0 引 言

繼電保護(hù)裝置的正確動作對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定影響重大，需要對繼電保護(hù)裝置功能、定值、回路接線等進(jìn)行定期的測試[1-4]，傳統(tǒng)的測試方法需要繼保人員去現(xiàn)場斷開電壓、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)程智能測試方法具有重要意義。

目前，對智能變電站繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測試已有相關(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，通過長短時記憶的方法，對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行故障診斷；文獻(xiàn)[7]為提升繼電保護(hù)的測試效率，建立了過程層網(wǎng)絡(luò)的

模型數(shù)據(jù)、報文發(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)功能測試線性功率放大

器的非線性問題。

本文設(shè)計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)程智能測試方法對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)程智能測試總體構(gòu)架

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

遠(yuǎn)程智能測試系統(tǒng)有遠(yuǎn)端主站和站內(nèi)測試終端組成，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，不改動站內(nèi)原有網(wǎng)絡(luò)與配置的情況下，部署一個或多個專用站內(nèi)測試終端，接入過程層和站控層（可考慮參照故障錄波模式，每個電壓等級安裝一臺終端子機(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。主站端與測試終端采用保持型的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，即主站端向測試終端發(fā)出控制指令，由測試終端自主完成指令。

主站端主要進(jìn)行監(jiān)視、必要時干預(yù)的模式，實(shí)現(xiàn)測試終端的無人控制。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 的報文處

理方式及出口接點(diǎn)是否動作的標(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、測試管理、臺賬管理、報告下載、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計報表、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)測試，需要工作人員攜帶數(shù)字化測試儀，采用在現(xiàn)場接線的方式進(jìn)行保護(hù)測試。本文提出的智能變電站則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測試，并且除了站內(nèi)測試終端接入過程層、站控層網(wǎng)絡(luò)外，不需要其他接線改動，如圖 3 所示。

遠(yuǎn)程測試中，遠(yuǎn)端主站選擇待測裝置后，通過站間調(diào)度通道發(fā)送遠(yuǎn)程測試命令；站內(nèi)測試終端收到指令后，根據(jù)測試內(nèi)容，通過 MMS 網(wǎng)絡(luò)對相關(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；測試終端生成測試序列，合并單元透明轉(zhuǎn)發(fā)測試序列報文至待測保護(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)出反饋報文；站內(nèi)測試終端全周期監(jiān)視測試間隔相關(guān)報文，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

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

整個系統(tǒng)的部署嚴(yán)格遵守國家電網(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 的報文接收分析與數(shù)據(jù)仿真模擬。對于測試終端的數(shù)據(jù)處理的時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。本文中僅改動二次設(shè)備軟件部分。若難以實(shí)現(xiàn)針對實(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)，測試序列報文由站內(nèi)測試終端生成，通過過程層交換機(jī)發(fā)送至合并單元，合并單元識別到此報文后，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、可識別仿真報文、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)程智能測試更容易，因?yàn)樗?IED 將處理（或忽略）接收到的報文消息。這將確保系統(tǒng)中不會因 IED 錯誤邏輯或 IED 的配置錯誤而產(chǎn)生誤動或誤跳。同時IEC 61850 中規(guī)定，接收報文 IED 收到報文后，應(yīng)該發(fā)出反饋報文。文中將借用此模式，對 IED 模型進(jìn)行修改，兼容 IEC 61850 第 2 版中關(guān)于 MOD 的報文處理方式。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]對繼電保護(hù)測試過程中產(chǎn)生的告警信息進(jìn)行分析處理，將相關(guān)的指令、動作、事件以及故障錄波數(shù)據(jù)等信息按時序進(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)動作的正確判別。

復(fù)雜事件處理算法通過事件模式識別，把對特定事件的查詢請求與相應(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，對輸入的復(fù)雜事件流進(jìn)行處理。本 EPA 同時可作為另一個 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。計算機(jī)中可分布式部署多個 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)分析則通過對在繼電保護(hù)功能測試中的告警信息進(jìn)行分析，對其中的規(guī)則進(jìn)行判別分析，為測試結(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)告警信息的流速動態(tài)調(diào)整時間窗的寬度從而能夠自適應(yīng)的提取繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能測試時產(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)則作為獎懲信號，并以此信號對支持度進(jìn)行調(diào)整。告警規(guī)則推理時，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)程智能仿真測試方法

3.1 繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能仿真測試流程

工作人員在主站端選擇需要遠(yuǎn)程測試的設(shè)備，選定測試間隔及測試內(nèi)容，遠(yuǎn)端下發(fā)遠(yuǎn)程測試命令，站內(nèi)終端收到命令后，根據(jù)測試內(nèi)容更改裝置MOD；根據(jù)測試內(nèi)容修改對應(yīng)保護(hù)定值及壓板；站內(nèi)終端生成測試序列，發(fā)送仿真 SMV 報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)裝置反饋報文是否接收成功；保護(hù)裝置確認(rèn)收到仿真報文，反饋報文已接收，并正確動作，輸出屬性為 sim 的動作報文至智能終端；智能終端反饋已收到報文，若 mod=test & blocked，不會實(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)容依次測試保護(hù)功能并生成測試報告，并上傳至遠(yuǎn)方主站，如圖 6 所示。

3.2 “一鍵式”保護(hù)仿真測試技術(shù)

文中需要站內(nèi)測試終端具備“一鍵式”保護(hù)測試功能，方便繼電保護(hù)工作人員在主站端對站內(nèi)繼電保護(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制測試。通過“一鍵式”保護(hù)仿真測試功能直接啟動現(xiàn)場站內(nèi)測試終端啟動測試程序，并且站內(nèi)繼電保護(hù)的測試結(jié)果可以反饋至“一鍵式”保護(hù)測試功能模塊，用于工作人員查看繼電保護(hù)測試結(jié)果是否正常?！耙绘I式”保護(hù)測試功能模塊和站內(nèi)被測試的繼電保護(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)測試控制量的發(fā)送、站內(nèi)繼電保護(hù)產(chǎn)生的相關(guān)動作報文、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：

其中對于報告生成模塊的作用，在對繼電保護(hù)測試完畢后，需要根據(jù)測試結(jié)果生成測試報告，可根據(jù)需要打印測試報告；管理模塊主要管理相關(guān)程序文件；用例管理模塊則對提前設(shè)計好的用于繼電保護(hù)測試的各種故障類型進(jìn)行保存管理，并在測試時將故障類型加載至相關(guān)模塊；對于用例編輯模塊，可以根據(jù)不同的測試需求編輯不同的測試用例；對于通信模塊，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、廠站的測試終端、主站的測試終端進(jìn)行交互，需要通過此模塊進(jìn)行通信傳輸；對于執(zhí)行控制模塊，則負(fù)責(zé)執(zhí)行繼電保護(hù)測試人員發(fā)出的測試命令，并對現(xiàn)場繼電保護(hù)測試的結(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)自動測試流程如圖 8 所示。對于線路、變壓器等不同設(shè)備，不通電壓等級保護(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)定的測試用例進(jìn)行繼電保護(hù)的功能測試，將需要測試的保護(hù)功能壓板投入，并按照用例中設(shè)定的測試定值進(jìn)行寫入，根據(jù)輸入的測試定值，將相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行輸出，并通過修改測試量的定值，對不同的輸入量進(jìn)行輸出，直至對保護(hù)相關(guān)功能測試完畢，生成測試結(jié)果報告以便于繼電保護(hù)測試人員的查看，*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)程測試方法

對于保護(hù)配置參數(shù)的遠(yuǎn)程測試則需要對相關(guān)的定值參數(shù)、通信參數(shù)、變電站配置文件等進(jìn)行測試對比，通過對比基準(zhǔn)值，如果相對于基準(zhǔn)值有較大的誤差，繼電保護(hù)遠(yuǎn)程測試系統(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)程智能測試采樣和回路校驗(yàn)

4.1 模擬量采樣驗(yàn)證的遠(yuǎn)程測試方法

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 報文，通過對比其他間隔和檢測間隔 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 報文傳輸如圖 10所示。