基于图模组态场景的配电网仿真测试方法及其应用

潘 鹏， 薛大立，郑 圣

（国网浙江省电力公司温州供电公司 ，浙江 温州 325000）

基于图模组态场景的配电网仿真测试方法及其应用

潘 鹏， 薛大立，郑 圣

（国网浙江省电力公司温州供电公司 ，浙江 温州 325000）

基于IEC 61970/61968标准建立配电网模型，通过友好的图形界面交互，进行正常态和故障态下配电网的模拟仿真。以计划表进行故障和异常场景的重现，以应用池作为各种场景的组态，利用配电网仿真场景技术对配电网自动化主站进行测试，并在温州供电公司配电网自动化系统建设中进行了实际测试应用。

配电网自动化；三相不平衡潮流计算；公共信息模型；配电网仿真；场景组态

随着温州供电公司配电网（以下简称配网）自动化主站系统SCADA（数据采集与监控）等功能的建设完成，配网二次厂站设备的逐步接入，对配网自动化系统整体工作能力的有效性提出了新的挑战。自动化厂站设备的安装旨在提升电网自动化水平，进而提升电网可靠性。结合目前实际情况，对于自动化厂站设备的安装能否达到预期目标，尚缺乏有效的衡量手段。在现实配网中，很难重现一个指定类型的故障，而模拟复杂的多重故障或者按一系列时序发生的故障则更难，而这些对于测试配网自动化主站系统的故障处理能力具有重要意义。

1 配网仿真测试系统实现原理

目前基于配网的IEC 61968标准的交互在国内应用越来越成熟，以源端数据唯一、全局数据共享为出发点，采用从PMS（生产管理系统）建模，通过CIM/SVG（公共信息模型/可扩展矢量图形）生成模型和图形文件，并导出至SCADA和主站测试系统，可以实现2个系统图模的完全一致。通过建立二次厂站设备模型，利用潮流、短路等配网仿真技术来模拟配网实际运行状态，通过规约实现与主站系统的通信功能，可以验证自动化厂站的安装是否达到预期目标。仿真测试系统结构如图1所示。

图1 仿真测试系统结构

2 建立配网模型

可以通过图形化交互方式建立配网模型，也可以采用符合IEC 61970/61968标准的CIM/SVG数据导入方式建立配网模型。整个建模过程以建模准确、模型完整、过程简便高效为目的。使用基于IEC 61968/61970标准的集成配网信息交换总线，从配网GIS系统获取IEC 61970 CIM标准模型,按照电力系统资源的层次结构和设备分类来建立电网物理模型。建立电网模型时，可实现配网供电区域内所有单馈线以联络开关为分界的模型数据拼接。

在电网模型建立过程中，除了建立电网层次模型外，还要录入馈线设备参数，包括断路器型号、线缆类型与长度、配电变压器类型与容量等。这些参数的准确录入，是进行配网仿真的基础。参照IEC 61970 CIM标准模型，将电力设备按照层次结构分成若干个类。一个设备对应CIM模型中的一个类对象，通过将电网内所有电力设备对象化，不同设备具有不同属性、操作方法和行为。馈线拓扑设备包括架空线、电缆、电缆接头、开关（含出线开关、分段开关、联络开关）、电容器、调压器、变压器、等效负荷、等效电源、母线、杆塔（作为拓扑节点），通过建立模型将电力设备抽象为具体的设备对象，以拓扑关系为基础组织这些设备对象，以设备间的连接关系展现电力设备间的拓扑关系。

建立配网一次模型后，通过图形化方式建立二次设备模型，并通过选中图中二次设备模型FTU/TTU（馈线终端设备/配变终端设备）和开关/负荷建立关联，录入站地址、IP地址、端口号、规约类型、规约厂家、开关的过流定值、过流持续时间、遥测、遥信、遥控点号等参数，形成一个图模一体化的工程文件。

3 配网仿真测试

完成配网建模后，为了将配网的运行状态和建模状态有效区分开，可采用配网运行仿真态来模拟配网的运行过程。在运行状态下，系统各个负荷按照负荷曲线在线路中产生能量流，FTU/ TTU等设备采集负荷及开关等实时运行量并按照配置将量测量上送到配网自动化主站系统。在仿真状态下，所建立的配网是一个活的电网，电网中所有参与的元件按照既定规则运行着，各个元件的运行状况与实际电网相符。

为了达到配网仿真计算效果，选取三相不平衡潮流进行计算。在设计时考虑到运行计算的速度，在对初始配网进行模型简化和降阶处理的基础上采用基本的“前推-回代”方法，保证了系统潮流计算的高效性。

由于传统的“前推－回代”方法中没有考虑环形网络、故障情况下潮流分步、多电压等级等问题，所以采用“补偿矩阵”的方法加以解决，使得基于“前推－回代”的潮流计算完全能适应现实中任意结构的配网，保证了基础分析的高效、精确和普遍适应性。

4 图模组态场景

配网自动化是一套复杂的系统，关键环节包括厂站设备、通信系统、主站软件等，其中厂站设备是配网自动化的前端，厂站设备采集的信息能否被主站软件顺利处理直接决定了配网自动化成功与否。为了模拟现实场景，采用图模的方式来模拟FTU/TTU/DTU（开闭所终端设备）等厂站设备，并将FTU与开关、TTU与负荷进行关联，同时实现相关的保护逻辑动作和信号，如开关过流会产生过流保护信号，超过了阀值会跳闸等。

为了重现配网运行过程中的各种故障现象和非健全信息，考虑到灵活性，采用按类型划分现象，将单种情况计入计划表，然后再将计划表中各种故障情况投入到应用池中来进行各种场景的组合和重现。计划表中包括故障、开关、RTU、遥测、遥信5种类型，能够设置故障的地点、发生时间和持续时间。故障类型可以模拟产生单相、多相、短路、接地故障，开关类型可以模拟产生拒动操作，RTU类型可以模拟报文丢失和校验错误，遥测类型可以对遥测量产生（k，b）系数的校正、渐变和无效，遥信类可以对遥信量产生翻转、置位和无效的设置。通过将这些故障或者非健全信息组合投入到应用池中，然后按照固定时序逐个触发这些场景，在发生故障时系统中配网模型的各个元件能够根据故障电流及过流阀值进行动作，完成故障的切除等工作。在故障发生及切除的过程中，所有元件（比如开关）的信息都会实时上送到配网自动化主站。灵活地组建各种场景，就能模拟各种配网故障和异常现象。

5 应用实例

在对温州供电公司配网自动化主站的测试中，进行了几类典型场景的模拟。在测试平台中设置典型的故障及发生时序，系统会按照预定的计划发生相应的事件，并向主站发出SOE（事件顺序）等各类信息。

在图2所示电缆线路中，DATS-2000配网故障测试装置分别接入温西变10 kV出线保护、1号环网柜A1和A2及出线B1的DTU上，模拟测试以下故障类型的场景：

（1）模拟电缆线路干线故障。故障点设置在A2-A3之间，在S1，A1和A2处加入故障信号，模拟正常负荷，并按方案同步注入过电流信号；查验并记录系统的故障处理过程。

（2）模拟环网柜母线故障。故障点设置在1号环网柜母线A1和A2之间，在S1和A1处加入故障信号，模拟正常负荷，并按预订方案同步发生过电流；查验并记录系统的故障处理过程。

（3）模拟环网柜出线故障。故障点设置在1号环网柜B1下游侧，在S1，A1和B1处加入故障信号，模拟正常负荷并注入过电流；查验并记录系统的故障处理过程。

测试结果见表1，可以看出通过组建各种场景，能较真实地模拟各种配网故障和异常现象。配网自动化主站能根据不同场景给出处理方案，包括故障隔离方案、故障上游恢复方案和故障下游恢复方案，不同的恢复方案有损耗、电压以及剩余负载率指标，并且能对不同的恢复方案进行最优排序。

图2 电缆线路测试原理

表1 电缆线路测试结果

6 应用前景

FA（馈线自动化）在实际应用前需确保配网运行安全，在尽量少影响系统正常运行的情况下，采取相应手段，模拟现场故障现象和相关信息，验证系统的故障处理能力等关键技术指标是否达到验收要求。本文提及的方法可用于主站注入式测试，对具有馈线故障处理功能的主站进行仿真测试，以验证主站系统的故障处理功能，用于发现FA启动配置不准确、电网运行方式与实际不符、网络模型TOPO关系错误等问题。调度员同时结合“三遥”开关状态操作，编制方案对开关进行有计划性的操作，可提前发现现场设备遥控失败的原因并进行消缺。以上方法用于测试FA是否满足验收要求，可作为FA新投馈线半自动化模式投入依据，并逐步实现全自动化，推广应用后将极大促进配网自动化系统故障处理等能力的提高。

7 结语

配网发生故障时能够产生过流/失压等多种信息，对于配网主站来讲，发生故障时需要根据厂站设备上送的故障信息进行故障点的判断。由于故障判据国内没有统一的技术标准，各个厂商开发的系统判据各不相同，这就有可能造成主站与厂站之间的配合出现问题，导致不能准确判断故障点。通过提供故障发生时的各种信号，定义每个信息是否上送到主站，从而测试配网主站的故障判据，为配网自动化设备的选择提供可靠依据。通过图模组态产生的各种典型故障场景，可作为配网自动化系统主站故障处理的有效手段。

[1]杜正春，周佃民，董继民.考虑负荷电压静特性的最佳乘子牛顿潮流算法[J].中国电机工程学报，2002，22（1）∶102-105.

[2]JASMIN BLANCEHETTE，MARK SUMMERFIELD.C++ GUI Programming with QT 4[M].北京：电子工业出版社，2013.

[3]林公平.配电网馈线自动化技术及其应用[J].电力系统自动化，1998，22（4）∶64-68.

（本文编辑：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 鹏（1983），男，工程师/技师，从事电力信息安全管理工作。