CN107481596A - 一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统仿真技术领域，尤其涉及一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法。所述方法包括如下步骤：(1)电力变压器微机保护装置的仿真建模；(2)初始化；(3)接收模拟量和开关量输入；(4)计算判别是否故障或已起动；(5)正常运行程序；(6)保护插件是否起动；(7)保护插件返回；(8)是否到达动作时间；(9)保护动作出口；(10)下一循环。本发明根据变压器微机保护的物理机理建模，并且根据电压等级和接线形式，自动形成变压器保护模型实例的插件、定值和控制字组合，特别适用于调控一体化仿真培训系统的变压器保护仿真建模。

Description

一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，尤其涉及一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法。

背景技术

随着“调度监控一体化”运行管理方式的推广应用，建立起以电网调控中心为核心的集约高效的运行管理模式。调度监控一体化仿真培训系统顺应培训需求，对调度监控运行人员的业务能力提升发挥着重要作用。

电力变压器在电网中具有重要地位，是监控业务的重点关注对象。电力变压器分布在多个电压等级，每个电压等级涉及多种接线形式，使得变压器保护模型的功能选择和整定方式具有非常复杂的情况，这是开发调度监控一体化仿真培训系统的一个难点。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于调度监控一体化培训仿真的电力变压器微机保护的自适应仿真方法，本方法建立一种可自动适应电压等级、接线方式的变压器保护物理机理模型，模拟保护装置的动作逻辑，具有方便施工、易于维护的特点。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)电力变压器微机保护装置的仿真建模；

(2)初始化；

(3)接收模拟量和开关量输入：输入接口接收外部程序传送过来的模拟量和开关量，对模拟量校验、识别异常情况；接收开关量，在保护逻辑中处理状态变化的开关量；然后进入“计算判别是否有故障”的判别；

(4)计算判别是否故障或已起动：根据输入的模拟量计算故障判别量，将故障判别量与保护启动定值进行比较，低于门槛值则执行步骤(5)，高于门槛值则执行步骤(6)；

(5)正常运行程序：执行正常运行程序，响应保护屏部件的操作指令，刷新保护装置液晶屏；

(6)保护插件是否起动：将故障判别量与保护插件的动作定值进行比较，低于门槛值则执行步骤(7)，高于门槛值则保护插件起动标志置为“是”，然后，取出“保护插件动作时间”，并启动计时器倒计时，执行步骤(8)；

(7)保护插件返回：保护插件起动标志置否，并把计时器复位；

(8)“保护插件动作时间”是否到达动作时间：判断计时器倒计时时间是否为0，不为0则把计时器倒计时时间减掉0.01秒，然后进入下一循环；如果为0则执行步骤(9)；

(9)保护动作出口：发出保护跳闸命令，同时发出保护动作对应的信号、硬结点、软报文和液晶信息；

(10)下一循环：如果前一循环已经发出跳闸命令并成功隔离故障，则执行保护插件是否起动判别时，所有已起动插件将返回。

进一步地，步骤(1)中仿真建模包括：

(1.1)输入接口建模：考虑到兼容不同电压等级和接线形式的变压器保护，按照实际存在的最大规模定义一组变量存储装置电源、模拟量、开关量三类输入量，综合多种变压器保护，在仿真模型中建立兼容各种保护的输入接口模型；

(1.2)保护功能逻辑建模：把实际变压器保护装置内部逻辑按照一定格式表示成逻辑表达式，然后用通用程序解析这些逻辑表达式；

(1.3)保护装置的定值区与控制字建模：定义一组变量存储保护装置应用于某条线路时的定值和控制字信息；

(1.4)自适应识别：根据变压器保护所对应的变压器编号从仿真系统数据库中取得的电压等级信息，根据各侧开关编号信息，得到各侧开关的数量、类型，识别出变压器周边的接线形式和运行方式，程序利用决策库经过识别、对比、匹配过程，得到插件、定值与控制字的选择结果；

(1.5)输出接口建模：按照实际存在的最大规模定义一组变量存储信号、液晶、硬结点、软报文三类输出量，保护功能逻辑根据输入量周期性计算，刷新输出接口的数据，并通过一组函数输出到外部程序。

进一步地，在所述输入接口建模中，开关和连片具有分和合两个状态，分别用1和2表示，开关编号是开关在仿真系统中的唯一识别码。

进一步地，在所述输入接口建模中，外部程序定时刷新所述装置电源、模拟量和开关量；

如果在具体的变压器保护模型实例上不存在某个输入的开关量，则对应的位置输入0。

进一步地，在所述保护装置的定值区与控制字建模中，所述保护装置的定值区与控制字模型中包括保护插件、动作时间、判别类型、定值、保护方向、控制字；

所述保护插件是保护装置中的各个不同功能；

所述动作时间是保护插件符合动作条件时的动作延时时间；

所述判别类型包括差流、零流、阻抗；所述差流表示判断各侧电流的矢量合；所述零流表示判断变压器Ⅰ的零序电流；所述阻抗表示由输入的一侧电流和该侧电压计算得到的阻抗值；

所述定值表示保护插件动作所需要的门槛值，判别类型对应的采集或者计算值越过门槛值时，保护插件才会动作；

所述保护方向表示保护插件起作用的方向。

进一步地，所述保护方向中，1表示由变压器指向母线方向、0表示不判断方向，-1表示由母线指向变压器方向；

所述控制字中，1表示保护插件启用，0表示保护插件停用。

进一步地，步骤(2)包括如下步骤：

(2.1)从第一台变压器开始初始化；

(2.2)获取变压器编号；

(2.3)接收开关量输入；

(2.4)识别变压器相关连线形式和运行方式；

(2.5)利用决策库选择保护插件；

(2.6)初始化定值和控制字；

(2.7)判断是否有下一台变压器：如果有，则返回步骤(2.2)；

(2.8)如果没有，则结束初始化。

进一步地，步骤(4)和(6)中的所述故障判别量分别包括差流、阻抗和零序电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本方法根据变压器微机保护的物理机理建模，并且根据电压等级和接线形式，自动形成变压器保护模型实例的插件、定值和控制字组合，特别适用于调控一体化仿真培训系统的变压器保护仿真建模。

附图说明

图1是保护装置仿真建模结构图。

图2是变压器微机保护仿真程序运行流程图。

图3是变压器保护仿真模型初始化流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。这些具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。1、电力变压器微机保护装置的仿真建模

根据电力变压器微机保护装置的物理机理，装置仿真建模分为输入接口建模、保护逻辑建模、控制字建模、定值区建模和输出接口建模，如图1所示。

1.1输入接口建模

考虑到兼容不同电压等级和接线形式的变压器保护，按照实际存在的最大规模定义一组变量存储装置电源、模拟量、开关量三类输入量。如型号为RCS-978C的主变保护适用于500kV系统的自耦变，500kV侧1¹/₂接线，220kV侧1¹/₂接线；RCS-9671型主变保护，适用于110KV及以下电压等级的双圈、三圈变压器。综合多种变压器保护，在仿真模型中建立兼容各种保护的输入接口模型。下定义方法如下所示。

装置电源：

float DCpower[2]//装置电源正、负极电压值

模拟量，电压：//接收电压互感器采集的二次电压

float V1[5]//变压器Ⅰ侧电压A、B、C、N、U0

float V2[5]//变压器Ⅱ侧电压A、B、C、N、U0

float V3[5]//变压器Ⅲ侧1支路电压A、B、C、N、U0

float V4[5]//变压器Ⅲ侧2支路电压A、B、C、N、U0

模拟量，电流：

float I11[4]//变压器Ⅰ侧1支路电流A、B、C、I0

float I12[4]//变压器Ⅰ侧2支路电流A、B、C、I0

float I21[4]//变压器Ⅱ侧1支路电流A、B、C、I0

float I22[4]//变压器Ⅱ侧2支路电流A、B、C、I0

float I31[4]//变压器Ⅲ侧1支路电流A、B、C、I0

float I32[4]//变压器Ⅲ侧2支路电流A、B、C、I0

开关量，开关：

intcbh[4]//变压器Ⅰ侧1开关编号、A、B、C三相分合状态

int cbh1[4]//变压器Ⅰ侧2开关编号、A、B、C三相分合状态

int cbhML1[4]//变压器Ⅰ侧母联1开关编号、A、B、C三相分合状态

int cbhML2[4]//变压器Ⅰ侧母联2开关编号、A、B、C三相分合状态

intcbhFD[4]//变压器Ⅰ侧分段开关编号、A、B、C三相分合状态

intcbhPL[4]//变压器Ⅰ侧旁路开关编号、A、B、C三相分合状态

intcbhzxd[4]//变压器Ⅰ侧中性点地刀编号、A、B、C三相分合状态

其他Ⅱ侧、Ⅲ侧开关定义同上，限于篇幅，不再罗列。

开关量，连片：

intlp[100]//按照功能建立各种保护所需连片的最大集//合，数组中的每个成员固定表示某个功能的//连片状态,

lp[0]//差动保护

lp[1]//Ⅰ侧零序过流保护

lp[2]//Ⅰ侧相间阻抗保护

lp[3]//Ⅰ侧相间过流保护

lp[4]//Ⅰ侧间隙过流保护

lp[5]//Ⅰ侧零序过压保护

lp[6]//Ⅱ侧零序过流保护

lp[7]//Ⅱ侧相间阻抗保护

……

lp[10]//Ⅰ侧1开关跳闸出口

lp[11]//Ⅰ侧2开关跳闸出口

……

开关量，把手：

intbs[30]//方法与连片相同

开关和连片具有分和合两个状态，分别用1和2表示，开关编号是开关在仿真系统中的唯一识别码。把手有多个状态，分别用1,2……表示。

外部程序定时刷新上述的装置电源、模拟量、开关量。如果在具体的变压器保护模型实例上不存在某个输入的开关量，则对应的位置输入0。

1.2保护功能逻辑建模

把实际变压器保护装置内部逻辑按照一定格式表示成逻辑表达式，然后用通用程序解析这些逻辑表达式。变压器微机保护是主保护和后备保护一体的保护装置，有多个保护插件，分别执行不同的保护功能。如RCS-978型保护包含以下功能插件：稳态比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动/分侧比率差动、复合电压闭锁方向过流、零序方向过流、过激磁、相间阻抗、零序过压、间隙零序过流。RCS-9671型保护装置包括差动速断保护，比率差动保护，中、低侧过流保护插件。综合各种型号的保护装置，建立一个保护插件逻辑库。

表1.保护装置的逻辑表达式示例

表1是变压器保护的一个保护插件的内部逻辑建模，每一行的含义见“；”后的注释。

1.3保护装置的定值区与控制字建模

定义一组变量存储保护装置应用于某条线路时的定值、控制字等信息。如表2所示。

保护插件是保护装置中的各个不同功能。

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，“差流”表示判断各侧电流的矢量合；“零流”表示判断变压器Ⅰ的零序电流，“阻抗Ⅰ”表示由输入的Ⅰ侧电流和Ⅰ侧电压计算得到的阻抗值。

定值，保护插件动作所需要的门槛值，判别类型对应的采集或者计算值越过门槛值时，保护插件才会动作。

保护方向，保护插件起作用的方向，1表示由变压器指向母线方向、0表示不判断方向，-1表示由母线指向变压器方向。

控制字，1表示保护插件启用，0表示保护插件停用。

表2.保护装置的定值区、控制字示例

1.4自适应识别

根据变压器保护所对应的变压器编号从仿真系统数据库中取得的电压等级信息，根据各侧开关编号信息，得到各侧开关的数量、类型，识别出变压器周边的接线形式和运行方式。综合以上信息，程序利用决策库经过识别、对比、匹配过程，得到插件、定值与控制字的选择结果。

自适应识别的过程仅在程序初始化时执行，产生各个主变保护实例的保护插件组合和定值及控制字。

1.5输出接口建模

按照实际存在的最大规模定义一组变量存储信号、液晶、硬结点、软报文三类输出量。方法与输入量连片的方式相同。

跳闸命令，定义一组跳闸命令，方法如下：

intcbh//变压器Ⅰ侧1开关

int cbh1//变压器Ⅰ侧2开关

int cbhML1//变压器Ⅰ侧母联1开关

int cbhML2//变压器Ⅰ侧母联2开关

intcbhFD//变压器Ⅰ侧分段开关

intcbhPL//变压器Ⅰ侧旁路开关

其他各侧也采用同样方式定义。

保护功能逻辑根据输入量周期性计算，刷新输出接口的数据，并通过一组函数输出到外部程序。

保护逻辑是核心，输入接口、控制字、定值区是保护逻辑执行的条件，输出接口是保护逻辑执行过程的输出结果。

2、变压器微机保护仿真的程序流程，如图2所示：

2.1初始化

变压器保护仿真模型初始化的过程如图3所示。

2.2接收模拟量和开关量输入

输入接口接收外部程序传送过来的模拟量和开关量，对模拟量校验、识别异常情况；接收开关量，在保护逻辑中处理状态变化的开关量；然后进入“计算判别是否有故障”的判别。

2.3计算判别是否故障或已起动

根据输入的模拟量计算故障判别量：差流、阻抗等，与保护启动定值进行比较，低于门槛值则执行“正常运行程序”，高于门槛值则执行“保护插件是否起动”，同时设置装置已起动标志，此标志保持5秒之后自动复位。

2.4正常运行程序

执行正常运行程序，响应保护屏部件的操作指令，刷新保护装置液晶屏。

2.5保护插件是否起动

将差流、阻抗、零序电流等故障量与保护插件的动作定值进行比较，低于门槛值则执行“保护插件返回”，高于门槛值则保护插件起动标志置为“是”，启动计时器倒计时，执行“是否到达动作时间”。倒计时时长是保护插件动作时间。

2.6保护插件返回

保护插件起动标志置否，并把计时器复位。

2.7是否到达动作时间

判断计时器倒计时时间是否为0，不为0则把动作时间减掉0.01秒，然后进入下一循环。如果为0则执行“保护动作出口”。

2.8保护动作出口

发出保护跳闸命令，同时发出保护动作对应的信号、硬结点、软报文和液晶信息。

2.9下一循环

如果前一循环已经发出跳闸命令并成功隔离故障，则执行保护插件是否起动判别时，所有已起动插件将返回。

Claims (8)

1.一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)电力变压器微机保护装置的仿真建模；

(2)初始化；

(3)接收模拟量和开关量输入：输入接口接收外部程序传送过来的模拟量和开关量，对模拟量校验、识别异常情况；接收开关量，在保护逻辑中处理状态变化的开关量；然后进入“计算判别是否有故障”的判别；

(4)计算判别是否故障或已起动：根据输入的模拟量计算故障判别量，将故障判别量与保护启动定值进行比较，低于门槛值则执行步骤(5)，高于门槛值则执行步骤(6)；

(5)正常运行程序：执行正常运行程序，响应保护屏部件的操作指令，刷新保护装置液晶屏；

(6)保护插件是否起动：将故障判别量与保护插件的动作定值进行比较，低于门槛值则执行步骤(7)，高于门槛值则保护插件起动标志置为“是”，然后，取出“保护插件动作时间”，并启动计时器倒计时，执行步骤(8)；

(7)保护插件返回：保护插件起动标志置否，并把计时器复位；

(8)“保护插件动作时间”是否到达动作时间：判断计时器倒计时时间是否为0，不为0则把计时器倒计时时间减掉0.01秒，然后进入下一循环；如果为0则执行步骤(9)；

(9)保护动作出口：发出保护跳闸命令，同时发出保护动作对应的信号、硬结点、软报文和液晶信息；

(10)下一循环：如果前一循环已经发出跳闸命令并成功隔离故障，则执行保护插件是否起动判别时，所有已起动插件将返回。

2.根据权利要求1所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

步骤(1)中仿真建模包括：

(1.1)输入接口建模：考虑到兼容不同电压等级和接线形式的变压器保护，按照实际存在的最大规模定义一组变量存储装置电源、模拟量、开关量三类输入量，综合多种变压器保护，在仿真模型中建立兼容各种保护的输入接口模型；

(1.2)保护功能逻辑建模：把实际变压器保护装置内部逻辑按照一定格式表示成逻辑表达式，然后用通用程序解析这些逻辑表达式；

(1.3)保护装置的定值区与控制字建模：定义一组变量存储保护装置应用于某条线路时的定值和控制字信息；

(1.4)自适应识别：根据变压器保护所对应的变压器编号从仿真系统数据库中取得的电压等级信息，根据各侧开关编号信息，得到各侧开关的数量、类型，识别出变压器周边的接线形式和运行方式，程序利用决策库经过识别、对比、匹配过程，得到插件、定值与控制字的选择结果；

(1.5)输出接口建模：按照实际存在的最大规模定义一组变量存储信号、液晶、硬结点、软报文三类输出量，保护功能逻辑根据输入量周期性计算，刷新输出接口的数据，并通过一组函数输出到外部程序。

3.根据权利要求2所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

在所述输入接口建模中，开关和连片具有分和合两个状态，分别用1和2表示，开关编号是开关在仿真系统中的唯一识别码。

4.根据权利要求2所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

在所述输入接口建模中，外部程序定时刷新所述装置电源、模拟量和开关量；

如果在具体的变压器保护模型实例上不存在某个输入的开关量，则对应的位置输入0。

5.根据权利要求2所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

在所述保护装置的定值区与控制字建模中，所述保护装置的定值区与控制字模型中包括保护插件、动作时间、判别类型、定值、保护方向、控制字；

所述保护插件是保护装置中的各个不同功能；

所述动作时间是保护插件符合动作条件时的动作延时时间；

所述判别类型包括差流、零流、阻抗；所述差流表示判断各侧电流的矢量合；所述零流表示判断变压器Ⅰ的零序电流；所述阻抗表示由输入的一侧电流和该侧电压计算得到的阻抗值；

所述定值表示保护插件动作所需要的门槛值，判别类型对应的采集或者计算值越过门槛值时，保护插件才会动作；

所述保护方向表示保护插件起作用的方向。

6.根据权利要求5所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

所述保护方向中，1表示由变压器指向母线方向、0表示不判断方向，-1表示由母线指向变压器方向；

所述控制字中，1表示保护插件启用，0表示保护插件停用。

7.根据权利要求1所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

步骤(2)包括如下步骤：

(2.1)从第一台变压器开始初始化；

(2.2)获取变压器编号；

(2.3)接收开关量输入；

(2.4)识别变压器相关连线形式和运行方式；

(2.5)利用决策库选择保护插件；

(2.6)初始化定值和控制字；

(2.7)判断是否有下一台变压器：如果有，则返回步骤(2.2)；

(2.8)如果没有，则结束初始化。

8.根据权利要求1所述的一种电力变压器微机保护自适应仿真实现方法，其特征在于：

步骤(4)和(6)中的所述故障判别量分别包括差流、阻抗和零序电流。