn)行修改，其余操作都不被允許。圖3.39IED配置（2）LogicNode配置。在LogicNode界面中，可以對(duì)其中一個(gè)LogicDevice下的LN進(jìn)行配置。如圖3.40，通過(guò)界面頂部的LD按鈕可以切換不同LD下的LN。LogicNode界面只能對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)執(zhí)行刪除、上移或者下移、節(jié)點(diǎn)Description修改的操作，其余操作不允許進(jìn)行。圖3.40LogicNode界面（3）DataSet配置。如圖3.41，這是下一個(gè)按鈕選項(xiàng)，可以對(duì)具體的LN下的DA進(jìn)行配置。選擇其中一個(gè)DA可以顯示該DA下的FCDA的相關(guān)信息。圖3.41DataSet界面（4）GSEControl、SMWControl配置。在GSEControl、SMWControl的配置界面中，可以對(duì)IED中某個(gè)LD下的LN0的所有GSEControl和SampledValueControl進(jìn)行配置。（5）Input配置。Input用于Goose及SMV的接收端的配置，通過(guò)定義外部IED的信號(hào)(外部信號(hào))與自身IED的信號(hào)(內(nèi)部信號(hào))的關(guān)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)Goose和SMV接收端的配置。SCD文件的IED配置中重要的一步是對(duì)所有的IED之間的通信進(jìn)行配置，IED之間要進(jìn)行信息通訊數(shù)據(jù)的傳輸，這些數(shù)據(jù)將通過(guò)GOOSE或者SMV網(wǎng)在設(shè)備之間進(jìn)行傳輸。所以需要在SMV網(wǎng)或者GOOSE網(wǎng)下將各設(shè)備之間進(jìn)行“連接”，而Inputs界面進(jìn)行的工作是將自身內(nèi)部信號(hào)與其他IED的外部信號(hào)形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，使智能設(shè)備之間能夠進(jìn)行通訊，并且可以正確動(dòng)作。在這里以三繞組變壓器的配置為例，先進(jìn)行SMV網(wǎng)下的設(shè)備通訊配置。如圖3.42，在界面最左邊的大綱目錄下選擇IED目錄下的目標(biāo)IED進(jìn)行設(shè)置，在這里以PT2201A的主變保護(hù)為例進(jìn)行設(shè)置。選擇中間界面頂部的LD按鈕切換到PISV的LN節(jié)點(diǎn)界面，這個(gè)節(jié)點(diǎn)包含了SMV網(wǎng)的通訊聯(lián)系信息，再選擇Inputs界面進(jìn)行配置。在設(shè)置連接關(guān)系時(shí)，必須要先選擇與自身IED進(jìn)行SMV通訊的外部信號(hào)。在這里與自身IED（PT2201A的主變保護(hù)）有SMV通信關(guān)系的是變壓器的三端三個(gè)電壓等級(jí)的合并單元，它們負(fù)責(zé)向變壓器保護(hù)設(shè)備傳輸在運(yùn)行中采集到的電壓或電流等的信息。因?yàn)閷?duì)于自身IED（PT2201A的主變保護(hù)）來(lái)說(shuō)，自身設(shè)備是屬于自身內(nèi)部的部分，而合并單元是向它發(fā)送信號(hào)的一方，相當(dāng)于是外部信號(hào)，應(yīng)在界面右邊部分的IEDSelector下選擇ExternalSignal外部信號(hào)，將需要的FCDA（功能約束數(shù)據(jù)屬性）文件拖入界面中，如圖3.43。通過(guò)上面的步驟便將發(fā)送SMV信息的外部IED添加進(jìn)列表了。圖3.42PISV下的Inputs界面圖3.43PISV下的外部信號(hào)的添加下一步要將自身IED的內(nèi)部信號(hào)添加到對(duì)應(yīng)的外部信號(hào)對(duì)應(yīng)的位置，即自身的IED中需要接受外部信號(hào)的部分。如圖3.44將IED選擇器的下端按鈕切換到內(nèi)部信號(hào)的列表下，選擇與外部信號(hào)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)都需要選擇M1信息類(lèi)型下的外部信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)，來(lái)完成兩個(gè)IED發(fā)送與接受之間的匹配。PT2201A的IED的SMV網(wǎng)的Inputs配置完成如圖3.45，這樣IED的SMV網(wǎng)的信息傳遞就有了對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖3.44PISV下的內(nèi)部信號(hào)的添加圖3.45Inputs操作界面——SMV網(wǎng)之間的內(nèi)、外部信號(hào)添加匹配完成在現(xiàn)實(shí)中為了減少智能變電站二次設(shè)備中進(jìn)線的數(shù)量，會(huì)將部分采集信息匯合在一起。在這里可以在合并單元和合并單元之間進(jìn)行信息的合并，將多個(gè)合并單元的數(shù)據(jù)匯集在一個(gè)合并單元后，通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳輸給信號(hào)交換機(jī)，信號(hào)交換機(jī)將接受到的信息復(fù)制成多份，發(fā)送給對(duì)應(yīng)的保護(hù)設(shè)備。這樣也就減少了二次側(cè)進(jìn)線的數(shù)量。在這里對(duì)部分合并單元進(jìn)行采樣信息的合并。以主變220kV側(cè)合并單元和母差保護(hù)的合并單元為例，在它們之間建立SMV網(wǎng)的聯(lián)系，進(jìn)行采集信息的合并。如圖4.46，在這里將母差保護(hù)合并單元的電壓采集信號(hào)“傳輸”給主變220kV側(cè)合并單元進(jìn)行合并。圖4.46合并單元信息的合并在上面已經(jīng)完成了SMV網(wǎng)通訊的配置，而在變電站的保護(hù)系統(tǒng)中，智能保護(hù)裝置在接受到合并單元傳遞過(guò)來(lái)的一次設(shè)備采集信息后，需要通過(guò)自身的保護(hù)判定，在故障發(fā)生時(shí)，將跳閘的信號(hào)通過(guò)Goose網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送給智能終端來(lái)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，同時(shí)，智能終端也會(huì)回送開(kāi)入、開(kāi)出等的信息給保護(hù)裝置。依據(jù)于此，接下來(lái)需要進(jìn)行GOOSE網(wǎng)通訊的Inputs配置。與SMV網(wǎng)的配置一樣，要選擇與自身IED有GOOSE網(wǎng)聯(lián)系的IED的外部信號(hào)，將它們添加到Inputs界面中，再將與那些外部信號(hào)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的內(nèi)部信號(hào)添加到Inputs界面相應(yīng)的位置，同樣形成外部信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。GOOSE層網(wǎng)絡(luò)主要傳輸?shù)氖亲冸娬緝?nèi)的重要實(shí)時(shí)信號(hào)，用于在IED之間傳輸開(kāi)入、開(kāi)出等的信號(hào)，所以GOOSE網(wǎng)主要支持的是保護(hù)設(shè)備與智能終端之間的通信。在這里以PT2201A主變保護(hù)與主變220kV側(cè)智能終端A的IED在GOOSE網(wǎng)層面的配置為例，它們的配置步驟和上一節(jié)中SMV網(wǎng)通訊的配置步驟一樣，只不過(guò)GOOSE網(wǎng)層面需要注意的是，應(yīng)該選擇IED選擇器目錄下的G1信息類(lèi)型來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的外部信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)。因?yàn)閷?duì)于智能終端來(lái)說(shuō)，自身設(shè)備是屬于自身內(nèi)部的部分，而保護(hù)設(shè)備是發(fā)送命令的一方，相當(dāng)于是外部信號(hào)，所以保護(hù)設(shè)備目錄下的PCDA添加為外部信號(hào)，智能終端目錄下的相關(guān)添加為內(nèi)部信號(hào)。如圖4.47、4.48，添加內(nèi)、外信號(hào)完畢。圖3.47選擇外部信號(hào)圖3.48選擇外部信號(hào)3.4保護(hù)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置在配置完保護(hù)設(shè)備的SCD文件后，需要對(duì)保護(hù)設(shè)備儀器進(jìn)行一些控制面板上的設(shè)置，才能保證在運(yùn)行時(shí)可以正確動(dòng)作。繼電保護(hù)設(shè)備作為二次設(shè)備，與一次設(shè)備之間通過(guò)互感器會(huì)有一個(gè)變比，經(jīng)過(guò)測(cè)試，將設(shè)備變比設(shè)為6:1，確保設(shè)備能夠在故障發(fā)生正確動(dòng)作。具體設(shè)置圖見(jiàn)附錄。以縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為一次側(cè)設(shè)備的保護(hù)方式的二次設(shè)備間是成對(duì)存在來(lái)進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的，為了確保收發(fā)兩端保護(hù)設(shè)備是對(duì)應(yīng)的雙方，需要將保護(hù)設(shè)備1的對(duì)側(cè)識(shí)別碼與保護(hù)設(shè)備2的本側(cè)識(shí)別碼是一致的，反過(guò)來(lái)保護(hù)設(shè)備1的本側(cè)識(shí)別碼與保護(hù)設(shè)備2的對(duì)側(cè)識(shí)別碼也需要一致，才能夠確保兩方能夠接收到對(duì)方的信號(hào)。如在本實(shí)驗(yàn)中的兩臺(tái)110kV線路保護(hù)裝置，分別將他們的本側(cè)識(shí)別碼設(shè)置為300和301，對(duì)側(cè)識(shí)別碼設(shè)置為對(duì)側(cè)設(shè)備。本課題中涉及到的所有設(shè)備保護(hù)都是差動(dòng)保護(hù)，所以在設(shè)備進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，關(guān)閉了保護(hù)設(shè)備的其他保護(hù)方式的軟壓板，只開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)方式的壓板，這個(gè)設(shè)定與上面的IED配置相呼應(yīng)。具體的一些保護(hù)設(shè)備控制面板設(shè)定圖見(jiàn)附錄。3.5自動(dòng)化配置文件的導(dǎo)入由于智能化的設(shè)備的光纖接線，免除了大量端子排之間的接線復(fù)雜問(wèn)題，但也造成了使用者不了解其中接線結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題引入了“虛端子”的這個(gè)概念。本課題使用的許繼虛端子配置工具軟件知道一個(gè)IED有幾個(gè)通信的通道和利用什么方式進(jìn)行通信的，以及具體的IED內(nèi)部的“端子”與哪些“端子”連接。本課題中主要利用許繼虛端子配置工具軟件將已有的SCD文件導(dǎo)出為CID文件和虛端子文件，同時(shí)將這些文件下裝到保護(hù)設(shè)備中，讓設(shè)備可以清楚的知道自己需要進(jìn)行的工作。打開(kāi)許繼虛端子配置工具軟件，如圖3.49，是XJ虛端子配置工具的初始化界面，選擇虛端子的模塊進(jìn)行具體的操作。進(jìn)入虛端子模塊，選擇加載上面已經(jīng)編寫(xiě)好的SCD文件，加載完成后如圖3.50。從列表中可以非常直觀的看到SCD文件中含有的設(shè)備保護(hù)、智能終端以及合并單元等。圖3.49初始化界面圖3.50裝置列表選擇其中一個(gè)模塊可以加載出里面的虛端子信息，這里選擇第一個(gè)模塊為例，里面包含的信息如圖3.51、3.52、3.53。在圖3.51中，可以很直觀的看到與變壓器保護(hù)有通訊關(guān)系的每個(gè)IED，圖中的方框代表一個(gè)IED，IED之間通過(guò)S(SMV)或者G(GOOSE)網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行通訊。具體內(nèi)容在下一章節(jié)會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。圖3.51列表信息圖3.52IED的虛端子信息圖3.53IED的虛端子具體信息上面是虛端子工具中可以向我們展示的SCD文件內(nèi)容信息，要將配置文件導(dǎo)入保護(hù)裝置需要進(jìn)行接下來(lái)的操作。將配置好的SCD文件，利用XJ虛端子配置工具自動(dòng)生成與過(guò)程層通訊的配置文件。裝有虛端子工具的設(shè)備與保護(hù)裝置通過(guò)網(wǎng)線連接在一起，以便于文件的下裝。在上面已經(jīng)將SCD文件導(dǎo)入到了虛端子中，單擊其中一個(gè)IED，在虛端子界面的底部選擇“導(dǎo)出虛端子”的按鈕，這一操作會(huì)生成過(guò)程層配置文件ied_cfg.xml，如圖3.54。圖3.54導(dǎo)出虛端子文件接下來(lái)選擇虛端子界面下的“文件操作”按鈕，選擇與電腦連接的裝置名，這里是WMH-801保護(hù)裝置，利用“FTP”將配置文件上傳到保護(hù)裝置里。如圖3.55。在彈出的窗口中，如圖3.56，進(jìn)行圖中圈住的方框的操作，將上面生成過(guò)程層配置文件ied_cfg.xml拖入上傳目標(biāo)文件目錄下，點(diǎn)擊上傳的按鈕，配置文件下裝完成。圖3.55上傳配置文件圖3.56上傳目標(biāo)文件將文件導(dǎo)入設(shè)備成功以后，各個(gè)保護(hù)設(shè)備也就有了明確的工作內(nèi)容，通過(guò)相互之間的配合可以實(shí)現(xiàn)智能變電站的保護(hù)功能。本章節(jié)進(jìn)行了變電站一次設(shè)備模型的構(gòu)建和SCD文件中各IED的配置，在準(zhǔn)備好了這些工作后，接下來(lái)可以將各設(shè)備之間聯(lián)通，進(jìn)行智能變電站的仿真測(cè)試。4智能變電站仿真的測(cè)試4.1MATLAB故障的仿真波形為了簡(jiǎn)化操作的進(jìn)行，在變電站一次設(shè)備模型中主要進(jìn)行變電站故障發(fā)生率較高的兩相相間故障和故障發(fā)生時(shí)損害較嚴(yán)重的三相接地故障的仿真，并觀察正常波形和故障波形。4.1.1輸電線路故障先進(jìn)行輸電線路模塊的仿真，將故障設(shè)置在輸電線路的保護(hù)范圍內(nèi)。如下圖。圖4.1220kV輸電線路故障模塊圖4.2110kV輸電線路故障模塊220kV輸電線路設(shè)置故障模塊，分別對(duì)220kV輸電線路進(jìn)行三相接地故障和兩相相間（A、C相之間）故障的仿真，取線路兩端的電流、電壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障前后的比較。仿真結(jié)果如圖4.3、4.4。圖4.3220kV輸電線路故障仿真圖（三相接地故障）圖4.4220kV輸電線路故障仿真圖（兩相相間故障）上面兩張圖中，波形【1】、【3】為線路兩端的電壓量，波形【2】、【4】為兩端的電流量，最后一個(gè)波形【5】為兩個(gè)電流量的之間的差流。兩張圖中，都是在第5秒的時(shí)候發(fā)生故障，發(fā)生故障時(shí)電流會(huì)發(fā)生突增，電壓降低。波形【3】由于故障接近數(shù)據(jù)采集模塊，故障發(fā)生時(shí)電壓降為零（三相接地故障的判據(jù)：三相電壓都為零）。在正常運(yùn)行的時(shí)候，兩個(gè)系統(tǒng)的電流差流110kV輸電線路設(shè)置故障模塊，分別對(duì)110kV輸電線路進(jìn)行三相接地故障和兩相相間（A、C相之間）故障的仿真，取線路兩端的電流、電壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障前后的比較。仿真結(jié)果如圖4.5、4.6。圖4.5110kV輸電線路故障仿真圖（三相接地故障）圖4.6110kV輸電線路故障仿真圖（兩相相間故障）上面兩張圖中，波形【1】、【3】為線路兩端的電壓量，波形【2】、【4】為兩端的電流量，最后一個(gè)波形【5】為兩個(gè)電流量的之間的差流。兩張圖中，都是在第5秒的時(shí)候發(fā)生故障，發(fā)生故障時(shí)電流會(huì)發(fā)生突增，電壓降低。波形【3】由于故障接近數(shù)據(jù)采集模塊，故障發(fā)生時(shí)電壓降為零。4.1.2變壓器故障將故障設(shè)置在變壓器保護(hù)的區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行變壓器故障的仿真。圖4.7變壓器故障模塊因?yàn)樽儔浩鞯妮斎胼敵龆说娜齻€(gè)電壓等級(jí)不一致，導(dǎo)致正常運(yùn)行時(shí)三個(gè)流入流出的電流之間相加的相量和是不為零的。為了能夠?qū)ψ儔浩鬟\(yùn)用電流差動(dòng)保護(hù)，在這里做了一個(gè)小處理來(lái)區(qū)別正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)的電流差值。先確定220kV電壓等級(jí)側(cè)為輸入端，110kV和220kV側(cè)為輸出端，通過(guò)電流的采集，可以確定在正常運(yùn)行時(shí)220kV側(cè)電流為125A，110kV側(cè)電流為225kV，35kV側(cè)電流為8A。輸出側(cè)的電流之和為233A，輸出側(cè)電流之和乘以一個(gè)增益值K=0.5365就會(huì)等于輸入側(cè)的電流值，將輸入側(cè)的電流值與輸出側(cè)電流和之間的電流差來(lái)構(gòu)成三繞組的變壓器保護(hù)。圖4.8是電流數(shù)據(jù)連接圖。變壓器故障仿真波形如圖4.9.圖4.8變壓器各端電流數(shù)據(jù)采集處理圖4.9變壓器三相接地故障仿真圖【4】【3】【2【4】【3】【2】【1】圖4.10變壓器兩相相間故障仿真圖在上圖4.9、4.10中，波形【1】為220kV側(cè)的電流值，波形【2】、和【3】分別為110kV、35kV側(cè)的電流值。波形【4】為220kV與110kV、35kV側(cè)電流和乘以增益后的電流差，正常運(yùn)行時(shí)，該值接近為零，在第5秒時(shí)，故障發(fā)生，該值驟增，超過(guò)正常范圍值，保護(hù)啟動(dòng)。4.1.3母聯(lián)故障對(duì)雙母線之間的母聯(lián)開(kāi)關(guān)保護(hù)范圍內(nèi)設(shè)置故障，觀察故障仿真的波形圖。設(shè)置的故障區(qū)域如圖4.11。圖4.11母聯(lián)故障模塊下圖4.12和4.13為母聯(lián)保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生三相接地故障和兩相相間故障的波形圖，其中波形【1】、【3】為保護(hù)兩端的電壓值，波形【2】、【4】為保護(hù)兩端的電流值，波形【5】為兩端電流差。當(dāng)電流差值突增是，故障發(fā)生。圖4.12母聯(lián)三相接地故障仿真圖圖4.13母聯(lián)兩相相間故障仿真圖4.1.4110kV母線故障在110kV母線的保護(hù)區(qū)域內(nèi)設(shè)置故障，故障發(fā)生區(qū)域如圖4.14。由于這里涉及到有三端信息采集點(diǎn)，在運(yùn)用差動(dòng)保護(hù)來(lái)區(qū)分正常運(yùn)行和故障的情況時(shí)，采用和前面變壓器仿真模塊的同一方法，利用基爾霍夫電流定律，流入的電流等于流出的電流。將流入節(jié)點(diǎn)（這里為110kV母線）的電流與流出節(jié)點(diǎn)電流之和做電流相量差比較，當(dāng)電流差值突增，故障出現(xiàn)。圖4.14110kV母線故障模塊如圖4.15和4.16為故障仿真波形圖，在第5秒時(shí)，故障發(fā)生，電流差突增。其中，波形【1】、【2】、【3】為三端的電流值，【1】為流入值，【2】、【3】為流出值。波形【4】為電流差值。圖4.15110kV母線三相接地故障仿真圖4.16110kV母線兩相相間故障仿真4.2變電站仿真模型與智能二次設(shè)備之間的互聯(lián)互通在本課題的智能變電站仿真實(shí)驗(yàn)室中，二次保護(hù)設(shè)備有：220kV母線保護(hù)、110kV線路保護(hù)、220kV母聯(lián)保護(hù)、220kV線路保護(hù)、110kV母線保護(hù)、220kV變壓器保護(hù)。在這里將前面建立的變電站仿真模型傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息與已經(jīng)自動(dòng)化配置好的二次保護(hù)設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)它們之間的互聯(lián)互通，進(jìn)行智能變電站的整體仿真。4.2.1一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的連接在前面第三章節(jié)對(duì)各個(gè)裝置之間的通訊IP地址以及配置完成了，接下來(lái)可以將各個(gè)設(shè)備之間連接起來(lái)，連接起來(lái)進(jìn)行具體的通訊。為了實(shí)現(xiàn)智能變電站的整體仿真，需要將變電站一次設(shè)備模型的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送給二次設(shè)備，相互反饋。以110kV的線路保護(hù)為例，有兩臺(tái)110kV的線路保護(hù)斷路器對(duì)110kV輸電線路進(jìn)行保護(hù)，將仿真模型數(shù)據(jù)與110kV保護(hù)設(shè)備1通過(guò)信號(hào)發(fā)生器（作為合并單元）連接，信號(hào)發(fā)生器在兩個(gè)設(shè)備之間一端通過(guò)網(wǎng)線另一端通過(guò)雙模光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。另一端，在電腦仿真中打包同樣的仿真模型數(shù)據(jù)與110kV保護(hù)設(shè)備2通過(guò)信號(hào)發(fā)生器（作為合并單元）連接，同時(shí)，兩保護(hù)設(shè)備之間要通過(guò)光纖進(jìn)行收、發(fā)兩端的連接。具體連接如下圖4.17。圖4.17設(shè)備之間的聯(lián)通4.2.2SCD文件查看分析用KM9Kscdtool工具可以非常直觀的看到在前面配置的SCD文件中各個(gè)IED設(shè)備的信息，在這里將上一章節(jié)的IED配置的IED內(nèi)、外信號(hào)之間的“連接”形象化，各個(gè)設(shè)備之間的所有信號(hào)通訊口連接都是一個(gè)端子，形象命名為“虛端子”，將虛擬的端口形象化。通過(guò)點(diǎn)擊具體的裝置模塊，來(lái)查看設(shè)備之間是怎么進(jìn)行連接的，又是通過(guò)什么方式進(jìn)行信息傳送的，通過(guò)這個(gè)工具軟件可以將SCD文件的內(nèi)容更加形象的呈現(xiàn)出來(lái)。如圖4.18是加載入SCD文件后的頁(yè)面，顯示了SCD文件中含有的所有設(shè)備。圖4.18IED信息模塊列表點(diǎn)開(kāi)其中一個(gè)IED模塊，如變壓器保護(hù)，可以看到保護(hù)模塊由哪一些部分組成，他們之間交互又是通過(guò)哪一種通信方式的。如下圖4.19是變壓器的保護(hù)模塊圖。在該模塊中點(diǎn)擊其中一段連接線，里面會(huì)有詳細(xì)的內(nèi)部虛端子連接圖，如圖4.20。而這一些內(nèi)部虛端子的連接對(duì)應(yīng)的就是上一個(gè)章節(jié)里面的Inputs配置界面內(nèi)部信號(hào)和外部信號(hào)的配置，在這里以物理連線的方式呈現(xiàn)出來(lái)，可以更加直觀的看出他們內(nèi)部連接關(guān)系。圖4.19變壓器保護(hù)模塊圖4.20虛端子連接圖4.2.3報(bào)文分析在裝置聯(lián)通以后，可以將保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行信息傳輸?shù)诫娔X，在二次設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行報(bào)文的捕捉和分析，如果可以順利捕捉到報(bào)文，說(shuō)明設(shè)備之間已經(jīng)可以聯(lián)通并進(jìn)行通信傳輸了。在本課題實(shí)驗(yàn)中可以利用報(bào)文捕捉分析來(lái)判斷保護(hù)設(shè)備是否配置正確。本課題中利用裝有ZHNPA軟件的電腦與保護(hù)設(shè)備連接后捕捉報(bào)文來(lái)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分析，對(duì)運(yùn)行中產(chǎn)生的信息進(jìn)行捕捉，如在運(yùn)行中的電流和電壓信息、檢修信息、故障信息等。報(bào)文的捕捉和分析在實(shí)際的智能變電站運(yùn)行中起著非常重要的作用，對(duì)于智能二次保護(hù)設(shè)備的故障排除工作不可或缺。軟件基本的操作界面如圖4.21。圖4.21軟件操作界面從圖4.21可以知道，一個(gè)報(bào)文文件打開(kāi)的時(shí)候，在軟件的主界面會(huì)顯示所有的報(bào)文，可以根據(jù)界面上顯示的報(bào)文捕捉時(shí)間、網(wǎng)口號(hào)、APPID等來(lái)選擇需要的報(bào)文。點(diǎn)擊相應(yīng)的報(bào)文，會(huì)在報(bào)文分析區(qū)展示具體的報(bào)文信息。接下來(lái)，選取實(shí)驗(yàn)過(guò)程中110kV線路1保護(hù)與合并單元的連接在正常運(yùn)行時(shí)捕捉到的一個(gè)報(bào)文進(jìn)行分析。如圖4.22，4.23，在報(bào)文分析區(qū)中的“SequenceofData”下可以顯示21個(gè)通道的數(shù)值，這個(gè)通道的值是兩臺(tái)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)獲取到的值，每一個(gè)“通道”由兩個(gè)“虛端子”形成。在上一小節(jié)通過(guò)SCD文件查看工具可以非常直觀的看到抽象實(shí)物化的“虛端子”之間的連接，本節(jié)就是獲取兩個(gè)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的“虛端子”之間連接通道的信息，通過(guò)兩個(gè)工具之間的配合使用，可以更加明確設(shè)備之間的是“怎么傳輸”、“傳輸?shù)氖鞘裁础?。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，選取電壓值6個(gè)值進(jìn)行傳送，在圖4.23中，共有7個(gè)通道有數(shù)值，第一個(gè)通道值中顯示的是基準(zhǔn)值，其余的6個(gè)通道值是接收的6個(gè)電壓值。一個(gè)通道對(duì)應(yīng)兩個(gè)端子之間的連接，通道與保護(hù)裝置和合并單元端子之間對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4.1。圖4.22報(bào)文分析1500-798721500-79872-79872312320312320-231424-231424圖4.23110kV線路1保護(hù)電壓值表4.1各通道對(duì)應(yīng)的虛端子通道對(duì)應(yīng)的虛端子通道對(duì)應(yīng)的虛端子02A相電壓1、保護(hù)A相電壓Ua108A相電流1、保護(hù)A相電流Ia103A相電壓2、保護(hù)A相電壓Ua209A相電流2、保護(hù)A相電流Ia204B相電壓1、保護(hù)B相電壓Ub110B相電流1、保護(hù)B相電流Ib105B相電壓2、保護(hù)B相電壓Ub211B相電流2、保護(hù)B相電流Ib206C相電壓1、保護(hù)C相電壓Uc112C相電流1、保護(hù)C相電流Ic107C相電壓2、保護(hù)C相電壓Uc213C相電流2、保護(hù)C相電流Ic2將界面切換到SV波形分析，如圖4.24，與上面的各個(gè)通道值相對(duì)應(yīng)的，圖中顯示示的是通道的波形圖，一個(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)波形。在波形分析界面中有T1和T2兩個(gè)光標(biāo)，TI光標(biāo)是黃色的虛線部分，表示起始的接受位置，T2光標(biāo)是紫色的虛線部分，T2光標(biāo)可以在波形分析界面通過(guò)單擊定位，在定位后，可以在波形界面上方看到兩個(gè)光標(biāo)的報(bào)文接收時(shí)間、采樣時(shí)間等的信息。在圖