CN104166399A - 智能化变电站保护装置动模仿真测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统及方法，涉及一种可以有效应用于电力系统实时仿真分析的模型系统。利用RTDS搭建仿真模型，将智能化变电站保护装置及其相关二次设备（网络交换机、合并单元）接入，实现对智能变电站保护装置的闭环仿真测试，考察各种情况下保护装置的动作行为，从而实现对保护装置功能的检验。

Description

智能化变电站保护装置动模仿真测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统及方法，属于基于RTDS的66kV智能变电站保护装置动模仿真系统的技术领域，可以有效应用于电力系统实时仿真测试系统的搭建。

背景技术

长期以来，人们在电力一次系统仿真方面做了大量研究，但在保护等二次系统仿真方面的研究工作则相对较少。近年来，随着特高压交直流工程不断深入推进，电网涌现了大量采用新原理、新技术的继电保护装置、新型直流控制和FACTS 等装置，使系统的安全稳定控制变得十分复杂。

随着数字化变电站保护技术的推广应用，应用传统的静态实验的测试方法很难验证保护装置的功能，基于RTDS 的仿真建模分析方法对电网的电磁暂态稳定问题具有相对优势。尤其是，利用RTDS 与实际智能化变电站保护装置直接相连，通过外部接口实现保护装置开关量的实时闭环控制和实际模拟量的采集，能够考察出保护装置在各种情况下的动作行为，并且能够测试智能化变电站保护装置、合并单元的时钟同步策略、交换机端口的网络流量及光纤通道的延时。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统及方法，利用RTDS搭建仿真模型，将智能化变电站保护装置及其相关二次设备（网络交换机、合并单元）接入，通过外部接口实现对智能变电站保护装置的闭环仿真测试。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，其特征在于：是由数字实时仿真装置RTDS 通过数据接口与以太网相连，数字实时仿真装置RTDS通过光纤分别连接开关量接口和模拟量接口，开关量接口和模拟量接口通过电缆连接多个合并单元，多个合并单元通过光纤传输连接到网络交换机，网络交换机通过光纤传输连接智能化变电站的保护装置；以太网另一端与计算机主机相连，通过电脑中的上位机搭建系统模型，包括一次系统模型，二次系统控制逻辑，输入、输出接口配置，作为智能化变电站保护装置的动模仿真系统平台。

所述的数字实时仿真装置RTDS 是基于电磁暂态程序的全数字实时仿真装置，包括：数字仿真硬件和软件系统模型平台。

利用开关量接口设备模拟PAD给RTDS接口板卡GTDI提供+5V的开入电源，实现开关输入量的采集，同时利用GTDO板卡将开关量的实际位置信息输出至PAD，驱动其中的继电器动作，将继电器辅助触点作为开关量位置状态输出，实现二次系统开关量的实时动态闭环仿真；GPC/PB5板卡与GTDI或GTDO接口板卡通过光纤连接，用于接收或发送开关量数据，GTDI或GTDO接口板卡通过电缆与模拟PAD连接，实现开关量的接收和发送，模拟PAD与合并单元通过电缆连接，用于采集合并单元的跳闸信号，同时将开关量的位置信号发送给合并单元，合并单元、交换机及保护装置通过光纤连接，合并单元通过交换机接收保护装置发出的GOOSE报文，同时将开关的位置信息通过交换机反馈至保护装置。

利用模拟量接口设备将采样值数字量输出到模拟量输出板卡GTAO实现各间隔模拟量（电压、电流）小信号输出，通过功率放大器将其放大后接入合并单元进行组网后送到保护装置进行采集；通过设置RTDS内部模拟量输出模块和功率放大器的变比能够实现将实际一次设备对应的二次模拟量输出。

在动模仿真系统平台的基础上，构建站内过程层及间隔层设备时钟同步测试平台和网络流量测试平台，对智能变电站区域保护装置以及相关附属设备的时钟同步、其他变电站合并单元至本站保护的通道延时以及交换机各端口的网络流量进行分析及测试。

一种如上所述智能化变电站保护装置动模仿真测试系统的测试方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）利用仿真计算机进行系统建模，包括一次系统模型及二次控制系统模型，将实际的线路参数、变压器参数、系统阻抗、电压等级参数按照实际情况输入，根据模型文件对控制系统进行组态；

（2）进行动模测试仿真系统平台的搭建：进行仿真系统平台的搭建，进行交换机网络流量测试系统的搭建，进行保护装置与合并单元时钟同步测试系统的搭建；

（3）利用所搭建的动模测试仿真系统平台对保护装置的功能、合并单元同步对时策略以及交换机端口的网络流量进行仿真测试。

优点及效果：

本发明提供的这种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统及方法，具有以下优点：

（1）通过动模实验可以发现装置存在的缺陷及安全隐患，在实验过程中同步进行智能变电站保护装置软件及虚端子配置的修改和完善，减少设备投运后发生问题的概率，降低了由于设备问题造成停电检修所带来的损失。

（2）利用动模实验的手段可以对整个智能变电站的二次系统进行测试，而利用传统静态调试的方法智能对单一的设备进行调试，无法考察整个二次系统的暂态动作行为，因此，通过动模实验可以对智能变电站的保护装置进行更加全面、系统的测试。

附图说明

图1为开关量传输闭环系统连接示意图；

图2为模拟量采集系统连接示意图；

图3本发明测试系统结构图；

图4 为网络流量测试平台系统图；

图5 为合并单元同步对时策略测试系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明这种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，如图3所示，是由数字实时仿真装置RTDS 通过数据接口与以太网相连，数字实时仿真装置RTDS通过光纤分别连接开关量接口和模拟量接口，开关量接口和模拟量接口通过电缆连接多个合并单元，多个合并单元通过光纤传输连接到网络交换机，网络交换机通过光纤传输连接智能化变电站的保护装置；以太网另一端与计算机主机相连，通过电脑中的上位机搭建系统模型，包括一次系统模型，二次系统控制逻辑（包括开关分合闸、故障触发等），输入、输出接口配置，作为智能化变电站保护装置的动模仿真系统平台。

所述的数字实时仿真装置RTDS 是基于电磁暂态程序的全数字实时仿真装置，包括：数字仿真硬件和软件系统模型平台。

利用开关量接口设备模拟PAD给RTDS接口板卡GTDI提供+5V的开入电源，实现开关输入量的采集，同时利用GTDO板卡将开关量的实际位置信息输出至PAD，驱动其中的继电器动作，将继电器辅助触点作为开关量位置状态输出，实现二次系统开关量的实时动态闭环仿真；GPC/PB5板卡与GTDI或GTDO接口板卡通过光纤连接，用于接收或发送开关量数据，GTDI或GTDO接口板卡通过电缆与模拟PAD连接，实现开关量的接收和发送，模拟PAD与合并单元通过电缆连接，用于采集合并单元的跳闸信号，同时将开关量的位置信号发送给合并单元，合并单元、交换机及保护装置通过光纤连接，合并单元通过交换机接收保护装置发出的GOOSE报文，同时将开关的位置信息通过交换机反馈至保护装置。

利用模拟量接口设备将采样值数字量输出到模拟量输出板卡GTAO实现各间隔模拟量（电压、电流）小信号输出，通过功率放大器将其放大后接入合并单元进行组网后送到保护装置进行采集；通过设置RTDS内部模拟量输出模块和功率放大器的变比能够实现将实际一次设备对应的二次模拟量输出。

在动模仿真系统平台的基础上，构建站内过程层及间隔层设备时钟同步测试平台和网络流量测试平台，对智能变电站区域保护装置以及相关附属设备的时钟同步、其他变电站合并单元至本站保护的通道延时以及交换机各端口的网络流量进行分析及测试。

本发明利用RTDS搭建仿真模型，将智能化变电站保护装置及其相关二次设备（网络交换机、合并单元）接入，通过外部接口实现对智能变电站保护装置的闭环仿真测试，模型二次系统搭建如图1、图2所示，将合并单元通过外部接口与RTDS上的相应板卡连接，将保护装置、合并单元利用交换机进行组网，实现SV报文、GOOSE报文及1588对时报文的共享与传输，在仿真计算机上进行一次系统、二次系统的建模和组态，用于完成保护装置的仿真测试，动模仿真测试平台系统图如图3所示。

具体测试方法如下：

（1）利用仿真计算机进行系统建模：包括一次系统模型及二次控制系统模型，将实际的线路参数、变压器参数、系统阻抗、电压等级等参数按照实际情况输入，根据模型文件对控制系统进行组态。

（2）进行动模测试仿真系统平台的搭建：按照图1、图2、图3进行仿真系统平台的搭建，按照图4进行交换机网络流量测试系统的搭建，按照图5进行保护装置与合并单元时钟同步测试系统的搭建。仿真系统平台的搭建包括开关量闭环控制系统、模拟量输出系统两部分，其中开关量闭环控制系统是利用模拟PAD和GTDI、GTDO板卡作为中间接口板卡，实现保护装置和RTDS内部模型的闭环控制，在实验过程中保护装置开出跳闸GOOSE报文，智能单元接收到报文后相应的出口触点动作，智能单元与模拟PAD间通过硬线连接，模拟PAD的公共端为+5V电源，装置动作时可以将正电开入到GTDI板卡，GTDI接收到正电开入后，将此信号通过光纤送到RTDS相应板卡中，完成开入量的采集，RTDS系统模型将相应的断路器分闸并将该数据位传送至GTDO板卡，GTDO板卡相应触点动作将其开入到模拟PAD中，模拟PAD相应继电器动作，利用其触点接入正110V电源可以将开关量的位置信号反馈给智能单元，智能单元再发出GOOSE报文另保护装置接收到开关的位置信号，这样就完成了保护装置的实时闭环控制，模拟量输出系统是利用相应的DA（GTAO、DDAC）板卡作为接口板卡，将系统模型的实时模拟量装化为小信号输出，再通过功率放大器将其转化为实际的二次电流和电压值输入给保护装置，实现装置模拟量的实时采集；交换机网络流量测试系统是在交换机上某个空余端口接入网络报文分析仪，通过交换机端口镜像的方法来测试各端口的流量、智能单元的帧间隔延时和丢征率等指标，时钟同步测试系统是将时钟、智能单元输出的秒脉冲（1PPS）接入到测试装置中，利用测试装置所接GPS天线作为标准时钟源，测试待测装置同步对时和守时精度误差。

（3）利用所搭建的动模仿真测试平台对保护装置的功能、合并单元同步对时策略以及交换机端口的网络流量进行仿真测试。

Claims (6)

1.一种智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，其特征在于：是由数字实时仿真装置RTDS 通过数据接口与以太网相连，数字实时仿真装置RTDS通过光纤分别连接开关量接口和模拟量接口，开关量接口和模拟量接口通过电缆连接多个合并单元，多个合并单元通过光纤传输连接到网络交换机，网络交换机通过光纤传输连接智能化变电站的保护装置；以太网另一端与计算机主机相连，通过电脑中的上位机搭建系统模型，包括一次系统模型，二次系统控制逻辑，输入、输出接口配置，作为智能化变电站保护装置的动模仿真系统平台。

2. 根据权利要求1所述的智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，其特征在于：所述的数字实时仿真装置RTDS 是基于电磁暂态程序的全数字实时仿真装置，包括：数字仿真硬件和软件系统模型平台。

3. 根据权利要求1所述的智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，其特征在于：利用开关量接口设备模拟PAD给RTDS接口板卡GTDI提供+5V的开入电源，实现开关输入量的采集，同时利用GTDO板卡将开关量的实际位置信息输出至PAD，驱动其中的继电器动作，将继电器辅助触点作为开关量位置状态输出，实现二次系统开关量的实时动态闭环仿真；GPC/PB5板卡与GTDI或GTDO接口板卡通过光纤连接，用于接收或发送开关量数据，GTDI或GTDO接口板卡通过电缆与模拟PAD连接，实现开关量的接收和发送，模拟PAD与合并单元通过电缆连接，用于采集合并单元的跳闸信号，同时将开关量的位置信号发送给合并单元，合并单元、交换机及保护装置通过光纤连接，合并单元通过交换机接收保护装置发出的GOOSE报文，同时将开关的位置信息通过交换机反馈至保护装置。

4. 根据权利要求1所述的智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，其特征在于：利用模拟量接口设备将采样值数字量输出到模拟量输出板卡GTAO实现各间隔模拟量（电压、电流）小信号输出，通过功率放大器将其放大后接入合并单元进行组网后送到保护装置进行采集；通过设置RTDS内部模拟量输出模块和功率放大器的变比能够实现将实际一次设备对应的二次模拟量输出。

5. 根据权利要求1所述的智能化变电站保护装置动模仿真测试系统，其特征在于：在动模仿真系统平台的基础上，构建站内过程层及间隔层设备时钟同步测试平台和网络流量测试平台，对智能变电站区域保护装置以及相关附属设备的时钟同步、其他变电站合并单元至本站保护的通道延时以及交换机各端口的网络流量进行分析及测试。

6. 一种如权利要求1所述智能化变电站保护装置动模仿真测试系统的测试方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）利用仿真计算机进行系统建模，包括一次系统模型及二次控制系统模型，将实际的线路参数、变压器参数、系统阻抗、电压等级参数按照实际情况输入，根据模型文件对控制系统进行组态；

（2）进行动模测试仿真系统平台的搭建：进行仿真系统平台的搭建，进行交换机网络流量测试系统的搭建，进行保护装置与合并单元时钟同步测试系统的搭建；

（3）利用所搭建的动模测试仿真系统平台对保护装置的功能、合并单元同步对时策略以及交换机端口的网络流量进行仿真测试。