专利名称：用于变电站中的仿真的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及变电站自动化领域。更具体地，本发明涉及用于变电站中的仿真的方法和系统。
背景技术：
一般，具有高压和中压电カ网的变电站具有一次设备，例如电カ变压器、仪表互感器、断路器、开关、电缆、汇流条、输入器(incomer)、馈送器等，它们设置在开关场和/或间隔(bay)中。这些一次设备通过变电站自动化(SA)系统以自动化方式来操作。SA系统包括计算机服务器、称作智能电子装置(IED)的可编程装置、工程和操作员站(客户端)、连接网络上的服务器、IED和各种客户端的通信网络。SA系统主要负责监测、控制和保护变电站设备。
国际电エ委员会(IEC)引入IEC 61850，其现在已经是国际公认的用于变电站自动化的装置之间的通信的通信标准。当前的SA系统顺应这样的标准而开发。IEC 61850提倡来自各种制造商的使用公共工程模型、数据格式和通信协议的智能电子装置(IED)之中的互通。IEC 61850对于エ业SA系统的适用性允许有效地使用SA系统工具用于配置和设计应用。在本文中所指的IED基本上是符合这样的IEC 61850标准的装置。实际上，一般在变电站或SA系统的调试、升级或维修期间测试变电站和SA系统。变电站和SA系统在本发明中一起称为“系統”。测试系统的涉及变电站的电カ系统状况以便确保变电站的操作可靠性和更好的可预测性。另外，存在其他涉及在系统上实施的SA系统的连接性、操作和性能的测试。认识到用于仿真电カ系统、电カ系统状况的测试或测试涉及系统中的SA系统的方面具有极大的重要性并且并不是没有意义的。在大多数情况下，由于需要支持到系统中的装置的模拟连接性或支持使用多个合适的通信协议配置的多个装置而使用非常昂贵且庞大的测试设备来实行测试。通常，这样的测试要求实施牵涉特别是系统中的SA系统装置和变电站设备的附加硬接线，其不完全符合IEC 61850。在某些其他情况下，测试受到有限数量(通常是ー个)装置连同具体变电站设备(例如，IED连同断路器)的操作的限制。这样的测试使用相对更简单的测试设备(尤其是如果装置是符合IEC 61850的装置的话)实施。然而，认识到，对具有多个装置和设备的系统(特别是大型变电站)的测试是复杂的。这是由于配置测试设备和得出推理所需要的努力所引起。主要朝着配置测试设备以a)识别变电站配置并且与系统中连接的每个和每ー个装置/设备通信、b)执行反映一个或多个个体装置/设备的操作的测试计划以及捕获各种个体装置/设备之中的交互以及c)测试支持装置(例如涉及通信网络的装置(路由器、网络开关等))的性能和充分性方面进ー步做出努力。在目前的技术发展水平，不存在可全面测试系统的测试设备。期望这样的测试简单地进行。本发明针对提供实现这一点的技术方案。发明目的本发明的目的是提供用于在变电站中进行仿真的简单的方法和系统。本发明的另ー个目的是提供可以重新使用过去事件和变电站状况用于变电站中的仿真的方法和系统。提供确保变电站的操作可靠性和可预测性的方法和系统也是本发明的目的。本发明的再另ー个目的是提供在变电站装置或整个系统中进行仿真的方法和系统。本发明的另外的目的是提供能够在变电站中进行现场仿真的方法和系统。

发明内容
因此，本发明提供用于变电站中的仿真的方法。本发明的该方法包括以下步骤从 变电站状况数据和基础变电站记录采集变电站数据；改动所述采集的变电站数据以适合目标变电站；以及在该目标变电站的通信通道上管理所述改动的变电站数据。因此，本发明还提供变电站系统，其包括基础变电站，该基础变电站是现存或预先存在的变电站、或是目标变电站或是由用户限定的变电站或其组合；变电站自动化系统；测试设备，其配置成测试该系统并且在目标变电站中进行仿真；人机接ロ，用于在变电站系统与用户之间提供对接。
具体实施例方式对于基于IEC 61850标准的系统解释了本发明。如指出的，IEC 61850是限定系统中的装置可使用以用于开发和操作系统的工程模型、数据格式和通信协议的开放式通信标准。用于变电站系统中的仿真的测试设备的设计和功能依赖由IEC 61850标准对系统的改编而引起的特征。可參照附图
的图I至3进ー步详细论述本发明，在这些附图中，图I示出根据本发明的实施例的变电站系统并且图2和3示出涉及被认为是非穷举示范性情况的配置的方面。本发明中的测试设备是基于计算机的装备，其具有可编程特征并且执行牵涉系统的测试和仿真程序。例如，属于系统的个人计算机、膝上型电脑或计算机机器配置成以及还用作测试设备。测试设备连接到系统中的基于IEC 61850的エ厂或过程总线(通信通道)。为了测试或进行任何仿真，测试设备基本上需要涉及变电站布局连同各种SA系统装置的数据。另外，系统中的全面测试或仿真需要涉及系统中的各种设备/装置的功能性的信息、系统的装置和设备的连接性细节、通信和网络信息。这些数据的大部分通常是SA系统的一部分并且作为ー个或多个配置文件而可用。称为变电站数据的该数据能直接从SA系统采集或能从涉及任何其他系统的相似数据改动。该其他系统数据在本发明中称为基础变电站记录。因此，测试设备必需具有从系统的SA系统采集同样多的关于处于测试中的系统的信息以及根据需要改动数据来实施仿真/测试的能力。还从作为测试设备的库而可用的各种基础变电站记录进行改动。该基础变电站记录包含现存或预先存在的系统(目前在其他地方存在或过去的一些其他变电站)的变电站信息并且还包含在现存/预先存在系统中已经出现的事件/状况信息。涉及事件/状况的信息还可作为独立信息记录(称为变电站状况数据)而可用。注意变电站状况数据或作为基础变电站记录的一部分或作为测试设备的另ー个库的独立数据记录而可用。变电站事件/状况数据包括正常事件(例如公布电流和电压样本值的合并单元)和异常事件(因为保护IED的失灵而引起的故障状況)两者。如人们将认识到的，与系统中的各种装置/设备关联的多种正常和异常事件是可能的。在测试设备中具有通过仿真新的系统或已经经历任一种变化的该系统中的各种事件而测试的功能性是有价值的。还认识到，重新创建对系统的仿真有用且相关的事件的有效方式是通过重新使用来自记录(库)的尽可能多的信息。这极大地減少了配置测试设备以在系统中进行仿真所需要的努力。这还在系统中带来可预测性。IEC 61850明确地限定了用于传送监测、控制和保护所需要的数据的数据格式。符合IEC 61850的变电站系统中的合并单元提供采用限定的数据格式(IEC 61850-9-2)的采样和数字化电流和电压数据。人们将认识到电流和电压信息是与变电站(一般地，任何电网)的状况有关的最基本的信息。此外，电压和电流数据触发变电站中的各种事件。因此， 在本发明中，作为示范性说明，合并单元数据被视为是在处于测试中的变电站中为了测试目的而创建和触发各种事件的原始数据。此后，处于测试中的变电站(其中进行仿真的变电站)称为目标变电站。在图I中，系统(100)图示为由连接到数字通信通道(140)的测试设备(150)组成，该数字通信通道(140)基于这样的IEC 61850的特定标准连接SA装置。典型地，采样的电压和电流数据由与变电站关联的合并单元提供。然而，为了说明本发明的实施例，与系统(或系统的段)关联的合并单元(130)被隔离并且测试设备(150)代表合并单元在通信通道(140)中发出采样的电压和电流(仿真的)。IED (120)将对由测试设备(150)采用好像合并单元(130)确实发出电压和电流数据通信一祥的方式发出的电压和电流数据作出响应。再次重申，在符合IEC 61850的系统中足以在通信通道中发出数字信息以便仿真系统中的事件或状況。这里，在一般意义上使用术语“状況”来包括正常(操作)状况和异常(故障)状况两者。使用术语“事件”来指示感兴趣的事件。事件将由系统的ー个或多个状态组成，其中这些状态采用具有明确限定的因果的时间方式变化。要注意术语“状況”一般包括属于操作和故障状况的多个事件。测试设备(150)可以容易地起到例如MU (130)等ー个或多个装置的作用并且仿真特定状况，例如系统中的正常或异常状況。要注意该特定状况在系统(100)中制定(仿真)，其中数据流由测试设备(150)注入系统中。除注入数据外，测试设备(150)还能够接收在通信通道(140)中发出(公布)的所有信息来评价特定装置或多个装置的响应，其包括系统中的多个装置之间的交互。此外，测试设备(150)还能够基于通信通道(140)中公布的信息而改动(采用编程的方式)。也就是说，测试设备(150)能够注入数据作为对在通信通道(140)中接收的信息的响应。通信通道中公布的数据基于IEC 61850数据格式，其包含具有电カ系统信息和通信网络信息两者的多个数据帧。除涉及电力系统状况的仿真外，设计仿真来测试通信网络是可能的。涉及通信网络仿真的状况包括通过创建合适的事件以及通过具有在系统中生成的指挥测试设备(150)的对应数据而进行的涉及连接性和性能两者的测试。通信通道中是采样数据的数据与例如质量、丢失样本等一些信息相关。这些贡献了质量属性并且与采样数据关联，该采样数据向例如IED的预定装置提供信息来检查对应的数据是否可以进行其功能。在需要时可以对测试设备编程以同样分析质量信息。测试设备的该特征允许系统中的全面测试和仿真。如以前提到的，通过系统中的ー个或多个事件仿真状况。这些事件包括涉及硬件设备的事件(配置、功能性、性能)、涉及电力系统的事件、涉及网络的事件、涉及通信的事件(连接性、协议)等中的ー个或多个。被仿真的这些事件可以是取决于重要性、关键性、充分性、涉及的影响等中的ー个或多个。涉及电カ系统的事件的示例包括涉及变电站中的保护、监测或控制功能的状态。涉及网络的事件的示例包括通信通道中不被支持的包、未检测到的源所发送的数据和损坏的包的出现和捕获。上文的段落说明了通过测试设备的特征和范围而解释的本发明的一般原理。特此描述配置测试设备以在系统中进行仿真的方法。测试设备提供有存储的变电站数据文件的库(160)。这些文件针对特定变电站并且用作配置用于仿真的测试设备的基础文件。特定变电站数据因此被称为基础变电站数据并且涉及特定变电站的状况数据更一般地称为变电站状况数据。本文中所指的变电站状况数据包括涉及变电站中的电カ系统、变电站装置和设备、通信系统、网络的状态、事件和交互。此外，变电站状况数据还能从如变电站失效模式数据、故障树数据、状态图、变电站现场接受测试数据、变电站エ厂接受测试数据(专门为变电站检验和验证而设计的测试情況)的数据中的一个或多个中得到。一般，这些事件存储为XML文件。如以前提到的，基础变电站数据和变电站数据(作为库中的记录而变得可用)是从现存或预先存在的变电站创建的记录。可新近地创建新的记录，或者来自现存或预先存在的变电站的记录可由专家用户借助于相关的工程工具适当地修改。例如，在此提供创建这样的库的实例。例如，合并单元或通信通道中的问题可以导致丢失采样数据。这可以视为事件并且连同其相关信息和对应的变电站数据被捕获和记录以用作库中的记录。关于断路器和隔离器的位置以及变电站配置的信息也存储在库中。测试设备可用作自动捕获或用户发起地捕获变电站中的事件和状况来更新其库的装置。库的记录可来自任何外部源或全球存储库。如果这样配置的话，测试设备进而可不断地更新该全球存储库。用户(180)还可以将关于对给定故障或问题系统如何表现的信息包含其中以及由此提供关于这一点的意见。这些输入也存储在库(160)中。总是关于单线图推断电カ系统信息。连接变电站中装置的间隔以及关联的装置例如从对应于电流和电压通道的信息(其表示为变电站配置信息中存在的逻辑节点信息)被识别。来自目标变电站的包括单线图信息、装置和设备信息、通信网络信息的变电站配置信息被收集并且用作配置测试设备的參考。所有关于目标变电站的供测试和仿真使用的相关数据称为变电站数据。这里在上文提到的变电站数据是电力系统数据、通信数据、网络信息和涉及变电站、装置、设备/部件和配置的数据中的ー个或多个。电カ系统数据指例如电流、电压、行程信息、线图等数据并且一般存储为C0MTRADE (用于瞬态数据交换的COMmon格式)文件。通信数据涉及例如通信标准、协议、数据包信息、数据帧信息等数据并且存储为采用.ACP格式的文件，其是用于网络流量捕获的格式。这里所指的网络信息涉及如MAC地址、IP地址、路由器信息、数据 帧信息等信息。
进行检查的动作叫作Meta分析并且其通过将变电站数据与公差基准或參考标准或其组合比较而实行。和前述一致，本发明可以进ー步通过非详尽的示范性情况解释。ー开始，利用关于系统的调试来测试系统是考虑中的一个这样的情況。鉴于上述，系统的调试涉及各种阶段，其中测试是首要阶段中的ー个。被调试或要被调试的系统是目标系统。在这里引入测试来现场测试系统或在实行实际调试之前仿真目标系统中的事件。为了进行此，ー个或多个事件的仿真变得必要，对此需要如之前在本文描述的数据。尽管测试系统热衷于使用来自库的基础变电站记录，应该注意还可从用户获得必要数据，其可构成以形成所需数据的整个部分或其一部分(其连同如这里在上文描述的那样变得可用的数据而被采用)。从库中选择近似类似于目标变电站图表(线图)的基础变电站记录。相似地，基于仿真所期望的事件，也从库中选择变电站状况数据。在这里再次重申，基础变电站记录可同样包括事件并且也拥有期望的事件信息，其中预期选择的基础变电站记录与目标变电站的图表近似匹配。 从库中获得用于事件仿真的变电站状况数据和变电站数据称为采集数据或数据采集的步骤。数据采集后跟映射采集的数据的步骤。通过将基础变电站数据与目标系统的变电站数据比较来实行映射。考虑如在图3中示出的具有三个馈送器(320a、320b和320c)的目标变电站图表(300)，将其与如在图2中示出的基础变电站图表(200)(在十分相似的基础上选择成具有四个馈送器(220a、220b、220c和220d)作为非穷举的示范性实施例)进行比较，可以进一歩解释本发明。根据此，如这里考虑的目标系统的目标变电站(300)与基础变电站(200)相比少了ー个馈送器并且图表中的所有其他特征相同。要注意图2和图3简化了很多并且通常在变电站中存在的装置的大部分未在图中描绘。然而，人们将认识到，输入器、馈送器、母线段和母线耦合器一般称为间隔并且连接到特定间隔的各种装置连同关于合并単元的信息可以容易地从配置文件中的逻辑节点信息检索。通过观察变电站数据以及对应于基础和目标变电站的额定值，可以确定哪ー个是目标变电站中的可被视为是从基础变电站记录可用的变电站数据中缺失的对应馈送器。例如额定值、采样频率等馈送器信息还可用于识别十分类似于目标系统的馈送器。基站记录适当地改变以与目标变电站的配置匹配。此外，改变基础变电站记录以对应于目标变电站数据。当所有装置身份、目标变电站的网络身份映射到基础变电站记录中时，该步骤称为映射步骤。在该阶段，基站记录具有目标变电站的所有配置和身份信息连同感兴趣的事件。这提供了称作映射的变电站数据的数据，其在本发明的上下文中进ー步使用。尽管配置和身 份信息现在被映射以适合目标变电站，包含感兴趣事件的变电站状况数据中存在的电压和电流采样值需要修改以与适合于目标变电站的值对应。该步骤称为修改并且借助于图2和图3图示。图2描绘了来自基础变电站记录的变电站的线图并且图3描绘了目标变电站的线图。与前述实施例一致，并且如在图2中示出的，是变电站数据的电カ系统数据的电流值涉及基础变电站(200)。具有四个间隔的基础变电站中的相应间隔的第一相电流表示为IA1、IA2、IA3、IA4、Ial、Ia2、Ia3和Ia4。当将来自基础变电站记录的线图与目标变电站的线图比较时，目标变电站少了一个馈送器，这是明显的。基础变电站(200)的输入器(210a、210b)、母线段(230)、母线耦合器(240)、馈送器(220a、220b、220c)、母线(250a、250b,250c)分别与目标变电站(300)的输入器(310a、310b)、母线段(330)、母线耦合器(340)、馈送器(320a、320b、320c)、母线(350a、350b、350c)相似。目标变电站(300)中缺失的馈送器在这里称为基础变电站(200)的第四馈送器(220d)。此外，对于该示例，母线段(230)和母线耦合器(240)被认为是基础变电站(220d)的关闭状况并且第四馈送器(220d)的电流的份额在向量上从输入器(210a、210b)中同等地扣除或在如下文描述的那样采用因子来扣除
权利要求
1.一种用于变电站中的仿真的方法，所述方法包括以下步骤 从变电站状况数据和基础变电站记录采集变电站数据； 改动所述采集的变电站数据以适合目标变电站；以及 在所述目标变电站的通信通道上管理所述改动的变电站数据。
2.如权利要求I所述的方法，其中采集变电站数据的所述步骤包括从现存或预先存在的变电站或目标变电站中之一或一个或多个存储的或检索的计算机文件中、或者从完全或部分由用户支持的工具中、或者从其任何组合中选择变电站状况数据或基础变电站记录，或选择这二者。
3.如权利要求I所述的方法，其中改动所述采集的变电站数据的所述步骤包括针对所述目标变电站映射所述采集的变电站数据或修改所述采集的或映射的变电站数据以适合所述目标变电站，或映射和修改步骤的组合。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述映射步骤包括用与所述目标变电站的对应数据关联的标识映射所述基础变电站记录的数据。
5.如权利要求3所述的方法，其中修改所述映射的变电站数据包括通过使用或在数学上操纵采集或映射的变电站数据来构建目标变电站的数据以适合所述目标变电站。
6.如权利要求3或5所述的方法，其中修改所述映射的变电站数据包括引入变电站状况数据。
7.如权利要求I所述的方法，其中管理所述改动的变电站数据进一步包括将所述通信通道中的变电站数据与基准值或参考标准或这两者比较、针对目标变电站性能和功能验证所述通信通道中的变电站数据。
8.—种变电站系统,包括 基础变电站，其是现存或预先存在的变电站、或目标变电站、或由用户限定的变电站、或其组合； 变电站自动化系统； 测试设备，其配置成测试所述系统并且在目标变电站中进行仿真； 人机接口，用于在所述变电站系统与所述用户之间提供对接。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述测试设备包括库，用于存储数据，所述数据包括变电站状况数据、基础变电站记录、映射的变电站数据、修改的变电站数据，所述测试设备能够进行下列中的一个或多个 捕获来自通信通道的变电站数据或从IED或集中式干扰记录仪重新创建变电站数据并且存储变电站数据； 测试至少一个装置、其功能性、性能以及与所述变电站系统中的多个装置的交互； 在所述变电站系统中进行变电站状况的仿真； 在所述变电站系统中用来自虚拟变电站的仿真数据进行变电站状况的仿真。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述通信通道是基于IEC61850通信标准的公共通信通道。
全文摘要
本发明涉及用于变电站中的仿真的方法和系统。该方法包括以下步骤从变电站状况数据和基础变电站记录采集变电站数据；改动所述采集的变电站数据以适合目标变电站；以及在目标变电站的通信通道上管理所述改动的变电站数据。本发明的变电站系统包括基础变电站(110)，该基础变电站是现存或预先存在的变电站，或是目标变电站或是由用户限定的变电站或其组合；变电站自动化系统；测试设备(150)，其配置成测试该系统并且在目标变电站中进行仿真；人机接口(170)，用于在变电站系统与用户(180)之间提供对接。
文档编号G01R31/327GK102713652SQ201080050352
公开日2012年10月3日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年9月14日
发明者A.A.帕拉普拉思, A.戈帕拉克里斯南, N.拉贾戈帕, P.克里斯纳默菲 申请人:Abb 技术有限公司