智能变电站二次系统虚端子自动连接技术研究

发布时间：2020-06-19 12:47

【摘要】：智能变电站采用光缆取代大量的电缆接线,使用GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)、SV(Sampled Value)等网络,完成IED(Intelligent Electronic Devices)间过程层的信息传递。为了方便智能变电站的设计、调试和运维,国内提出了虚端子的概念。现阶段,国内智能变电站虚端子连接工作主要依靠设计院人员手动完成,工作量大,时间长且容易出错,对智能变电站的安全运行造成隐患。因此采用计算机自动连接智能变电站IED间的虚端子成为了当前的研究方向。由于智能变电站内的IED种类型号繁多,不同设备生产厂家对同一类型的虚端子表示形式不一,而且虚端子连接的规则十分复杂,使用传统的字符串匹配方法实现虚端子自动连接存在巨大的困难。随着机器学习技术的发展和实际运行的智能变电站数量的增加,为使用机器学习方法学习智能变电站虚端子连接规则创造了条件。本文主要工作内容如下:1)针对智能变电站二次设备种类和数量较多、相互连接复杂的问题,本文提出了基于智能变电站电气间隔和IED功能的二次设备关联模板库。通过电气间隔和IED功能划分二次设备间隔,给出了典型二次间隔的相关IED的配置和逻辑信息流图,得到二次设备关联模板库。从而将全站虚端子连接问题分解为相连IED间的虚端子匹配问题。2)针对当前设计院的虚端子连接严重依赖于设计人员对智能变电站虚连接的熟悉程度的弊端,本文提出了基于k近邻学习(k-Nearest Neighbor,kNN)的虚端子自动匹配方法,实现IED间的虚端子的自动连接。该方法利用已有智能变电站SCD文件中获取虚连接信息作为样本集,将接收IED的输入虚端子和与之相连的发送IED的输出虚端子的虚端子组合作为测试数据,通过计算测试数据与样本集的距离,再使用投票方法选取合适的虚端子组合作为自动匹配结果。同时给出了自动匹配结果的可信度计算方法。3)针对不同设备生产厂家对同一类型的虚端子表示形式不一的问题,同时为了获取合适的kNN学习方法中的虚连接距离度量,本文提出了基于权重向量优化的方法对虚连接距离进行计算。通过分析虚连接组成成分的特征,引入智能变电站的专业知识,计算虚连接组成属性的距离,同时利用已有智能变电站虚连接信息,构建了距离权重向量优化模型,并通过粒子群优化算法进行求解,获得可以表示待匹配IED虚连接特征的距离权重向量,从而得到了用于kNN的合适的距离。4)最后本文基于实际智能变电站对提出的智能变电站虚端子自动连接方法进行测试,并给出测试指标进行分析。算例结果表明,该方法可以准确实现虚端子的自动连接,有效减轻变电站建设的工作量,提高虚端子的设计质量。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM63
【图文】：

示意图,工程配置,过程,示意图

图 1-2 IEC61850 工程配置过程示意图Fig. 1-2 IEC61850 project configuration process diagram外研究现状虚端子连接研究，国外智能变电站的虚连接没有专门的设计单位，也没有虚端子国等电力公司采用设备厂商成套设计模式，不需要额外的设计站 SCD 文档的设计主要依靠厂商通过配置工具完成。其中较工具包括 SCL Manager 和 Visual SCL for IEC 61850 等。国外流程：首先由设备厂商使用设备配置工具生成设备的 ICD 文件电站主接线图及功能配置，生成系统规格描述文件 SSD；系统获得装置的 ICD 文件，并导入到系统配置工具，完成所有装置，得到全站配置文件 SCD；设备厂商将配置好以后的 SCD 文件置工具中，生成装置配置描述文件 CID，并下载到装置中，完

跳闸和采样值互操作性，都取得了成功[19]。1.3.2 国内虚端子连接研究国内对智能变电站二次系统虚端子的连接方法进行了大量的研究，根据具体实现方式主要分为三种：1、表格结合拖动的方法；2、基于图形化模型的可视化设计方法；3、自动连接方法。（1）表格结合拖动的方法设计院中虚端子的连接结果采用虚端子表（如图 1-3）的形式。早期设计人员由于设计工具不完善，所以采用直接绘制虚端子表完成虚端子设计工作。该方法工作量极大，设计效率低。表格拖动方法采用设计人员手动拖动 IED 的虚端子生成虚端子表，效率比直接绘制虚端子表略有提升。以一个 500kV 断路器保护 IED的 GOOSE 虚端子作为例子，这个虚端子有两个配置步骤：首先拖动智能终端 IED的“A 相开关位置”发送虚端子到表格中，然后拖动断路器保护 IED 的“A 相开关位置”接收虚端子到表格中。经过上述两个步骤完成一个 GOOSE 虚端子的连线。

【参考文献】