CN102200560A - 基于rtds的变压器继电保护装置功能试验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于实时数字仿真器RTDS的变压器继电保护装置功能试验平台，包括中央控制单元、平台数据库、故障数据库和由RTDS元件搭建的平台模型，其中：所述平台数据库保存有与上述各子模型对应的配置文件；所述故障数据库保存有上述各子模型对应的逻辑操作文件；所述中央控制单元根据所述逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据所述配置文件指示所述平台模型执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态。可以看出，引入RTDS，基于其所搭建的试验平台可对变压器继电保护装置进行离线实时校核。

Description

基于RTDS的变压器继电保护装置功能试验平台及方法

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，更具体地说，涉及基于RTDS的变压器继电保护装置功能试验平台及方法。

背景技术

随着电网建设的不断加快，大电网安全稳定运行正面临着前所未有的挑战，对继电保护装置的功能也有着越来越高的要求，并需要对其功能进行检测。而传统非实时的离线安全稳定分析计算，已不能满足需要。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例目的在于可进行离线实时的变压器继电保护装置功能试验平台及方法。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种基于实时数字仿真器RTDS的变压器继电保护装置功能试验平台，所述平台包括中央控制单元、平台数据库、故障数据库和由RTDS元件搭建的平台模型，其中：

所述平台模型包括三相变压器子模型、第一线路单元、第二线路单元和第三线路单元，所述三绕组变压器子模型的高、中、低压侧分别连接第一线路单元至第三线路单元，所述第一线路单元包括依次连接的第一断路器子模型、第一电流互感器C T子模型、第一输电线模型、第二断路器子模型、第一两绕组变压器子模型、第三断路器子模型，所述三绕组变压器子模型的高压侧通过第一两绕组变压器子模型与一组等值电源相连；所述第二线路单元包括依次连接的第四断路器子模型、第二电流互感器子模型、第二输电线模型、第五控制开关子模型、第二两绕组变压器子模型和发电机子模型，所述第二线路单元与一组等值电源相连；所述第三线路单元包括依次连接的第六断路器子模型、第三电流互感器子模型、第三两绕组变压器子模型，所述第三两绕组变压器子模型分别与发电机子模型和一组负荷子模型相连；

所述三绕组变压器子模型的二次侧变压器端口分别通过第一至第三电压互感器子模型P T和功率放大器向待测的变压器继电保护装置提供模拟电压信号，并分别通过第一至第三电流互感器子模型和所述功率放大器向待测的变压器继电保护装置提供模拟电流信号；

第一、第四和第六断路器模型由所述待测变压器继电保护装置控制开启；

所述平台数据库保存有与上述各子模型对应的配置文件，所述配置文件中包括状态配置参数；

所述故障数据库保存有上述各子模型对应的逻辑操作文件，所述逻辑操作文件中包括逻辑操作对象，对应于所述逻辑操作对象进行的逻辑操作和/或相应的故障状态配置参数；

所述中央控制单元根据所述逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据所述配置文件指示所述平台模型执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态。

一种基于实时数字仿真器RTDS的变压器继电保护装置功能试验方法，通过上述的平台来实现对待测变压器继电保护装置的功能试验，所述方法包括：

根据逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据所述配置文件指示所述平台模型执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态；

显示测试结果。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例引入RTDS，基于其所搭建的变压器继电保护装置功能试验平台可对待测的变压器继电保护装置进行离线实时校核。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的试验平台结构；

图2为本发明实施例提供的试验平台结构原理图；

图3为本发明实施例提供的平台模型缩略图；

图4为本发明实施例提供的变压器继电保护装置功能试验方法流程图；

图5a-图5b为本发明实施例提供的模拟故障点F1发生A相瞬时性金属性接地故障的仿真结果示意图；

图6a-图6b为本发明实施例提供的模拟故障点F4发生A相瞬时性金属性接地区外故障的仿真结果示意图。

图7为本发明实施例提供的主界面示意图；

图8为本发明实施例提供的子界面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例目的在于提供可进行离线实时的变压器继电保护装置功能试验平台及方法。

图1示出了上述试验平台的一种结构，包括中央控制单元101、平台数据库102、故障数据库103和由RTDS元件搭建的平台模型104。

图2示出了上述平台模型的结构原理图(图3示出了该平台模型的缩略图)，其包括三绕组变压器子模型1、第一线路单元、第二线路单元和第三线路单元，三绕组变压器子模型1的高、中、低压侧分别连接第一线路单元至第三线路单元。其中：

第一线路单元包括依次连接的第一断路器子模型BRK6、第一电流互感器子模型1CT、第一输电线模型line2、第二断路器子模型BRK8、第一两绕组变压器子模型T3、第三断路器子模型BRK8，三绕组变压器子模型1的高压侧通过T3与一组等值电源相连，该等值电源用于模拟外部电网的输入电源；

第二线路单元包括依次连接的第四断路器子模型BRK10、第二电流互感器子模型2CT、第二输电线模型line3、第五控制开关子模型BRK3、第二两绕组变压器子模型T1和发电机子模型G1，三绕组变压器子模型1的中压侧通过T1与一组等值电源相连；

第三线路单元包括依次连接的第六断路器子模型BRK5、第三电流互感器子模型3CT、第三两绕组变压器子模型T2，T2分别与发电机子模型G2和一组负荷子模型相连。

此外，三绕组变压器子模型1的二次侧变压器端口分别通过1PT、2PT和3PT和功率放大器2向待测的变压器继电保护装置3提供模拟电压信号，并分别通过1CT、2CT和3CT和功率放大器2向待测的变压器继电保护装置3提供模拟电流信号，BRK5、BRK6、BRK10由待测变压器继电保护装置3控制开启。

在本发明其他实施例中，还可设置故障点(或称为故障位置)，图2中即设置有F1-F4四个故障点。

上述平台数据库102保存有与上述各子模型对应的配置文件，该配置文件中包括状态配置参数；以三绕组变压器子模型1为例，其对应的状态配置参数可包括电压等级和容量，其中电压等级可选择220KV、110KV、35KV，其高中低压侧容量分别为240/240/80MVA。当然，电压等级也可为(500KV、220KV、35KV)、(110KV、35KV、10KV)等。本领域技术人员可视实际要求进行灵活设计。另外，发电机子模型G1的状态配置参数为容量，其具体取值可为300MW，发电机子模型G2的容量可为200MW，无穷大系统S容量为1500～10000MVA。1CT、2CT、3CT的状态配置参数可为3000/1，T1、T2和T3的状态配置参数可分别为20kV/110kV、35kV/10kV、35kV/220kV。输电线的状态配置参数可为长度，比如Line2长100km，Line3长80km。另外，对于断路器模型，其状态配置参数可为开或关；上述配置文件多用于初始化时对平台模型进行赋值，使平台模型仿真成可正常运作的实际运行电网。

上述故障数据库103保存有上述各子模型对应的逻辑操作文件，该逻辑操作文件中包括逻辑操作对象，对应于所述逻辑操作进行的逻辑操作和/或相应的故障状态配置参数；

中央控制单元101可根据上述逻辑操作文件指示平台模型104进入相应的状态，和/或根据配置文件指示平台模型104执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态。

与之相对应，本发明实施例还提供了一种基于上述平台的变压器继电保护装置功能试验方法，参见图4，所述方法至少如下步骤：

S1、根据逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据所述配置文件指示所述平台模型执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态；

S2、显示测试结果。

在本发明其他实施例中，上述方法还可包括：搭建上述平台模型。

可以看出，本发明实施例引入RTDS，基于其所搭建的变压器继电保护装置功能试验平台可对待测的变压器继电保护装置进行离线实时校核。

下面将以实例介绍中央控制单元101如何根据配置文件指示平台模型104执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态。

实例一，变压器空投试验：

1)、由三绕组变压器子模型1高压侧空投10次，其中至少有两次三相中最大涌流峰值应大于2倍额定电流峰值。

此时，相应的逻辑操作文件中记载了10次空投试验，其逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高压侧，每一次空投试验对应的逻辑操作为空投，相应的故障状态配置参数为涌流峰值，并且其中至少两三次空投试验中，涌流峰值大于2倍额定电流峰值。

2)、由中压侧空投10次，其中至少有两次三相中最大涌流峰值应大于2倍额定电流峰值。

此时，相应的逻辑操作文件中记载了10次空投试验，其逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1中压侧，每一次空投试验对应的逻辑操作为空投，相应的故障状态配置参数为涌流峰值，并且其中至少两三次空投试验中，涌流峰值大于2倍额定电流峰值。

3)、带故障(单相接地)变压器有高压侧和中压侧空投。

此时，相应的逻辑操作文件中，其逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高压侧和中压侧，对应的逻辑操作为空投，故障状态配置参数为单相接地。

实例二，差动保护区内、外金属性故障

1)、在变压器满载或空载情况下，分别模拟差动保护区内以下各种金属性故障：

①、变压器内部单相接地；

变压器内部单相接地指的是绕组跟外壳相连接，此时，逻辑操作对象为绕组跟外壳，对应的故障状态配置参数为满载(空载)并且单相接地。

②、高压侧F1和/或中压侧F2发生单相接地、两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地故障中的一种或组合；

此时，逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高压侧故障点F1和/或中压侧F2，其中，高压侧故障点F1对应的故障状态配置参数包括满载(空载)，并包括单相接地、两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地故障中的一种或相关合理组合。

③、低压侧F3发生两相短路或三相短路故障。

此时，逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1低压侧故障点F3，对应的故障状态配置参数包括满载(空载)，并包括两相短路或三相短路。

1)、在变压器满载或空载情况下，分别模拟差动保护区外金属性故障：

例如，模拟高压侧故障点F4区外金属性故障：单相接地、两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地。

此时，逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高压侧区故障点F4，对应的故障状态配置参数为单相接地、两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地中的一种或相关合理组合。

实例三，转换性故障：

在变压器满载情况下，模拟高压侧故障点F4区外同一点不同故障类型的转换。故障类型：单相接地故障转换为两相接地，AN→ABN、BN→BCN、CN→CAN，故障转换时间为20～300ms。

以AN→ABN为例，其逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高压侧区故障点F4：其逻辑操作和对应的故障状态配置参数包括：

满载；

AN：20～300ms；

转换；

ABN。

其中AN和ABN以及20～300ms均为故障状态配置参数。

实例四，永久性故障：故障时间延长到超过后备保护整定时间。

1)、在高、中压侧分别模拟金属单相接地，故障点分别在零序保护的正方向和/或反方向。

此时，逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高、中压侧以及故障点(零序保护的正方向和/或反方向)，对应的故障状态配置参数为金属单相接地。

2)、在高、中压侧分别模拟金属性两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地，低压侧线路上两相短路、三相短路故障。

此时，逻辑操作对象为三绕组变压器子模型1高、中压侧，对应的故障状态配置参数包括两相接地、两相短路、三相短路、三相短路接地，低压侧线路上两相短路、三相短路中的一种或合理组合。

3)、在有相间或接地阻抗保护时，应分别模拟阻抗在圆内、外的相间故障和接地故障。

至于使用本发明所提供的试验平台及方法后的相关试验结果如下：

(a)平台模拟电网运行情况是正确的，在各种人工或无人工逻辑控制下，电网分析均按照人工设定的控制方式运行；

(b)在RTDS仿真的各种干扰或故障情况下，待测的变压器继电保护装置3动作行为正确，电网在待测的变压器继电保护装置3的控制下的动态行为正确。

如下为典型故障的仿真结果分析：

图5a-b为模拟故障点F1发生A相瞬时性金属性接地故障，变压器继电保护装置3主保护差动保护动作正确，主变三侧开关三跳；

图6a-b为模拟故障点F4发生A相瞬时性金属性接地区外故障，线路保护拒动情况下，变压器继电保护装置3后备保护过流保护动作正确，主变三侧开关三跳。

在本发明其他实施例中，上述平台还可控制库，该控制库中保存有控制文件，所述控制文件中包括控制对象，对应于所述控制对象进行的控制操作和/或相应的控制配置参数，中央控制单元可根据控制文件来完成对平台模型运行的控制。

需要说明的，RTDS中的逻辑控制元件(有时还需要引入故障状态配置参数)可组合创建出故障控制逻辑回路系统和控制回路系统(控制回路系统可进一步细分为开关控制逻辑回路系统)，故障控制逻辑回路系统可用于完成上述逻辑操作，使平台模型进入故障状态。而控制回路系统可用于控制平台模型运行。所有继电保护设备与模拟电力系统开关、继电保护装置与继电保护装置之间的逻辑连接和控制、继电保护操作箱等外部逻辑判断系统等均可利用RTDS的基本逻辑控制元件的组合来创建其控制策略。这样既减少了硬件设备的投资和有限的设备及操作空间，又提高了操作控制系统的可靠性和灵活性。

在本发明其他实施例中，前述逻辑操作文件和控制文件还可包括逻辑控制元件名称、类型、各逻辑控制元件之间的相互关系，从而中央控制单元可根据逻辑控制元件名称、类型、各逻辑控制元件之间的相互关系等生成故障控制逻辑回路系统和控制回路系统。本发明实施例可以同时启动多组故障控制逻辑回路系统以及控制回路系统，以完成故障模拟、各种开关操作以及电力系统运行控制等。

例如，可用上述逻辑控制元件完成故障测试，其步骤包括：

1，建立信号输入，或者称为平台初始化；

2，引入故障，判断故障点；

3，设置何时在上述故障点发生故障；

4，选择故障方式。

这样，就可以控制各种开关操作和系统运行的进程，并可将任意运行过程模拟量和数字开关量等实时输出给实际测试设备，同时可实时接收各种操作控制命令信号。

在本发明其他实施例中，还可对上述配置文件、逻辑操作文件、控制文件中的一种或任意组合进行编辑。如有特殊需要，可方便及时的根据特殊需要建立故障控制逻辑回路系统和控制回路系统。

例如，在实际的电网系统中，变压器继电保护装置与断路器之间有一个开关操作箱。开关操作箱可用于判断变压器继电保护装置发出的信号和开关辅助节点等信号之间的逻辑关系，并根据逻辑判断结果发出相应的动作信号。为了真实地模拟实际系统操作过程，可仿照开关操作箱的原理编制了一些逻辑控制电路组成控制系统(或叫其软开关操作箱系统)，以进行跳合闸信号识别(判断跳合哪相开关)、合闸闭锁、防跳逻辑回路、延时等等操作，从而弥补了某些继电保护装置没有开关操作箱的不足。在RTDS中开发的软开关操作箱系统比实际开关操作箱更加灵活和便捷，尤其在逻辑控制的改变和增减方面，非常能够适应某些特殊的需要。在模拟控制系统中，还可模拟继电保护动作来跳开关，可以在没有继电保护设备的情况下，使模拟电力系统能真实反映出实际电力系统中继电保护动作的运行工况。

为便于用户操作，在本发明其他实施例中，所述平台还包括运行主界面，以显示所述平台模型的运行状态，以及接收用户输入的数据和/或逻辑操作指令。

图7示出了上述主界面的一种结构，主界面上显示了平台模型中的各种子模型，各子模型的摆放位置基本与图3所示的图相一致。另外，主界面中主要还放置有各种状态设置的子界面、发电机调整键(图7中以GeneraTor表示)、程控动作启动扭(图8中以FLTSTarT表示)、一次系统开关状态显示灯(图8中以BRK*SS1表示)、动作触发选择(图7中以SWmasTDUR表示)各种表计(各断路器模型处的一次和二次电流、有功和无功功率、变压器端口电压)、系统电源幅值/频率/相角调节模块(图7中以sysTem表示)、各种控制按钮等。

上述发电机调整键可和于调整参数，而FLTSTarT可启动上述多组故障控制逻辑回路系统和控制回路系统。

其中，各子界面主要包括：

(a)开关操作子界面(以BRK表示)、变压器电流波形子界面(以TRF_Curr表示)、变压器电压波形子界面(以TRF_VolT表示)

(b)故障点电阻设置子界面(以FLT_R表示)

(c)故障程控操作设置子界面(以FLT1表示)

(d)CT、PT断线和饱和故障设置子界面(以CT_PT表示)。

各子界面详细设计方案可参见图8。

在本发明其他实施例中，上述平台还可包括编辑单元，用于根据上述主界面接收的数据或指令编辑或生成配置文件、逻辑操作文件和控制文件中的一种或多种组合。

相应的，试验方法还可如下：

接收的数据和/或逻辑操作指令；

根据所接收的数据和/或指令编辑所述生成配置文件、逻辑操作文件和控制文件中的一种或多种组合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，所述程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于实时数字仿真器RTDS的变压器继电保护装置功能试验平台，其特征在于，所述平台包括中央控制单元、平台数据库、故障数据库和由RTDS元件搭建的平台模型，其中：

所述平台模型包括三相变压器子模型、第一线路单元、第二线路单元和第三线路单元，所述三绕组变压器子模型的高、中、低压侧分别连接第一线路单元至第三线路单元，所述第一线路单元包括依次连接的第一断路器子模型、第一电流互感器CT子模型、第一输电线模型、第二断路器子模型、第一两绕组变压器子模型、第三断路器子模型，所述三绕组变压器子模型的高压侧通过第一两绕组变压器子模型与一组等值电源相连；所述第二线路单元包括依次连接的第四断路器子模型、第二电流互感器子模型、第二输电线模型、第五控制开关子模型、第二两绕组变压器子模型和发电机子模型，所述第二线路单元与一组等值电源相连；所述第三线路单元包括依次连接的第六断路器子模型、第三电流互感器子模型、第三两绕组变压器子模型，所述第三两绕组变压器子模型分别与发电机子模型和一组负荷子模型相连；

所述三绕组变压器子模型的二次侧变压器端口分别通过第一至第三电压互感器PT子模型和功率放大器向待测的变压器继电保护装置提供模拟电压信号，并分别通过第一至第三CT子模型和所述功率放大器向待测的变压器继电保护装置提供模拟电流信号；

第一、第四和第六断路器模型由所述待测变压器继电保护装置控制开启；

所述平台数据库保存有与上述各子模型对应的配置文件，所述配置文件中包括状态配置参数；

所述故障数据库保存有上述各子模型对应的逻辑操作文件，所述逻辑操作文件中包括逻辑操作对象，对应于所述逻辑操作对象进行的逻辑操作和/或相应的故障状态配置参数；

所述中央控制单元根据所述逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据所述配置文件指示所述平台模型执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态。

2.如权利要求1所述的平台，其特征在于，还包括控制库，所述控制库保存有控制文件，所述控制文件中包括控制对象，对应于所述控制对象进行的控制操作和/或相应的控制配置参数。

3.如权利要求2所述的平台，其特征在于，还包括运行主界面，所述主界面用于显示所述平台模型的运行状态，以及接收用户输入的数据和/或指令。

4.如权利要求3所述的平台，其特征在于，所述主界面包括开关操作子界面、变压器电流波形子界面、变压器电压波形子界面、故障点电阻设置子界面、故障程控操作设置子界面、CT、PT断线和饱和故障设置子界面。

5.如权利要求4所述的平台，其特征在于，还包括编辑单元，用于根据所述主界面接收的数据或指令编辑所述配置文件、逻辑操作文件和控制文件。

6.一种基于实时数字仿真器RTDS的变压器继电保护装置功能试验方法，其特征在于，通过如权利要求1所述的平台来实现对待测变压器继电保护装置的功能试验，所述方法包括：

根据逻辑操作文件指示所述平台模型进入相应的状态，和/或根据所述配置文件指示所述平台模型执行相应的逻辑操作和/或进入相应的故障状态；

显示测试结果。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

搭建所述平台模型。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

接收的数据和/或指令；

根据所接收的数据和/或指令编辑所述配置文件、逻辑操作文件和控制文件。

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