CN102901891B - 一种电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台，包括RTDS实时数字仿真系统和功率放大器，RTDS实时数字仿真系统构建出的变压器保护测试系统模型包括一次系统模型、故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型，故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型分别连接一次系统模型，故障设置子系统模型提供故障信号，断路器控制子系统模型提供跳合闸信号，一次系统模型经功率放大器输出电气量信号至待测变压器保护装置，待测变压器保护装置反馈保护动作信号至断路器控制子系统。本发明构建了一个对不同厂家、不同类型、不同原理的变压器保护产品具有良好适应性的统一检测平台，通过该平台可对变压器保护装置进行全面而完整的检测，且简化变压器保护装置检测的操作，更加规范化。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真测试平台，尤其是涉及一种电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台。
背景技术
电力变压器是电力系统的重要电气设备，其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。随着国民经济的持续发展，电力需求快速增长，我国电力工业迅速发展，实现了全国电网的交直流互联，从以220kV为骨干网架逐步发展成500kV为骨干网架的电网结构，多个超高压直流输电系统建成并发挥着重要的联网和送电任务，串联补偿线路逐步使用，750kV示范工程建成并投入运行，1000kV特高压试验示范工程已经开工建设。随着电网规模的日益扩大，网架结构日趋复杂，电力变压器容量的增大和电压等级的提高，系统对变压器保护的快速性、安全性、可靠性和灵敏性提出了更高的要求。
由于各厂家微机保护配置和功能缺乏统一的产品标准规范，不同厂家产品的功能、配置等存在一定的差异，给现场运行维护带来较大困难，逐渐成为影响电网安全的重要因素。不同厂家的保护装置间协调配合存在一定困难，回路设计复杂，造成与外部一次设备、通信自动化等设备的配合要求不统一，容易给设计、施工、运行、操作等带来安全隐患。因此，业界急需一套能够具备良好的适应性，并可全面考核不同变压器保护装置在各种常规工况及特殊工况下的动作特性以及整体性能的柔性检测平台与方法。
作为继电保护装置的检测平台，仿真系统必须具备实时性，且能与继电保护设备接口，以考察保护设备在不同工况下的动作性能。EMTDC、EMTP等传统的非实时离线数字仿真系统难以满足此需求，目前业界一般采用具备实时性的物理动模或者数字动模作为继电保护装置等二次设备的检测平台。实时数字仿真系统RTDS（Real-Time DigitalSimulator）是由加拿大Manitoba直流研究中心开发，RTDS公司制造，为实现实时电力系统电磁暂态仿真而专门设计的并行计算机仿真系统，是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的实时数字仿真系统。在面向变压器保护等二次设备的检测中，由于RTDS不仅能与实际保护设备连接构成灵活方便的闭环回路，而且能够对在实际物理系统中难以实现或不容许出现的多种复杂、恶劣工况进行仿真测试，正逐步替代传统的物理动模成为主流的保护设备检测平台。
RTDS实时数字仿真系统由硬件和软件两部分组成。在硬件上，RTDS采用高速DSP（数字信号处理器）芯片和并行处理结构以完成连续实时运行所需的快速运算。硬件的基本组成单元称作Rack，一套RTDS装置可以包括几个到几十个Rack，不同Rack相互连接可以组成较大规模的仿真器，Rack的数量决定了仿真系统的规模。不同的Rack在物理上是相对独立的，每个Rack主要由处理器板卡、通信板卡以及各种接口板卡组成。RTDS的软件系统则是联系用户与RTDS硬件结构的主要手段，用户在RTDS软件系统的图形用户界面中完成仿真模型的搭建、仿真的运行和试验结果分析。
电力系统物理模拟（动模试验）仿真是最早出现的电力系统实时仿真方式，其根据实际机组1：N缩小比例来重建一个完整的小机组物理模型，所反映的物理过程是直观真实的，可对电力系统许多特性和过程进行定性、定量分析，可在与实际系统很近似的条件下观察和研究二次设备的动作特性和过程，得出用于指导实际电力系统安全运行的重要结论。动模对新技术、新装备实物的运行试验非常方便,这是动模闭环测试的独特优点。
逐步发展的数模混合式仿真将机电等旋转元件采用数字元件模拟，其余元件基本上仍和动模试验中一致，但采用的额定电压和动模试验有较大差别。这种仿真测试方法结构灵活，对内在过程尚不清楚、难以或不能用数学方式描述的子系统或元器件可以用实物或物理模型代替，这使得对二次设备闭环测试的研究范围有了很大提高。
但传统的物理动模仿真有以下不足之处：
1、电力系统元件模型单一，参数调整范围有限；
2、模拟规模有限、精度不高，可扩展性和兼容性差；
3、建设投资大、周期长；
4、模型搭建不便，且对变压器保护装置的检测受仿真故障严重程度和持续时间的限制，无法对多种复杂、恶劣的工况进行模拟。
现有技术还有的就是继电保护测试仪,使用现代微电子技术和器件实现的一种新型小型化微机继电保护测试仪。它采用单机独立运行，亦可联接笔记本电脑运行的先进结构。主机一般内置高速数字信号处理器微机、真16位DAC模块、模块式高保真大功率功放，自带屏幕液晶显示器以及旋转鼠标控制器，体积小，精度较高，可进行大多数继电保护试验。
该设备可测试各种交直流、电流、电压、中间、自保持信号等多种单个继电器及整组继电保护屏，自动测试三次并储存数，并自动计算三次均值的返回系数且打印。可方便地测试重合闸继电器的各项参数。设备附有测频、测相功能，可测量电流、电压的频率(一个周期)及二个信号之间的相位差（时间）。同时采用了精密的计时基准(10微秒)及长达100小时的计数器，可单独作为精密毫秒计时取代传统的秒表。
但其也有不足之处：
1、继电保护测试仪为开环测试，保护动作的结果不返回到系统中，无法考核变压器保护在第一次动作后，系统的扰动对保护装置的影响；
2、功能简单，难以模拟实际系统中多种复杂的故障及工况；
3、测试的模式及数据相对固定，参数调整范围有限，缺乏灵活性。
采用基于RTDS的完全数字闭环测试系统，一次系统和所有保护装置均采用数字仿真，实现了一、二次系统实时、闭环的纯数字仿真。该仿真方式都具有数字仿真系统体积小、建设周期短、配置灵活多变、可重复性强以及仿真结果真实可靠等优点，因此在很多方面得到了越来越广泛的应用。
但其同样存在不足之处：
1、其测试环境与测试项目难以适用于不同厂家、不同类型、不同原理的变压器保护产品；
2、完全数字闭环测试平台缺乏系统性，难以构成一个完整的检测体系，对变压器保护装置进行全面的检测；
3、针对变压器保护装置检测的可操作性与规范性较差；
4、对系统励磁涌流等一些特殊工况的模拟，其模拟方法及系统参数带有较大的随机性和不可复现性，且对于特殊工况中很多重要的参数无法控制，难以满足变压器保护装置检测的特殊要求；
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种可适应于不同原理、不同厂家的电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台，其特征是：包括RTDS实时数字仿真系统和功率放大器，所述的RTDS实时数字仿真系统构建出的系统模型包括一次系统模型、故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型，所述的故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型分别连接一次系统模型，故障设置子系统模型提供故障信号，断路器控制子系统模型提供跳合闸信号，一次系统模型经功率放大器输出电气量信号至待测变压器保护装置，待测变压器保护装置反馈保护动作信号至断路器控制子系统。
所述的一次系统模型为525/242/34.5kV三电压等级自耦变压器以及中距离200km输电线路的输变电系统，包括第一发电机组MACH1，第一发电机组通过第一变压器TRF1与第一母线BUS1相连接；共有2个无穷大系统，其中第一无穷大系统SCR1通过第二变压器TRF2与第二母线BUS2相连接，第二无穷大系统SCR2通过第三变压器TRF3与第三母线BUS3相连接；第四变压器TRF4的高、中、低压侧分别与第二母线BUS2、第三母线BUS3、第四母线BUS4相连接；共有五组电流互感器和三组电压互感器，其中第一电流互感器TA1装在第二母线BUS2与第四变压器TRF4之间，第二电流互感器TA2装在第三母线BUS3与第四变压器TRF4之间，其中第三电流互感器TA3装在第四母线BUS4与第四变压器TRF4之间，第四电流互感器TA4装在第四变压器TRF4高压侧中性点接地处，第五电流互感器TA5装在第四变压器TRF4低压侧三角接线的三相绕组上，第一电压互感器TV1装在第二母线BUS2与第四变压器TRF4之间，第二电压互感器TV2装在第三母线BUS3与第四变压器TRF4之间，其中第三电压互感器TV3装在第四母线BUS4与第四变压器TRF4之间；1个第一输电线路TL1；一次系统共10个断路器，其中第一断路器CB1安装在连接第一机组MACH1和第一母线BUS1之间的线路上，第二断路器CB2安装在连接第一输电线路TL1和第一母线BUS1的线路上，第三断路器CB3安装在连接第一输电线路TL1与第二母线BUS2的线路上，第四断路器CB4安装在连接第一无穷大系统SCR1和第二母线BUS2之间的线路上，第五断路器CB5安装在连接第二母线BUS2和第一电压互感器TV1之间的线路上，第六断路器CB6安装在连接第三母线BUS3和第二电压互感器TV2之间的线路上，第七断路器CB7安装在连接第二无穷大系统SCR2和第三母线BUS3之间的线路上，第八断路器CB8安装在连接第四母线BUS4和第三电压互感器TV3之间的线路上，第九断路器CB9安装在连接第四母线BUS4与电抗器XL之间的线路上，第十断路器CB10安装在连接第四母线BUS4与电容器XC之间的线路上；一次系统共设置了6个故障点，其中第一故障点K1设置在第一输电线路TL1靠近第二母线BUS2附近，第二故障点K2设置在第一电流互感器TA1与第四变压器TRF4之间，第三故障点K3设置在第二电流互感器TA2与第四变压器TRF4之间，第四故障点K4设置在第三母线BUS3上，第五故障点K5设置在第三电流互感器TA3与第四变压器TRF4之间，第六故障点K6设置在第四母线BUS4上，第七故障点Kin设置在第四变压器TRF4内部。
所述的故障设置子系统模型的组成和连接关系为：
第二母线BUS2的N1相节点电压值和0值作为选择元件的第一、第二输入，选择元件的输出作为边缘检测元件91的输入；
第一人工按钮01作为第一脉冲元件11的输入；
第一脉冲元件11的输出和第一边缘检测元件91的输出信号A作为第一与门21的第一、第二输入；
第一滑块41和第一与门21的输出分别作为第二脉冲元件12的第一、第二输入；
第二滑块42和第二脉冲元件12的输出分别作为第三脉冲元件13的第一、第二输入；
FLTA1、FLTB1、FLTC1分别作为第一或门31的第一、第二、第三输入；
FLTAB1、FLTBC1、FLTCA1分别作为第二或门32的第一、第二、第三输入；
第一或门31的输出和第二或门32的输出分别作为第三或门33的第一第二输入；
第三脉冲元件13的输出和第三或门33的输出分别作为第二与门22的输入；
第二与门22的输入、第一选择器81的输出和0值分别作为第一选择开关51的第一、第二、第三输入；
第二与门22的输入、第一选择器81的输出和0值还分别作为第二选择开关52的第一、第二、第三输入；
第三滑块43和第三脉冲元件13的输出分别作为第四脉冲元件14的第一、第二输入；
第四滑块44和第四脉冲元件14的输出分别作为第五脉冲元件15的第一、第二输入；
第一开关71的输出和第五脉冲元件15的输出分别作为第三与门23的第一、第二输入；
FLTA2、FLTB2、FLTC2分别作为第四或门34的第一第二、第三输入；
FLTAB2、FLTBC2、FLTCA2分别作为第五或门35的第一、第二、第三输入；
第四或门34的输出和第五或门35的输出分别作为第六或门(36)的第一、第二输入；
第三与门(23)的输出和第六或门(36)的输出分别作为第四与门(24)的输入；
第四与门(24)的输入、第二选择器82的输出和0值分别作为第三选择开关(61)的第一、第二、第三输入；
第四与门(24)的输入、第二选择器82的输出和0值还分别作为第四选择开关(62)的第一、第二、第三输入；
第一选择开关(51)的输出和第三选择开关(61)的输出分别作为第七或门(37)的第一、第二输入；
输出信号FLT1即为第七或门(37)的输出；
第二选择开关(52)的输出和第四选择开关(62)的输出分别作为第八或门(38)的第一、第二输入；
输出信号FLT2即为第八或门(38)的输出；
第五脉冲元件15的输出和第二开关72的输出分别作为第五与门25的第一、第二输入；
第二人工按钮02作为第六脉冲元件16的输入；
第六脉冲元件16的输出和第一边缘检测元件91的输出信号A作为第六与门26的第一、第二输入；
第五滑块45和第六与门26的输出分别作为第七脉冲元件17的第一、第二输入；
第六滑块46和第七脉冲元件17的输出分别作为第八脉冲元件18的第一、第二输入；
第五与门25的输出和第八脉冲元件18的输出分别作为第九或门39的第一、第二输入；
FLTinA、FLTinB、FLTinC分别作为第十或门310的第一、第二、第三输入；
FLTinAG、FLTinBG、FLTinCG分别作为第十一或门311的第一、第二、第三输入；
FLTinAB、FLTinBC、FLTinCA分别作为第十二或门312的第一、第二、第三输入；
第十或门310、第十一或门311、第十二或门312的输出分别作为第十三或门313的第一、第二、第三输入；
第九或门39的输出和第十三或门313的输出分别作为第七与门27的输入；
第七与门27的输出信号为FLTin。
所述的断路器控制子系统模型的组成和连接关系为：
第三手动按钮03的输出信号CB5CL作为第二边缘检测元件92的输入；
数值1、数值0和第三开关73分别作为第五选择开关101的第一、第二、第三输入；
信号TJ5和第五选择开关101的输出分别作为第八与门28的第一、第二输入；
第四手动按钮04的输出信号CB5T和第八与门28的输出信号分别作为第十四或门314的第一、第二输入；
第十四或门314和第二边缘检测元件92的输出分别作为第一SR触发器111的S、R输入；
第一SR触发器111的R端口输出信号为CB5。
有益效果：本发明针对变压器保护装置检测的需求，构建了一个对不同厂家、不同类型、不同原理的变压器保护产品具有良好适应性的统一检测平台，通过该平台可对变压器保护装置进行全面而完整的检测，另外，通过逻辑电路的搭建，简化变压器保护装置检测的操作，并令其更加规范化。
附图说明
图1为本发明的变压器保护用检测平台实施例组成结构示意图；
图2为本发明实施例的一次系统示意图；
图3为本发明实施例的故障控制子系统逻辑框图；
图4为本发明实施例的断路器控制子系统逻辑图。
具体实施方式
图1所示为本发明的电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台实施例示意图，其包括RTDS实时数字仿真系统和功率放大器，RTDS实时数字仿真系统构建出的系统模型包括一次系统模型、故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型，故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型分别连接一次系统模型，故障设置子系统模型提供故障信号，断路器控制子系统模型提供跳合闸信号，一次系统模型经功率放大器输出电气量信号至待测变压器保护装置，待测变压器保护装置反馈保护动作信号至断路器控制子系统，另有直流试验电源为RTDS实时数字仿真系统、功率放大器供电。
变压器保护一次系统含CT、PT模型、故障设置子系统以及断路器控制子系统在RTDS实时数字仿真器中进行模拟，产生待测变压器保护装置所需的电压、电流信号，电流、电压信号经功率放大器放大后与待测的变压器保护装置相连接。另一方面，待测变压器保护装置所发出的保护跳闸和告警信号也将通过RTDS的输入/输出板卡返回到RTDS仿真系统，从而构成一个实时闭环测试系统。
参见图2，一次系统模型为525/242/34.5kV三电压等级自耦变压器以及中距离200km输电线路的输变电系统。
一次系统具体包括第一机组MACH1，第一发电机组通过第一变压器TRF1与第一母线BUS1相连接；共有2个无穷大系统，其中第一无穷大系统SCR1通过第二变压器TRF2与第二母线BUS2相连接，第二无穷大系统SCR2通过第三变压器TRF3与第三母线BUS3相连接；第四变压器TRF4的高、中、低压侧分别与第二母线BUS2、第三母线BUS3、第四母线BUS4相连接；共有五组电流互感器和三组电压互感器，其中第一电流互感器TA1装在第二母线BUS2与第四变压器TRF4之间，第二电流互感器TA2装在第三母线BUS3与第四变压器TRF4之间，其中第三电流互感器TA3装在第四母线BUS4与第四变压器TRF4之间，第四电流互感器TA4装在第四变压器TRF4高压侧中性点接地处，第五电流互感器TA5装在第四变压器TRF4低压侧三角接线的三相绕组上，第一电压互感器TV1装在第二母线BUS2与第四变压器TRF4之间，第二电压互感器TV2装在第三母线BUS3与第四变压器TRF4之间，其中第三电压互感器TV3装在第四母线BUS4与第四变压器TRF4之间；1个第一输电线路TL1。
一次系统共10个断路器，其中第一断路器CB1安装在第一机组MACH1和第一母线BUS1之间，第二断路器CB2安装在第一输电线路TL1靠近第一母线BUS1附近，第三断路器CB3安装在第一输电线路TL1靠近第二母线BUS2附近，第四断路器CB4安装在第一无穷大系统SCR1和第二母线BUS2之间，第五断路器CB5安装在第二母线BUS2和第一电压互感器TV1之间，第六断路器CB6安装在第三母线BUS3和第二电压互感器TV2之间，第七断路器CB7安装在第二无穷大系统SCR2和第三母线BUS3之间，第八断路器CB8安装在第四母线BUS4和第三电压互感器TV3之间，第九断路器CB9安装在第四母线BUS4与电抗器XL之间，第十断路器CB10安装在第四母线BUS4与电容器XC之间。
一次系统共设置了7个故障点，其中第一故障点K1设置在第一输电线路TL1靠近第二母线BUS2附近，第二故障点K2设置在第一电流互感器TA1与第四变压器TRF4之间，第三故障点K3设置在第二电流互感器TA2与第四变压器TRF4之间，第四故障点K4设置在第三母线BUS3上，第五故障点K5设置在第三电流互感器TA3与第四变压器TRF4之间，第六故障点K6设置在第四母线BUS4上，第七故障点Kin设置在第四变压器TRF4内部。
RTDS一次系统模型为待测变压器保护装置提供电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4、TA5所得的电流量，电压互感器TV1、TV2、TV3所得的三相电压量以及断路器CB5、CB6、CB8的状态位。
一次系统模型的基本系统参数如表1所述
表1一次系统模型基本参数
为了模拟与实际系统相似的故障情况，需要在电网一次系统模型对应的节点加入相应的故障信号，以测试保护在故障情况下的动作响应特性。模型设置了图2所示的K1到K6区内、区外共6个故障点。故障节点为高电平触发，由故障控制子系统通过逻辑控制，其逻辑框图如图3所示。
故障设置子系统模型的组成和连接关系为：
在图3中，第二母线BUS2的N1相节点电压值和0值作为选择元件的第一、第二输入，选择元件的输出作为边缘检测元件的输入；
第一人工按钮01作为第一脉冲元件11的输入；
第一脉冲元件11的输出和第一边缘检测元件91的输出信号A作为第一与门21的第一、第二输入；
第一滑块41和第一与门21的输出分别作为第二脉冲元件12的第一、第二输入；
第二滑块42和第二脉冲元件12的输出分别作为第三脉冲元件13的第一、第二输入；
FLTA1、FLTB1、FLTC1分别作为第一或门31的第一、第二、第三输入；
FLTAB1、FLTBC1、FLTCA1分别作为第二或门32的第一、第二、第三输入；
第一或门31的输出和第二或门32的输出分别作为第三或门33的第一、第二输入；
第三脉冲元件13的输出和第三或门33的输出分别作为第二与门22的输入；
第二与门22的输入、第一选择器81的输出和0值分别作为第一选择开关51的第一、第二、第三输入；
第二与门22的输入、第一选择器81的输出和0值还分别作为第二选择开关52的第一、第二、第三输入；
第三滑块43和第三脉冲元件13的输出分别作为第四脉冲元件14的第一、第二输入；
第四滑块44和第四脉冲元件14的输出分别作为第五脉冲元件15的第一、第二输入；
第一开关71的输出和第五脉冲元件15的输出分别作为第三与门23的第一、第二输入；
FLTA2、FLTB2、FLTC2分别作为第四或门34的第一、第二、第三输入；
FLTAB2、FLTBC2、FLTCA2分别作为第五或门35的第一、第二、第三输入；
第四或门34的输出和第五或门35的输出分别作为第六或门(36)的第一、第二输入；
第三与门(23)的输出和第六或门(36)的输出分别作为第四与门(24)的输入；
第四与门(24)的输入、第二选择器82的输出和0值分别作为第三选择开关(61)的第一、第二、第三输入；
第四与门(24)的输入、第二选择器82的输出和0值还分别作为第四选择开关(62)的第一、第二、第三输入；
第一选择开关(51)的输出和第三选择开关(61)的输出分别作为第七或门(37)的第一、第二输入；
输出信号FLT1即为第七或门(37)的输出；
第二选择开关(52)的输出和第四选择开关(62)的输出分别作为第八或门(38)的第一、第二输入；
输出信号FLT2即为第八或门(38)的输出；
第五脉冲元件15的输出和第二开关72的输出分别作为第五与门25的第一、第二输入；
第二人工按钮02作为第六脉冲元件16的输入；
第六脉冲元件16的输出和第一边缘检测元件91的输出信号A作为第六与门26的第一、第二输入；
第五滑块45和第六与门26的输出分别作为第七脉冲元件17的第一、第二输入；
第六滑块46和第七脉冲元件17的输出分别作为第八脉冲元件18的第一、第二输入；
第五与门25的输出和第八脉冲元件18的输出分别作为第九或门39的第一、第二输入；
FLTinA、FLTinB、FLTinC分别作为第十或门310的第一第二、第三输入；
FLTinAG、FLTinBG、FLTinCG分别作为第十一或门311的第一、第二、第三输入；
FLTinAB、FLTinBC、FLTinCA分别作为第十二或门312的第一、第二、第三输入；
第十或门310、第十一或门311、第十二或门312的输出分别作为第十三或门313的第一、第二、第三输入；
第九或门39的输出和第十三或门313的输出分别作为第七与门27的输入；
第七与门27的输出信号为FLTin。
故障设置子系统工作过程：
为了模拟与实际系统相似的故障情况，需要在电网一次系统模型对应的节点加入相应的故障信号，以测试保护在故障情况下的动作响应特性。模型设置了图3所示的高压侧、中压侧和低压侧区内、区外，以及变压器绕组共7个故障点。故障节点为高电平触发，由故障控制子系统通过逻辑控制，
在图3中的故障设置子系统中，按钮01为变压器TRF4区内和区外故障人工触发元件，故障触发瞬间，按钮01输出由0变为1；同理，按钮02为变压器TRF4内部故障人工触发元件，故障触发瞬间，按钮02输出由0变为1；
按钮01的输出信号作为输入进入脉冲元件11；脉冲元件11输入由0变为1时，即检测到上升沿，脉冲元件11输出0.02s的高电平信号；脉冲元件12的输出和输入规则与脉冲元件11相同；
母线BUS2A相电压的实时信号N1与浮点值0.0作为选择元件的2个输入端，其输出高电平的条件为N1>=0.0；选择元件的输出作为边缘检测元件91的输入；
边缘检测元件91的输入由0变为1时，即N1信号由负值过零点转为正值瞬间，其输出为1；在工频一个周期内，必定存在N1信号由负值过零点转为正值瞬间，即输出为1时，因此，将边缘检测元件91的输出信号和脉冲元件11的输出信号输入到与门21，可以使得当用户触发故障按钮01后的一个工频周期内，与门21可以在母线BUS2A相电压由负转为正的过零点时，输出为1，即发出触发信号；与门26的输入和输出规则相同；
与门221输出信号作为脉冲元件12的输入信号，当输入由0变为1时，即检测到上升沿，脉冲元件12输出由滑块41所控制时间的高电平信号；该控制时间即为故障相角，即母线BUS2A相电压由负转为正的过零点后，触发故障时间；
脉冲元件12输出信号为脉冲元件13输入信号，当输入由1变为0时，即检测到下降沿，脉冲元件12输出由滑块42所控制时间的高电平信号；该控制时间即为故障持续时间；
开关信号FLTA1、FLTB1、FLTC1、FLTAB1、FLTBC1、FLTCA1通过或门31、或门32的并联以及或门33的级联连接起来，6个开关信号即为故障点故障类型的控制信号；
或门33的输出信号即故障类型信号，与脉冲元件13的输出信号即故障角和故障时间信号作为与门22的输入信号，决定了与门22的输出信号，即用户所触发故障的基本信息；
选择器81共有6个选择位置，图3中仅列出2个位置；与6个选择位置相对应的是6个选择开关，选择器81可控制选择开关51~56的输入端，选择器81的输出信号为1~6中的任一信号时，该选择开关的输入即为与门22的输出，而其他选择开关的输入均为0，即当与门22输出为1时，被选择器81选择的选择开关输出为1，即该开关对应的故障设置点故障，其余故障点不发生故障；故障控制信号为FLT1~FLT6；
当变压器TRF4发生内部故障时：
通过人工故障按钮02触发，与门26经过故障角控制逻辑滑块45和故障时间控制逻辑滑块46来设置故障基本条件；
故障类型控制开关FLTinA、FLTinB、FLTinC、FLTinAG、FLTinBG、FLTinCG、FLTinAB、FLTinBC、FLTinCA通过或门310~313进行连接，确定内部故障类型，并将或门39和或门313的输出输送到与门27中，最终确定内部故障信号FLTin的所有影响条件；
当一次系统需要设置发展性故障时：
脉冲元件13的输出信号为脉冲元件14的输入信号，当输入由1变为0时，即检测到下降沿，脉冲元件14输出由滑块43所控制时间的高电平信号；该控制时间即为两次故障的间隔时间；
脉冲元件14的输出信号为脉冲元件15的输入信号，当输入由1变为0时，即检测到下降沿，脉冲元件15输出由滑块44所控制时间的高电平信号；该控制时间即为发展性故障持续的时间；
脉冲元件15的输出信号和发展性故障开关71的输出信号作为与门23的输入信号，当用户允许发展性故障时，即发展性故障开关71输出为1，用户所触发的故障信号可以通过与门23；当用户不允许发展性故障时，即发展性故障开关71输出为0，用户所触发的故障信号无法通过与门23；
开关信号FLTA2、FLTB2、FLTC2、FLTAB2、FLTBC2、FLTCA2通过或门34、或门35的并联以及或门36的级联连接起来，6个开关信号即为发展性故障点故障类型的控制信号；
或门36的输出信号即故障类型信号，和与门23的输出信号即故障角和故障时间信号作为与门24的输入信号，决定了与门24的输出信号，即用户所触发故障的基本信息；
选择器82共有6个选择位置，图3中仅列出2个位置；与6个选择位置相对应的是8个选择开关61~66，选择器82可控制选择开关的输入端，选择器82的输出信号为1~6中的任一信号时，该选择开关的输入即为与门24的输出，而其他选择开关的输入均为0，即当与门24输出为1时，被选择器82选择的选择开关输出为1，即该开关对应的故障设置点故障，其余故障点不发生故障；故障控制信号同样为FLT1~FLT6；
故障信号与发展性故障信号通过或门37和或门38等输出，各自的故障信息不受影响。
当发展性故障为变压器TRF4内部故障时：
脉冲元件15的输出信号和开关72的信号作为与门25的输入信号，即当发展性故障为内部故障时，闭合开关72，发展性故障经与门25、或门39、与门27送到内部故障信号FLTin；当开关72开断时，不发生内部故障类型的发展性故障；
该故障控制子系统可模拟实际系统中各种金属性故障、经不同过渡电阻短路以及发展性故障，可设置以下不同的故障特性：故障类型、故障位置、故障注入角、故障时刻、故障持续时间、过渡电阻，以及各种转换性故障。其中，第一人工控制按钮01、第二人工控制按钮02分别为初始区、内外短路故障和绕组内部故障触发按钮，第一开关71、第二开关72分别为继发故障的闭锁开关，第一滑块41等开关为以节点电压为参考值故障注入角设置滑块，FLT1A、FLT1B等开关为故障类型选择开关，可实现单相接地、相间故障、三相短路等不同的故障类型，第二滑块42等开关分别为初始故障与继发故障的故障持续时间，第三滑块43为初始故障与继发故障的间隔时间，第一选择器81、第二选择器82分别为初始故障与继发故障的故障位置选择开关。
考虑到变压器保护装置无需提供重合闸信号，并且仅有三相跳闸而无单相跳闸信号，变压器保护检测平台中的断路器模型一方面应能实现人工跳闸，考察变压器保护装置在变压器空载解合环、手合带故障变压器等操作下的动作特性，另一方面，断路器模型必须能够实时响应变压器保护设备所发出的跳闸信号，从而构成一个完整的闭环试验，考察变压器保护装置在动作后的特性。断路器能根据试验需要模拟三相操作，其开合状态由断路器控制子系统通过逻辑控制。在一次系统模型中设置了CB1~CB10共10个断路器，断路器CB5的逻辑控制电路如图4所示：
在图4中，第三手动按钮03的输出信号CB5CL作为第二边缘检测元件92的输入；
数值1、数值0和第三开关73分别作为第五选择开关101的第一、第二、第三输入；
信号TJ5和第五选择开关101的输出分别作为第八与门28的第一第二输入；
第四手动按钮04的输出信号CB5T和第八与门28的输出信号分别作为第十四或门314的第一、第二输入；
第十四或门314和第二边缘检测元件92的输出分别作为第一SR触发器111的S、R输入；
第一SR触发器111的R端口输出信号为CB5。
断路器控制子系统工作过程：
在图4中，TJ5信号为保护设备发出的跳闸信号，为三相动作；
第三开关73和选择开关101控制着CB5断路器控制子系统中保护设备信号的有效性，当闭锁开关73输出高电平时，选择开关101选择1，即CB5控制子系统中保护设备信号有效；当闭锁开关73输出低电平时，选择开关101选择0，即CB5控制子系统中保护设备信号无效；
按钮CB5CL控制着用户手动合闸动作信号CB5CL，且为三相动作；
按钮CB5T控制着用户手动开闸动作信号CB5T，且为三相动作；
信号CB5T和与门28的输出即保护跳闸信号作为或门314的输入，即用户手动和保护设备信号都可通过或门314作为SR触发器111中S端的输入，提供CB5的跳闸信号；
当CB5CL手动合闸信号由0变为1时，即边缘检测元件92检测到上升沿瞬间，边缘检测元件92输出1；
CB5CL信号与边缘检测元件92的输出信号作为SR触发器111的输入信号，为断路器CB5提供合闸信号；
SR触发器(111)的Q非端作为输出信号，即断路器CB5三相的位置信号；
其中，第三开关73为保护闭锁信号，CB5T、CB5CL分别为人工合闸、跳闸信号TJ5为保护装置跳三相信号。该检测平台的断路器控制子系统既能实现人工跳、合闸以及保护闭锁，也能实时响应保护系统发出的跳闸信号，是变压器保护装置的闭环测试中不可或缺的一环。
Claims (3)
1.一种电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台，其特征是：包括RTDS实时数字仿真系统和功率放大器，所述的RTDS实时数字仿真系统构建出的系统模型包括一次系统模型、故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型，所述的故障设置子系统模型和断路器控制子系统模型分别连接一次系统模型，故障设置子系统模型提供故障信号，断路器控制子系统模型提供跳合闸信号，一次系统模型经功率放大器输出电气量信号至待测变压器保护装置，待测变压器保护装置反馈保护动作信号至断路器控制子系统；
所述的一次系统模型为525/242/34.5kV三电压等级自耦变压器以及中距离200km输电线路的输变电系统，包括第一发电机组(MACH1)，第一发电机组通过第一变压器(TRF1)与第一母线(BUS1)相连接；共有2个无穷大系统，其中第一无穷大系统(SCR1)通过第二变压器(TRF2)与第二母线(BUS2)相连接，第二无穷大系统(SCR2)通过第三变压器(TRF3)与第三母线(BUS3)相连接；第四变压器(TRF4)的高、中、低压侧分别与第二母线(BUS2)、第三母线(BUS3)、第四母线(BUS4)相连接；共有五组电流互感器和三组电压互感器，其中第一电流互感器(TA1)装在第二母线(BUS2)与第四变压器(TRF4)之间，第二电流互感器(TA2)装在第三母线(BUS3)与第四变压器(TRF4)之间，其中第三电流互感器(TA3)装在第四母线(BUS4)与第四变压器(TRF4)之间，第四电流互感器(TA4)装在第四变压器(TRF4)高压侧中性点接地处，第五电流互感器(TA5)装在第四变压器(TRF4)低压侧三角接线的三相绕组上，第一电压互感器(TV1)装在第二母线(BUS2)与第四变压器(TRF4)之间，第二电压互感器(TV2)装在第三母线(BUS3)与第四变压器(TRF4)之间，其中第三电压互感器(TV3)装在第四母线(BUS4)与第四变压器(TRF4)之间；1个第一输电线路(TL1)；一次系统共10个断路器，其中第一断路器(CB1)安装在连接第一发电机组(MACH1)和第一母线(BUS1)之间的线路上，第二断路器(CB2)安装在连接第一输电线路(TL1)和第一母线(BUS1)的线路上，第三断路器(CB3)安装在连接第一输电线路(TL1)与第二母线(BUS2)的线路上，第四断路器(CB4)安装在连接第一无穷大系统(SCR1)和第二母线(BUS2)之间的线路上，第五断路器(CB5)安装在连接第二母线(BUS2)和第一电压互感器(TV1)之间的线路上，第六断路器(CB6)安装在连接第三母线(BUS3)和第二电压互感器(TV2)之间的线路上，第七断路器(CB7)安装在连接第二无穷大系统(SCR2)和第三母线(BUS3)之间的线路上，第八断路器(CB8)安装在连接第四母线(BUS4)和第三电压互感器(TV3)之间的线路上，第九断路器(CB9)安装在连接第四母线(BUS4)与电抗器XL之间的线路上，第十断路器(CB10)安装在连接第四母线(BUS4)与电容器XC之间的线路上；一次系统共设置了6个故障点，其中第一故障点(K1)设置在第一输电线路(TL1)靠近第二母线(BUS2)附近，第二故障点(K2)设置在第一电流互感器(TA1)与第四变压器(TRF4)之间，第三故障点(K3)设置在第二电流互感器(TA2)与第四变压器(TRF4)之间，第四故障点(K4)设置在第三母线(BUS3)上，第五故障点(K5)设置在第三电流互感器(TA3)与第四变压器(TRF4)之间，第六故障点(K6)设置在第四母线(BUS4)上，第七故障点(Kin)设置在第四变压器(TRF4)内部。
2.根据权利要求1所述的电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台，所述的故障设置子系统模型的组成和连接关系其特征是：
第二母线(BUS2)的N1相节点电压值和0值作为选择元件的第一、第二输入，选择元件的输出作为第一边缘检测元件的输入；
第一人工按钮(01)作为第一脉冲元件(11)的输入；
第一脉冲元件(11)的输出和第一边缘检测元件(91)的输出信号A作为第一与门(21)的第一、第二输入；
第一滑块(41)和第一与门(21)的输出分别作为第二脉冲元件(12)的第一、第二输入；
第二滑块(42)和第二脉冲元件(12)的输出分别作为第三脉冲元件(13)的第一、第二输入；
FLTA1、FLTB1、FLTC1分别作为第一或门(31)的第一、第二、第三输入；
FLTAB1、FLTBC1、FLTCA1分别作为第二或门(32)的第一、第二、第三输入；
第一或门(31)的输出和第二或门(32)的输出分别作为第三或门(33)的第一、第二输入；
第三脉冲元件(13)的输出和第三或门(33)的输出分别作为第二与门(22)的输入；
第二与门(22)的输出、第一选择器(81)的输出和0值分别作为第一选择开关(51)的第一、第二、第三输入；
第二与门(22)的输出、第一选择器(81)的输出和0值还分别作为第二选择开关(52)的第一、第二、第三输入；
第三滑块(43)和第三脉冲元件(13)的输出分别作为第四脉冲元件(14)的第一、第二输入；
第四滑块(44)和第四脉冲元件(14)的输出分别作为第五脉冲元件(15)的第一、第二输入；
第一开关(71)的输出和第五脉冲元件(15)的输出分别作为第三与门(23)的第一、第二输入；
FLTA2、FLTB2、FLTC2分别作为第四或门(34)的第一、第二、第三输入；
FLTAB2、FLTBC2、FLTCA2分别作为第五或门(35)的第一、第二、第三输入；
第四或门(34)的输出和第五或门(35)的输出分别作为第六或门(36)的第一、第二输入；
第三与门(23)的输出和第六或门(36)的输出分别作为第四与门(24)的输入；
第四与门(24)的输出、第二选择器(82)的输出和0值分别作为第三选择开关(61)的第一、第二、第三输入；
第四与门(24)的输出、第二选择器(82)的输出和0值还分别作为第四选择开关(62)的第一、第二、第三输入；
第一选择开关(51)的输出和第三选择开关(61)的输出分别作为第七或门(37)的第一、第二输入；
输出信号FLT1即为第七或门(37)的输出；
第二选择开关(52)的输出和第四选择开关(62)的输出分别作为第八或门(38)的第一、第二输入；
输出信号FLT2即为第八或门(38)的输出；
第五脉冲元件(15)的输出和第二开关(72)的输出分别作为第五与门(25)的第一、第二输入；
第二人工按钮(02)作为第六脉冲元件(16)的输入；
第六脉冲元件(16)的输出和第一边缘检测元件(91)的输出信号A作为第六与门(26)的第一、第二输入；
第五滑块(45)和第六与门(26)的输出分别作为第七脉冲元件(17)的第一、第二输入；
第六滑块(46)和第七脉冲元件(17)的输出分别作为第八脉冲元件(18)的第一、第二输入；
第五与门(25)的输出和第八脉冲元件(18)的输出分别作为第九或门(39)的第一、第二输入；
FLTinA、FLTinB、FLTinC分别作为第十或门(310)的第一、第二、第三输入；
FLTinAG、FLTinBG、FLTinCG分别作为第十一或门(311)的第一、第二、第三输入；
FLTinAB、FLTinBC、FLTinCA分别作为第十二或门(312)的第一、第二、第三输入；
第十或门(310)、第十一或门(311)、第十二或门(312)的输出分别作为第十三或门(313)的第一、第二、第三输入；
第九或门(39)的输出和第十三或门(313)的输出分别作为第七与门(27)的输入；
第七与门(27)的输出信号为FLTin；
开关信号FLTA1、FLTB1、FLTC1、FLTAB1、FLTBC1、FLTCA1通过第一或门(31)、第二或门(32)的并联以及第三或门(33)的级联连接起来，6个开关信号即为故障点故障类型的控制信号；
第三或门(33)的输出信号即故障类型信号，与第三脉冲元件(13)的输出信号即故障角和故障时间信号作为第二与门(22)的输入信号，决定了第二与门(22)的输出信号，即用户所触发故障的基本信息；开关信号FLTA2、FLTB2、FLTC2、FLTAB2、FLTBC2、FLTCA2通过第四或门(34)、第五或门(35)的并联以及第六或门(36)的级联连接起来，6个开关信号即为发展性故障点故障类型的控制信号；
第六或门(36)的输出信号即故障类型信号，和第三与门(23)的输出信号即故障角和故障时间信号作为第四与门(24)的输入信号，决定了第四与门(24)的输出信号，即用户所触发故障的基本信息；
故障类型控制开关FLTinA、FLTinB、FLTinC、FLTinAG、FLTinBG、FLTinCG、FLTinAB、FLTinBC、FLTinCA通过第十或门(310)、第十一或门(311)和第十二或门(312)进行连接，确定内部故障类型，并将第九或门(39)和第十三或门(313)的输出输送到第七与门(27)中，最终确定内部故障信号FLTin的所有影响条件。
3.根据权利要求2所述的电力系统变压器保护装置的柔性仿真测试平台，所述的断路器控制子系统模型的组成和连接关系其特征是：
第三手动按钮(03)的输出信号CB5CL作为第二边缘检测元件(92)的输入；
数值1、数值0和第三开关(73)分别作为第五选择开关(101)的第一、第二、第三输入；
信号TJ5和第五选择开关(101)的输出分别作为第八与门(28)的第一、第二输入；
跳闸信号TJ5为保护装置跳三相信号；
第四手动按钮(04)的输出信号CB5T和第八与门(28)的输出信号分别作为第十四或门(314)的第一、第二输入；
第十四或门(314)和第二边缘检测元件(92)的输出分别作为第一SR触发器(111)的S、R输入；
第一SR触发器(111)的R端口输出信号为CB5。
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Legal Events
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Address after: 510080 Dongfeng East Road, Dongfeng, Guangdong, Guangzhou, Zhejiang Province, No. 8 Patentee after: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co.,Ltd. Address before: 510080, No. 8, Qi Gang, Dongfeng East Road, Guangzhou, Guangdong Patentee before: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF GUANGDONG POWER GRID Corp. |
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