CN105911883A - 电力实时数字仿真系统的故障点控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，包括：N个依次级联的故障点控制模块；其中，1～N任一个故障点控制模块，通过级联单元将故障点总数减去当前故障点控制模块的故障点数量，然后输出至后一个故障点控制模块；通过设定单元设定当前故障点控制模块的故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型；通过运算单元将所述故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型进行乘法运算，得到所述故障点的首次故障控制变量；通过控制单元根据所述首次故障控制变量获取所述故障点的故障控制参数，根据所述故障控制参数对所述故障点进行控制。通过上述技术方案，实现了对电力实时数字仿真系统的无限多个故障点的统一控制。

Description

电力实时数字仿真系统的故障点控制系统

技术领域

本发明涉及电力系统实时仿真技术领域，特别是涉及一种电力实时数字仿真系统的故障点控制系统。

背景技术

电力系统仿真根据原始电力系统建立模型，通过模型进行计算和试验，研究电力系统在规定时间内的行为与特征。实时数字仿真能够实时模拟电力系统各类过程，在一个计算步长内计算完成实际电力系统在该段时间内的动态响应情况并完成数据转换。RTDS(Real Time Digital Simulation，实时数字仿真)系统是目前世界上使用最多、应用最广泛的电力系统实时数字仿真装置，能够连接控制保护设备进行闭环试验，分析和研究控制保护设备的性能。RTDS实时数字仿真器由计算软件、计算处理和接口等硬件设备组成，为了检验控制保护设备的性能，需要在计算软件的设计界面搭建试验模型，模拟电力系统中可能出现的各种故障。在预先设定的位置设置故障，定义故障的类型、位置、触发点和持续时间，实现故障控制。

目前，RTDS系统的故障点控制方案为：使用RTDS主元件库自带的故障控制模型，如图1所示，图1为现有的RTDS实时数字仿真系统自带的相间故障控制模型，在该模型中，通过拨盘FLTYPE选择故障类型，通过滑块FLTTIME设定故障持续周波数，滑块后的0.0166667增益将故障持续周波数转化为故障持续时间(基于60Hz系统)，当按下按钮TRIG后，将触发一次持续时间为(FLTTIME×0.0166667)秒的故障类型为FLTYPE设定值的故障。

上述RTDS自带的故障控制模型能够实现简单的故障控制，但仍存在以下问题：

1)建模工作量大：由于模型的控制字与故障点、控制字的控制位与故障类型都是一一对应的，因此，每增添一个故障点，就需要增加一个控制模型，对于故障点较多的大系统模型，需要进行大量重复性的修改，不仅增加了试验人员的工作量，也增加了出错的概率。

2)不能进行复故障控制：根据《GB/T 26864-2011电力系统继电保护产品动模试验》的要求，转换性故障与发展性故障是动模试验的必考核项目，但RTDS自带的故障控制模型中未实现转换性故障、发展性故障等复故障逻辑，需要模拟此类故障时，需要重新搭建相应的故障控制逻辑。

3)试验程序不统一：故障点的数量和取值在不同的试验中通常不一样，因此需要针对不同的试验建立不同的故障控制模型，无法统一实时数字仿真试验的试验程序，实现实时数字仿真试验的规范化管理。

综上所述，现有的电力实时数字仿真系统的故障点控制方法存在建模工作量大、不能进行复故障控制、试验程序不统一等技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有的电力实时仿真系统的故障点控制方法存在建模工作量大、不能进行复故障控制、试验程序不统一等技术问题，提供一种电力实时数字仿真系统的故障点控制系统。

一种电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，包括：N个依次级联的故障点控制模块，前一个故障点模块的故障点位置序号输出端口连接后一个故障点模块的故障点位置序号输入端口；

其中，1～N任一个故障点控制模块包括：级联单元、设定单元、运算单元和控制单元；

所述级联单元，用于将故障点总数减去当前故障点控制模块的故障点数量，然后输出至后一个故障点控制模块；

所述设定单元，用于设定当前故障点控制模块的故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型；

所述运算单元，用于将所述故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型进行乘法运算，得到所述故障点的首次故障控制变量；

所述控制单元，用于根据所述首次故障控制变量获取所述故障点的故障控制参数，根据所述故障控制参数对所述故障点进行控制。

上述电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，通过采用N个依次级联的故障点控制模块，且前一个故障点模块的故障点位置序号输出端口连接后一个故障点模块的故障点位置序号输入端口，实现了对无限多个故障点的统一控制。其中，1～N任一个故障点控制模块通过级联单元将当前故障点控制模块能够控制的故障点之外的故障点输出至后一个故障点控制模块进行控制；在当前故障点控制模块或者后一个故障点控制模块均采用如下方式对本故障点控制模块的故障点进行控制：通过设定单元设定当前故障点控制模块的故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型，通过运算单元将所述故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型进行乘法运算，得到所述故障点的首次故障控制变量，通过控制单元根据所述首次故障控制变量获取所述故障点的故障控制参数，对所述故障点进行控制。通过上述技术方案，减少了电力实时数字仿真系统的建模工作量，实现了对电力实时数字仿真系统的无限多个故障点的统一控制，从而统一了电力实时数字仿真的试验程序，有利于实现实时数字仿真的全自动试验。

附图说明

图1为现有的RTDS实时数字仿真系统自带的相间故障控制模型示意图；

图2为本发明的一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统的结构示意图；

图3为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统中1～N任一故障点控制模块的结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统的故障类型转换单元的结构示意图；

图5为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统的结构示意图；

图6为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统进行故障选择与合闸角度控制的方法流程图；

图7为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统进行无限多故障点控制的程序流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

如图2所示，图2为本发明的一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统的结构示意图，包括：N个依次级联的故障点控制模块100～100N，前一个故障点模块的故障点位置序号输出端口(图中用“●”表示)连接后一个故障点模块的故障点位置序号输入端口(图中用“▲”表示)；

其中，1～N任一个故障点控制模块包括：级联单元101、设定单元102、运算单元103和控制单元104；

所述级联单元101，用于将故障点总数减去当前故障点控制模块的故障点数量，然后输出至后一个故障点控制模块；

所述设定单元102，用于设定当前故障点控制模块的故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型；

所述运算单元103，用于将所述故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型进行乘法运算，得到所述故障点的首次故障控制变量；

所述控制单元104，用于根据所述首次故障控制变量获取所述故障点的故障控制参数，根据所述故障控制参数对所述故障点进行控制。

上述电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，通过采用N个依次级联的故障点控制模块，且前一个故障点模块的故障点位置序号输出端口连接后一个故障点模块的故障点位置序号输入端口，实现了对无限多个故障点的统一控制。其中，1～N任一个故障点控制模块通过级联单元将当前故障点控制模块能够控制的故障点之外的故障点输出至后一个故障点控制模块进行控制；在当前故障点控制模块或者后一个故障点控制模块均采用如下方式对本故障点控制模块的故障点进行控制：通过设定单元设定当前故障点控制模块的故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型，通过运算单元将所述故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型进行乘法运算，得到所述故障点的首次故障控制变量，通过控制单元根据所述首次故障控制变量获取所述故障点的故障控制参数，对所述故障点进行控制。通过上述技术方案，减少了电力实时数字仿真系统的建模工作量，实现了对电力实时数字仿真系统的无限多个故障点的统一控制，从而统一了电力实时数字仿真的试验程序，有利于实现实时数字仿真的全自动试验。

如图3所示，图3为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统中1～N任一故障点控制模块的结构示意图，还包括：故障类型转换单元105；

所述故障类型转换单元105，用于根据设定的二次故障时间和二次故障位置计算得到所述故障点的二次故障控制变量，根据所述首次故障控制变量和二次故障控制变量对所述故障点的故障类型进行转换。

在实际试验中，常常会出现对同一故障点变换不同的故障类型或者不同的故障点设定不同的故障类型，为了实现对不同类型的故障点进行统一控制，本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统通过根据设定的二次故障时间、二次故障位置计算得到所述故障点的二次故障控制变量，根据所述首次故障控制变量和二次故障控制变量对所述故障点的故障类型进行转换，实现了同一故障点或者不同故障点不同故障类型之间的切换，有利于在电力实时数字仿真系统中实现对不同故障类型的故障点的仿真试验。

如图4所示，图4为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统的故障类型转换单元的结构示意图，包括：

二次故障设定单元1051，用于设定所述目标故障点的二次故障时间和二次故障位置；其中，所述二次故障时间表示所述目标故障点二次被触发的时间，所述二次故障位置表示所述目标故障点二次被触发的位置；

二次故障运算单元1052，用于将所述二次故障时间和二次故障位置进行乘法运算，得到所述目标故障点的二次故障控制变量；

二次故障转换单元1053，用于根据首次故障控制变量和二次故障控制变量获取所述故障点的故障类型参数，对所述故障点的故障类型进行转换。

上述实施例，通过对故障点的故障类型进行转换，实现了同一故障点或者不同故障点不同故障类型之间的切换，有利于在电力实时数字仿真系统中实现对不同故障类型的故障点的仿真试验。

通过上述技术方案，实现了对电力实时数字仿真系统的故障点的自动化控制；由于上述故障点控制方法适用于电力实时数字仿真系统中的不同故障类型的故障点控制，避免了现有的电力实时数字仿真系统中针对不同的试验建立不同的故障控制模型的繁琐，有利于统一电力实时数字仿真系统试验的试验程序，实现电力实时数字仿真系统中不同故障点的统一控制，提高了电力实时数字仿真系统的工作效率。

在其中一个实施例中，本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，所述二次故障设定单元1051还可以用于：

设定所述故障点的故障转换时间，当在所述故障转换时间内，根据所述故障类型参数对所述故障点的故障类型进行转换。

在其中一个实施例中，本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，所述二次故障转换单元1053还可以用于：

对所述故障点的首次故障控制变量和二次故障控制变量进行位或运算，得到所述故障点的故障类型参数；

根据所述故障类型参数，对所述故障点的故障类型进行转换。

在上述实施例中，通过对所述故障点的首次故障控制变量和二次故障控制变量进行位或运算，是为了避免首次故障和二次故障集中在同一个故障点上。

如图5所示，图5为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统中1～N任一故障点控制模块的结构示意图，在所述级联单元101之前，还包括：

初始化单元106，用于对所述当前故障点控制模块的首次故障点控制变量进行初始化处理。

在其中一个实施例中，本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，在所述初始化单元106之前，还包括：

触发单元107，用于触发所述当前故障点控制模块的故障点；其中，所述故障点是电力实时数字仿真系统中用于模拟实际电力系统运行状况而设置的故障点。

在其中一个实施例中，本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，在所述触发单元107之后，还包括：

设定合闸角度单元108，用于当电力实时数字仿真系统的合闸角控制参数有效时，根据预设的所述故障点的故障形态，设定所述电力实时仿真系统的合闸角度。

在实际应用中，通过判断控制合闸角开关的位置，来判断是否需要对目标故障点的故障形态进行设定。例如，判断控制合闸角开关DECG的位置，若DECG＝1，则根据预设的目标故障点的故障形态，设定所述电力实时数字仿真系统的合闸角度，再根据设定的合闸角度合闸。通过上述方案，实现了对不同故障形态的故障点的控制。

在实际应用时，电力实时数字仿真系统还需要对转换性故障、复故障进行仿真，可以通过判断转换性故障开关的位置来判断单一故障和复故障，例如，若转换性故障开关Change的位置值不为1，则认为是单一故障，根据设定的首次故障时间FltDuring1、首次故障位置FstFltLoac，输出首次故障控制变量FL1；若Change的值为1，则认为是复故障，根据设定的转换时间ChangeTime、二次故障时间FltDuring2、二次故障位置ScdFltLoac，输出首次故障控制变量FL2。

在实际试验中，常常会出现对同一故障点变换不同的故障类型或者不同的故障点设定不同的故障类型，为了实现对不同类型的故障点进行统一控制，本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制方法通过对故障点的故障类型进行变换，实现了同一故障点或者不同故障点不同故障类型之间的切换，有利于在电力实时数字仿真系统中实现对不同故障类型的故障点的仿真试验。

如图6所示，图6为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统进行故障选择与合闸角度控制的方法流程图，图中的故障控制变量的定义如下表1所示：

表1：故障控制量定义

包括如下步骤：

步骤S101：触发故障，通过点击ApplyFault按钮触发故障；

步骤S102：判断控制合闸角开关DEGC的位置，若DEGC＝1，则根据设定的合闸角度合闸；

步骤S103：判断转换性故障开关Change的位置是否为1；

步骤S104：若Change的值不为1，则认为是单一故障，根据设定的首次故障时间FltDuring1、首次故障位置FstFltLoac，输出首次故障控制变量FL1；

步骤S105：若转换性故障开关Change的值为1，则认为是复故障，根据设定的转换时间ChangeTime、二次故障时间FltDuring2、二次故障位置ScdFltLoac，输出二次故障控制变量FL2，根据首次故障控制变量FL1和二次故障控制变量FL2得到故障类型参数，根据所述故障类型参数，对所述故障点进行故障类型之间的转换。

如图7所示，图7为本发明的另一个实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统进行无限多故障点控制的程序流程图，在本实施例中，以一个需要设置6个故障点的实时数字仿真试验模型为例进行说明，在RSCAD的CBuilder中，编写了一个新的自定义元件Fault Ctrl Casecate作为故障点控制子模块，设置每个故障点控制子模块最多控制的6个故障点(需要说明的是，每个故障点控制子模块最多能够控制的故障点的个数可以根据实际需要进行设定)。也就是说，在本实施例的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统中，每一个故障点控制模块能够控制的故障点个数为6个，超过6个之外的其他故障点交由下级故障点控制模块进行控制。图7中在故障点控制模块1中设置的首次故障位置序号LFL1就表示了进入故障点控制模块1的首次故障点个数，按照设定系统中的故障点控制模块可以控制6个故障点，通过将首次故障位置序号LFL1减去6，得到需要交由下级故障点控制模块控制的故障点个数，并通过故障位置序号输出端口输出至下级故障点控制模块的故障位置序号输入端口，依次类推，将需要设置的首次故障点分配到各级故障点控制模块，再由各级故障点控制模块对分配到各级故障点控制模块的首次故障点进行控制。二次故障位置序号LFL2表示了进入故障点控制模块1的二次故障的故障点个数，二次故障的故障点的分配与首次故障点的分配原理一致。

本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统对分配到本级故障点控制模块的故障点的控制原理相同，下面以故障点控制模块1为例进行说明：

设定故障点控制模块1的输入为：首次故障控制变量FL1、首次故障类型FType1、二次故障控制变量FL2和二次故障类型FType2；其中，FL1＝首次故障时间FLT1×首次故障位置FstFltLoac，FL2＝二次故障时间FLT2×二次故障位置ScdFltLoac。故障点控制模块1的输出为：首次故障位置序号LFL1、首次故障类型LFType1、二次故障位置序号LFL2、二次故障类型LFType2，通过各个故障点控制块之间的级联实现无限多故障点控制。

在上述实施例中，将首次故障位置序号LFL1和二次故障位置序号LFL2传输至下级故障点控制模块，实现了将当前故障点控制模块无法控制的故障点分配至下级故障点控制模块，实现了各个故障点控制模块对无限多个故障点的控制；将首次故障类型LFType1和二次故障类型LFType2传输至下级故障点控制模块，即，对电力实时数字仿真系统中的故障点的故障类型进行了统一，有利于统一实时数字仿真系统的试验程序，为实现实时数字仿真的全自动试验打下基础。

在单个的故障点控制模块中，在对程序初始化后，对首次故障控制变量FL1与二次故障控制变量FL2进行预判，决定直接输出F1n|F2n，还是通过生成LFL1|LFL2变量进入下一个故障点控制块循环，单个故障点控制子模块最终输出Kn＝F1n/F2n，即首次故障变量与二次故障变量之间的位或，得到故障类型参数，根据得到的故障类型参数对故障类型进行转换。

在本实施例中，通过RTDS搭建的系统模型中设置了6个故障点，分别由K1～K6标识，同时这6个故障分别由K1～K6六个控制字控制。每个控制字的第1位到第6位分别控制该故障点的AG、BG、CG、AB、BC、CA故障，其它故障均可以由这6种故障组合而成。要实现一个K6点的AG到BG的转换性故障，其中K6AG持续100ms、转换时间20ms、K6BG持续时间200ms，则进行如下表2设置后，通过2个故障点控制块的级联即可实现故障控制。

表2：K8点AG到BG的转换性故障设置

名称	赋值	控制元件
			FltDuring1	100ms	Slider
ChangeTime	20ms	Slider
			FltDuring2	200ms	Slider
FstFltLoac	8	Dial
			FstFltTYP	1	Dial
ScdFltLoac	8	Dial
			ScdFltTYP	2	Dial

本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，通过建立统一的故障点控制模型实现对故障点的控制，降低了建模工作量，减少了大量重复性修改工作量；通过将N个故障点控制模块级联，实现了对无限多个故障点的控制，统一了实时数字仿真的试验程序，为之后实现实时数字仿真的全自动试验打下了基础。

本发明的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，能够实现单点故障、两点间的转换性故障、同一点间的发展性故障，并能够根据实际需求实时整定故障点的位置、故障类型、故障持续时间、故障转换时间、故障合闸角，从而实现了灵活、规范、不受限的无限多故障点控制。

本发明通过上述技术方案，实现了对电力实时数字仿真系统的故障点的自动化控制；由于上述故障点控制方法适用于电力实时数字仿真系统中的不同故障类型的故障点控制，避免了现有的电力实时数字仿真系统中针对不同的试验建立不同的故障控制模型的繁琐，有利于统一电力实时数字仿真系统试验的试验程序，实现电力实时数字仿真系统中不同故障点的统一控制，提高了电力实时数字仿真系统的工作效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，包括：N个依次级联的故障点控制模块，前一个故障点模块的故障点位置序号输出端口连接后一个故障点模块的故障点位置序号输入端口；

其中，1～N任一个故障点控制模块包括：级联单元、设定单元、运算单元和控制单元；

所述级联单元，用于将故障点总数减去当前故障点控制模块的故障点数量，然后输出至后一个故障点控制模块；

所述设定单元，用于设定当前故障点控制模块的故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型；

所述运算单元，用于将所述故障点的首次故障时间、首次故障位置和首次故障类型进行乘法运算，得到所述故障点的首次故障控制变量；

所述控制单元，用于根据所述首次故障控制变量获取所述故障点的故障控制参数，根据所述故障控制参数对所述故障点进行控制。

2.根据权利要求1所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，所述1～N任一故障点控制模块，还包括：故障类型转换单元；

所述故障类型转换单元，用于根据设定的二次故障时间和二次故障位置计算得到所述故障点的二次故障控制变量，根据所述首次故障控制变量和二次故障控制变量对所述故障点的故障类型进行转换。

3.根据权利要求2所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，所述故障类型转换单元包括：

二次故障设定单元，用于设定所述目标故障点的二次故障时间和二次故障位置；其中，所述二次故障时间表示所述目标故障点二次被触发的时间，所述二次故障位置表示所述目标故障点二次被触发的位置；

二次故障运算单元，用于将所述二次故障时间和二次故障位置进行乘法运算，得到所述目标故障点的二次故障控制变量；

二次故障转换单元，用于根据首次故障控制变量和二次故障控制变量获取所述故障点的故障类型参数，对所述故障点的故障类型进行转换。

4.根据权利要求3所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，所述二次故障设定单元还用于：

设定所述故障点的故障转换时间，当在所述故障转换时间内，根据所述故障类型参数对所述故障点的故障类型进行转换。

5.根据权利要求3所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，所述二次故障转换单元用于：

对所述故障点的首次故障控制变量和二次故障控制变量进行位或运算，得到所述故障点的故障类型参数；

根据所述故障类型参数，对所述故障点的故障类型进行转换。

6.根据权利要求1所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，在所述级联单元之前，还包括：

初始化单元，用于对所述当前故障点控制模块的首次故障点控制变量进行初始化处理。

7.根据权利要求6所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，在所述初始化单元之前，还包括：

触发单元，用于触发所述当前故障点控制模块的故障点；其中，所述故障点是电力实时数字仿真系统中用于模拟实际电力系统运行状况而设置的故障点。

8.根据权利要求7所述的电力实时数字仿真系统的故障点控制系统，其特征在于，在所述触发单元之后，还包括：

设定合闸角度单元，用于当电力实时数字仿真系统的合闸角控制参数有效时，根据预设的所述故障点的故障形态，设定所述电力实时仿真系统的合闸角度。