智能电网实训室建设项目研究报告.docx
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智能电网实训室建设项目研究报告
220kV 智能化变电站继电保护实验室
建设可行性研究报告
新疆电力公司
2012 年 8 月
220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
一、项目概况 .................................................................................................................2
1.国内外研究水平综述 .............................................................................................2
1.1 与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾 .......................................2
1.2 国内外研究水平的现状和发展趋势 .......................................................................2
1.3 介绍国内外研究机构对本项目的研究情况 ...........................................................3
2.国内外研究水平综述 .............................................................................................4
2.1 与项目研究内容紧密相关的实际生产力水平和今后的发展方向 .......................4
2.2 项目成果对该现状和技术发展的作用 ...................................................................4
二、项目研究的理论与实践依据 .................................................................................5
1.项目研究内容的原理简述 .....................................................................................5
2.项目研究的关键和难点 .........................................................................................7
三、项目研究内容与实施方案 .....................................................................................8
1.项目研究内容 .........................................................................................................8
2.理论研究步骤 .........................................................................................................9
3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系 ...............................................10
4.主要研究及培训项目 ...........................................................................................11
四、技术原理 ...............................................................................................................12
1.模型检测 ...............................................................................................................12
2.IEC61850 通信测试 .............................................................................................13
3.IEC61850 服务器端通信服务模拟 .....................................................................14
4.IEC61850 通信记录分析 .....................................................................................15
五、项目完成情况 .......................................................................................................17
六、资金使用情况（资金预算不确定） ...................................................................18
七、实训室主要特点和创新 .......................................................................................18
八、效益分析 ...............................................................................................................20
九、成果应用和推广的途径 .......................................................................................20
十、项目推广前景和价值 ...........................................................................................22
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
一、 项目概况
1. 国内外研究水平综述
1.1 与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾
近几年，智能变电站的建设主要是试点工程，重点研究新技术
及新设备的工程化应用，发现了很多工程实施方面的问题，为以
后的推广应用积累了很多宝贵的经验。
这些问题主要体现在智能
变电站新技术及新设备的工程应用中，缺乏适用的测试和运行维
护方面的规范，以及相应的测试方法、设备，无法有效保证设计、
工程实施、运行维护等环节的正确性，难于提高智能变电站的建
设效率。
1.2 国内外研究水平的现状和发展趋势
在智能变电站二次设备建模方面，各厂家在建模的一些细节上
以及扩展原则方面存在差异，或存在不规范情况，也未根据最新
的IEC 61850国际规范进行修订。
在一致性测试方面，国内外都意
识到单纯模型和服务的一致性测试无法保证设备的互操作性，所
以正在研究和制定基于功能集成的一致性测试规范，但还没有涉
及系统级性能方面的测试。
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
智能变电站的数字化和网络化，尤其是GOOSE和SV的正确性、
稳定性、安全性是工程实施及运行维护的重点之一。
二次回路采
用虚端子连线设计，不够直观，容易出错，且虚端子格式及连线
缺乏相应的规范，测试困难。
随着智能变电站的建设和发展，新技术及新设备将会得到大量
的推广和应用，在工程实施及运行维护方面、具有指导意义的检
测流程，以及直观、高效的测试方法和设备，是急需的也是必然
的。
这些方面的规范化、智能化也是智能电网的发展目标之一。
1.3 介绍国内外研究机构对本项目的研究情况
国外智能变电站工程实践落后于国内，尤其在过程层的网络通
信大部分处于研究或少量应用中。
KEMA实验室是IEC 61850的国际
认证机构，主要做模型和服务的一致性测试，以及IEC 61850的服
务模拟和抓包分析，这些测试和分析针对性和专业性强，不够直
观，效率低，不适合在实际工程中使用；所有的测试都是基于IEC
61850国际标准，缺少对国内相应实施规范的支持。
OMICRON公
司主要研究和制造测试仪器，提供数字化的测试仪及配套的测试
工具，具有GOOSE和SV的测试功能，没有专门针对虚端子连线的
高效、可视化的测试功能
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
2. 国内外研究水平综述
2.1 与项目研究内容紧密相关的实际生产力水平和今后的发展方向
目前国家智能电网使用健全的双路通信、高级的传感器和分布
式计算机的电力传输与分配网络。
通过先进的传感和测量技术、
先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术
的应用，最终用以改善电力传送，实现电网的可靠、安全、经济、
高效、环境友好和使用安全的目标。
智能变电站的建设是建立坚
强智能电网的关键环节，应加快智能变电站建设的步伐，提高电
网运行的智能化水平，节省人力资源，提高生产效率。
为了满足
这些要求，需要对使用的新技术和设备进行严格的检测，来尽可
能的保证运行的稳定性、安全性，同时提高工作效率。
2.2 项目成果对该现状和技术发展的作用
智能变电站与传统变电站相比出现了很多新的技术和变化，尤
其是过程层数字化、通信网络化及标准化、信息模型化，影响到
了智能变电站的设计、工程实施和运行维护等多个环节，使得传
统的测试手段及设备不能满足智能变电站及其设备的测试需要。
另一方面，智能变电站所采用的IEC 61850标准技术面向国际化的
特点及其复杂性，不同的设备供应商对其理解和实现存在差异，
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
影响了互联互通，由于缺乏相应的工程化规范及方便、直观的测
试手段，使得问题的排查非常困难。
基于上述考虑，本项目通过对智能变电站实验室建设及检测的
研究，建立二次系统设备及网络的检测平台，提高设备互操作性，
加快智能变电站及其技术的发展及普及，提高工程实施及运行维护
的效率和水平，为后续智能变电站的建设提供技术支撑；实验室也
可作为相关工作人员和技术人员的培训和研究平台。
同时智能电网
发展会不断有新需求和新技术研究，可在本项目的研究成果基础上
开展前期技术积累与实践工作，为后续大规模推广应用做好技术储
备，提升专业人员对智能电网建设的认识，进一步提高专业人员业
务能力，培养一批适应智能电网建设的复合型人才，为今后智能变
电站建设打下坚实的基础。
二、 项目研究的理论与实践依据
1. 项目研究内容的原理简述
主要依据IEC 61850标准及国内相关规范，分析并搜集智能变电
站应用中存在的问题和检测需求，形成实验室建设方案，包括规
模、需要配置的变电站设备和检测设备。
在模型、通信服务及功
能的检测和模拟方面，除依据相应标准进行严格检测外，还需要
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
重点研究和实现面向工程应用的功能性测试，使检测功能易用、
高效。
项目研究内容的理论或者实践依据
主要参考：
《IEC 61850》
《DL/T 860》
《TCP/IP》
《RFC 1006》
《ISO 9506》（MMS）
《ASN.1》
《智能变电站导则》Q/GDW 383
2. 项目研究的关键和难点
1）、IEC 61850 中针对二次设备模型定义了相对比较复杂的
建模规范，而在实际工程应用中经常发现设备的模型存在错误或
不规范的情况，影响了设备的互操作性，因此需要研究更为适用
和更有效的模型检测方法和手段，能够快速的发现模型存在的问
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题，并给出分析建议；国内发布了面向工程的实施规范，目的是
为了减少工程应用中不必要的分歧或问题，有效提高工程实施效
率，这也是模型检测研究的关键内容之一。
2）、智能变电站信息数字化和通信网络化后，二次回路设计
发生了很大变化，由传统的硬连线变为基于模型和通信报文的虚
回路设计，即虚端子连线，使设计、工程实施和运行维护的难度
加大。
目前还缺乏具有指导性的二次回路连线设计规范和方法，
以及连线正确性的测试手段。
本项目针对这些问题主要研究如何
进行有效且便捷的虚端子连线正确性测试。
3）、智能变电站网络化程度提高，出现了很多网络通信方面
的问题，甚至有些复杂的通信问题无法复现、测试和分析。
本项
目通过多方面研究，包括通信服务及功能的测试、模拟，以及网
络通信的监视和分析，实现更加方便和直观的通信测试及分析工
具。
三、 项目研究内容与实施方案
1. 项目研究内容
1）、智能变电站实验室的建设：
研究并确定建设方案，包括
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实验室的规模、需要配置的设备，所具备的检测、培训等功能。
实验室规模根据实际需求按照典型智能变电站设计，配置主要常
用设备，设备数量少，但涉及全面，能够对各厂家二次设备进行
检测。
建成的实验室具备对相关工作人员和技术人员的培训条件，
便于这些人员对智能变电站新的技术和设备的熟悉和掌握；配置
的检测工具和设备提供易用、便捷的检测功能和分析、提示视图，
使相关人员能够快速的熟悉对二次设备的检测；
2）、二次设备模型的检测研究，依据建模规范及工程实施规
范，实现对各厂家设备模型的规范性检测，输出检测结果，给出
处理建议；同时面向工程实施增加一些有助于提高工作效率、防
止潜在模型问题的检测功能，如数据集与控制块的匹配情况，点
表信息等。
3）、IEC 61850 通信及功能服务的测试和模拟，包括客户端/
服务器端通信、GOOSE通信、SV通信等。
依据MMS、GOOSE及SV
的通信规范，实现对这些通信服务及功能的测试和模拟。
在实现
方面，需要重点考虑面向功能的测试，分析视图直观，对通信中
存在的问题给以提示，使工具易于使用，提高工作效率；
4）、二次回路虚端子连线测试是将变电站的配置文件SCD中的
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
虚端子连接信息在工具中导入，然后模拟接收和发送，以检测连
接的正确性，确保投入运行的设备及配置的正确性，提高运行安
全稳定性。
5）、智能变电站网络通信记录及分析的研究是对试验过程中
整 个 网 络 通 信 过 程 的 监 视 、 记 录 、 存 储 和 分 析 ； 除 了 针 对 IEC
61850通信（MMS、GOOSE及SV）过程的规范性检测和分析外，
还依据如TCP/IP等规范进行深层次的分析，以便更加全面的网络分
析，有助于对复杂网络通信问题的排查。
分析功能除了详细、直
观的分析视图外，对通信中存在的问题显式提示，如通信的中断、
报文格式错误、重要报文如遥控报文的提示等，方便运行维护人
员快速的定位和分析通信中的问题。
2. 理论研究步骤
1）、对智能变电站实验室建设进行分析，提出建设方案；
2）、对设备模型检测进行分析，提出检测功能及技术方案；
3）、对通信服务及功能的实现及检测进行分析，提出检测功
能及技术方案；
4）、对网络通信记录分析系统进行分析，提出技术方案；
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
5）、全面分析和总结实验室建设及检测需求，设计总体方案；
6）、根据总体方案，进行设备配置、测试，以及检测工具的
开发；
7）、建设实验室，并提供各检测工具及设备；
8）、撰写研究报告；
9）、项目验收。
3. 理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系
通过对智能变电站建设，以及二次设备的模型、通信服务及功
能的检测技术研究，并建立完善的检测平台，实现对各厂家二次
设备的检测，帮助运行维护人员直观、高效的进行二次系统设备
及网络的功能、性能测试，快速定位、分析和诊断工程实施及运
行维护中出现的复杂问题，提高了工作效率、培训效果，提升了
相关专业技术人员的水平和智能变电站的检修、运行维护水平和
科研实验等。
4. 主要研究及培训项目
1 电子式互感器与常规互感器的不同原理、试验方法。
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
2 电子式互感器与常规互感器一次电流转换二次电流的精度。
3 比较常规保护与智能保护的采样精度。
4 模拟同一条线路发生故障时，常规保护与智能保护的动作时
间及动作逻辑的分析。
5 220kV 及以下等级微机保护装置、测控装置接线及运行维护。
6 220kV 及以下等级微机保护装置、测控装置及二次回路调试。
7 远动通道的安装、运行及故障排查。
8 变电站综合自动化系统安装、调试、运行维护。
9 变电站综合自动化系统使用。
10变电站综合自动化系统、远动系统异常及故障排查。
11数字化继电保护装置原理、配置（ICD）、调试、接口及
通信规约调试。
12智能变电站合并单元原理、配置、功能调试、接口及通信
规约调试。
13智能变电站智能终端原理、配置、功能调试、接口及通信
规约调试。
14智能变电站 GOOSE 网络调试与检修。
15智能变电站测控装置调试与检修。
16智能变电站站内通信及网络设备调试与检修。
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
17智能变电站后台监控系统的检修与调试。
18智能变电站数据处理及远传数据调试。
19智能变电站 GPS 的调试与检修。
20智能变电站配置 SCD 文件的使用维护。
四、 技术原理
1. 模型检测
变电站配置语言（SCL）定义了 IEC61850 模型（ICD/SCD/CID）
的格式规范、内容及扩展规则。
SCL 是基于 XML 标准的行业扩展，
根 据 SCL 定 义 的 SCHEMA ， 大 多 数 XML 解 析 器 都 可 以 实 现
ICD/SCD/CID 的格式良好性和 SCHEMA 合法性检测，其他的检测针
对模型内容和工程实施规范。
从 XML 角度，模型文件只是格式良好、SCHEMA 合法的文件，
但从 IEC61850 的角度，模型文件中的几乎每个节点内容都具有实际
意义，更多的是根据名称和内容格式综合判断，以实现检测的目的，
如虚端子规范定义了相关节点的名称和格式，就可以检测 ICD/CID
中虚端子的规范性；SCD 中虚端子的信息更丰富，按照标准/规范就
可以检测二次回路虚端子的定义、连接，并输出。
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
动态合法性检测基于标准定义的 ACSI 从装置获取模型，然后与
静态模型比对。
所使用的 ACSI 都是标准中规定为装置必须实现、支
持的，因此使通用、合理的。
2. IEC61850 通信测试
与模型的动态合法性检测类似，通信测试工具可以在线获取装置
的模型。
并按照 SCL 的定义形成模型树，为了使用的方便和关键技
术的突出，会对模型树面向功能做一些调整。
在测试工具和装置之间，通过对标准 ACSI 所定义的数据格式和
服务流程的支持，实现大多数 ACSI 映射到 MMS 的读写服务的可能
性。
通信测试包括 MMS/ACSI、GOOSE 和 SV。
这些测试严格遵循标
准定义，如通过标准的 ACSI 实现遥控、定值操作、录波等操作功能，
接收并分析装置上送的报告。
在智能变电站中，GOOSE 的可靠性尤为重要。
为了传输的可靠
性，GOOSE 在稳定状态下以较长的周期发布，如果发生变化，马上
发布，之后以较短的梯形时间周期发布（各厂家实现略有差异），
直到稳定状态下的周期发布。
这种发布机制是为了保证变化信息的
及时传输，提高 GOOSE 的快速性和可靠性。
另外，GOOSE 基于 VLAN
和优先级的网络传输，同样是为了保证 GOOSE 的快速性。
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220kV 智能化变电站继电保护实验室建设——研究报告
每个发布的 GOOSE 都有允许存活时间信息（类似于 IP 的 TTL 作
用），订阅者根据该时间检查 GOOSE 通信中断。
GOOSE 报文中有
状态序号和重发序号计数器，用于标识 GOOSE 的状态和发布情况，
如重发序号为 0 表示 GOOSE 变化，大于零表示为重发的报文。
测试
工具完整模拟 GOOSE 的发布机制，并对订阅的 GOOSE 按照同样的
机制进行分析和检测。
3. IEC61850 服务器端通信服务模拟
有时需要对监控系统等 IEC61850 客户端系统和设备进行对点和
服务测试，或者进行雪崩试验测试网络负荷情况及客户端处理能力
等。
通常这些测试需要实际的间隔层设备和测试仪才能完成，雪崩
测试则需要更多的设备。
准备这样一个测试环境并不是很方便，往
往是准备测试环境时间超出了实际测试的时间。
因此，有必要对间
隔层设备等服务器端通信服务进行模拟，并可以模拟置数，为上述
测试提供方便的途径。
IEC61850 服务器端通信服务模拟工具可模拟 IEC61850 服务器端
的通信服务，进行雪崩测试，也可以用于验证各厂家模型文件
（ICD/CID）的动态正确性；或者模拟信息、接受下行操作命令等，
对 IEC61850 客户端进行对点和服务测试等。
通过这些模拟功能，缩
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短工程调试周期，为工程实施带来最大便利。
4. IEC61850 通信记录分析
在智能变电站中，对网络传输的可靠性要求很高。
因此，通常会
针对实际情况，划分多个物理子网络，记录仪对所有这些网络上的
通信报文进行监视和记录，作为分析仪的原始报文数据。
交换机是非共享式的报文交换，一个目的明确的报文只发往“目的”
端口，而不是其他无关端口；“镜像”是指将一个端口的报文“复制”，
发往另一个端口（镜像口），需要通过交换机的镜像配置实现；原
理上，交换机的一个或多个端口可以被镜像到其他一个或多个端口；
很明显，复杂或过多的“镜像”会影响交换机性能；使用的交换机必须
支持镜像功能。
通过镜像后，所有报文就可以流经至记录仪的监视
网
升级会员 