一种基于动态拓扑的数字化备自投仿真方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电力系统自动化控制领域，具体涉及变电站内一种基于动态拓扑的数 字化备自投仿真方法。
【背景技术】
[0002] 备用电源自动投入装置（简称备自投）在低电压变电站中广泛应用，它能够在电 网故障发生时保证对用户的不间断供电，提高用户用电的可靠性。传统的备自投装置接线 复杂，需要通过信号电缆获取进线开关的状态、通过交流回路获取电压电流值，成本较高， 而且不利于检修。特别是现场的运行方式发生改变时，需要更改电缆连接线，施工复杂，成 本高。近几年，随着IEC61850模型研究的深入，电力系统数字化得到了迅猛发展，出现了数 字化备自投，其逻辑设置灵活、方便。在数字化变电站中，可以通过测控装置发出的GOOSE 信号，获取整个厂站内所有开关刀闸的状态信息和电压电流值。数字化备自投装置就是依 靠该GOOSE信号获取开关状态和电压电流值，结合运行方式进行逻辑判断，并通过GOOSE信 号发出操作命令，分合相应的开关，实现备用电源投入。
[0003] 传统的备自投装置在变电站建设期间就根据现场的运行方式固定了其动作逻辑， 采用人工查验的方式可以确定逻辑是否合理。但是，数字化备自投的动作逻辑可由运行人 员根据现场运行情况进行设置，没有硬接线的存在，验证动作逻辑是否合理就非常困难了。 备自投装置一般具备两种最基本的自投逻辑：母联自投和线路互投。但是，大多数变电站都 有多条进线和多个母线，备自投逻辑就非常复杂，需要保证动作后的运行方式不会造成某 个主变超负荷，也不能使某条母线失压。如果逻辑设置不合理，不但达不到预期目的，而且 还会对备用电源网络造成冲击，甚至和故障网络一起崩溃。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，在于针对数字化备自投装置的动作逻辑验证比较困难的特点，提 供一种基于动态拓扑的数字化备自投仿真方法。
[0005] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0006] -种基于动态拓扑的数字化备自投仿真方法，包括如下步骤：
[0007] (1)在变电站监控系统中预先设置每个开关和刀闸的预操作定义，设置变压器的 额定容量，为母线设置标识母线实时电压值的遥测点；
[0008] (2)从数字化备自投装置上读取所有的动作逻辑；
[0009] (3)根据步骤（1)中的预操作定义，计算步骤（2)中读取到的每个动作逻辑中相关 的开关和刀闸的预操作状态值，采用独立的界面展示数字化备自投装置的动作逻辑；
[0010] (4)对步骤（2)中读取到的每个动作逻辑执行仿真时，先从变电站监控系统的实 时库中取得当前时刻的数据断面，并拷贝到仿真库中，以仿真库中的数据为基础，根据步骤 (3)中获得的每个开关和刀闸的预操作状态值，执行对应的操作；
[0011] (5)每个动作逻辑仿真执行完成后，根据仿真库中一次设备间的拓扑关系，分析该 逻辑是否合理，并记下仿真结果；
[0012] (6)所有的动作逻辑仿真完成后，统一展示各个动作逻辑的仿真结果。
[0013] 上述步骤（1)中，每个开关和刀闸的预操作定义设置有两个遥信点，用这两个遥 信点的值表示当前开关和刀闸的预操作状态值。
[0014] 上述步骤（2)中，从数字化备自投装置上读取到的每个动作逻辑均包括当前动作 逻辑触发遥信点和相关的开关刀闸两部分内容。
[0015] 上述步骤⑶中，从变电站监控系统的实时库中读取步骤⑴中为开关和刀闸设 置的两个遥信点的值Yl、Y2，根据下式计算开关和刀闸的预操作状态值：
[0016]
[0017] 其中，S。表示开关和刀闸的预操作状态值，其取值中0表示不执行，1表示预分，2 表示预合，3表示异常，由数字化备自投装置保证Yl、Y2不会同时为1。
[0018] 上述数字化备自投装置中的动作逻辑发生改变后，将自动上送动作逻辑中开关和 刀闸的预操作定义对应遥信点的值，并在变电站监控系统端实时刷新对应逻辑中相关开关 和刀闸的预操作状态值。
[0019] 上述步骤（3)中，变电站监控系统提供独立的界面展示计算后的动作逻辑，在该 界面上还提供对动作逻辑中相关的开关和刀闸的预操作值进行调整的功能，并更新到备自 投装置中。
[0020] 上述步骤（4)中，对开关和刀闸执行操作时，对预操作状态值为1的开关和刀闸执 行分操作，对预操作状态值为2的开关和刀闸执行合操作。
[0021] 上述每次在仿真库上对开关和刀闸进行的分合操作，都触发基于仿真库上的拓扑 分析，由拓扑程序更新仿真库中各设备间的关联关系，计算各设备的状态，并在仿真画面实 时展示仿真库中各数据的值和一次设备的状态。
[0022] 上述步骤（5)中，分析逻辑是否合理的具体方法是：基于仿真库，根据下式计算每 个变压器的负载容量：
[0023]
[0024] 其中，S表示根据当前动作逻辑执行完成后变压器的负载容量，P和Q分别表示根 据当前动作逻辑执行完成后变压器的总有功和总无功，如果计算所得的负载容量S大于步 骤（1)所设置的变压器的额定容量，则认为当前逻辑不合理；获得母线上负荷，并根据步骤 (1)中设置的标识母线实时电压值的遥测点，获得母线上的电压值，如果母线上的负荷不为 〇，但是母线上电压值为〇，则认为当前逻辑不合理。
[0025] 上述步骤(6)中，所有的动作逻辑仿真完成后，提供统一的展示界面展示各个动 作逻辑是否合理，对于不合理的动作逻辑，明确表达出执行该动作逻辑引发的后果。
[0026] 采用上述方案后，本发明通过从数字化备自投装置上读取设定的动作逻辑，利用 变电站监控系统的一次设备拓扑关系，依次对读取到每一个动作逻辑仿真执行，以确认逻 辑的合理性。仿真过程中，利用一次设备的动态拓扑技术，实时展现一次设备状态变化情 况，并跟踪厂站内变压器和母线的负荷情况，当发现存在变压器超负荷，或者带负荷的母线 上失压时，说明当前执行的逻辑不合理，记录仿真结果。所有逻辑执行完成后，统一展现所 有动作逻辑的仿真结果，若存在不合理的逻辑，提醒操作人员调整，以保证电网安全。
[0027] 采用本发明所述的方法，能够准确地判断出数字化备自投装置中不合理的动作逻 辑，解决了数字化备自投装置的动作逻辑难以验证的问题，保证了数字化备自投装置动作 逻辑的正确性，保障电网的安全稳定运行。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的流程图；
[0029] 图2是备自投装置投切逻辑展示示意图；
[0030] 图3是采用本发明得到的仿真结果统一展示界面。
【具体实施方式】
[0031] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0032] 如图1所示，本发明提供一种基于动态拓扑的数字化备自投仿真方法，包括如下 步骤：
[0033] (1)在变电站监控系统中导入数字化备自投装置的配置文件，该配置文件为 IEC61850模型格式，并且配置文件中包括了所有动作逻辑中牵涉到的开关和刀闸的预操作 定义遥信点。在变电站监控系统中配置各个开关和刀闸的预操作定义，该定义包括两个遥 信点，用这两个遥信点的值表示当前开关和刀闸的预操作状态值，根据数字化备自投装置 配置文件中的定义，将这两个遥信点分别设置为预操作值的高位和低位，其格式如下：
[0034] {预操作定义：[高位遥信点，低位遥信点]}
[0035] 并设置所有变压器的额定容量Sn，该额定容量为常数，可以从变压器的铭牌上获 得；设置母线的电压遥测点，用于标识母线的实时电压值。
[0036] (2)利用IEC61850前置模块，从数字化备自投装置上读取所有的动作逻辑。每个 动作逻辑包括两部分内容：当前动作逻辑触发遥信点和相关的开关刀闸。其格式如下：
[0037] {动作逻辑1:[(触发遥信点，触发值），开关刀闸1，…，开关刀闸η]}
[0038] {动作逻辑2:[(触发遥信点，触发值），开关刀闸1，…，开关刀闸η]}
[0039] …
[0040] {动作逻辑η:[(触发遥信点，触发值），开关刀闸1，…，开关刀闸η]}
[0041] (3)变电站监控系统具备与数字化备自投装置实时通讯的基本功能，获取每个 开关和刀闸设置的预操作定义遥信点的值，计算开关和刀闸的预操作状态值，计算方法如 下：
[0042]
Cl)
[0043] 式（1)中，S。表示开关和刀闸的预操作状态值，取值为0, 1，2, 3,其中，0表示不执 行，1表示预分，2表示预合，3表示异常。Yl和Y2分别为开关刀闸预