馈线自动化功能仿真测试实现

关石磊，邓宏芬，刘岚，刘巩权，雷浩亮，白雪峰

（1．中国电力科学研究院，北京100192；2．陕西省电力科学研究院，西安710054）

馈线自动化功能仿真测试实现

关石磊1，邓宏芬1，刘岚1，刘巩权2，雷浩亮1，白雪峰1

（1．中国电力科学研究院，北京100192；2．陕西省电力科学研究院，西安710054）

针对配电自动化系统馈线自动化功能缺乏统一规范的测试方法现状，为其质量管控和运行管理提供技术参考，文中介绍一种馈线自动化功能仿真测试方法的具体实现。利用DATS-1000-V2.0配网自动化主站注入测试系统，搭建主站系统仿真测试环境，模拟实际运行工况和典型馈线故障，考核馈线自动化功能是否符合标准要求。通过对实际产品进行测试验证，表明该方法简便易行，能有效地减少物理模拟故障产生的冲击和试验检测成本，是配电自动化系统实验室检测与现场验收的有效手段。

配电自动化；馈线自动化；馈线故障；故障处理；仿真测试

配电自动化系统是智能配电网的重要内容，馈线自动化功能FA（feeder automation）是其核心功能之一，FA能够及时正确地处理故障、恢复网络结构，是减少停电时间，缩小停电范围，提高运行可靠性的重要措施[1-5]。我国配电自动化技术发展迅速，功能日益完善。目前采用的配电自动化产品的FA功能的主要测试方法在安全性和适用性方面存在不足[6-8]。国内尚无统一规范、简便易行、低成本的测试方法验证配电自动化系统FA功能的安全性和可靠性，影响配网自动化技术的实用化[9]。

本文从配电自动化系统试验室功能检测的背景出发，详细介绍了一种馈线自动化功能仿真测试的具体实现方法，依据相关标准要求检测FA功能。本试验方法成本低、安全性好，可操作性强，测试项目灵活多样，可为配电自动化系统技术研发和测试提供参考，同时也是供电企业对配电自动化系统工程进行验收、加强质量管控的有效手段。

1 测试方法与流程

配电自动化主站系统FA功能测试依据标准Q/GDW 513—2010《配电自动化主站系统功能规范》、Q/GDW 567—2010《配电自动化系统验收技术规范》、IEC60870-5-101《远动设备及系统传输规约基本远动任务配套标准》、IEC60870-5-104《远动设备及系统传输规约用IEC60870-5-101标准的网络访问》进行。依据上述标准，测试项目从网络拓扑、故障信息收集、故障定位与隔离、非故障区域恢复、系统容错性能等角度出发进行设计，考核被测系统FA功能是否符合要求。

本文利用DATS-1000-V2.0配网自动化主站注入测试系统进行馈线自动化功能仿真测试，其基本原理是通过搭建主站系统的运行环境与典型配电网馈线网络，配置负荷信息，设置典型馈线故障，将运行信息、实时数据和故障信号注入被测系统，主站FA收集故障信息并进行分析判断，启动FA处理过程，实现故障隔离和非故障区域恢复供电，被测系统与DATS-1000仿真测试系统交互完成故障测试过程。DATS-1000仿真测试系统主要由配电网仿真器、实时数据库、建模与配置器、故障模拟器、协议解释器、通信管理器以及人机交互界面等几部分组成[10]，其组成结构示意见图1所示。

图1DATS-1000系统组成结构示意Fig.1System structure diagram of DATS-1000

试验测试前，需将DATS-1000测试软件与被测系统按照拟定的测试馈线网络、采集量点表和开关设备网络地址信息统一完成配置，将两者建立网络通信，按照预先设置的故障类型和故障点，由DATS-1000测试软件下发指令触发故障测试，被测系统接收故障信号，启动FA处理过程，形成处理策略并执行。根据被测系统的处理策略、事件记录SOE（sequence of event）、处理时间等信息与标准要求的结果比对，评价测试结果。故障测试的工作流程如图2所示。

图2 故障测试工作流程Fig.2Flow chart of fault testing

2 测试环境与配置

2.1 测试环境搭建

测试开始前将被测配电自动化主站系统按图3所示的配置环境搭建完毕开启运行。将DATS-1000配网自动化主站注入测试系统，连接至主站系统前置网络交换机，根据前期配置的网络地址信息，通过对实时数据的上行报文与被测主站下发指令的下行报文进行实时解析[11-14]，将其与主站系统建立通信联络。通过随机选择部分馈线终端FTU（feeder terminal unit）核实三遥数据，确认通信正常，从而实现仿真测试系统与被测系统的交互。

图3 测试环境配置Fig.3Test configuration diagram

2.2 馈线网络配置

测试馈线网络接线采用负荷开关与断路器组合配置的方式[15-17]，主干与分支馈线采用负荷开关，变电站出线开关采用带过流保护的断路器[18-20]。

架空线路的典型网络接线如图4所示，电缆线路的典型接线如图5所示。其中，图4中的10 kV母线处的开关CB1、CB2、CB3均为带过流保护的断路器，设置重合闸功能，当试验中触发故障，馈线开关收集到过流信息时，出线断路器跳闸，随即启动重合闸，若重合闸成功认定为瞬时故障不做后期处理，否则为永久故障，主站系统FA应制定相应故障处理策略。S1-S9、H1S1-H6S4均为负荷开关。图中浅色开关为联络开关，处于常开状态。深色开关处于常闭状态。

图4 架空馈线网络Fig.4Overhead line feeder network

图5 电缆馈线网络Fig.5Cable line feeder network

2.3 采集量点表信息配置

各10 kV电源出线断路器、馈线FTU的遥测采集量为P、Q、Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic。遥信采用单点遥信方式，采集量为开关状态、过流保护投切状态。遥控采用单点遥控方式，遥控量为1。馈线网络中开关设备采集量的点表配置详见表1。

表1 采集量点号配置Tab.1Dot configuration of parameters

电缆馈线环网柜中的配电终端DTU（distribution terminal unit）中的FTU点号编码和定义方法为：DTU中每个采集开关数为N个（N最大为10），即此DTU共采集的遥测量为8×N个、遥信量为2× N个、遥控量为1×N个，其点号编码从0开始顺序递增。以负荷开关H2S3的FTU点号信息为例说明点号配置，其点表部分信息见表2所示。

表2 开关网络地址配置Tab.2Network address configuration of switches

3 故障配置与测试

3.1 基本故障测试

基本故障测试包含瞬时故障、环网柜母线故障、支线故障、多重故障等，配置方法与测试明细如表3所示。

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

3.2 容错能力测试

FA功能容错性测试主要考察在开关拒动、故障信息传输异常情况下FA能否正确处理馈线故障。故障设置方法与测试明细如表4所示。

3.3 测试举例

依据表3中故障3的配置，对某一被测系统进行测试。被测系统的FA处理过程、动作策略以及处理结果如图6所示，被测系统判定故障区域在架空线路网络中的开关S2-负荷之间，控分S2后恢复非故障区域供电，其处理过程及结果与表3一致，判定基本故障3测试合格，其他类型的故障测试方法与此过程类似，不再赘述。

表4 容错测试配置Tab.4Configuration of tolerance tests

图6 基本故障3测试举例Fig.6Example of the basic fault 3 testing

4 测试应用与问题分析

4.1 测试应用

应国调中心要求，我方对2013年拟入网招标的国内主要厂商的11种配电自动化主站软件系统产品进行集中试验测试，其中馈线自动化功能测试采用本文的试验方法，即采用DATS-1000配网自动化主站注入测试系统，搭建主站系统仿真测试环境，模拟运行实际工况和馈线故障，考核主站FA功能是否符合标准要求。本测试方法能够有效地减少试验周期和前期投资，避免了实际工况模拟故障测试过程中对电网运行造成的冲击，在保证试验安全性的同时增加了FA功能测试的灵活性和多样性，可为配电自动化入网产品的质量管控和试验研究提供科学参考和有效手段。本文使用的测试方法在试验安全性、试验周期、成本投资方面相比传统的测试方法有明显优势，对比分析如表5所示。

表5 测试方法对比Tab.5Comparison between proposed method and traditional methods

4.2 问题分析

在此次集中测试过程中馈线故障测试环节一次性通过率仅为70%。通过对试验过程和结果进行分析，将存在的主要问题归纳为以下几个方面。

（1）前期配置问题。测试之前需要核对点号和地址等配置信息。点表配置、网络搭建与通信建立是测试能否顺利进行的关键。部分被测系统因为点表和地址信息配置不正确，与要求存在偏差，影响了试验进度。

（2）信号保持问题。被测系统是否需要故障信号（过流）保持、具体保持时间值均需要与厂家进行协调，否则测试过程中可能会出现FA通信或者故障处理功能异常的情况。

（3）信号识别问题。被试系统对注入式测试软件发出的故障（过流）信号识别有误或未能收到报警信息，多出现在信息漏报故障测试环节，从而导致部分类型故障无法正确处理。此种情况需要对被试系统的前期配置信息和遥信方式再次进行核对和确认。

（4）故障处理策略逻辑问题。由于部分被试系统故障处理功能设计不完善，制定的故障处理策略不合理，处理过程逻辑混乱，使得故障未能完全解除，非故障区域恢复路径也未能考虑运行实际工况和网络当前的潮流情况。此种情况主要出现在多重故障和容错性测试环节。

（5）多重故障处理问题。因不同被试系统的故障处理逻辑不同，对于多重故障可能存在处理次序不同而导致可供路径电源失电恢复无法进行的情况。因此多重故障尽可能不设置在具有潜在连通关系的子网络中。

上述归纳的5类常见问题中除试验配置原因外，也暴露出了部分主站系统FA设计不完善、功能缺失、逻辑混乱等问题。此外各自厂家采用的FA处理方式均不相同，恢复非故障区域的原则也没有统一。建议通过制定相应标准或技术导则的方式对FA功能模块的故障处理方式进行规范。随着配电终端的接入数量与种类日益增加，FA功能对于大数据量的处理能力也应予以重点关注。

4.3 下一步工作

从此次测试情况分析得出，所选用的典型馈线网络和设置的故障类型符合当前配电网运行实际工况，也涵盖了常见的故障类型。但在智能配电网建设不断推进的背景下，网络结构和配电自动化系统功能都将趋于复杂，对配电网优化控制、经济运行的要求日益提高。因此后期工作需要对现行的测试方法和故障配置进行改进。后期需要开展的工作主要有以下3点。

（1）结合当前配电网架结构的发展趋势，增加典型馈线网络结构类型，更为全面地考察被测系统FA功能。

（2）在充分研究新型配电网的故障特点和考虑配电网运行实际的基础上，增加典型故障类型，增强试验项目灵活性，确保FA功能试验测试效果。

（3）利用组件编程方法，对点表等试验环境配置进行模块化处理，便于被试系统进行前期配置，提高试验效率。

5 结语

依据配电自动化系统功能规范等相关标准，本文介绍了一种配电自动化系统馈线自动化功能仿真测试方法的具体实现，并完成对实际配电自动化系统产品测试的实例验证，该方法操作简单，试验成本低，能有效地减少试验周期和试验投资，增加了试验的灵活性和多样性，是配电自动化系统实验室检测与现场验收的有效手段，对于配电自动化系统的更新与发展具有现实意义。

随着配电自动化系统功能的不断更新，网络结构日益复杂，数据处理量逐渐加大，高级应用模块也逐渐增多。在智能配电网的建设背景下，对于馈线故障处理功能以及其他高级应用模块的测试方法研究是今后配电自动化系统测试技术研究工作的重要内容。

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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

关石磊（1984—），男，硕士，工程师，研究方向为配电自动化系统及中低压设备试验检测技术、新型配电变压器节能运行与评估技术。Email：guanshilei@epri.sgcc.com.cn

2014-04-10；

2015-02-11

邓宏芬（1959—），女，本科，高级工程师，研究方向为配电系统设备、配电变压器、节能节电设备及中低压电器标准制定、试验技术与试验管理。Email：dhongfen@epri.sgcc.com.cn

刘岚（1982—），女，硕士，工程师，研究方向为配网故障定位及潮流计算仿真、配电系统设备试验技术。Email：liulan@epri.sgcc.com.cn