0 引 言

繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定影響重大，需要對(duì)繼電保護(hù)裝置功能、定值、回路接線等進(jìn)行定期的測(cè)試[1-4]，傳統(tǒng)的測(cè)試方法需要繼保人員去現(xiàn)場(chǎng)斷開電壓、電流回路，外加模擬量，工作效率低，并且人工檢驗(yàn)容易造成開關(guān)誤動(dòng)等安全隱患。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，智能變電站的比例越來越多，為繼電保護(hù)遠(yuǎn)程測(cè)試提供了基礎(chǔ)。因此，研究智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試方法具有重要意義。

目前，對(duì)智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試已有相關(guān)研究。文獻(xiàn)[5]產(chǎn)生的同步信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，輸出大電流用于繼電保護(hù)和故障錄波等功能的驗(yàn)證；文獻(xiàn)[6]建立了不同的故障模型，通過長(zhǎng)短時(shí)記憶的方法，對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行故障診斷；文獻(xiàn)[7]為提升繼電保護(hù)的測(cè)試效率，建立了過程層網(wǎng)絡(luò)的

模型數(shù)據(jù)、報(bào)文發(fā)布訂閱等模型，基于以上模型提出了缺陷定位的方法；文獻(xiàn)[8]通過自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理的方法解決了繼電保護(hù)功能測(cè)試線性功率放大

器的非線性問題。

本文設(shè)計(jì)了基于自主可控技術(shù)的智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試方法。首先，給出了系統(tǒng)的總體構(gòu)架以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架；利用自主可控的DL/T860 協(xié)議、復(fù)雜事件處理算法和告警關(guān)聯(lián)分析引擎機(jī)制處理測(cè)試中產(chǎn)生的告警信息；建立了智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能仿真測(cè)試技術(shù)模型，*后，利用智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試方法對(duì)采樣正確性和回路完整性進(jìn)行了校驗(yàn)。

1 智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試總體構(gòu)架

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

遠(yuǎn)程智能測(cè)試系統(tǒng)有遠(yuǎn)端主站和站內(nèi)測(cè)試終端組成，其中主站部署在集控中心或相關(guān)機(jī)構(gòu)的機(jī)房；在廠站端，不改動(dòng)站內(nèi)原有網(wǎng)絡(luò)與配置的情況下，部署一個(gè)或多個(gè)專用站內(nèi)測(cè)試終端，接入過程層和站控層（可考慮參照故障錄波模式，每個(gè)電壓等級(jí)安裝一臺(tái)終端子機(jī)，主控室內(nèi)安裝終端主機(jī)）；站內(nèi)終端通過隔離/加密設(shè)備接入遠(yuǎn)方主站。主站端與測(cè)試終端采用保持型的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，即主站端向測(cè)試終端發(fā)出控制指令，由測(cè)試終端自主完成指令。

主站端主要進(jìn)行監(jiān)視、必要時(shí)干預(yù)的模式，實(shí)現(xiàn)測(cè)試終端的無人控制。智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備需要支持 IEC 61850 第 2 版中定義的基于 MOD 的報(bào)文處

理方式及出口接點(diǎn)是否動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)[9-11]。其中合并單元及智能終端需要支持特定報(bào)文的透明轉(zhuǎn)發(fā)。如圖 1所示。

遠(yuǎn)端主站軟件功能主要包括：設(shè)備管理、測(cè)試管理、臺(tái)賬管理、報(bào)告下載、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、權(quán)限管理和子站管理等。如圖 2 所示。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

現(xiàn)有模式下，智能變電站保護(hù)常規(guī)測(cè)試，需要工作人員攜帶數(shù)字化測(cè)試儀，采用在現(xiàn)場(chǎng)接線的方式進(jìn)行保護(hù)測(cè)試。本文提出的智能變電站則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)試，并且除了站內(nèi)測(cè)試終端接入過程層、站控層網(wǎng)絡(luò)外，不需要其他接線改動(dòng)，如圖 3 所示。

遠(yuǎn)程測(cè)試中，遠(yuǎn)端主站選擇待測(cè)裝置后，通過站間調(diào)度通道發(fā)送遠(yuǎn)程測(cè)試命令；站內(nèi)測(cè)試終端收到指令后，根據(jù)測(cè)試內(nèi)容，通過 MMS 網(wǎng)絡(luò)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行定值修改及壓板投退[12-13]，通過過程層網(wǎng)絡(luò)修改裝置 MOD；測(cè)試終端生成測(cè)試序列，合并單元透明轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試序列報(bào)文至待測(cè)保護(hù)；保護(hù)出口后，跳

閘命令發(fā)送至智能終端，智能終端發(fā)出反饋報(bào)文；站內(nèi)測(cè)試終端全周期監(jiān)視測(cè)試間隔相關(guān)報(bào)文，結(jié)合復(fù)雜二次系統(tǒng)交互事件的智能關(guān)聯(lián)分析方法，分析

出測(cè)試結(jié)果，并根據(jù)預(yù)置模板生成測(cè)試報(bào)告。站內(nèi)端測(cè)試終端作為站端部署的實(shí)時(shí)交換裝置，需要在安全性與可靠性進(jìn)行綜合考慮。

整個(gè)系統(tǒng)的部署嚴(yán)格遵守國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息安全的相關(guān)規(guī)范，遵循下四個(gè)原則：縱向認(rèn)證、橫向隔離、網(wǎng)絡(luò)專用、安全分區(qū)。站內(nèi)測(cè)試終端處于 II 區(qū)網(wǎng)絡(luò)，與保信子站，網(wǎng)分，在線監(jiān)測(cè)相同。與部署在 III 區(qū)的遠(yuǎn)程主站經(jīng)過縱向加密完成數(shù)據(jù)安全交互。與繼電保護(hù)裝置交換是 GOOSE、SMV以及 MMS 的報(bào)文接收分析與數(shù)據(jù)仿真模擬。對(duì)于測(cè)試終端的數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性與正確性有極高的要求。本文將采用 FPGA 處理核心的架構(gòu)[14-17]，能夠滿足整個(gè)間隔設(shè)備的接收與發(fā)送。完全滿足 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，通過 UCA 一致性檢測(cè)與認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)交互正確性。

2 變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自主可控的 DL/T860 協(xié)議

DL/860 等同于 IEC 61850，自主可控。文中參考 IEC 61850 第 2 版中關(guān)于仿真報(bào)文、MOD 控制及數(shù)據(jù)接收反饋等內(nèi)容進(jìn)行二次設(shè)備的改造。本文中僅改動(dòng)二次設(shè)備軟件部分。若難以實(shí)現(xiàn)針對(duì)實(shí)際二次設(shè)備的必要改造，也可以仿真軟件模塊的形式來支持相關(guān)的必要功能，以保證全系統(tǒng)的功能完整性。

為減少裝置的改造內(nèi)容并盡量不增加裝置負(fù)擔(dān)，測(cè)試序列報(bào)文由站內(nèi)測(cè)試終端生成，通過過程層交換機(jī)發(fā)送至合并單元，合并單元識(shí)別到此報(bào)文后，透明轉(zhuǎn)發(fā)至和保護(hù)通信的光纖通道上。在驗(yàn)證裝置間光纖物理回路的同時(shí)驗(yàn)證保護(hù)功能的正確性。改造后的裝置支持 MOD 模式控制、可識(shí)別仿真報(bào)文、可反饋接收到的數(shù)據(jù)信息。表 1 展示了 IED將如何根據(jù)自己 MOD 狀態(tài)來處理不同 q 值的GOOSE 及 SMV 報(bào)文。表 2 展示了 IED 的輸出節(jié)點(diǎn)將如何根據(jù) IED 的 MOD 值來判斷是否出口。因此，在全站 IED 支持 IEC 61850 第 2 版的情況下，遠(yuǎn)程智能測(cè)試更容易，因?yàn)樗?IED 將處理（或忽略）接收到的報(bào)文消息。這將確保系統(tǒng)中不會(huì)因 IED 錯(cuò)誤邏輯或 IED 的配置錯(cuò)誤而產(chǎn)生誤動(dòng)或誤跳。同時(shí)IEC 61850 中規(guī)定，接收?qǐng)?bào)文 IED 收到報(bào)文后，應(yīng)該發(fā)出反饋報(bào)文。文中將借用此模式，對(duì) IED 模型進(jìn)行修改，兼容 IEC 61850 第 2 版中關(guān)于 MOD 的報(bào)文處理方式。為保證在不影響保護(hù)正常運(yùn)行的情況下完成測(cè)試，需要 IED 設(shè)備支持雙套 LN 節(jié)點(diǎn)，即正常運(yùn)行節(jié)點(diǎn)和測(cè)試節(jié)點(diǎn)。

2.2 復(fù)雜事件處理算法和告警關(guān)聯(lián)分析引擎機(jī)制

文中利用基于數(shù)據(jù)模型的實(shí)時(shí)復(fù)雜事件處理算法 RT CEP（Real Time Complex Event Processing）[18-19]和智能型的告警關(guān)聯(lián)分析引擎機(jī)制 ACE（Alarm

Correlation Engine）[20-21]對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試過程中產(chǎn)生的告警信息進(jìn)行分析處理，將相關(guān)的指令、動(dòng)作、事件以及故障錄波數(shù)據(jù)等信息按時(shí)序進(jìn)行智能化分析、排序，實(shí)現(xiàn)高可視化展示與重演，實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作的正確判別。

復(fù)雜事件處理算法通過事件模式識(shí)別，把對(duì)特定事件的查詢請(qǐng)求與相應(yīng)的一般化算法相映射，從復(fù)雜的事件流中提取需要的時(shí)間信息。查詢條件預(yù)先設(shè)置，連續(xù)優(yōu)化查詢處理，得到有價(jià)值的事件信息，事件處理代理的接口定義如圖 4 所示。

Fig.4 Interface definition of event handling agent事件處理代理(Event Processing Agent，EPA)作為 CEP 的引擎，獨(dú)立進(jìn)行封裝處理。外部的需要處理的復(fù)雜事件流輸入到 EPA，內(nèi)部事先進(jìn)行了相關(guān)設(shè)定，對(duì)輸入的復(fù)雜事件流進(jìn)行處理。本 EPA 同時(shí)可作為另一個(gè) EPA 的事件流輸入，不同節(jié)點(diǎn)之間的約束則由約束規(guī)則進(jìn)行說明和定義。計(jì)算機(jī)中可分布式部署多個(gè) EPA 節(jié)點(diǎn)，相互協(xié)同處理事件流，不同 EPA 節(jié)點(diǎn)之間配合處理設(shè)定的目標(biāo)任務(wù)，通過此種方法可提高處理能力。

告警關(guān)聯(lián)分析則通過對(duì)在繼電保護(hù)功能測(cè)試中的告警信息進(jìn)行分析，對(duì)其中的規(guī)則進(jìn)行判別分析，為測(cè)試結(jié)果的分析奠定基礎(chǔ)，基于參數(shù)自適應(yīng)的告警關(guān)聯(lián)分析算法流程如圖 5 所示。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)獲得的原始告警信息中的重復(fù)部分、冗余部分和信息不完整的部分進(jìn)行刪除，根據(jù)告警信息的流速動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間窗的寬度從而能夠自適應(yīng)的提取繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試時(shí)產(chǎn)生的告警信息。關(guān)聯(lián)挖掘算法中支持度參數(shù)的調(diào)整則通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行解決，將挖掘到的關(guān)聯(lián)規(guī)則作為獎(jiǎng)懲信號(hào)，并以此信號(hào)對(duì)支持度進(jìn)行調(diào)整。告警規(guī)則推理時(shí)，啟發(fā)式鏈接標(biāo)注匹配算法加速新的告警信息的匹配，以獲取根源信息。

3 智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能仿真測(cè)試方法

3.1 繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能仿真測(cè)試流程

工作人員在主站端選擇需要遠(yuǎn)程測(cè)試的設(shè)備，選定測(cè)試間隔及測(cè)試內(nèi)容，遠(yuǎn)端下發(fā)遠(yuǎn)程測(cè)試命令，站內(nèi)終端收到命令后，根據(jù)測(cè)試內(nèi)容更改裝置MOD；根據(jù)測(cè)試內(nèi)容修改對(duì)應(yīng)保護(hù)定值及壓板；站內(nèi)終端生成測(cè)試序列，發(fā)送仿真 SMV 報(bào)文至合并單元以及仿真 GOOSE 至智能終端；合并單元把收到的 SMV透明轉(zhuǎn)發(fā)至保護(hù)，智能終端把收到的 GOOSE 透明轉(zhuǎn)發(fā)至保護(hù)裝置，保護(hù)裝置反饋報(bào)文是否接收成功；保護(hù)裝置確認(rèn)收到仿真報(bào)文，反饋報(bào)文已接收，并正確動(dòng)作，輸出屬性為 sim 的動(dòng)作報(bào)文至智能終端；智能終端反饋已收到報(bào)文，若 mod=test & blocked，不會(huì)實(shí)際出口，若要驗(yàn)證跳合閘回路和使智能終端

mod=test,實(shí)際跳合閘；恢復(fù)裝置壓板控制字；根據(jù)定檢內(nèi)容依次測(cè)試保護(hù)功能并生成測(cè)試報(bào)告，并上傳至遠(yuǎn)方主站，如圖 6 所示。

3.2 “一鍵式”保護(hù)仿真測(cè)試技術(shù)

文中需要站內(nèi)測(cè)試終端具備“一鍵式”保護(hù)測(cè)試功能，方便繼電保護(hù)工作人員在主站端對(duì)站內(nèi)繼電保護(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制測(cè)試。通過“一鍵式”保護(hù)仿真測(cè)試功能直接啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)站內(nèi)測(cè)試終端啟動(dòng)測(cè)試程序，并且站內(nèi)繼電保護(hù)的測(cè)試結(jié)果可以反饋至“一鍵式”保護(hù)測(cè)試功能模塊，用于工作人員查看繼電保護(hù)測(cè)試結(jié)果是否正常?！耙绘I式”保護(hù)測(cè)試功能模塊和站內(nèi)被測(cè)試的繼電保護(hù)裝置采用的協(xié)議為站控層 MMS 協(xié)議，以單播通信的方式進(jìn)行信息的交互。保護(hù)測(cè)試控制量的發(fā)送、站內(nèi)繼電保護(hù)產(chǎn)生的相關(guān)動(dòng)作報(bào)文、開關(guān)的分合位置遙信等都通過此協(xié)議傳輸。其模塊具體劃分如圖 7 所示：

其中對(duì)于報(bào)告生成模塊的作用，在對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試完畢后，需要根據(jù)測(cè)試結(jié)果生成測(cè)試報(bào)告，可根據(jù)需要打印測(cè)試報(bào)告；管理模塊主要管理相關(guān)程序文件；用例管理模塊則對(duì)提前設(shè)計(jì)好的用于繼電保護(hù)測(cè)試的各種故障類型進(jìn)行保存管理，并在測(cè)試時(shí)將故障類型加載至相關(guān)模塊；對(duì)于用例編輯模塊，可以根據(jù)不同的測(cè)試需求編輯不同的測(cè)試用例；對(duì)于通信模塊，不同原理的繼電保護(hù)裝置需要和其他的繼電保護(hù)裝置、合并單元、智能終端、廠站的測(cè)試終端、主站的測(cè)試終端進(jìn)行交互，需要通過此模塊進(jìn)行通信傳輸；對(duì)于執(zhí)行控制模塊，則負(fù)責(zé)執(zhí)行繼電保護(hù)測(cè)試人員發(fā)出的測(cè)試命令，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)測(cè)試的結(jié)果按照事先規(guī)定的判別方法進(jìn)行判別。

“一鍵式”繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試流程如圖 8 所示。對(duì)于線路、變壓器等不同設(shè)備，不通電壓等級(jí)保護(hù)的功能不同，但基本原理及流程類似。首先，把保護(hù)的出口壓板退出，然后按照預(yù)先設(shè)定的測(cè)試用例進(jìn)行繼電保護(hù)的功能測(cè)試，將需要測(cè)試的保護(hù)功能壓板投入，并按照用例中設(shè)定的測(cè)試定值進(jìn)行寫入，根據(jù)輸入的測(cè)試定值，將相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行輸出，并通過修改測(cè)試量的定值，對(duì)不同的輸入量進(jìn)行輸出，直至對(duì)保護(hù)相關(guān)功能測(cè)試完畢，生成測(cè)試結(jié)果報(bào)告以便于繼電保護(hù)測(cè)試人員的查看，*后，恢復(fù)電氣設(shè)備的正常保護(hù)設(shè)置。

3.3 保護(hù)配置參數(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)試方法

對(duì)于保護(hù)配置參數(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)試則需要對(duì)相關(guān)的定值參數(shù)、通信參數(shù)、變電站配置文件等進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，通過對(duì)比基準(zhǔn)值，如果相對(duì)于基準(zhǔn)值有較大的誤差，繼電保護(hù)遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)能給出相應(yīng)的告警提示，便于繼電保護(hù)校驗(yàn)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。保護(hù)配置參數(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)試方法如圖 9 所示。

4 智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測(cè)試采樣和回路校驗(yàn)

4.1 模擬量采樣驗(yàn)證的遠(yuǎn)程測(cè)試方法

為了檢修過程不停電，文中通過過程層網(wǎng)絡(luò)采集所有間隔合并單元發(fā)送的 SV 報(bào)文，通過對(duì)比其他間隔和檢測(cè)間隔 SV 采樣值，判斷保護(hù)模擬量采樣回

路完好性和采樣數(shù)據(jù)正確性，SV 報(bào)文傳輸如圖 10所示。