CN103605292A - 基于rtds的微机保护一体化测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RTDS的微机保护一体化测试方法，包括：在RTDS中建立电力一次系统模型；在RTDS中建立电压互感器模型、电流互感器模型和开关投切控制系统模型；在RTDS中建立保护仿真模型，用于对电力系统中的保护硬件装置进行仿真模拟；根据建立的模型，进行微机保护仿真测试。本发明用仿真模型替代了保护硬件，具有体积小、建设周期短、配置灵活、可重复性强等优点，且测试结果与接入实际硬件保护装置时一致。可以大大减少装置试验的场地占用和装置数量，测试效率高，运行调试灵活性高。

Description

基于RTDS的微机保护一体化测试方法

技术领域

本发明涉及电力系统中的微机保护技术领域，尤其涉及一种基于RTDS的微机保护一体化测试方法。

背景技术

电力系统实时仿真是指实时模拟电力系统各种运行过程，并且能接入实际的物理装置进行实验的电力系统仿真方式。在电力系统中，为验证新的控制、保护设备的性能，它们在投入实际系统运行前都要进行测试。

电力系统中目前常用的仿真工具大都是非实时且离线的，它们在电力系统的测试和校验中都得到了广泛应用。但是在传统的非实时离线数字仿真计算中，对一个几秒钟的暂态过程往往需要花费几分钟甚至几十分钟，无法满足保护装置和控制设备实时交互测试的要求。

RTDS（Real Time Digital Simulator，实时数字仿真器）是一种技术成熟、应用广泛的实时数字仿真系统。它实质上是为实现实时数字仿真系统暂态过程而专门开发的并行计算机系统。它的实时仿真步长能达到50微秒级别。RTDS的主要优势在于实时性和带被测试设备运行的能力。它不但可以用于电力系统的仿真测试，还可以提供电力系统一次设备，各类控制系统，各种电力系统自动化设备实时数字仿真试验的试验环境。RTDS与适当的电压、电流放大器结合可进行继电保护测试。测试内容可包括电压电流波形分析、互感器饱和特性分析和复杂的故障操作模拟等，RTDS精确而丰富的元件模型使得继电保护的测试环境与实际的电力系统运行状态非常接近。

但是，由于一般RTDS中的保护仿真都需要实际保护的硬件装置一同参与，在进行测试时，还要单独购买相应的保护装置硬件，当涉及多套不同类型保护时，对保护硬件装置的配置要求较高。同时由于物理装置的可扩展性差，可仿真的电力系统规模受到装置自身的物理特性等诸多因素限制。这种必须有保护硬件装置参与的RTDS仿真试验，场地占用大，所需装置数量多，可重复性差，测试效率较低。

发明内容

基于此，本发明提供了一种基于RTDS的微机保护一体化测试方法。

一种基于RTDS的微机保护一体化测试方法，包括以下步骤：

在RTDS中建立电力一次系统模型；其中所述电力一次系统模型包括发电机模型、变压器模型、输电线路模型，断路器模型和负荷模型；

在RTDS中建立电压互感器模型、电流互感器模型和开关投切控制系统模型；其中，所述电压互感器模型和电流互感器模型分别用于将电力一次系统中的电压量和电流量转换为输入至保护仿真模型的电压量和电流量，所述开关投切控制系统模型用于对电力一次系统中的断路器控制系统进行仿真模拟；

在RTDS中建立保护仿真模型，用于对电力系统中的保护硬件装置进行仿真模拟；

根据建立的所述电力一次系统模型、所述电压互感器模型、所述电流互感器模型、所述开关投切控制系统模型和所述保护仿真模型，进行微机保护测试。

与一般技术相比，本发明基于RTDS的微机保护一体化测试方法在RTDS原有的一次系统数字动模模型的基础上，对实际保护装置进行仿真建模，用仿真模型代替保护硬件，构建出基于RTDS的完整的微机保护一体化仿真测试方法。由于用仿真模型替代了保护硬件，具有体积小、建设周期短、配置灵活、可重复性强等优点，且仿真结果与接入实际硬件保护装置时一致。该方法可以大大减少装置试验的场地占用和装置数量，可重复性强、测试效率高，运行调试灵活性高。

附图说明

图1为本发明基于RTDS的微机保护一体化测试方法的流程示意图；

图2为本发明的保护仿真模型库中各模块示意图；

图3为本发明的滤波器模块中的各类基本元件示意图；

图4为本发明的电量计算模块中的各类基本元件示意图；

图5为本发明的保护功能模块中的各类基本元件示意图；

图6为本发明用各类基本元件构建的完整的距离保护示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

请参阅图1，为本发明基于RTDS的微机保护一体化测试方法的流程示意图。

本发明基于RTDS的微机保护一体化测试方法，包括以下步骤：

S101在RTDS中建立电力一次系统模型；其中所述电力一次系统模型包括发电机模型、变压器模型、输电线路模型，断路器模型和负荷模型；

S102在RTDS中建立电压互感器模型、电流互感器模型和开关投切控制系统模型；其中，所述电压互感器模型和电流互感器模型分别用于将电力一次系统中的电压量和电流量转换为输入至保护仿真模型的电压量和电流量，所述开关投切控制系统模型用于对电力一次系统中的断路器控制系统进行仿真模拟；

S103在RTDS中建立保护仿真模型，用于对电力系统中的保护硬件装置进行仿真模拟；

S104根据建立的所述电力一次系统模型、所述电压互感器模型、所述电流互感器模型、所述开关投切控制系统模型和所述保护仿真模型，进行微机保护测试。

在RTDS中搭建电力一次系统模型，包括发电机模型、变压器模型、输电线路模型，断路器模型，负荷模型等等。

这些模型都可以利用RTDS中现有的组件进行组合搭建，并设定相应的参数。RTDS可以在较短的仿真步长下（如50μs级别），实时地计算出一次系统各点的电压电流值。

所述在RTDS中建立电压互感器模型、电流互感器模型和开关投切控制系统模型的步骤中，所述电压互感器模型和所述电流互感器模型用于将一次系统的电压电流量转换为二次系统可以直接利用的电压电流量，同时还可以模拟互感器的饱和特性。所述的建立开关投切控制系统模型，用于模拟断路器控制系统的动作特性。

根据微机保护硬件装置的工作原理和动作特性，搭建相应的保护仿真模型，从而替代原来的硬件装置，执行保护的故障计算和逻辑判断功能，实现无需硬件的微机保护一体化测试。

该微机保护软件模型的动作特性应能完全模拟实际保护硬件装置的动作特性，一般可以用如图2所示的保护仿真模型库中的元件进行搭建。

作为其中一个实施例，所述在RTDS中建立保护仿真模型的步骤中，所述保护仿真模型还用于执行保护的故障计算和逻辑判断。

作为其中一个实施例，所述在RTDS中建立保护仿真模型的步骤中，所述保护仿真模型包括滤波器模块、电量计算模块和保护功能模块。

具体的保护仿真模型的搭建，可以利用模块化和可视化的方法，通过RTDS中的用户自定义功能，按照功能的不同分别利用滤波器模块、电量计算模块和保护功能模块中的各元件搭建组合成一种保护模型。其中滤波器模块包括有限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器两个元件；电量计算模块包括对称分量分解元件，阻抗计算元件，工频突变量计算元件和相量计算元件四种；保护功能模块中包括起动元件，振荡闭锁元件、瞬时过流元件、差动保护元件、选相元件、断路器失灵元件、方向元件、距离保护元件和电压互感器断线判断元件。

将这些元件的输入输出进行连接，可以方便地搭建各种特定的微机保护仿真模型。

如图3所示为滤波器模块的内部元件，它包括有限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器两类元件，用来对输入信号进行滤波处理。

如图4所示为电量计算模块的内部元件，它包括对称分量分解元件，阻抗计算元件，工频突变量计算元件和相量计算元件四种。

如图5所示为保护功能模块的内部元件，它包括起动元件，振荡闭锁元件、瞬时过流元件、差动保护元件、选相元件、断路器失灵元件、方向元件、距离保护元件和电压互感器断线判断元件。将这些元件的输入输出进行连接，可以方便的搭建各种特定的微机保护软件模型。

如图6所示为由图3、图4和图5中的各元件搭建起的一套完整的距离保护模型，用以替代微机保护硬件的功能。其中三相电压电流信号经过有限冲激响应滤波器滤波后，输出给工频突变量计算元件和起动元件、选相元件、方向元件、振荡闭锁元件、电压互感器断线元件。其中起动元件和选相元件同时还需要工频突变量元件提供的输出结果。然后将起动元件、选相元件、方向元件、振荡闭锁元件、电压互感器断线元件的输出信号输送给距离保护元件，距离保护元件根据已有的逻辑，判断保护是否动作并将动作信号发送给开关投切控制系统模型，进而控制一次系统模型中断路器的合闸与分闸。

需要指出的是，图6所示的距离保护，是用本发明构建的微机保护软件模型中的一种。其他类型的保护可以按照类似的方式，由本专业技术人员按照已有知识，从本发明提出的滤波器模块、电量计算模块和保护功能模块中挑选相应的元件，进行连接即可搭建成相应的保护模型。

与一般技术相比，本发明基于RTDS的微机保护测试方法在RTDS原有的一次系统数字动模模型的基础上，对实际保护装置进行仿真建模，用仿真模型代替保护硬件，构建出基于RTDS的完整的微机保护一体化测试方法。由于用仿真模型替代了保护硬件，该方法具有体积小、建设周期短、配置灵活、可重复性强等优点，且仿真结果与接入实际硬件保护装置时一致。该方法可以大大减少装置试验的场地占用和装置数量，可重复性强、测试效率高，运行调试灵活性高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

在RTDS中建立电力一次系统模型；其中所述电力一次系统模型包括发电机模型、变压器模型、输电线路模型，断路器模型和负荷模型；

在RTDS中建立电压互感器模型、电流互感器模型和开关投切控制系统模型；其中，所述电压互感器模型和电流互感器模型分别用于将电力一次系统中的电压量和电流量转换为输入至保护仿真模型的电压量和电流量，所述开关投切控制系统模型用于对电力一次系统中的断路器控制系统进行仿真模拟；

在RTDS中建立保护仿真模型，用于对电力系统中的保护硬件装置进行仿真模拟；

根据建立的所述电力一次系统模型、所述电压互感器模型、所述电流互感器模型、所述开关投切控制系统模型和所述保护仿真模型，进行微机保护测试。

2.根据权利要求1所述的基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，所述在RTDS中建立电压互感器模型、电流互感器模型和开关投切控制系统模型的步骤中，所述电压互感器模型和所述电流互感器模型还可以分别用于模拟电压互感器和电流互感器的饱和特性。

3.根据权利要求1所述的基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，所述在RTDS中建立保护仿真模型的步骤中，所述保护仿真模型还用于执行保护的故障计算和逻辑判断。

4.根据权利要求1所述的基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，所述在RTDS中建立保护仿真模型的步骤中，所述保护仿真模型包括滤波器模块、电量计算模块和保护功能模块。

5.根据权利要求4所述的基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，所述滤波器模块包括有限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器。

6.根据权利要求4所述的基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，所述电量计算模块包括对称分量分解元件、阻抗计算元件、工频突变量计算元件和相量计算元件。

7.根据权利要求4所述的基于RTDS的微机保护一体化测试方法，其特征在于，所述保护功能模块包括起动元件、振荡闭锁元件、瞬时过流元件、差动保护元件、选相元件、断路器失灵元件、方向元件、距离保护元件和电压互感器断线判断元件。

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