CN102253292A - 基于rtds的线路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的线路继电保护装置功能试验平台，主要包括中央控制单元、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线路继电保护装置进行离线实时校核。

Description

基于RTDS的线路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的线路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，对线路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线路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的线路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、由RTDS元件搭建的平台模型，以及指定单元，其中：

所述平台模型包括第一线路模型、第二线路模型、第一线路单元至第四线路单元、第一母线模型和第二母线模型；

所述第一线路单元包括依次连接的第一线路断路器子模型、第一断路器子模型、第一两绕组变压器子模型、第二断路器子模型和第一发电机子模型，所述第一线路断路器子模型将所述第一线路模型的第一端与所述第一母线模线相连；

所述第二线路单元包括依次连接的第二线路断路器子模型、第三断路器子模型、第二两绕组变压器子模型和第四断路器子模型，所述第二线路断路器子模型将所述第一线路模型的第二端相连与所述第二母线模线相连，所述第四断路器子模型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三线路断路器子模型、第五断路器子模型、第三两绕组变压器子模型、第六断路器子模型和马达子模型，所述第三线路断路器子模型将所述第二线路模型的第一端与所述第一母线模型相连；

所述第四线路单元包括依次连接的第四线路断路器子模型、第七断路器子模型、第四两绕组变压器子模型和第二发电机子模型，所述第四线路断路器子模型将所述第一线路模型的第一端与所述第二母线模型相连；

第一和第二线路断路器子模型或者第三和第四线路断路器子模型由待测的线路继电保护装置控制；

所述指定单元用于指定待测线路保护装置安装地点上的电流互感二次电流和CTV二次电压的模拟量输出口，以及断路器子模型的分相操作控制接口，模拟量输出口通过模拟量输出板卡与功率放大器的输入口相连接，功率放大器的输出口与待测线路保护装置相连接；

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的线路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线路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，基于其所搭建的线路继电保护装置功能试验平台可对待测的线路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2a为本发明实施例提供的试验平台结构原理图；

图2b为本发明实施例提供的试验平台接线原理图；

图2c为本发明实施例提供的开关控制逻辑回路系统结构示意图；

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-b为本发明实施例提供的仿真结果示意图；

图6a-b为本发明实施例提供的仿真结果示意图；

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线路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、由RTDS元件搭建的平台模型104以及指定单元105。

图2a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)，其包括第一母线模型BUS1、第二母线模型BUS2、第一线路单元至第四线路单元，其中：

所述平台模型包括第一线路模型line1、第二线路模型line2、第一线路单元至第四线路单元、第一母线模型G和第二母线模型S；

所述第一线路单元包括依次连接的第一线路断路器子模型BRK1、第一断路器子模型BRK5、第一两绕组变压器子模型T1、第二断路器子模型BRK7和第一发电机子模型G2，BRK1将line1的第一端与第一母线模型G相连；

所述第二线路单元包括依次连接的第二线路断路器子模型BRK2、第三断路器子模型BRK6、第二两绕组变压器子模型T2和第四断路器子模型BRK8，BRK2将line1的第二端与第二母线模线S相连相连，BRK8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三线路断路器子模型BRK3、第五断路器子模型BRK9、第三两绕组变压器子模型T3、第六断路器子模型BRK11和马达子模型D，BRK3将line2的第一端与第一母线模型G相连；

所述第四线路单元包括依次连接的第四线路断路器子模型BRK4、第七断路器子模型BRK10、第四两绕组变压器子模型T4和第二发电机子模型G1，BRK4将line1的第一端与第二母线模型S相连；

Line1或Line2两侧端口二次侧线路电压互感器(PT)、线路电容电压互感器(CVT)和母线电压互感器电压输出值可供待测线保护装置选择接入；由BRK1和BRK2或BRK3和BRK4处的线路电流互感器(CT)输出值供线路保护装置选择接入。

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-F8八个故障点。

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；

例如，发电机子模型的状态配置参数为容量，输电线的状态配置参数可为长度，比如Line2长100km，Line3长100km。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的线路网络。

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线路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，基于其所搭建的线路继电保护装置功能试验平台可对待测的线路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。

每次试验项目里面都可以包括两项试验，即接入或不接入保护装置。如果不接入保护装置就通过仿真的线路保护装置进行系统控制，如果接入实体待测线路继电保护装置，接入装置点就利用待测线路继电保护装置控制，其他无外部控制点的部分仿真的线路保护装置进行控制。其中区内、区外是指有保护装置的保护范围内和保护范围外。

参见图2b即示出了利上述平台模型构建闭环试验系统。在该试验系统中，将待测线路保护装置3与Line 1(塔T11与T12组成Line1)相连，Line 2(塔T13与T14组成Line2)则与一仿真的线路保护装置相连。

在构建时，指定单元105指定待测线路保护装置3安装地点上的CT二次电流和CTV二次电压的模拟量输出口，以及BRK1和BRK2的分相操作控制接口，上述模拟量输出口通过模拟量板卡与功率放大器2的输入口相连接，功率放大器2的输出口与待测线路保护装置3相连接。这样就可得到与实际系统相符的CVT电压和CT电流信号，并将其输入给待测的线路保护装置2；同时，将线路保护装置2的跳闸出口及重合闸信号通过输入输出板卡的I/O接口与BRK1和BRK2的控制相接，达到控制BRK1和BRK2的目的。这样就构成了一个完整的用来进行闭环试验并可检验线路继电保护装置的RTDS动模试验仿真系统。

实例一，RTDS动模试验项目

A、区内金属性故障：在区内线路发生的金属性故障，包括故障点在线路始端、中间和末端处的单相、相间、三相接地故障、相间短路但不接地故障，三相短路但不接地故障，故障时间分瞬时性和永久性两种，分别考核电网有无保护装置时电网动作行为以及保护装置的动作行为和动作时间。

此时，逻辑操作对象为线路故障点和故障时间，各故障点对应的故障状态配置参数包括单相、相间、三相接地，相间短路但不接地，三相短路但不接地中的一种或任意合理组合。

B、区外金属性故障：在区外线路发生的金属性故障，包括母线和另一回线路上的单相、相间、三相接地故障和相间短路但不接地故障，三相短路但不接地故障，故障时间分瞬时性和永久性两种，分别考核电网有无保护装置时电网动作行为以及保护装置的动作行为和动作时间。

以line1为例，此时，逻辑操作对象为母线、line2和故障时间，对应的故障状态配置参数包括单相、相间、三相接地。

C、区内发展性故障：在区内线路的始端、中间和末端处发生单相接地故障后5ms、10ms、20ms、50ms、100ms发展为相间或三相短路故障，分别考核电网有无保护装置时电网动作行为以及保护装置的动作行为和动作时间。

此时，逻辑操作对象为区内线路故障点，其逻辑操作和对应的故障状态配置参数包括：

单相接地：5ms、10ms、20ms、50ms或100ms；

转换；

相间或三相短路。

其中单相接地、：5ms、10ms、20ms、50ms、100ms、相间短路、三相短路均为故障状态配置参数。

D、区内外转换性故障：故障类型有区内转区外同名相故障、区内转区外异名相故障、区外转区内同名相故障、区外转区内异名相故障，故障分别发生于区内外不同地点，故障转换时间分别为10ms、20ms、50ms、100ms、200ms、300ms，分别考核电网有无保护装置时电网动作行为以及保护装置的动作行为和动作时间。

其逻辑操作对象、逻辑操作和对应故障配置参数与C中类似，在此不作赘述。

E、区内外高阻接地故障：在区内线路的始端、中间和末端以及区外线路上经过50Ω、100Ω、300Ω大电阻的各种单相接地和相间故障，分别考核电网有无保护装置时电网动作行为以及保护装置的动作行为和动作时间。

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)装置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，母线保护装置动作行为正确，电网在保护装置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为模拟线路近端出口发生A相瞬时性金属性接地故障，A相开关单跳单重正确；

图6a-b为模拟线路区内外转换性故障，B相瞬时性金属性接地故障B相开关单跳单重后，再发生区外距离II段B相接地故障，保护装置重合闸后加速三跳开关正确。

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。例如，参见图2c示出的开关控制逻辑回路系统，该系统可与任意故障点相接，模拟在故障点出现单相或相间或三相故障(例如短路、接地故障)。其中RonA至RonB表示单相，RonAB表示AB相，以此类推。可由RonX(X表示A、B、C中的一个或任意组合)来设计哪一相或哪两相乃至三相发生故障。

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，线路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线路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、

线路继电保护装置功能试验操作主界面(见图4所示)各模块的摆放位置基本与一次系统接线图相一致。主界面中主要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7中以FLTSTarT表示)、一次系统开关状态显示灯(图7中以BREAKER*_A_B_C表示)、一次系统开关程控合闸提示灯(图7中以BRKopen*表示)、动作触发选择(V0_Ang1电压角度切换开关、两侧切换开关G0_S1开关、SWmastDUR触发时间)、各种表计(同期角差检测表Angle、发电机输出有功/无功/电流、开关1和2处的有功/无功/电流/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、马达同步电机调整滑标(SW滑标、SPI滑标、TMI滑标)、线路长度选择(图7中以L1、L2、L3、L4表示)等等。

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：

G Signal、S Signal、电压电流波形子界面；

系统开关手动操作控制子界面(以SWoperat表示)；

故障点电阻设置子界面(以FLT_R表示)；

开关程控操作设置子界面(以BRKoperat表示)；

故障程控操作设置子界面(以FLT1、FLT2表示)；

开关跳开时间和重合闸时间设置子界面(以SIGoperat表示)；

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的线路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、由RTDS元件搭建的平台模型，以及指定单元，其中：

所述平台模型包括第一线路模型、第二线路模型、第一线路单元至第四线路单元、第一母线模型和第二母线模型；

所述第一线路单元包括依次连接的第一线路断路器子模型、第一断路器子模型、第一两绕组变压器子模型、第二断路器子模型和第一发电机子模型，所述第一线路断路器子模型将所述第一线路模型的第一端与所述第一母线模线相连；

所述第二线路单元包括依次连接的第二线路断路器子模型、第三断路器子模型、第二两绕组变压器子模型和第四断路器子模型，所述第二线路断路器子模型将所述第一线路模型的第二端相连与所述第二母线模线相连，所述第四断路器子模型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三线路断路器子模型、第五断路器子模型、第三两绕组变压器子模型、第六断路器子模型和马达子模型，所述第三线路断路器子模型将所述第二线路模型的第一端与所述第一母线模型相连；

所述第四线路单元包括依次连接的第四线路断路器子模型、第七断路器子模型、第四两绕组变压器子模型和第二发电机子模型，所述第四线路断路器子模型将所述第一线路模型的第一端与所述第二母线模型相连；

第一和第二线路断路器子模型或者第三和第四线路断路器子模型由待测的线路继电保护装置控制；

所述指定单元用于指定待测线路保护装置安装地点上的电流互感二次电流和CTV二次电压的模拟量输出口，以及断路器子模型的分相操作控制接口，模拟量输出口通过模拟量输出板卡与功率放大器的输入口相连接，功率放大器的输出口与待测线路保护装置相连接；

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，所述主界面包括系统开关手动操作控制子界面、开关程控操作设置子界面、开关跳开时间和重合闸时间设置子界面、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的线路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线路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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