CN104680900B - 一种输电线路微机保护仿真实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路微机保护仿真实现方法，应用于电力仿真培训系统中，所述方法包括：建立输电线路微机保护的仿真模型；根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为；通过输出接口输出仿真结果，解决了现有技术中电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块重用性较低，使用和维护比较复杂的技术问题，实现了电力仿真培训系统具有较高的真实性，仿真模块循环利用率较高，使用更加方便、维护更加简单的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种输电线路微机保护的仿真实现方法，尤其是面向电力仿真培训系统的输电线路微机保护仿真方法，属于电力系统仿真技术领域。
背景技术
电力仿真培训系统是电力生产运行人员重要的技能培训、反事故演习工具，输电线路微机保护是应用最为广泛的设备，也是仿真培训系统重要的研究内容。随着“调控一体化”运行管理模式推广，电网生产运行人员向着调控一体、运维一体进行重新分工和整合，电网生产运行人员需要全面掌握电网调控知识、变电站内部设备以及运行监控知识,因此，开发能够详细模拟电力设备故障和动作信号的调控一体化仿真培训系统，具有重要使用价值。目前，这种新型的仿真培训工具，正处于快速发展之中，还存在许多新技术需要研究。
在传统的调度员培训仿真系统中，输电线路微机保护的仿真采用简化的仿真模型，一般把输电线路微机保护抽象为距离I段、距离II段、距离III段，输电线路微机保护的压板也只保留部分压板重要压板，如：出口压板，这种仿真方法没有考虑输电线路配置的微机保护的套数，也没有实现输电线路微机保护设备上各种操作按钮、指示灯、压板的操作仿真的功能，无法对模拟输电线路微机保护的详细信号。
综上所述，在本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，由于在现有的电力仿真培训系统中，没有考虑输电线路配置的微机保护的套数，也没有实现输电线路微机保护设备上各种操作按钮、指示灯、压板的操作仿真的功能，无法对模拟输电线路微机保护的详细信号，所以，现有的电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块循环利用率较低，使用和维护比较复杂的技术问题。
发明内容
本申请实施例通过提供一种输电线路微机保护仿真实现方法，解决了现有技术中电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块重用性较低，使用和维护比较复杂的技术问题，实现了电力仿真培训系统具有较高的真实性，仿真模块循环利用率较高，使用更加方便、维护更加简单的技术效果。
本申请实施例提供了一种输电线路微机保护仿真实现方法，应用于电力仿真培训系统中，所述方法包括：
建立输电线路微机保护的仿真模型；
根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为；
通过输出接口输出仿真结果。
进一步的，所述根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，具体包括：
从模型文件读入所述输电线路微机保护模型进行初始化；
通过输入接口获取电网仿真数据和操作事件；
处理所述操作事件，模拟所述输电线路微机保护的功能和行为。
其中，所述建立输电线路微机保护的仿真模型具体为：基于所述输电线路微机保护的物理机理，建立所述输电线路微机保护的仿真模型。
其中，所述建立所述输电线路微机保护的仿真模型具体为：建立操作部件模型、内部逻辑模型、定值区模型、输出信息模型。
进一步的，所述从模型文件读入所述输电线路微机保护模型进行初始化，具体包括：
从保护配置文件读入所述输电线路配置的微机保护；
从输电线路微机保护的操作部件模型文件读入操作部件模型，建立输电线路、输电线路微机保护、操作部件模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的内部逻辑模型文件读入内部逻辑模型, 建立输电线路、输电线路微机保护、内部逻辑模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的定值区模型文件读入保护插件的定值区模型，建立输电线路、输电线路微机保护、定值区模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的输出信息模型文件读入输出信息模型，建立输电线路、输电线路微机保护、输出信息模型之间的对应关系。
在所述通过输出接口输出仿真结果之后还包括：推进仿真时间。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于在本申请提供的技术方案中，采用了首先建立输电线路微机保护的仿真模型，然后根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，最后通过输出接口输出仿真结果的技术方案，即按照输电线路微机保护的物理机理，建立输电线路微机保护的仿真模型，通过输入接口获取电网仿真数据，根据内部逻辑仿真模拟输电线路微机保护的功能和行为，并通过输出接口输出仿真结果，模型符合输电线路保护机理，且模块与数据分离，模块间的接口清晰，所以有效解决了现有技术中电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块重用性较低，使用和维护比较复杂的技术问题，进而实现了电力仿真培训系统具有较高的真实性，仿真模块循环利用率较高，使用更加方便、维护更加简单的技术效果。
附图说明
图1为本申请实施例一中输电线路微机保护仿仿真实现方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种输电线路微机保护仿真实现方法，解决了现有技术中电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块重用性较低，使用和维护比较复杂的技术问题，实现了电力仿真培训系统具有较高的真实性，仿真模块循环利用率较高，使用更加方便、维护更加简单的技术效果。
本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：
首先建立输电线路微机保护的仿真模型，然后根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，最后通过输出接口输出仿真结果的技术方案，即按照输电线路微机保护的物理机理，建立输电线路微机保护的仿真模型，通过输入接口获取电网仿真数据，根据内部逻辑仿真模拟输电线路微机保护的功能和行为，并通过输出接口输出仿真结果，所以，有效解决了现有技术中电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块重用性较低，使用和维护比较复杂的技术问题，进而实现了电力仿真培训系统具有较高的真实性，仿真模块循环利用率较高，使用更加方便、维护更加简单的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
请参考图1，在实施例一中，提供了一种仿真实现方法，应用于一电子设备中，所述电子设备可以是台式电脑，可以是笔记本电脑 ，可以是手机等移动设备，本申请不做具体限制。
本申请实施例中的仿真实现方法具体包括：
S10，建立输电线路微机保护的仿真模型。
其中，在本申请实施例中，所述建立输电线路微机保护的仿真模型具体为：基于所述输电线路微机保护的物理机理，建立所述输电线路微机保护的仿真模型。
其中，在本申请实施例中，所述建立所述输电线路微机保护的仿真模型具体为：建立操作部件模型、内部逻辑模型、定值区模型、输出信息模型。
其中，在本申请实施例中，所述建立操作部件模型具体为：将输电线路微机保护设备上可以操作的部件分为压板、切换把手、按钮三种类型，全部操作部件按照类型分类保存到操作部件模型文件中，构成操作部件模型。
其中，在本申请实施例中，操作部件模型文件的典型格式如下表1所示。
表1
| [YB]<压板> | |
| 直流电源空开 | 1 |
| 交流电压空开 | 1 |
| 投主保护 | 1 |
| [FW]<复位按钮> | |
| 信号复归 | 0 |
| 复归按钮 | 0 |
| [QH]<切换把手> | |
| 重合闸方式选择[单重/三重/综重/停用] | 0 |
其中：“[YB]<压板>”表示压板类操作部件，此类操作部件有分、合2个状态，分别用“0”和“1”表示。
“直流电源空开1”表示一个压板类操作部件“直流电源空开”，其初始状态为“1”。
“[FW]<复位按钮>”表示按钮类部件，其初始状态总是为0，即弹出状态。
“[QH]<切换把手>”表示切换把手类操作部件，此类操作部件有多个状态，在“[]”内用“/”分割各个状态的名称，状态的值分别为0、1、2……。如：“重合闸方式选择[单重/三重/综重/停用] 0”，表示“重合闸方式选择”操作部件有单重、三重、综重、停用共四种状态，当前的初始状态为0，对应的状态为单重。
其中，在本申请实施例中，所述建立输电线路微机保护的内部逻辑模型具体为：输电线路微机保护是主保护和后备保护一体的保护设备，由多个保护插件构成，分别执行不同的保护功能，把每个保护插件的内部逻辑定义成一个表达式，全部内部逻辑的表达式保存到内部逻辑模型文件中，构成内部逻辑模型。
内部逻辑模型的表达式包括插件名称、启动条件、启动时的输出信息、动作条件、动作时的输出信号五部分构成。一个典型应用中的RCS931保护的分相电流差动插件的内部逻辑格式如下表2所示。
表2
| 分相电流差动保护 | 插件名称 |
| 1 | 插件起动条件 |
| 起动 | 插件起动时输出的信号 |
| 0 | 插件起动时输出的光字 |
| 0 | 插件起动时输出的SOE信息 |
| QD*RCS931 | 插件中液晶屏的名称 |
| lp[投主保护]==1 | 插件动作条件 |
| 动作 | 插件动作时输出的信号 |
| 保护动作●分相差动动作 | 插件动作时输出的光字 |
| 保护动作●分相差动动作 | 插件动作时输出的SOE信息 |
| 分相差动出口 | 插件动作时输出到液晶屏的信息 |
其中，在本申请实施例中，所述建立输电线路微机保护的定值区模型具体为：为输电线路微机保护设备每个保护插件定义一个定值区模型，全部插件的定值区模型保存到定值区模型文件中，构成操作定值区模型。
每个插件的定值区模型插件名称、动作时间、判别条件、保护范围、保护方向、控制字六部分组成。一个典型应用中的RCS931保护的定值区模型如下表3所示。
表3
| 插件名称 | 动作时间 | 判别类型 | 保护范围 | 保护方向 | 控制字 |
| 电流分相差动 | 0.007 | 主距离 | 1000 | 1 | 1 |
| 零序电流差动 | 0.007 | 主距离 | 1000 | 1 | 1 |
| 相间距离I | 0.007 | 距离 | 800 | 1 | 1 |
| 相间距离II | 0.3 | 距离 | 1810 | 1 | 1 |
| 相间距离III | 2.7 | 距离 | 2020 | 1 | 1 |
| 接地距离I | 0.007 | 距离 | 800 | 1 | 1 |
| 接地距离II | 0.3 | 距离 | 1810 | 1 | 1 |
| 接地距离III | 2.7 | 距离 | 2020 | 1 | 1 |
| 零序过流I段 | 0.007 | 距离 | 800 | 1 | 1 |
| 零序过流II段 | 0.3 | 距离 | 1810 | 1 | 1 |
| 零序过流III段 | 1.4 | 距离 | 2020 | 1 | 1 |
| 重合闸 | 1.5 | ||||
| 后加速 | 0.1 |
其中，在本申请实施例中，“插件名称”是线路微机保护设备中各个不同功能的插件的名称，如：电流分相差动、零序电流差动、相间距离I，等等。
“动作时间”是保护插件符合动作条件时的动作延时时间。
“判别类型”分为“主距离”和“距离”两种类型，“主距离”表示需要同时判断距离（保护范围）和线路对端保护能否起动；“距离”表示判断故障点的距离。
“保护范围”描述保护插件所能保护到的范围，1000代表线路的全长，小于1000表示保护线路的一部分，大于1000表示可保护到相邻线路。
“保护方向”表示保护插件起作用的方向，1表示正方向、0表示不判断方向，-1表示反方向。
“控制字”表示保护插件是否启用，1表示保护插件启用，0表示保护插件停用。
其中，在本申请实施例中，所述建立输电线路微机保护的输出信息模型具体为：将输电线路微机保护设备动作后的输出信息进行分类，分成信号、光字、SOE信息三种类型，输出信息按照类型分类保存到输出信息模型文件中，构成输出信息模型。其中，输出信息模型文件的典型格式如表4所示。
表4
| [XH]<信号> | |
| 运行 | 1 |
| TV断线 | 0 |
| [GZ]<光字牌> | |
| 保护动作 | 0 |
| 分相差动动作 | 0 |
| [SOE]<SOE信息> | |
| 保护动作 | 0 |
| 分相差动动作 | 0 |
其中，在本申请实施例中，“[XH]<信号>”表示输电线路微机保护设备面板上的信号灯部件，此类部件有灭、亮2个状态，分别用“0”和“1”表示。
“[GZ]<光字牌>”表示输电线路微机保护设备产生的、显示在变电站综合自动化监控界面上的光字牌，此类部件有灭、亮2个状态，分别用“0”和“1”表示。
“[SOE]<SOE信息>”表示输电线路微机保护设备产生的、显示在变电站综合自动化告警信息窗口上的报文信息，此类部件有动作、复归2个状态，分别用“1”和“0”表示。
在步骤S10之后，本申请实施例的方法便进入步骤S20，即：根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为。
其中，在本申请实施例中，所述根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，具体包括三个步骤，具体为：
第一步，从模型文件读入所述输电线路微机保护模型进行初始化；
第二步，通过输入接口获取电网仿真数据和操作事件；
第三步，处理所述操作事件，模拟所述输电线路微机保护的功能和行为。
其中，在本申请实施例中，所述第一步具体包括：
从保护配置文件读入所述输电线路配置的微机保护；
从输电线路微机保护的操作部件模型文件读入操作部件模型，建立输电线路、输电线路微机保护、操作部件模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的内部逻辑模型文件读入内部逻辑模型, 建立输电线路、输电线路微机保护、内部逻辑模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的定值区模型文件读入保护插件的定值区模型，建立输电线路、输电线路微机保护、定值区模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的输出信息模型文件读入输出信息模型，建立输电线路、输电线路微机保护、输出信息模型之间的对应关系。
其中，在本申请实施例中，所述从保护配置文件读入所述输电线路配置的微机保护具体为：保护配置文件定义了全部输电线路配置的微机保护，初始化时读入保护配置文件，建立输电线路名称与输电线路微机保护之间的对应关系。保护配置文件的典型格式如表5所示。
表5
| 设备类型 | 设备名称 | 装置型号 | 装置套数 |
| LN | 半横2P01 | RCS-931A | 1 |
其中：设备类型“LN”表示“线路”。设备名称“半横2P01”表示该线路名称为“半横2P01”。装置型号“RCS-931A”表示该线路配备的保护装置型号为“RCS-931A”。装置套数“1”表示线路“半横2P01”配备1套“RCS-931A”微机保护。输电线路可以配备多套保护装置，用装置型号和套数进行区分。
其中，在本申请实施例中，在第一步结束之后便进入第二步，即为通过输入接口获取电网仿真数据和操作事件，具体实现过程如下：
获取电网仿真数据具体为：电网仿真模块计算电网潮流，计算结果存储在以输电线路名称为关键字的数据库表格中，输电线路微机保护仿真模块的输入接口通过输电线路名称查找数据库表，从数据库表中获取输电线路的电压、电流、零序电流。
获取操作事件具体为：操作事件包括故障事件和输电线路微机保护设备的部件操作事件，故障事件是被保护的输电线路上发生的故障，部件操作事件是对输电线路微机保护设备部件模型的操作。输电线路微机保护仿真模块周期性地扫描输入接口，读取操作事件。
故障事件的属性包括：故障类型、厂站名称、线路名称、故障名称、故障相别、故障位置、接地程度、故障持续时间。
一个典型故障事件为：线路故障、半山站、半横2P01、单相接地故障、B、90%、80%、0.01。表示在半山站半横2P01线路上设置单相接地故障，故障相别为B向，位置在90%的地方，接地程度为80%，持续时间为0.01秒。
操作事件的属性包括：操作类型、厂站名称、线路名称、保护名称、保护套号、部件类型、部件名称、目标状态。
一个典型操作事件为：遥控操作、半山站、半横2P01、RCS931A、1、压板、投主保护、0。表示在监控界面上遥控操作半山站半横2P01线第一套保护RCS931A的“投主保护”压板，其目标是退出“投主保护”压板。
其中，在本申请实施例中，在第二步结束之后便进入第三步，即为：处理所述操作事件，模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，具体实现过程如下：
（1）根据输入的电网仿真数据和操作事件，判断输电线路微机保护的保护插件是否启动，其特征在于：
从故障事件中提取故障信息，转换成输电线路微机保护定值区模型中故障方向、故障距离，然后与输电线路微机保护定值区模型中对应属性进行比较，不满足条件就置返回标志1，满足条件就进入动作时间倒计时。
故障距离按照下列公式转换：故障距离 = 故障位置*1000。
如某故障典型故障：线路故障、半山站、半横2P01、单相接地故障、B、90%、80%、0.01。其故障距离=90%*1000，即900。其故障位置是以半山站为启动进行计算的，因此，对应半山站的输电线路微机保护来说，故障方向是正向，其值为1。
一个典型应用中，半横2P01线的定值区模型如表3.所示，该输电线路微机保护的保护插件“相间距离I”、“接地距离I”、“零序过流I段”，由于保护范围为800，小于900，所以不能起动。其他保护插件可以起动。满足起动条件的保护插件起动标志置为1，不满足条件的保护插件置返回标志为1。
（2）处理返回标志为1的保护插件，其特征在于：
将返回标志为1的保护插件的起动标志置为0，并把倒计时恢复为保护动作时间，然后转步骤（5）。
（3）判断起动标志置为1的保护插件是否到达保护启动时间，其特征在于：
判断保护动作倒计时时间是否为0，不为0则转步骤（5）。如果为0则转步骤（4）。
（4）模拟保护动作出口的功能，其特征在于：
向相应断路器发送跳合闸命令；同时根据输出信息模型，产生包括信号、光字、告警和液晶屏的保护动作出口的输出信息；将跳合闸命令和相关输出信息插入到事件队列，在仿真时钟中依次处理；最后将保护插件起动标志置为0，返回标志置为1。
（5）处理保护插件的倒计时时钟，其特征在于：
如果保护动作倒计时时间不为0，则减去0.01秒。
（6）判断当前事件处理是否结束，其特征在于：
检查输电线路微机保护的全部插件的保护插件起动标志，如果全部保护插件的起动标志都为0，则清除故障事件，表示当前事件处理结束。
在步骤S20之后，本申请实施例的方法便进入步骤S30，即：通过输出接口输出仿真结果。
其中，在本申请实施例中，所述通过输出接口输出仿真结果具体包括：
（1）保护信息输出队列提取对头信息，如果是保护跳闸命令，则转步骤（2），步骤否则转（3）。
（2）处理保护跳闸命令，其特征在于：
调用输出接口将保护跳闸命令输出给电网仿真模块，保护跳闸命令的属性包括：厂站名称、开关名称、开关状态、跳闸时间、跳闸原因。转步骤（4）。
（3）处理保护动作输出信息，其特征在于：
调用输出接口将保护跳闸命令输出给电网仿真模块，属性包括：厂站名称、设备名称、保护插件名称、告警信息内容、告警时间、告警原因。转步骤（4）。
（4）判断保护信息输出队列中是否还有更多信息，如果有更多信息，则转步骤（1），否则，结束处理。
其中，在本申请实施例中，在所述通过输出接口输出仿真结果之后还包括：推进仿真时间。具体为：仿真时间推进0.01秒。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
由于在本申请提供的技术方案中，采用了首先建立输电线路微机保护的仿真模型，然后根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，最后通过输出接口输出仿真结果的技术方案，即按照输电线路微机保护的物理机理，建立输电线路微机保护的仿真模型，通过输入接口获取电网仿真数据，根据内部逻辑仿真模拟输电线路微机保护的功能和行为，并通过输出接口输出仿真结果，模型符合输电线路保护机理，且模块与数据分离，模块间的接口清晰，所以，有效解决了现有技术中电力仿真培训系统存在真实性较差，仿真模块重用性较低，使用和维护比较复杂的技术问题，进而实现了电力仿真培训系统具有较高的真实性，仿真模块循环利用率较高，使用更加方便、维护更加简单的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (2)
1.一种输电线路微机保护仿真实现方法，应用于电力仿真培训系统中，其特征在于，所述方法包括：
建立输电线路微机保护的仿真模型；
根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为；
通过输出接口输出仿真结果；
所述根据内部逻辑仿真模拟所述输电线路微机保护的功能和行为，具体包括：
从模型文件读入所述输电线路微机保护模型进行初始化；
通过输入接口获取电网仿真数据和操作事件；
处理所述操作事件，模拟所述输电线路微机保护的功能和行为；
所述建立输电线路微机保护的仿真模型具体为：基于所述输电线路微机保护的物理机理，建立所述输电线路微机保护的仿真模型；
所述建立所述输电线路微机保护的仿真模型具体为：建立操作部件模型、内部逻辑模型、定值区模型、输出信息模型；
所述从模型文件读入所述输电线路微机保护模型进行初始化，具体包括：
从保护配置文件读入所述输电线路配置的微机保护；
从输电线路微机保护的操作部件模型文件读入操作部件模型，建立输电线路、输电线路微机保护、操作部件模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的内部逻辑模型文件读入内部逻辑模型, 建立输电线路、输电线路微机保护、内部逻辑模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的定值区模型文件读入保护插件的定值区模型，建立输电线路、输电线路微机保护、定值区模型之间的对应关系；
从输电线路微机保护的输出信息模型文件读入输出信息模型，建立输电线路、输电线路微机保护、输出信息模型之间的对应关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过输出接口输出仿真结果之后还包括：推进仿真时间。
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Citations (5)
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Patent Citations (5)
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| 500kV线路微机保护远程培训系统的设计与开发;袁明军;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20110315;正文第1-69页 * |
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