0 引 言

繼電保護裝置的正確動作對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定影響重大，需要對繼電保護裝置功能、定值、回路接線等進行定期的測試[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，為繼電保護遠程測試提供了基礎(chǔ)。因此，研究智能變電站繼電保護遠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遠程智能測試已有相關(guān)研究。文獻[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和故障錄波等功能的驗證；文獻[6]建立了不同的故障模型，通過長短時記憶的方法，對繼電保護裝置進行故障診斷；文獻[7]為提升繼電保護的測試效率，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[8]通過自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理的方法解決了繼電保護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遠程智能測試方法。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遠程智能仿真測試技術(shù)模型，*后，利用智能變電站繼電保護遠程智能測試方法對采樣正確性和回路完整性進行了校驗。

1 智能變電站繼電保護遠程智能測試總體構(gòu)架

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

遠程智能測試系統(tǒng)有遠端主站和站內(nèi)測試終端組成，其中主站部署在集控中心或相關(guān)機構(gòu)的機房；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，主控室內(nèi)安裝終端主機）；站內(nèi)終端通過隔離/加密設(shè)備接入遠方主站。主站端與測試終端采用保持型的遠程監(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。

主站端主要進行監(jiān)視、必要時干預(yù)的模式，實現(xiàn)測試終端的無人控制。智能變電站繼電保護設(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)場接線的方式進行保護測試。本文提出的智能變電站則可實現(xiàn)遠程測試，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。

遠程測試中，遠端主站選擇待測裝置后，通過站間調(diào)度通道發(fā)送遠程測試命令；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；保護出口后，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時交換裝置，需要在安全性與可靠性進行綜合考慮。

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 一致性檢測與認證，確保數(shù)據(jù)交互正確性。

2 變電站繼電保護遠程智能測試關(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。若難以實現(xiàn)針對實際二次設(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)至和保護通信的光纖通道上。在驗證裝置間光纖物理回路的同時驗證保護功能的正確性。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，遠程智能測試更容易，因為所有 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正常運行的情況下完成測試，需要 IED 設(shè)備支持雙套 LN 節(jié)點，即正常運行節(jié)點和測試節(jié)點。

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

文中利用基于數(shù)據(jù)模型的實時復(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)分析引擎機制 ACE（Alarm

Correlation Engine）[20-21]對繼電保護測試過程中產(chǎn)生的告警信息進行分析處理，將相關(guān)的指令、動作、事件以及故障錄波數(shù)據(jù)等信息按時序進行智能化分析、排序，實現(xiàn)高可視化展示與重演，實現(xiàn)保護動作的正確判別。

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，獨立進行封裝處理。外部的需要處理的復(fù)雜事件流輸入到 EPA，內(nèi)部事先進行了相關(guān)設(shè)定，對輸入的復(fù)雜事件流進行處理。本 EPA 同時可作為另一個 EPA 的事件流輸入，不同節(jié)點之間的約束則由約束規(guī)則進行說明和定義。計算機中可分布式部署多個 EPA 節(jié)點，相互協(xié)同處理事件流，不同 EPA 節(jié)點之間配合處理設(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功能測試中的告警信息進行分析，對其中的規(guī)則進行判別分析，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)的提取繼電保護遠程智能測試時產(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)整則通過強化學(xué)習(xí)的方式進行解決，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遠程智能仿真測試方法

3.1 繼電保護遠程智能仿真測試流程

工作人員在主站端選擇需要遠程測試的設(shè)備，選定測試間隔及測試內(nèi)容，遠端下發(fā)遠程測試命令，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，智能終端把收到的 GOOSE 透明轉(zhuǎn)發(fā)至保護裝置，保護裝置反饋報文是否接收成功；保護裝置確認收到仿真報文，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，不會實際出口，若要驗證跳合閘回路和使智能終端

mod=test,實際跳合閘；恢復(fù)裝置壓板控制字；根據(jù)定檢內(nèi)容依次測試保護功能并生成測試報告，并上傳至遠方主站，如圖 6 所示。

3.2 “一鍵式”保護仿真測試技術(shù)

文中需要站內(nèi)測試終端具備“一鍵式”保護測試功能，方便繼電保護工作人員在主站端對站內(nèi)繼電保護進行遠程控制測試。通過“一鍵式”保護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)繼電保護的測試結(jié)果可以反饋至“一鍵式”保護測試功能模塊，用于工作人員查看繼電保護測試結(jié)果是否正常?！耙绘I式”保護測試功能模塊和站內(nèi)被測試的繼電保護裝置采用的協(xié)議為站控層 MMS 協(xié)議，以單播通信的方式進行信息的交互。保護測試控制量的發(fā)送、站內(nèi)繼電保護產(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測試的各種故障類型進行保存管理，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裝置需要和其他的繼電保護裝置、合并單元、智能終端、廠站的測試終端、主站的測試終端進行交互，需要通過此模塊進行通信傳輸；對于執(zhí)行控制模塊，則負責(zé)執(zhí)行繼電保護測試人員發(fā)出的測試命令，并對現(xiàn)場繼電保護測試的結(jié)果按照事先規(guī)定的判別方法進行判別。

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

3.3 保護配置參數(shù)的遠程測試方法

對于保護配置參數(shù)的遠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，繼電保護遠程測試系統(tǒng)應(yīng)能給出相應(yīng)的告警提示，便于繼電保護校驗人員及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理。保護配置參數(shù)的遠程測試方法如圖 9 所示。

4 智能變電站繼電保護遠程智能測試采樣和回路校驗

4.1 模擬量采樣驗證的遠程測試方法

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。