專利名稱：一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能變電站技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
智能電網(wǎng)已經(jīng)成為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，智能變電站的建設(shè)工作已經(jīng)全面展開。大量智能變電站的投運(yùn)是否會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響、數(shù)字化二次設(shè)備的性能是否滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求、過程層組網(wǎng)方式的優(yōu)化及智能變電站其它相關(guān)的問題都需要進(jìn)行研究，因此急切需要一個(gè)試驗(yàn)研究平臺(tái)。目前，已有的智能變電站二次系統(tǒng)仿真測(cè)試系統(tǒng)可以用于開展數(shù)字化二次設(shè)備檢測(cè)工作，但是，測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及配置僅適合于開展數(shù)字化二次設(shè)備本體的測(cè)試工作，而無法對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)開展有效的研究工作。例如，現(xiàn)有的一種測(cè)試系統(tǒng)使用PCI總線擴(kuò)展器和IEC61850通信卡對(duì)系統(tǒng)測(cè)試主機(jī)生成的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)作為測(cè)試信號(hào)源對(duì)全數(shù)字化保護(hù)的二次設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)；這種結(jié)構(gòu)與智能變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在較大差別，無法對(duì)智能變電站各二次系統(tǒng)各部分設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)研究。開展智能變電站各二次系統(tǒng)及設(shè)備的試驗(yàn)研究工作要求所構(gòu)建的試驗(yàn)系統(tǒng)與實(shí)際智能變電站二次系統(tǒng)具有高度的相似性；因此，構(gòu)建一個(gè)可以對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)開展有效的研究工作的試驗(yàn)研究系統(tǒng)，具有緊迫的現(xiàn)實(shí)需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)可以有效的開展智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備試驗(yàn)新技術(shù)、二次系統(tǒng)設(shè)備性能、過程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式、保護(hù)裝置采樣/跳閘方式等研究工作。一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，包括模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備、過程層設(shè)備、過程層網(wǎng)絡(luò)、間隔層設(shè)備、站控層網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)；模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備對(duì)應(yīng)智能變電站一次系統(tǒng)，過程層設(shè)備、過程層網(wǎng)絡(luò)、間隔層設(shè)備、站控層網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)構(gòu)成智能變電站二次系統(tǒng)，模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備與過程層設(shè)備相連；過程層設(shè)備通過過程層網(wǎng)絡(luò)與間隔層設(shè)備相連，間隔層設(shè)備通過站控層網(wǎng)絡(luò)與站控層設(shè)備連接，所述站控層設(shè)備包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)；所述模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備包括數(shù)字仿真設(shè)備、物理接口裝置、電子式互感器和模擬斷路器；數(shù)字仿真設(shè)備與物理接口裝置相連，物理接口裝置與電子式互感器、模擬斷路器連接；數(shù)字仿真設(shè)備用于構(gòu)建仿真模型，模擬智能變電站一次系統(tǒng)及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，輸出暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)至物理接口裝置，并接收物理接口裝置反饋的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)；所述過程層設(shè)備包括合并單元、智能終端；所述過程層網(wǎng)絡(luò)由光口交換機(jī)組成，所述站控層網(wǎng)絡(luò)由電口交換機(jī)組成；所述間隔層設(shè)備包括數(shù)字化繼電保護(hù)裝置、數(shù)字化故障錄波裝置和測(cè)控裝置；物理接口裝置輸出傳統(tǒng)互感器二次電氣量至電子式互感器或者合并單元；模擬斷路器接收智能終端輸出的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)，并將所述開關(guān)動(dòng)作信號(hào)發(fā)送至物理接口裝置；所述時(shí)鐘同步系統(tǒng)具備IRIG-B、IEEE1588、秒脈沖以及SNTP對(duì)時(shí)功能，主要用于對(duì)相關(guān)智能化二次設(shè)備進(jìn)行對(duì)時(shí)。本發(fā)明試驗(yàn)研究系統(tǒng)中的智能變電站二次系統(tǒng)與實(shí)際智能變電站具有高度相似性，能夠?qū)χ悄茏冸娬径蜗到y(tǒng)各部分設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備和過程層設(shè)備信號(hào)傳輸示意圖；圖3為本發(fā)明在數(shù)字化繼電保護(hù)裝置直采直跳方式下，相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信號(hào)傳輸示意圖；圖4為本發(fā)明在數(shù)字化繼電保護(hù)裝置網(wǎng)采網(wǎng)跳方式下，相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信號(hào)傳輸示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行清楚、完整的說明。請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明提供一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，包括模擬一次系統(tǒng)設(shè)備
1、過程層設(shè)備2、過程層網(wǎng)絡(luò)3、間隔層設(shè)備4、站控層網(wǎng)絡(luò)5、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)6和時(shí)鐘同步系統(tǒng)7 ;模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備I對(duì)應(yīng)智能變電站一次系統(tǒng)，過程層設(shè)備2、過程層網(wǎng)絡(luò)3、間隔層設(shè)備4、站控層網(wǎng)絡(luò)5、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)6和時(shí)鐘同步系統(tǒng)7構(gòu)成智能變電站二次系統(tǒng)，間隔層設(shè)備4通過站控層網(wǎng)絡(luò)5與站控層設(shè)備6連接，所述站控層設(shè)備6包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。所述模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備I包括數(shù)字仿真設(shè)備11、物理接口裝置12、電子式互感器13和模擬斷路器14 ;數(shù)字仿真設(shè)備11與物理接口裝置12相連，物理接口裝置與電子式互感器13、模擬斷路器14連接。數(shù)字仿真設(shè)備11中構(gòu)建仿真模型，模擬智能變電站一次系統(tǒng)及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，輸出數(shù)字量仿真結(jié)果至物理接口裝置12，并接受物理接口裝置12反饋的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)；物理接口裝置12輸出傳統(tǒng)互感器二次電氣量(額定電壓100V、額定電流5A)至電子式互感器13，模擬斷路器14輸出開關(guān)動(dòng)作信號(hào)(電平信號(hào))至物理接口裝置；模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備I與過程層設(shè)備相連。模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備可以輸出傳統(tǒng)互感器/電子式互感器二次側(cè)數(shù)據(jù)，模擬智能變電站一次系統(tǒng)(互感器)向二次系統(tǒng)輸出的真實(shí)過程。所述數(shù)字仿真設(shè)備11由數(shù)字仿真軟件和硬件設(shè)備組成，仿真軟件中構(gòu)建智能變電站一次系統(tǒng)及電網(wǎng)模型，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行模擬，智能變電站一次系統(tǒng)及電網(wǎng)模型為該試驗(yàn)研究系統(tǒng)的一部分。數(shù)字仿真設(shè)備11中構(gòu)建的電網(wǎng)一次系統(tǒng)模型進(jìn)過仿真計(jì)算后，輸出暫態(tài)仿真信號(hào)至物理接口裝置；數(shù)字仿真裝置還用于接收物理接口裝置12反饋的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)，開關(guān)動(dòng)作信號(hào)用于控制電網(wǎng)一次系統(tǒng)模型中對(duì)應(yīng)開關(guān)的動(dòng)作。所述物理接口裝置12將接收的暫態(tài)仿真信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，輸出傳統(tǒng)互感器二次側(cè)電氣量信號(hào)(額定電壓為100V、額定電流為5A/1A)至合并單元21或者電子式互感器13 ；還用于接收模擬斷路器14發(fā)送的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后輸出到數(shù)字仿真設(shè)備11，構(gòu)成閉環(huán)。所述電子式互感器13是基于Rogowski線圈的一種有源型電子式電流互感器，其工作原理、特性均與實(shí)際智能變電站中使用的電子式互感器相一致。所述電子式互感器13接收物理接口裝置12輸出的傳統(tǒng)互感器二次側(cè)電氣量信號(hào)(額定電壓100V、額定電流5A/1A)，輸出IEC60044-8報(bào)文信號(hào)至合并單元21。與所述的電子式互感器相比，實(shí)際智能變電站中使用的電子式互感器輸入電壓較高，例如為220kV或者IlOkV,無法用于試驗(yàn)系統(tǒng)中開展研究工作。所述過程層設(shè)備2包括合并單元21、智能終端22，過程層設(shè)備與模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備相連，其與實(shí)際智能變電站對(duì)應(yīng)設(shè)備功能相同，并可采用單套配置。所述過程層網(wǎng)絡(luò)3由光口交換機(jī)組成，可采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，光口交換機(jī)冗余配置；改變光口交換機(jī)連接方式可以實(shí)現(xiàn)過程層網(wǎng)絡(luò)的不同組網(wǎng)方式。所述間隔層設(shè)備4包括數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41、數(shù)字化故障錄波裝置42和測(cè)控裝置43，可采用單套配置。所述站控層網(wǎng)絡(luò)5由電口交換機(jī)組成，可采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，交換機(jī)冗余配置。所述站控層設(shè)備6包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。所述時(shí)鐘同步系統(tǒng)7具備IRIG-B、IEEE1588、秒脈沖以及SNTP對(duì)時(shí)功能，主要用于對(duì)相關(guān)智能化二次設(shè)備進(jìn)行對(duì)時(shí)，采用網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式時(shí)其與過程層網(wǎng)絡(luò)3和站控層網(wǎng)絡(luò)5連接。本發(fā)明試驗(yàn)研究系統(tǒng)中的智能變電站二次系統(tǒng)與實(shí)際智能變電站具有高度相似性，能夠?qū)χ悄茏冸娬径蜗到y(tǒng)各部分設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。本發(fā)明智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上與實(shí)際智能變電站具有高度的相似性，以下以一個(gè)實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行說明。實(shí)施例中，模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備、過程層設(shè)備和過程層網(wǎng)絡(luò)之間信號(hào)傳輸流程如圖2所示。(I)步驟81:數(shù)字仿真設(shè)備11輸出暫態(tài)仿真信號(hào)信號(hào)至物理接口裝置12，并可以接收物理接口裝置12反饋的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)。具體的，采用數(shù)字仿真系統(tǒng)11構(gòu)建智能變電站一次系統(tǒng)及電網(wǎng)模型，參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備相一致，計(jì)算輸出的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行工況具有較高的相似度，保證了試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)源的真實(shí)性。(2)步驟821:物理接口裝置裝置12輸出傳統(tǒng)互感器二次側(cè)電氣量信號(hào)(額定電壓100V、額定電流5A/1A)至合并單元21，模擬傳統(tǒng)互感器向合并單元輸出信號(hào)的過程。(3)步驟822:物理接口裝置12輸出傳統(tǒng)互感器二次側(cè)電氣量信號(hào)(額定電壓100V、額定電流5A/1A)至電子式互感器13。(4)步驟823:電子式互感器13輸出IEC61850-9-2報(bào)文信號(hào)至合并單元21。步驟822和823模擬電子式互感器其向合并單元輸出信號(hào)的過程。具體的，目前，智能變電站互感器與合并單元的連接方式主要有兩種，傳統(tǒng)互感器或者電子式互感器直接與合并單元相連，該試驗(yàn)研究系統(tǒng)可以對(duì)該過程進(jìn)行模擬(具體過程見步驟821或者步驟822、823)，體現(xiàn)了試驗(yàn)研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上與實(shí)際智能變電站具有高度的相似性。(5)步驟83:智能終端22將接收到的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)(報(bào)文格式)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后，輸出開關(guān)控制脈沖信號(hào)至模擬斷路器14 ;還可以將模擬斷路器14的位置狀態(tài)信號(hào)反饋至智能終端。(6)步驟84:模擬斷路器14輸出開關(guān)動(dòng)作信號(hào)輸出至物理接口裝置12。物理接口裝置12與數(shù)字仿真設(shè)備11相連，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)試驗(yàn)。智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)在功能上具有多樣性，以下以一個(gè)實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行說明。實(shí)施例中，分別對(duì)數(shù)字化繼電保護(hù)設(shè)備采用直采直跳或者網(wǎng)采網(wǎng)跳組網(wǎng)方式時(shí)，相關(guān)設(shè)備的連接及信號(hào)傳輸過程進(jìn)行介紹，設(shè)備連接情況分別如圖3和圖4所示。所述數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41直采直跳方式下(如圖3所示)，相關(guān)設(shè)備的信號(hào)傳輸過程如下:(I)步驟911:合并單元21直接輸出IEC61850報(bào)文信號(hào)至數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化繼電保護(hù)裝置直接采樣。(2)步驟912:數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41動(dòng)作，GOOSE報(bào)文直接輸出至智能終端22，由智能終端22控制模擬斷路器14實(shí)現(xiàn)數(shù)字化繼電保護(hù)裝置直接跳閘。所述數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41網(wǎng)采網(wǎng)跳組方式下(如圖4所示)，相關(guān)設(shè)備的信號(hào)傳輸過程如下:(I)步驟921:合并單元21輸出IEC61850報(bào)文信號(hào)至過程層網(wǎng)絡(luò)3。(2)步驟922:過程層網(wǎng)絡(luò)3輸出IEC61850報(bào)文信號(hào)至數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化繼電保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)采樣組網(wǎng)方式。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置41輸出的GOOSE格式的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)至過程層網(wǎng)絡(luò)3后實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)跳閘組網(wǎng)方式。(3)步驟923:過程層網(wǎng)絡(luò)3輸出GOOSE報(bào)文格式的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)至智能終端22。采用本發(fā)明所述試驗(yàn)研究系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化繼電保護(hù)裝置多種采樣/跳閘方式，例如，上述的直采直跳和網(wǎng)采網(wǎng)跳，這體現(xiàn)了本發(fā)明所述的智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)在功能上的多樣性。
權(quán)利要求
1.一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于:包括模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備(I)、過程層設(shè)備(2)、過程層網(wǎng)絡(luò)(3)、間隔層設(shè)備(4)、站控層網(wǎng)絡(luò)(5)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)(6)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)(7);模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備(I)對(duì)應(yīng)智能變電站一次系統(tǒng)，過程層設(shè)備(2)、過程層網(wǎng)絡(luò)(3)、間隔層設(shè)備(4)、站控層網(wǎng)絡(luò)(5)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)(6)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)(7)構(gòu)成智能變電站二次系統(tǒng)，模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備(I)與過程層設(shè)備(2)相連；過程層設(shè)備(2)通過過程層網(wǎng)絡(luò)(3)與間隔層設(shè)備(4)相連，間隔層設(shè)備(4)通過站控層網(wǎng)絡(luò)(5)與站控層設(shè)備(6)連接，所述站控層設(shè)備(6)包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)； 所述模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備(I)包括數(shù)字仿真設(shè)備(11)、物理接口裝置(12)、電子式互感器(13)和模擬斷路器(14);數(shù)字仿真設(shè)備(11)與物理接口裝置(12)相連，物理接口裝置(12)與電子式互感器(13)、模擬斷路器(14)連接；數(shù)字仿真設(shè)備(11)用于構(gòu)建仿真模型，模擬智能變電站一次系統(tǒng)及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，輸出暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)至物理接口裝置(12)，并接收物理接口裝置(12)反饋的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)； 所述過程層設(shè)備(2)包括合并單元(21)、智能終端(22)； 所述過程層網(wǎng)絡(luò)(3)由光口交換機(jī)組成，所述站控層網(wǎng)絡(luò)(5)由電口交換機(jī)組成； 所述間隔層設(shè)備(4)包括數(shù)字化繼電保護(hù)裝置(41)、數(shù)字化故障錄波裝置(42)和測(cè)控裝置(43)； 物理接口裝置(12)輸出傳統(tǒng)互感器二次電氣量至電子式互感器(13)或者合并單元(21);模擬斷路器(14)接收智能終端(22)輸出的開關(guān)動(dòng)作信號(hào)，并將所述開關(guān)動(dòng)作信號(hào)發(fā)送至物理接口裝置(12); 所述時(shí)鐘同步系統(tǒng)(7)具備IRIG-B、IEEE1588、秒脈沖以及SNTP對(duì)時(shí)功能，主要用于對(duì)相關(guān)智能化二次設(shè)備進(jìn)行對(duì)時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于數(shù)字化繼電保護(hù)裝置(41)可以采用多種采樣/跳閘方式與過程層設(shè)備(2)相連，具體的，當(dāng)采用直采直跳組網(wǎng)方式時(shí)，數(shù)字化繼電保護(hù)裝置(41)與合并單元(21)、智能終端(22)直接連接；當(dāng)采用網(wǎng)采網(wǎng)跳組網(wǎng)方式時(shí)，數(shù)字化繼電保護(hù)裝置(41)通過過程層網(wǎng)絡(luò)(3)與合并單元(21)、智能終端(22)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于所述模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備(I)輸出的信號(hào)為傳統(tǒng)互感器或者電子式互感器二次側(cè)數(shù)據(jù)，與實(shí)際變電站現(xiàn)場(chǎng)情況一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在所述電子式互感器(13)是基于Rogowski線圈的一種有源型電子式電流互感器，其工作原理、特性均與實(shí)際智能變電站中使用的電子式互感器相一致，所述電子式互感器(13)接收物理接口裝置(12)輸出的傳統(tǒng)互感器二次側(cè)電氣量信號(hào)，輸出IEC60044-8報(bào)文信號(hào)至合并單兀(21)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種智能變電站試驗(yàn)研究系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括模擬一次系統(tǒng)及設(shè)備、過程層設(shè)備、過程層網(wǎng)絡(luò)、間隔層設(shè)備、站控層網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)依據(jù)智能變電站實(shí)際二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建在結(jié)構(gòu)上各組成部分與實(shí)際變電站二次環(huán)節(jié)保持較高的相似性、在功能上可根據(jù)試驗(yàn)類型的不同靈活調(diào)整、在配置上具備實(shí)用性。采用該系統(tǒng)可以開展智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備試驗(yàn)新技術(shù)、二次系統(tǒng)設(shè)備性能、過程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式、保護(hù)裝置采樣/跳閘方式等研究工作。
文檔編號(hào)H02J13/00GK103151839SQ20131007870
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者張侃君, 夏勇軍, 陳磊, 周友斌, 舒欣, 胡剛, 王婷, 王晉 申請(qǐng)人:湖北省電力公司電力科學(xué)研究院, 武漢方源東力電力技術(shù)中心, 國家電網(wǎng)公司