CN104699903A - 一种智能变电站二次信号传输系统评估装置及方法 - Google Patents

一种智能变电站二次信号传输系统评估装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能变电站二次信号传输系统评估装置，包括参数获取模块，用于获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数；装置模型构建模块，用于根据所述模型参数生成各组成装置模型函数；模型处理模块，用于对智能变电站二次信号传输系统的各组成装置模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数；模型评估模块，用于根据所述模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，用于智能变电站频率特性的评估和测试。本发明可方便应用于不同配置的智能变电站二次信号传输的评估和研究。

Description

一种智能变电站二次信号传输系统评估装置及方法
技术领域
本发明涉及智能变电站二次信号传输系统，具体是一种智能变电站二次信号传输系统评估装置及方法。
背景技术
智能变电站是智能电网的关键组成部分，是发展的趋势和方向。智能变电站以非常规互感器代替常规的TA、TV；以光纤和以太网组建的交换式网络通信系统代替常规的电缆回路；以集成化的智能用电设备实现变电站的操作和控制；以功能、信息的冗余代替常规变电站装置的冗余；以分层化的分布设计构建系统，在智能化一次设备的基础上将常规变电站部分控制功能下放给低层完成，从而使得变电站实现小型化、紧凑化的设计和布置。由于在信号转换和传输过程中引入各种相位补偿、数字滤波等算法，电子式互感器的特性与常规互感器特性完全不同，从而使得数字化变电站信号传输特性发生了显著变化。
目前电力系统中诸如炼钢电弧炉、风力发电、电气化铁路、电力电子装置等大量非线性、冲击性和不平衡负荷的使用，造成大量谐波、间谐波的产生，给电力系统带来电能质量问题。而这些谐波经过智能变电站二次传输系统时会发生一定的失真和改变，进而影响智能变电站数字继电保护设备的正常工作，故需对不同谐波特性信号给智能变电站二次信号系统的传输特性进行研究和评估。
智能变电站按层次化设计分为过程层、间隔层、变电站层，按层次完成变电站的职能，通过统一的通信网络与变电站层相连，由变电站层的控制系统对各功能进行协调。其中过程层的信号传输特性是影响智能变电站安全运行的最关键部分。智能变电站结构复杂，功能繁多，工程上很难直接对其二次信号传输系统的输出特性进行评估，且直接采样测试信号源的方式受功率和准确性限制很难以实现。故需要一种简单灵活准确的方法对智能变电站二次信号传输系统的传输特性进行评估。
专利申请号为201110223085.6的发明专利《智能变电站间隔装置的自动建模方法》提供了一种智能变电站间隔装置的建模方法；专利申请号为201110378249.2的发明专利《智能变电站故障录波装置的录波模型建模方法》提供了一种智能变电站故障录波装置的建模方法；专利申请号为201310228429.1的发明专利《一种智能变电站合并单元仿真建模方法》提供了一种智能变电站合并单元的建模方法，以上专利均是针对智能变电站二次信号传输系统中的某一个组成装置进行建模，没有一种统一的方法对整个智能变电站二次信号传输系统进行建模和评估分析。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种智能变电站二次信号传输系统评估装置及方法，能够客观准确的收集智能变电站的配置信息，采用统一的方法进行建模形成抽象的智能变电站二次信号传输系统模型函数，从而灵活、准确、简便的以抽象化模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟和评估，方便应用于不同配置的智能变电站二次信号传输的评估和研究。
一种智能变电站二次信号传输系统评估装置，包括
参数获取模块，用于获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数，所述模型参数包括电子式互感器模型参数、合并单元模型参数、通信线路模型参数；
装置模型构建模块，用于根据所述模型参数，并利用遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库进行智能变电站二次信号传输系统的各组成装置建模，生成各组成装置模型函数；
模型处理模块，用于对智能变电站二次信号传输系统的各组成装置模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数，所述智能变电站二次信号传输系统模型函数为智能变电站二次信号传输系统的公式化抽象，其组成部分包括电子式互感器模型、合并单元模型、通信线路模型，可应用于不同智能变电站二次信号传输系统的建模和评估；
模型评估模块，用于根据所述智能变电站二次信号传输系统模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，用于智能变电站频率特性的评估和测试。
如上所述的智能变电站二次信号传输系统评估装置，所述电子式互感器模型参数包括电子式互感器采样传感头参数、信号调理电路参数、抗混叠滤波器参数、电子式互感器固有延时，所述合并单元模型参数包括合并单元数字滤波器参数、相位补偿参数、采样率参数，所述通信线路模型参数包括通信线路模型配置参数、传输方式。
一种智能变电站二次信号传输系统评估方法，其应上述评估装置进行评估，包括如下步骤：
步骤一、参数获取模块获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数，所述模型参数包括电子式互感器模型参数、合并单元模型参数、通信线路模型参数；
步骤二、装置模型构建模块根据所述模型参数，并利用遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库进行智能变电站二次信号传输系统的各组成装置建模，生成各组成装置模型函数；
步骤三、模型处理模块对智能变电站二次信号传输系统的各组成装置模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数，所述智能变电站二次信号传输系统模型函数为智能变电站二次信号传输系统的公式化抽象，其组成部分包括电子式互感器模型、合并单元模型、通信线路模型，可应用于不同智能变电站二次信号传输系统的建模和评估；
步骤四、模型评估模块根据所述智能变电站二次信号传输系统模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，进行智能变电站频率特性的评估和测试。
如上所述的智能变电站二次信号传输系统评估方法，所述电子式互感器模型参数包括电子式互感器采样传感头参数、信号调理电路参数、抗混叠滤波器参数、电子式互感器固有延时，所述合并单元模型参数包括合并单元数字滤波器参数、相位补偿参数、采样率参数，所述通信线路模型参数包括通信线路模型配置参数、传输方式。
区别于现有技术普遍是针对二次传输系统单个装置的建模，本发明采用了一种统一的方法对整个二次传输系统进行整体建模，灵活简洁，克服了智能变电站结构复杂、分析困难等问题。通过评估智能变电站二次信号传输系统的传输特性，灵活准确地解决了工程上难以实现对不同简谐波对二次信号传输系统的输出特性影响的评估。
附图说明
图1是本发明智能变电站二次信号传输系统评估装置的结构示意图；
图2是本发明智能变电站二次信号传输系统评估方法的流程示意图。
图中：1—参数获取模块，2—装置模型构建模块，3—模型处理模块，4—模型评估模块。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1所示为本发明智能变电站二次信号传输系统评估装置的结构示意图，所述智能变电站二次信号传输系统评估装置包括：
参数获取模块1，用于获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数；所述模型参数包括电子式互感器采样传感头参数、信号调理电路参数、抗混叠滤波器参数、电子式互感器固有延时等电子式互感器模型参数，合并单元数字滤波器参数、相位补偿参数、采样率参数等合并单元模型参数，通信线路模型配置参数、传输方式等通信线路模型参数以及其他模型的参数。
装置模型构建模块2，用于根据所述模型参数，并利用遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库进行智能变电站二次信号传输系统的各组成装置建模，生成各组成装置模型函数。
模型处理模块3，用于对智能变电站二次信号传输系统的各组成装置模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数；所述智能变电站二次信号传输系统模型函数为智能变电站二次信号传输系统的公式化抽象，其组成部分包括电子式互感器模型、合并单元模型、通信线路模型等，可灵活方便的应用于不同智能变电站二次信号传输系统的建模和评估。
模型评估模块4，用于根据所述智能变电站二次信号传输系统模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，用于智能变电站频率特性的评估和测试。
请参考图2，本发明还提供一种智能变电站二次信号传输系统建模方法，其应用图1所示评估装置对二次信号传输系统进行模拟和评估，包括如下步骤：
步骤S1，参数获取模块1获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数，所述模型参数包括电子式互感器采样传感头参数、信号调理电路参数、抗混叠滤波器参数、电子式互感器固有延时等电子式互感器模型参数，合并单元数字滤波器参数、相位补偿参数、采样率参数等合并单元模型参数，通信线路模型配置参数、传输方式等通信线路模型参数以及其他模型的参数。
在此步骤中，根据实际的智能变电站的结构和配置，由用户进行人工录入或者由现有文档自动导入，提供智能变电站二次信号传输系统建模的基础资料。
步骤S2～S7，将从参数获取模块获取1的模型参数导入装置模型构建模块2预配置的对应的装置模型中，根据所述模型参数，并利用遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库进行智能变电站二次信号传输系统的各组成装置建模，生成各组成装置模型函数。
在此步骤中，以智能变电站过程层网络常用配置为例，装置模型构建模块2中包括遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库，
步骤S2-S3：电子式互感器模型获取电子式互感器模型参数并导入所对应模型，获得电子式互感器模型函数G1(s)；
步骤S4-S5：合并单元模型获取合并单元模型参数并导入所对应模型，获得合并单元模型函数H1(z)；
步骤S6-S7：通信线路模型获取通信线路模型参数并导入所对应模型，获得通信线路模型函数H2(z)。
在此步骤中，根据智能变电站网络实际结构和配置的不同，其装置模型包括但不仅限于电子式互感器模型、合并单元模型、通信线路模型，还可能包含常规互感器、模拟量输入合并单元等装置，即可能包含Hn(z)(n＝1,2,…,n)模型。
本发明在预配置装置模型具有准确、全面性，包含智能变电站所有可能采用的关键设备，如电子式互感器、合并单元、通信线路、总线模型、交换机模型等，并在预配置模型中设置参数接口，根据实际采用的装置灵活有效的调整装置模型。
步骤S8，模型处理模块3将步骤S2～S7获得的各个装置的模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数。
在此步骤中，模型处理模块3汇总电子式互感器模型函数、合并单元模型函数、通信线路模型函数以及其他模型函数Hn(z)，根据智能变电站二次信号传输系统的结构，将每个分模型级联起来，为了便于分析，将级联后的传递函数模型进行降阶，从而得到智能变电站二次信号传输系统的模型函数，降阶方法可采用现有的pade降阶算法，pade降阶算法是较典型的一种模型降阶算法，具有很好的拟合效果。
最后汇总处理智能变电站二次信号传输系统各个装置模型函数，处理后得到智能变电站二次信号传输系统模型函数。所获得的模型函数其输入为给定频域信号R(s)，经过模拟信号处理函数G1(s)和数字采样、数字信号传递函数G2(z)，得到频域输出C(z)，通过对比频域输出C(z)与输入信号R(s)的信号特性对智能变电站二次信号传输系统进行评估。
步骤S9，模型评估模块4根据所述智能变电站二次信号传输系统模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，用于智能变电站频率特性的评估和测试。具体包括如下步骤：
模型函数导入，将智能变电站二次信号传输系统建模模型函数导入至仿真平台；
将各种谐波含量的暂态或各种幅值相位的稳态测试信号转换为频域输入信号R(s)，并接入到仿真平台；
仿真平台搭建仿真模型和数据运算，计算出结果即输出信号C(z)；
仿真平台对比各种谐波含量的暂态或各种幅值相位的稳态测试信号R(s)的输出信号C(z)，得到智能变电站二次信号传输系统的幅频特性。在此步骤中，仿真平台可采用Matlab平台运行，以抽象化的传递函数模拟智能变电站二次信号传输系统的信号传输过程，以频域输入信号R(s)模拟各种谐波含量的暂态或各种幅值相位的稳态信号，通过FFT等算法对输出信号C(z)与输入信号R(s)进行对比，得到信号经过智能变电站二次信号传输系统后的幅频特性的变化。
综上所述，本发明通过导入智能变电站二次信号传输系统各装置模型函数的参数，由各装置的分模型集合汇总处理得到抽象化的智能变电站二次信号传输系统模型函数。以抽象化的模型函数，灵活准确地在仿真平台上实现对智能变电站二次信号传输系统的评估。
本发明解决了智能变电站结构复杂，功能繁多，工程上很难直接对其二次信号传输系统的输出特性进行评估，且直接采样测试信号源的方式受功率和准确性限制很难以实现的问题，提供了一种客观准确的收集智能变电站的配置信息，采用统一的方法对整个二次信号传输系统的各个装置模型汇总处理形成抽象的智能变电站二次信号传输系统模型函数，灵活、准确、简便的以抽象化模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟和评估，利用抽象化模型检验各种频率特性下的智能变电站二次信号传输的频率响应，通过分析其幅频特性对智能变电站二次信号传输特性进行评估。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种智能变电站二次信号传输系统评估装置，其特征在于：包括
参数获取模块(1)，用于获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数，所述模型参数包括电子式互感器模型参数、合并单元模型参数、通信线路模型参数；
装置模型构建模块(2)，用于根据所述模型参数，并利用遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库进行智能变电站二次信号传输系统的各组成装置建模，生成各组成装置模型函数；
模型处理模块(3)，用于对智能变电站二次信号传输系统的各组成装置模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数，所述智能变电站二次信号传输系统模型函数为智能变电站二次信号传输系统的公式化抽象，其组成部分包括电子式互感器模型、合并单元模型、通信线路模型，可应用于不同智能变电站二次信号传输系统的建模和评估；
模型评估模块(4)，用于根据所述智能变电站二次信号传输系统模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，用于智能变电站频率特性的评估和测试。
2.如权利要求1所述的智能变电站二次信号传输系统评估装置，其特征在于：所述电子式互感器模型参数包括电子式互感器采样传感头参数、信号调理电路参数、抗混叠滤波器参数、电子式互感器固有延时，所述合并单元模型参数包括合并单元数字滤波器参数、相位补偿参数、采样率参数，所述通信线路模型参数包括通信线路模型配置参数、传输方式。
3.一种智能变电站二次信号传输系统评估方法，其特征在于应用权利1或2所述评估装置进行评估，包括如下步骤：
步骤一、参数获取模块(1)获取智能变电站二次信号传输系统装置模型参数，所述模型参数包括电子式互感器模型参数、合并单元模型参数、通信线路模型参数；
步骤二、装置模型构建模块(2)根据所述模型参数，并利用遵循IEC61850SCL的变电站二次设备模型库进行智能变电站二次信号传输系统的各组成装置建模，生成各组成装置模型函数；
步骤三、模型处理模块(3)对智能变电站二次信号传输系统的各组成装置模型函数根据拓扑结构和电路理论进行级联和降阶处理，形成整体的智能变电站二次信号传输系统模型函数，所述智能变电站二次信号传输系统模型函数为智能变电站二次信号传输系统的公式化抽象，其组成部分包括电子式互感器模型、合并单元模型、通信线路模型，可应用于不同智能变电站二次信号传输系统的建模和评估；
步骤四、模型评估模块(4)根据所述智能变电站二次信号传输系统模型函数对智能变电站二次信号传输系统进行模拟，模拟各种输入信号的稳态和暂态特性，进行智能变电站频率特性的评估和测试。
4.如权利要求3所述的智能变电站二次信号传输系统评估方法，其特征在于：所述电子式互感器模型参数包括电子式互感器采样传感头参数、信号调理电路参数、抗混叠滤波器参数、电子式互感器固有延时，所述合并单元模型参数包括合并单元数字滤波器参数、相位补偿参数、采样率参数，所述通信线路模型参数包括通信线路模型配置参数、传输方式。
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