CN103995729A - 一种模拟仿真线路保护装置的软件系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟仿真线路保护装置的软件系统，包括数据通讯中枢模块，录波解析模块，线路保护逻辑模块，人机交互模块，所述数据通讯中枢模块，通过解析SCL信息模型实现计算机对线路保护装置的MMS通信服务的模拟；所述录波解析模块，通过解析线路保护录波文件获取录波中包含的各侧电气量与开入量作为输入数据，通过接口传输至线路保护逻辑模块进行运算；所述线路保护逻辑模块，将线路保护逻辑模块化，实现对保护逻辑的模拟；所述人机交互模块，通过提供与数据通讯中枢建模一致的模型接口实现对于虚拟线路保护装置的保护配置和参数设置。本发明可实现对线路保护装置的仿真测试等功能，解决了搭建环境的难题，提高了开发人员和测试人员的工作效率。

Description

一种模拟仿真线路保护装置的软件系统

技术领域

本发明涉及一种软件系统，具体涉及一种模拟仿真线路保护装置的软件系统。

背景技术

当前在线路保护装置逻辑开发的过程中或在对线路保护装置实际运行问题进行确认时，对线路保护装置的保护逻辑或线路保护装置与监控系统的通讯进行测试和验证过程中，需要搭建物理的电子设备和线路保护装置，搭建这个测试环境的过程需要耗费大量的资源且变更不方便，影响开发人员和测试人员的工作效率。目前还没有一种方法能够在计算机上对线路保护装置的保护逻辑和通信功能进行完全模拟。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种模拟仿真线路保护装置的软件系统，以实现在计算机上对线路保护装置的保护逻辑和通信功能进行完全模拟，简化测试环境搭建的工作，同时提高开发人员和测试人员的工作效率。

本发明的技术方案如下所述：一种模拟仿真线路保护装置的软件系统，包括数据通讯中枢模块，录波解析模块，线路保护逻辑模块，人机交互模块，所述软件系统模块间的数据传递交互，所述数据通讯中枢模块作为联络中心与各个模块接口。

根据上述技术方案，所述数据通讯中枢模块通过解析SCL信息模型文件进行层次化建模，完全模拟物理线路保护装置管理板的功能,同时在数据交互底层以IEC 61850规范数据属性描述构建与保护逻辑模块的接口；

根据上述技术方案，所述录波解析模块解析后构建的时序数据结构体，将从录波文件解析出来的数据按时间顺序存入时序数据结构体使数据通讯中枢模块接收后能直接识别为虚拟线路装置对应的各侧电气量和开入量数据；

根据上述技术方案，所述线路保护逻辑模块，保护逻辑通过统一输入输出接口模块化，线路保护逻辑模块包括线路差动保护、阻抗保护与过流保护3个子模块，线路保护逻辑模块接收数据通讯中枢模块传输的遥测量和电气量进行计算和逻辑判断是否满足线路保护动作告警条件。

根据上述技术方案，所述人机交互模块的数据传输和模型构建，在载入SCL信息模型文件时，人机交互模块与数据通讯中枢模块分别解析同一个SCL信息模型文件，两侧构建相同的IEC 61850层次结构模型，人机交互模块与数据通讯中枢模块之间通过传输数据属性描述作为查找索引，调用数据通讯中枢模块对应对象的读写命令获取和更改虚拟保护装置的四遥信息、定值和参数配置。

根据上述技术方案，所述所述所述软件系统模块间的数据交互过程为：

人机交互模块选择需要载入的录波文件，解析录波文件得到的数据存储至时序数据结构体中传递给数据通讯中枢模块；

数据通讯中枢模块将获取的数据以遥测遥信值的方式显示和传递从录波解析模块获得工况电气量数据；

线路保护逻辑模块以数据通讯中枢模块得到的工况电气量数据进行计算，根据设定的保护配置和定值参数进行逻辑判断，发送线路保护动作/告警信息至数据通讯中枢模块；

数据通讯中枢模块接收线路保护动作/告警后，将信息传递至人机交互界面显示动作/告警信息，同时通过MMS形式向与智能变电站线路保护仿真系统相连的监控系统发送保护动作/告警消息。

与现有技术相比，本发明有益效果是，能够通过计算机实现对多台线路保护装置的保护逻辑和运行状况进行模拟和仿真，完全模拟物理线路保护装置的运行和保护逻辑，可用于对线路保护装置的保护逻辑验证以及对于线路保护装置与监控系统的保护通信功能的测试，能够对线路保护装置的测试和实验环境进行快速构建，给开发人员和测试人员极大的便利；以录波数据作为实验输入数据源，保证了实验输入数据的正确和有效性，能更好地对现场工况进行模拟，确保了测试和实验的准确性；保护逻辑模块与数据通讯中枢模块提供规范的接口，方便保护开发人员进行保护逻辑的开发修改和验证，极大程度简化了测试环境搭建的工作，提高开发人员和测试人员的工作效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例的线路保护装置仿真测试系统的结构示意图；

图2为线路保护逻辑子模块组成结构及输入输出示意图；

在图中，101、数据通讯中枢模块；102、录波解析模块；103、线路保护逻辑模块；104、人机交互模块；105、监控系统；201、差动保护模块；202、过流保护模块；203、阻抗保护模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步进行阐述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-2所示，一种模拟仿真线路保护装置的软件系统，包括数据通讯中枢模块101，录波解析模块102，线路保护逻辑模块103，人机交互模块104，所述软件系统模块间的数据传递交互，所述数据通讯中枢模块101作为联络中心与各个模块接口；所述数据通讯中枢模块101通过解析SCL信息模型文件进行层次化建模，完全模拟物理线路保护装置管理板的功能,同时在数据交互底层以IEC61850规范数据属性描述构建与线路保护逻辑模块103的接口；所述录波解析模块102解析后构建的时序数据结构体，将从录波文件解析出来的数据按时间顺序存入时序数据结构体使数据通讯中枢模块101接收后能直接识别为虚拟线路装置对应的各侧电气量和开入量数据；所述线路保护逻辑模块103，保护逻辑通过统一输入输出接口模块化，线路保护逻辑模块103包括线路差动保护模块201、过流保护模块202与阻抗保护模块203，线路保护逻辑模块103接收数据通讯中枢模块101传输的遥测量和电气量进行计算和逻辑判断是否满足线路保护动作告警条件；所述人机交互模块104的数据传输和模型构建，在载入SCL信息模型文件时，人机交互模块104与数据通讯中枢模块101分别解析同一个SCL信息模型文件，两侧构建相同的IEC61850层次结构模型，人机交互模块104与数据通讯中枢模块101之间通过传输数据属性描述作为查找索引，调用数据通讯中枢模块101对应对象的读写命令获取和更改虚拟保护装置的四遥信息、定值和参数配置；所述所述所述软件系统模块间的数据交互过程为：

人机交互模块104选择需要载入的录波文件，解析录波文件102得到的数据存储至时序数据结构体中传递给数据通讯中枢模块101；

数据通讯中枢模块101将获取的数据以遥测遥信值的方式显示和传递从录波解析模块102获得工况电气量数据；

线路保护逻辑模块103以数据通讯中枢模块101得到的工况电气量数据进行计算，根据设定的保护配置和定值参数进行逻辑判断，发送线路保护动作/告警信息至数据通讯中枢模块101；

数据通讯中枢模块101接收线路保护动作/告警后，将信息传递至人机交互界面显示动作/告警信息，同时通过MMS形式向与智能变电站线路保护仿真系统相连的监控系统发送保护动作/告警消息。

其中，数据通讯中枢模块101用于通过解析SCL(变电站配置描述语言)信息模型实现计算机对保护装置的MMS(制造报文规范)通信服务的模拟；

录波解析模块102用于解析线路保护录波文件以得到能够反映实际现场的数据作为虚拟保护装置的输入数据源；

线路保护逻辑模块103主要由差动保护模块201、过流保护模块202和阻抗保护模块203构成。差动保护模块201主要通过输电线路本对侧电流向量值计算得到的差动电流和制动电流的判断线路是否出现故障；过流保护模块202主要通过检测线路零序电流值是否出现故障；阻抗保护模块203中的距离保护逻辑根据虚拟线路保护装置接收的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，同时根据线路全长计算故障点距离。加载线路保护逻辑模块103后，通过人机交互模块104对线路保护装置仿真系统的定值参数进行设置，以录波解析模块102解析输出的数据作为输入进行逻辑判别，并将线路保护动作/告警信息反馈至人机交互模块104，同时驱动数据通讯中枢模块101将信息以MMS(制造报文规范)的形式上送至监控系统。

以下举例对各个子模块的基本原理进行阐述：

1)线路差动保护原理：

$\left\{\begin{array}{c}|{\stackrel{.}{I}}_m+{\stackrel{.}{I}}_n|>I_{\mathrm{dxl}}\\ |{\stackrel{.}{I}}_m+{\stackrel{.}{I}}_n|>0.6\×|{\stackrel{.}{I}}_m-{\stackrel{.}{I}}_n|\end{array}\right.$

式中：I_dz1为“比率差动门槛值”；动作量为经电容电流补偿后的被保护线路两侧的电流量。

2)零序过流保护原理；

零序电流计算公式为：

$3{\stackrel{.}{I}}_0={\stackrel{.}{I}}_a+{\stackrel{.}{I}}_b+{\stackrel{.}{I}}_c---(1-2)$

式中，分别为A,B,C三相相电流向量。

零序过流保护动作条件：

$3{\stackrel{.}{I}}_0>I_{0\mathrm{set}}---(1-3)$

式中，I_0set为零序过流保护定值。

3)距离保护动作条件：

式中，为本侧某相电压、电流向量值，Z_set为距离保护设定值。

各个模块间的数据流程如下：

通过人机交互模块104选取线路保护装置的ICD(装置能力描述文件)模型载入，驱动数据通讯中枢模块101解析SCL(变电站配置描述语言)模型文件构建数据通讯中枢模块101，数据通讯中枢模101块通过解析SCL(变电站配置描述语言)模型信息文件构建MMS(制造报文规范)通信层次模型，并以该模块作为虚拟装置的管理程序运行，通信模块与线路保护逻辑模块103的底层信息交互通过抽象实现关联。人机交互模块104同时对载入的ICD(装置能力描述文件)模型文件进行解析，构建相同的模型结构，通过传输IEC61850模型规范中的数据属性描述作为关键字进行数据传输，实验人员可以通过人机交互模块104对仿真装置的保护配置和保护参数进行修改。

通过人机交互模块104选择载入目标线路两侧录波文件，解析后作为数据输入，解析和数据传输过程为以下步骤：

1)读取用户载入的录波配置文件；

2)读取与录波配置文件同名的数据文件；

3)将配置文件和数据文件中解析出的时序数据存

储至可直接用于线路保护逻辑模块103的时序数据结构体；

录波解析模块102将从线路保护录波文件中解析出的线路各侧及中性点电气量数据、各侧开关量状态数据直接传输至数据通讯中枢模块101，作为线路保护逻辑模块103的输入，线路保护逻辑模块103根据人机交互模块104的保护配置和参数设置对数据进行逻辑计算；

线路保护逻辑模块103在系统模块组成中，只与数据通讯中枢模块101存在输入输出接口，数据通讯中枢模块101开始运行时自动加载线路保护逻辑模块101，数据通讯中枢模块101接收计算录波输入数据后将得到工况电气量数据传输至线路保护逻辑模块103，线路保护逻辑模块103进行计算判断后将保护告警结果反馈至数据通讯中枢模块101。

线路保护逻辑模块103主要有差动保护模块201、过流保护模块202、阻抗保护模块203构成，如图2所示。

现以仿真智能变电站线路保护装置系统的阻抗保护动作作为实例对信息流程进行说明：

在本系统中阻抗保护动作的反馈是线路保护逻辑模块103发送信息至数据通讯中枢模块101由数据通讯中枢模块101向人机交互模块104和监控系统105发送阻抗保护动作信息，在人机交互模块104界面会有信息提示线路阻抗保护动作，显示动作时间，同时连接仿真线路保护装置系统的监控系统105也会得到对应的线路阻抗保护动作信息；在构建录波文件库后，对于线路保护逻辑的测试可以不再搭建物理保护装置，提高测试效率。

本发明的实施和附图所示，仅为本发明较好实施案例之一部分，并不能以此局限本发明。在不脱离本发明原理的条件下，本领域技术人员所做的任何变动，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种模拟仿真线路保护装置的软件系统，其特征在于，包括数据通讯中枢模块，录波解析模块，线路保护逻辑模块，人机交互模块，所述软件系统模块间的数据传递交互，所述数据通讯中枢模块作为联络中心与各个模块接口。

2.根据权利要求1所述的模拟仿真线路保护装置的软件系统，其特征在于，所述数据通讯中枢模块通过解析SCL信息模型文件进行层次化建模，完全模拟物理线路保护装置管理板的功能,同时在数据交互底层以IEC 61850规范数据属性描述构建与保护逻辑模块的接口。

3.根据权利要求1所述的模拟仿真线路保护装置的软件系统，其特征在于，所述录波解析模块解析后构建的时序数据结构体，将从录波文件解析出来的数据按时间顺序存入时序数据结构体使数据通讯中枢模块接收后能直接识别为虚拟线路装置对应的各侧电气量和开入量数据。

4.根据权利要求1所述的模拟仿真线路保护装置的软件系统，其特征在于，所述线路保护逻辑模块，保护逻辑通过统一输入输出接口模块化，线路保护逻辑模块包括线路差动保护、阻抗保护与过流保护3个子模块，线路保护逻辑模块接收数据通讯中枢模块传输的遥测量和电气量进行计算和逻辑判断是否满足线路保护动作告警条件。

5.根据权利要求1所述的模拟仿真线路保护装置的软件系统，其特征在于，所述人机交互模块的数据传输和模型构建，在载入SCL信息模型文件时，人机交互模块与数据通讯中枢模块分别解析同一个SCL信息模型文件，两侧构建相同的IEC 61850层次结构模型，人机交互模块与数据通讯中枢模块之间通过传输数据属性描述作为查找索引，调用数据通讯中枢模块对应对象的读写命令获取和更改虚拟保护装置的四遥信息、定值和参数配置。

6.根据权利要求1所述的模拟仿真线路保护装置的软件系统，其特征在于，所述所述软件系统模块间的数据传递交互过程为：

人机交互模块选择需要载入的录波文件，解析录波文件得到的数据存储至时序数据结构体中传递给数据通讯中枢模块；

数据通讯中枢模块将获取的数据以遥测遥信值的方式显示和传递从录波解析模块获得工况电气量数据；

线路保护逻辑模块以数据通讯中枢模块得到的工况电气量数据进行计算，根据设定的保护配置和定值参数进行逻辑判断，发送线路保护动作/告警信息至数据通讯中枢模块；

数据通讯中枢模块接收线路保护动作/告警后，将信息传递至人机交互界面显示动作/告警信息，同时通过MMS形式向与智能变电站线路保护仿真系统相连的监控系统发送保护动作/告警消息。