CN103698636B - 一种继电保护测试仪并行同步测试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统继电保护测试技术，更特定言之，本发明涉及一种继电保护测试仪并行同步测试的方法。一种继电保护测试仪并行同步测试的方法，通过时钟同步方式同步所有参与试验的继电保护测试仪，保证所有继电保护测试仪同处于一个时钟系统内；测试工作站获取整个试验平台接入的扩展测试仪数目、接口数和运算能力的信息，配置相应的试验参数和接口参数，并发送给主同步测试仪；主同步测试仪拆解每个运算步骤所需要的幅值、相位和频率参数，同时发送给扩展测试仪；扩展测试仪收在一个时钟周期完成更新，同时将业务数据发送给变电站的继电保护装置。本发明实现了多台继电保护测试仪的同步触发和多台继电保护测试仪的并行测试。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护测试技术，更特定言之，本发明涉及一种继电保护测试仪并行同步测试的方法。
背景技术
传统继电保护测试仪受到硬件性能、体积、系统架构等多方面因系的影响，无法针对现有继电保护装置进行完整、全面的测试，而对于安全运行需要，如何能够完整、直观准确的测试评估继电保护装置功能是否正常是非常重要的。目前市场上使用的继电保护测试仪均采用固定接口以及分组量输出的方式，且只能单台装置运行。这样存在以下缺点：
1、单体计算能力不足。由于传统继电保护测试仪在计算量上采用分组计算输出的方式，且通常计算组别较少，无法满足多支路保护计算要求，少量支路测试无法全面验证、评估继电保护装置功能，为安全运行带来风险。
2、接口数量较少。由于受硬件性能、体积等方面影响，传统继电保护测试仪无法在单体上设计满足多差、全差保护功能测试所需接口数量，且目前采用的几侧差动分组测试方式不能直观反应继电保护装置在多侧差动、全差动情况的保护功能运行情况。
3、无法满足间隔或全站完整性测试。由前面两个因素的影响，传统继电保护测试仪只能完成单一继电保护装置某功能测试，且针对特定功能存在无法全面验证、评估其功能是否正常。另一方面，电网安全生产需要通过单体测试完成后，还能够验证其实际运行过程中的间隔、全站故障时继电保护装置是否运行正常可靠。传统继电保护测试仪此时则无法为其需要提供所需的技术条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现多台继电保护测试仪的级联、同步触发以及并行测试的方法，实现大规模的功能测试以及间隔、全站的测试。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种继电保护测试仪并行同步测试的方法，其使用设备包括测试工作站和若干继电保护测试仪；所述继电保护测试仪的其中一台作为主同步测试仪，其它继电保护测试仪作为扩展测试仪；所述主同步测试仪和扩展测试仪构成试验平台；
其特征在于：具体包括以下步骤，
步骤S01：通过时钟同步方式同步所有参与试验的继电保护测试仪，并驯服继电保护测试仪的晶振，保证所有继电保护测试仪同处于一个时钟系统内；
步骤S02：测试工作站连接主同步测试仪获取整个试验平台接入的扩展测试仪数目、接口数和运算能力的信息，根据试验需要，配置相应的试验参数和接口参数，并发送给主同步测试仪；
步骤S03：主同步测试仪根据试验参数所需要的计算方程和序列过程拆解每个运算步骤所需要的幅值、相位和频率参数，同时通过定时器将折解的幅值、相位和频率参数由业务数据发送接口发送给接入的扩展测试仪；
步骤S04：扩展测试仪收到参数后，立即改变运算变量，此过程将在一个时钟周期完成，运算变量改变完成后进入稳态计算，然后通过定时器将业务数据由试验配置所指定的业务数据发送接口发送给变电站的继电保护装置。
进一步的，所述试验平台还可另接一台时钟同步装置，用于试验平台的时钟同步。
进一步的，所述步骤S01，其具体方法如下：
步骤S11：每隔n秒取一次PPS偏差并求平均值，并将其定义为一个周期的PPS偏差平均值，忽略晶振的频率抖动，通过当前周期的PPS偏差平均值减去前一个周期的PPS偏差平均值来得到当前的频率加速度；
步骤S12：通过一定时间的观察数据，当同步信号稳定时，对晶振进行弹簧算法调整，此时频率加速度只会在一个很小的范围内波动；
步骤S13：若频率加速度出现了大幅度的改变，可认为是同步信号出现了抖动，此时不做任何频率调整；
步骤S14：重复执行步骤S12和步骤S13，将晶振与外部信号锁定在一个时钟周期内，完成驯服，此时即可形成一个高稳定的时钟系统。
进一步的，所述步骤S02，其具体方法如下：
步骤S21：所有扩展测试仪均连接至主同步测试仪，主同步测试仪通过业务数据接收接口获取扩展测试仪数目、接口数、运算能力和版本的信息；
步骤S22：测试工作站接入时，通过管理通信接口获取试验平台的整体接入信息，并将所有信息在测试管理软件上抽象成为一台测试仪器；
步骤S23：用户可将整个试验平台当成一台装置进行试验数据配置和规划接口配置，完成配置后将参数发送给主同步测试仪。
进一步的，在步骤3中，所述主同步测试仪将试验配置参数拆解成所需要的幅值、相位、频率参数后，打上参数时标并通过定时发送的方式发送给扩展测试仪。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、实现了多台继电保护测试仪的级联，并通过软件控制使其在使用上被抽象成一台测试仪；
2、实现了多台继电保护测试仪的同步触发，并通过该方式扩充了测试中所需的运算性能以及接口数；
3、实现了多台继电保护测试仪的并行测试，通过继电保护测试仪的同步触发可以将运算、接口分担。通过系统具体配置，可实现大规模的功能测试以及间隔、全站的测试。
附图说明
图1为本发明方法的设备连接结构框图。
图2为本发明方法的主同步测试仪结构原理及流程框图。
图3为本发明方法的扩展测试仪结构原理及流程框图。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种继电保护测试仪并行同步测试的方法使用设备包含：一个测试工作站（PC工作站或者笔记本电脑，主要用于运行继电保护测试测试管理软件）、多台继电保护测试仪以及一台可以选择使用的时钟同步装置。
该设备的连接方式为：首先所有测试仪通过时钟同步方式保证其系统时钟一致；选择其中一台继电保护测试仪做为主同步测试仪，其它做为扩展测试仪，扩展测试仪将其业务数据接收端口接入主同步测试仪业务数据发送端口，而测试工作站则直接连接主同步测试仪通信管理接口。
由于所有测试仪均同步于一个时钟系统下，通过晶振驯服能保证其测试仪间的时钟偏差小于±1个时钟周期，同时主同步测试仪和扩展测试仪通信采用的是业务数据发送接口，在数据发送数据机制上采用了同业务数据一样的定时器触发方式；再者连接主同步、扩展测试仪采用了光纤连接方式，从而可以认为通信线路延时趋近于零，整个过程保证了数据到达扩展测试仪的同步性，每台扩展测试仪收到由主同步测试仪拆解的幅、相、频序列后立即按式（1）进行独立稳态计算；
式（1）
将整个试验的运算负荷分担到每台扩展测试仪，从而提高了整个试验的运算性能，同时计算完成的数据可直接由扩展测试仪接口发出，从而提高了整个试验的接口数量。
通过上述方式，保证了测试管理软件的直观使用一致性，不必在意其多台试验环境下的具体配置发送过程和同步方式，以一台继电保护测试仪使用的方式配置试验点参数，并将其参数发往给直接连接的主同步测试仪，由于所有继电保护功能的测试数据均由每个采样的幅值、相位、频率构成，主同步测试仪收到试验参数后立即将其实验参数拆解为一个由幅值、相位、频率构成状态序列，同时立即将该序列通过发送接口发出。
实现了大规模试验所需的运算性能及接口，同时还提供了直观、准确的操作方式，在此基础上可以将变电站全站稳态故障模型、间隔稳态故障模型以及继电保护装置功能模型全部导入测试管理软件，而通过对一台抽象的多接口、高性能的继电保护测试仪配置，近而可以同时进行多台继电保护装置的功能测试，以及在多台相关联的继电保护装置同时运行情况下的各种动态保护功能测试，如：间隔测试，由主变、母线、线路组成的复杂环境的各种故障、异常测试；多间隔，变压器三侧等；全站各种类型接地、短路故障；站间故障，双回线故障等。
本发明方法的具体步骤如下：
步骤S01：通过时钟同步方式（IRIG-B、IEEE1588）同步所有参与试验的继电保护测试仪，并驯服其仪器晶振，保证所有装置同处于一个时钟系统内；
步骤S02：测试工作站连接主同步测试仪获取整个试验平台接入的扩展测试仪数目以及接口数、运算能力等信息，并根据试验需要配置相应的试验参数和接口参数，并发送给主同步测试仪；
步骤S03：主同步测试仪收到参数根据试验参数所需要的计算方程和序列过程折解每个运算步骤所需要的幅值、相位、频率参数。同时通过定时器将折解的参数由业务发送接口发送给接入的扩展测试仪；
步骤S04：扩展测试仪收到参数，立即改变运算变量，此过程将在一个时钟周期完成，运算变量改变完成后即按式（1）进入稳态计算，然后通过定时器将业务数据由试验配置所指定的业务接口发送给保护装置。
如图1所示，在步骤S01中，所有装置时钟同步接口接入时钟同步装置，时钟同步装置将对其接入的仪器提供IRIG-B同步信号，如试验平台未能提供时钟同步装置则可通过主同步测试仪业务发送接口来提供IEEE1588同步信号，所有仪器接收到同步信号后进行晶振驯服，其过程如下：
步骤S11：每隔n秒取一次PPS偏差并求平均值，并将其定义为一个周期偏差平均值，通常情况下，晶振的频率抖动可以忽略不计，假定周围环境没有大幅度改变，则可认为抖动不会出现突变，亦即，可通过当周期的PPS偏差平均值减去前一个周期的PPS偏差平均值来得到当前的频率加速度；
步骤S12：通过一定时间的观察数据，当同步信号稳定时，即可对晶振进行弹簧算法调整，此时频率加速度只会在一个很小的范围内波动；
步骤S13：如果“频率加速度”出现了大幅度的改变，那么必然是同步信号出现了抖动，此时不做任何频率调整；
步骤S14：反复通过步骤S12和步骤S13将晶振与外部信号锁定在一个时钟周期内，此时完成驯服，如再次出现“频率加速度”大幅度改变则无需处理，此时通过前面步骤已经形成一个高稳定的时钟系统。
通过试验平台唯一的时钟号进行晶振驯服，可将测试仪间的时钟偏差缩小至±1个时钟周期，当平台进入高稳定时钟系统后，即可以开始进行各种继电保护功能试验。
如图1所示，在步骤S02中，所有扩展测试仪都接入了主同步测试仪，此时主同步测试仪将通过业务接口获取接入测试仪的信息，包括：测试仪接口数、运算能力、版本等，当测试工作站接入时会通过管理通信接口获取其试验平台的整体接入信息，并将所有信息在测试测试管理软件上抽象成为一台测试仪器，此时，用户可以将整个试验平台当成一台装置进行试验数据配置和规划接口配置，完成配置后将参数发送给主同步测试仪，具体为：
步骤S21：所有扩展测试仪均连接至主同步测试仪，主同步测试仪通过业务数据接收接口获取扩展测试仪数目、接口数、运算能力和版本的信息；
步骤S22：测试工作站接入时，通过管理通信接口获取试验平台的整体接入信息，并将所有信息在测试管理软件上抽象成为一台测试仪器；
步骤S23：用户可将整个试验平台当成一台装置进行试验数据配置和规划接口配置，完成配置后将参数发送给主同步测试仪。
如图2所示，在步骤S03中，用户开始试验，主同步测试仪将试验配置参数进行分解，在变电站中所有试验过程均可认为是一个稳态变化过程，而这个过程由一系列的采样数据构成，每个采样数据又可通过幅值、相位、频率进行稳态计算的方式得出，所以所有试验过程均是一个幅值、相位、频率变化过程；主同步测试仪在收到试验配置参数后立即折解每个运算步骤所需要的幅值、相位、频率参数，同时由于所有仪器均处于同一时钟系统，在折解完成后打上参数时标并通过定时发送的方式发送给扩展测试仪。
如图3所示，在步骤S04中，扩展测试仪收到参数后，将在一个时钟周期完成运算变量的更新，由于主同步测试仪是多业务接口同时发送且线路延时忽略不计，则可以认为每台扩展测试仪同步完成了运算变量的更新，同时依据变量进入稳态计算，并按照参数时标指定的定时器定时发送所计算的业务数据。
通过上述步骤保证了所有测试仪的同步性，实现了业务分布运算，扩展了试验平台的接口能力，增强了继电保护测试功能，并提供直观准确的操作方式，为变电站、间隔、继电保护装置的完整、全面性测试提供了平台基础。
通过上述方法，电网运维人员可以在变电站建站、检修过程中，完成完整、直观准确的测试评估继电保护装置功能是否正常，从而提高了生产力，保证了电网的运行安全。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种继电保护测试仪并行同步测试的方法，其使用设备包括测试工作站和若干继电保护测试仪；所述继电保护测试仪的其中一台作为主同步测试仪，其它继电保护测试仪作为扩展测试仪；所述主同步测试仪和扩展测试仪构成试验平台；
其特征在于：具体包括以下步骤，
步骤S01：通过时钟同步方式同步所有参与试验的继电保护测试仪，并驯服继电保护测试仪的晶振，保证所有继电保护测试仪同处于一个时钟系统内；其具体方法如下：
步骤S11：每隔n秒取一次PPS偏差并求平均值，并将其定义为一个周期的PPS偏差平均值，忽略晶振的频率抖动，通过当前周期的PPS偏差平均值减去前一个周期的PPS偏差平均值来得到当前的频率加速度；
步骤S12：通过一定时间的观察数据，当同步信号稳定时，对晶振进行弹簧算法调整，此时频率加速度只会在一个很小的范围内波动；
步骤S13：若频率加速度出现了大幅度的改变，可认为是同步信号出现了抖动，此时不做任何频率调整；
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步骤S02：测试工作站连接主同步测试仪获取整个试验平台接入的扩展测试仪数目、接口数和运算能力的信息，根据试验需要，配置相应的试验参数和接口参数，并发送给主同步测试仪；
步骤S03：主同步测试仪根据试验参数所需要的计算方程和序列过程拆解每个运算步骤所需要的幅值、相位和频率参数，同时通过定时器将拆解的幅值、相位和频率参数由业务数据发送接口发送给接入的扩展测试仪；
步骤S04：扩展测试仪收到参数后，立即改变运算变量，此过程将在一个时钟周期完成，运算变量改变完成后进入稳态计算，然后通过定时器将业务数据由试验配置所指定的业务数据发送接口发送给变电站的继电保护装置。
2.根据权利要求1所述的一种继电保护测试仪并行同步测试的方法，其特征在于：所述试验平台还可另接一台时钟同步装置，用于试验平台的时钟同步。
3.根据权利要求1所述的一种继电保护测试仪并行同步测试的方法，其特征在于：所述步骤S02，其具体方法如下：
步骤S21：所有扩展测试仪均连接至主同步测试仪，主同步测试仪通过业务数据接收接口获取扩展测试仪数目、接口数、运算能力和版本的信息；
步骤S22：测试工作站接入时，通过管理通信接口获取试验平台的整体接入信息，并将所有信息在测试管理软件上抽象成为一台测试仪器；
步骤S23：用户可将整个试验平台当成一台装置进行试验数据配置和规划接口配置，完成配置后将参数发送给主同步测试仪。
4.根据权利要求1所述的一种继电保护测试仪并行同步测试的方法，其特征在于：在步骤3中，所述主同步测试仪将试验配置参数拆解成所需要的幅值、相位、频率参数后，打上参数时标并通过定时发送的方式发送给扩展测试仪。
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