CN103616610B - 一种电网故障线路中监控信号的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网故障线路中监控信号的仿真方法，属于电力系统调度自动控制与仿真技术领域。本发明方法，利用网络拓扑自动判断故障线路所在母线的电压等级和接线方式。常见的母线接线方式包括：3/2开关接线方式，普通接线方式，无开关接线方式。对于每种接线方式，根据故障类型、保护配置、开关动作等情况生成仿真监控信号，详细模拟监控信号动作的时间序列。本发明的仿真方法中，产生的线路故障监控信号，能够适用于各种电网接线结构，增强了培训仿真系统实用性。本方法实现了电网线路中各种故障类型、保护配置、开关动作等情况监控信号的详细仿真，仿真监控信号与实际信号一致，仿真内容逼真，有利于电网监控和调度人员的培训。

Description

一种电网故障线路中监控信号的仿真方法

技术领域

本发明涉及一种电网故障线路中监控信号的仿真方法，属于电力系统调度自动控制与仿真技术领域。

背景技术

传统的电网培训仿真系统（以下简称DTS）能够简单模拟各种电网故障及其保护动作情况。DTS重点关注电网故障后潮流分布情况，保护模型比较简单，通常采用逻辑法进行保护仿真。随着电网调控一体化的建设要求，急需在传统DTS的基础上增加监控信号仿真功能，实现电网调度/监控一体的联合反事故演习。线路故障是电网最为常见的故障种类，线路故障时出现的监控信号也随故障类型、相位、故障位置等情况变化。线路监控信号的仿真是电网调控一体仿真中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种电网线路故障监控信号的仿真方法，首先利用网络拓扑自动判断故障线路所在母线的电压等级和接线方式。然后对于每种接线方式，根据故障类型、保护配置、开关动作等情况生成仿真监控信号，详细模拟监控信号动作的时间序列。最后，按照仿真监控信号的时节序列发送告警信息，模拟监控信号告警过程。

本发明提出的电网故障线路中监控信号的仿真方法，包括以下步骤

（1）在仿真系统的电网线路上施加一个故障，记录该故障的相位和故障持续时间；

（2）从故障线路的任意一个端子出发，采用深度优先搜索方法，根据开关和刀闸的开合状态，对故障线路的端子的接线方式进行判断，若故障线路的端子通过边开关和中开关分别与两段母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为3/2接线方式，若故障线路的端子通过一个普通开关与一段母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为普通接线，若故障线路的端子直接与母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为无开关连接方式；

（3）当故障线路端子的接线方式为普通接线方式时，生成如下监控信号：

故障线路的普通开关上，信号发生时间为0毫秒时，主保护出口信号为监控信号；

信号发生时间为设定开关跳闸时间时，根据上述故障相位，得到单相故障的单相跳闸出口信号为监控信号，两相或三相故障的三相跳闸出口信号为监控信号；

对于单相故障，信号发生时间为设定的重合闸保护动作时间（一般为600-1200毫秒），生成的普通开关重合闸出口信号为监控信号，跳闸相普通开关闭合后生成的开关重合信号为监控信号；

当上述故障持续时间大于设定的普通开关重合闸保护动作时间时，普通开关重合闸不成功，在普通开关重合闸动作时间后的100毫秒时生成的主保护出口信号和开关三相跳闸信号同时为监控信号；

（4）当故障线路端子的接线方式为3/2接线方式时，生成如下监控信号：

故障线路的边开关和中开关上，信号发生时间为0毫秒时，主保护出口信号为监控信号；

信号发生时间为设定开关跳闸时间时，根据上述故障相位，得到单相故障的单相跳闸出口信号为监控信号，两相或三相故障的三相跳闸出口信号为监控信号；

对于单相故障，信号发生时间为设定的边开关重合闸保护动作时间，生成的边开关重合闸出口信号为监控信号，跳闸相边开关闭合后生成的开关重合信号为监控信号；

当上述故障持续时间大于设定的边开关重合闸保护动作时间时，边开关重合闸不成功，在边开关重合闸动作时间后的100毫秒时生成的主保护出口信号和开关三相跳闸信号同时为监控信号；

当上述故障持续时间大于设定的边开关重合闸保护动作时间时，边开关重合闸不成功，在边开关重合闸动作时间后的100毫秒时，中开关跳闸相以外的其它两相开关生成的跳闸信号同时为监控信号。

本发明提出的一种电网线路故障监控信号的仿真方法，其优点如下：

1、本发明的仿真方法中，产生的线路故障监控信号，能够适用于各种电网接线结构，增强了培训仿真系统实用性。

2、本发明方法实现了电网线路中各种故障类型、保护配置、开关动作等情况监控信号的详细仿真，仿真监控信号与实际信号一致，仿真内容逼真，有利于电网监控和调度人员的培训。

3、本发明方法严格按照电网实际保护配置，仿真监控信号的时间序列，监控信号时间序列的分辨率提升为0.02秒，因此仿真时序逼真。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

图2是本发明方法中母线的接线方式示意图。

具体实施方式

本发明提出的电网故障线路中监控信号的仿真方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤

（1）在仿真系统的电网线路上施加一个故障，记录该故障的相位和故障持续时间；

（2）从故障线路的任意一个端子出发，采用深度优先搜索方法，根据开关和刀闸的开合状态，对故障线路的端子的接线方式进行判断，若故障线路的端子通过边开关和中开关分别与两段母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为3/2接线方式，若故障线路的端子通过一个普通开关与一段母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为普通接线，若故障线路的端子直接与母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为无开关连接方式；

（3）当故障线路端子的接线方式为普通接线方式时，生成如下监控信号：

故障线路的普通开关上，信号发生时间为0毫秒时，主保护出口信号为监控信号；

信号发生时间为设定开关跳闸时间（该时间一般为60-100毫秒）时，根据上述故障相位，得到单相故障的单相跳闸出口信号为监控信号，两相或三相故障的三相跳闸出口信号为监控信号；

对于单相故障，信号发生时间为设定的重合闸保护动作时间（一般为600-1200毫秒），生成的普通开关重合闸出口信号为监控信号，跳闸相普通开关闭合后生成的开关重合信号为监控信号；

当故障持续时间大于设定的普通开关重合闸保护动作时间时，普通开关重合闸不成功，在普通开关重合闸动作时间后的100毫秒时生成的主保护出口信号和开关三相跳闸信号同时为监控信号；

（4）当故障线路端子的接线方式为3/2接线方式时，生成如下监控信号：

故障线路的边开关和中开关上，信号发生时间为0毫秒时，主保护出口信号为监控信号；

信号发生时间为设定开关跳闸时间（该时间一般为60-100毫秒）时，根据上述故障相位，得到单相故障的单相跳闸出口信号为监控信号，两相或三相故障的三相跳闸出口信号为监控信号；

对于单相故障，信号发生时间为设定的边开关重合闸保护动作时间（一般为600-1200毫秒），生成的边开关重合闸出口信号为监控信号，跳闸相边开关闭合后生成的开关重合信号为监控信号；

当故障持续时间大于设定的边开关重合闸保护动作时间时，边开关重合闸不成功，在边开关重合闸动作时间后的100毫秒时生成的主保护出口信号和开关三相跳闸信号同时为监控信号；

当故障持续时间大于设定的边开关重合闸保护动作时间时，边开关重合闸不成功，在边开关重合闸动作时间后的100毫秒时，中开关跳闸相以外的其它两相开关生成的跳闸信号同时为监控信号。

本发明方法，利用网络拓扑自动判断故障线路所在母线的电压等级和接线方式。常见的母线接线方式包括：3/2开关接线方式，普通接线方式，无开关接线方式。根据电压等级和接线方式选择不同的仿真方法。对于每种接线方式，根据故障类型、保护配置、开关动作等情况生成仿真监控信号，详细模拟监控信号动作的时间序列。按照仿真监控信号的时间序列发送告警信息，模拟监控信号告警过程。

以下介绍本发明方法的一个实施例：

对于故障线路，从线路的每一个端子出发，采用深度优先搜索算法，获得的开关设备个数和参数，判断该线路端子所在母线的接线结构。其判决如下表所示：

接线结构	开关数量	设备类型
			3/2接线	2	开关
普通接线	1	普通开关
			无开关接线方式	0	无

3/2接线情况下，标记连接母线侧的开关为边开关，在线路之间的开关为中开关。各接线结构示意图如图2所示。

仿真方法的具体步骤如下：

普通接线方式下，以线路AAA线为例，其线路一侧连接的开关为#1变电站#H开关，监控信号生成步骤如下：

判断线路主设备保护及开关动作信号。选取开关上的高频保护、光纤差动保护作为主保护，其监控信号为主保护出口信号，其动作延时为0毫秒。根据故障相位，选择跳闸监控信号。对于A相单相故障，其跳闸信号为A相跳闸出口信号；对于两相或三相故障，其跳闸信号为ABC三相跳闸出口信号。根据选择的跳闸信号，按照开关动作延时，生成相应的开关动作信号；开关动作信号的延时为60毫秒。

生成重合闸保护动作及重合闸是否成功信号。对于单相故障，重合闸保护动作并生成重合闸出口信号，合上跳闸相开关，生成开关重合信号；其信号延时为重合闸动作延时，可以从保护配置中获取，通常为600-1200毫秒。对于永久故障，重合闸后故障没有消除，重合闸不成功，生成主保护出口信号和开关三相跳闸信号，其延时为在重合闸动作时间上增加100毫秒。

对于三相故障，重合闸保护不动作，不生成任何信号。

以线路AAA线为例，普通接线方式下，单相永久故障时，仿真监控信号及时序如下表所示：

3/2接线情况下，以线路AAA线为例，线路一侧连接的开关为#1变电站#H开关（边开关）和#1变电站#M开关（中开关），监控信号生成步骤如下：

判断线路主设备保护及开关动作信号。选取开关上的高频保护、光纤差动保护作为主保护，其监控信号为主保护出口信号，动作延时为0毫秒。。根据故障相位，选择跳闸监控信号。对于A相单相故障，其跳闸信号为A相跳闸出口信号；对于两相或三相故障，其跳闸信号为ABC三相跳闸出口信号。根据选择的跳闸信号，按照开关动作延时，生成线路边开关和中开关的动作信号；开关动作信号的延时为60毫秒。

生成重合闸保护动作及重合闸是否成功信号。对于单相故障，仅线路边开关重合闸动作，生成重合闸出口信号，合上跳闸相开关，生成开关重合信号；其信号延时为重合闸动作延时，可以从保护配置中获取。对于永久故障，重合闸后故障没有消除，导致重合不成功，生成主保护出口信号和边开关三相跳闸信号；同时中开关生成故障相以外其它两相开关跳闸信号。

对于三相故障，重合闸保护不动作，不生成任何信号。

以线路AAA线为例，3/2接线情况下，单相永久故障时，仿真监控信号及时序如下表所示：

对于无开关接线方式，不生成任何监控信号。

按照仿真监控信号的时间序列发送告警信息，模拟监控信号告警过程。按照上述过程中监控信号的时间顺序、信号类型和仿真监控信号，生成监控信号报警信息。信息的展示严格按照时间顺序排列，模拟监控信号上送及告警过程。

Claims (1)

1.一种电网故障线路中监控信号的仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)在仿真系统的电网线路上施加一个故障，记录该故障的相位和故障持续时间；

(2)从故障线路的任意一个端子出发，采用深度优先搜索方法，根据开关和刀闸的开合状态，对故障线路的端子的接线方式进行判断，若故障线路的端子通过边开关和中开关分别与两段母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为3/2接线方式，若故障线路的端子通过一个普通开关与一段母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为普通接线，若故障线路的端子直接与母线相连，则判定故障线路端子的接线方式为无开关连接方式；

(3)当故障线路端子的接线方式为普通接线方式时，生成如下监控信号：

故障线路的普通开关上，信号发生时间为0毫秒时，主保护出口信号为监控信号；

信号发生时间为设定开关跳闸时间时，根据上述故障相位，得到单相故障的单相跳闸出口信号为监控信号，两相或三相故障的三相跳闸出口信号为监控信号；

对于单相故障，信号发生时间为设定的重合闸保护动作时间，生成的普通开关重合闸出口信号为监控信号，跳闸相普通开关闭合后生成的开关重合信号为监控信号；

当上述故障持续时间大于设定的普通开关重合闸保护动作时间时，普通开关重合闸不成功，在普通开关重合闸动作时间后的100毫秒时生成的主保护出口信号和开关三相跳闸信号同时为监控信号；

(4)当故障线路端子的接线方式为3/2接线方式时，生成如下监控信号：

故障线路的边开关和中开关上，信号发生时间为0毫秒时，主保护出口信号为监控信号；

信号发生时间为设定开关跳闸时间时，根据上述故障相位，得到单相故障的单相跳闸出口信号为监控信号，两相或三相故障的三相跳闸出口信号为监控信号；

对于单相故障，信号发生时间为设定的边开关重合闸保护动作时间生成的边开关重合闸出口信号为监控信号，跳闸相边开关闭合后生成的开关重合信号为监控信号；

当上述故障持续时间大于设定的边开关重合闸保护动作时间时，边开关重合闸不成功，在边开关重合闸动作时间后的100毫秒时生成的主保护出口信号和开关三相跳闸信号同时为监控信号；

当上述故障持续时间大于设定的边开关重合闸保护动作时间时，边开关重合闸不成功，在边开关重合闸动作时间后的100毫秒时，中开关跳闸相以外的其它两相开关生成的跳闸信号同时为监控信号。