CN108089081A - 基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测系统，所述的测试系统利用DSP技术对电力线路中故障点及其保护装置之间的动作逻辑进行仿真测试，包括仿真主机、模拟量输出子机，所述的仿真主机与模拟量输出子机通过光纤连接。本发明所利用的测试方法为将多个模拟量输出子机分别放置到不同间隔的合并单元装置前，使用仿真主机通过光纤远距离同步控制仿真输出，同时给多个合并单元加量测试，可接收保护装置动作返回的Goose信号也可接收开关量动作节点实现闭环测试，实现智能电网系统的联调，真实的反映全站系统真正运行时的工况。

Description

基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统

技术领域

本发明属于电力系统故障测试与仿真，具体涉及一种基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统。

背景技术

变电站是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，所以变电站二次系统质量的优劣与否，直接关系到电力系统本身的正常安全运行，同时也对社会经济的正常发展和人民群众的生命财产安全有着重大的影响。尤其近年来数字化变电站的巨大发展。智能变电站二次保护系统调试成为其中最为重要的环节，目前智能变电站对继电保护系统的测试还是以单元件测试为主，对装置进行定点校验，并不进行全站系统的联调，并不能完全真实的反映全站系统真正运行时的工况。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试方法，用于测试保护装置与保护装置之间动作逻辑；且能更可靠的验证保护装置动作正确性保证变电站可靠运行。

技术方案：一种基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，所述的系统采用分布式控制输出，包括仿真主机、模拟量输出子机，所述的仿真主机与模拟量输出子机通过光纤连接，所述的模拟量输出子机输出3路模拟量电流4路模拟量电压，给模拟量输入的合并单元加量，所述的模拟量输出子机子机具有开关量输入和输出接口，可采集保护装置或智能终端返回的节点信号，用于闭环测试。

进一步的，所述的仿真主机具有一路及其一路以上输出光口，且每个光口控制一台模拟量输出子机；

所述的仿真主机还包括Goose收发光口，用于接收保护装置的数字跳闸信号，实现闭环测试。

所述的仿真主机与子机键通讯采用IEC61850-9-2协议传输；

更进一步的，所述的仿真主机的DSP处理器芯片为TMS320VC33。

进一步的，所述的母线合并单元、线路合并单元、主变高压侧合并单元在测试系统中为分布式布置，其各单元间隔距离为10米至100百米远。

本方案提出测试系统主要利用的测试方法为通过多个模拟量输出子机给多个远距离分布的合并单元加量，合并单元再给保护装置，本方案可同时增加合并单元同步性测试，也可以同时给多个保护装置加量，同时测试多个保护之间的动作逻辑。

有益效果：本发明相比现有技术其显著的效果在于，本发明提出的仿真测试系统通过测试智能电网中保护装置与保护装置之间动作逻辑，利用DSP技术对全站系统进行仿真和联调，真实的反映全站系统真正运行时的工况，在变电站单体调试与单间隔整组测试后，进行多间隔的动作逻辑测试，能更可靠的验证保护装置动作正确性保证变电站可靠运行。

附图说明

图1是本发明所述的测试系统结构示意图；

图2是本发明的仿真测试仪结构示意图；

图3是本发明的模拟量输出子机结构示意图；

图4是本发明中DSP仿真处理流程图。

具体实施方式

为了详细的说明本发明公开的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例做进一步的阐述。

智能变电站调试流程主要包含了工厂验收测试和现场验收测试，两种验收测试均是对单体装置功能和性能方面的测试。例如：SMV接收测试、Goose收发测试、SMV抖动测试、合并单元同步性测试、保护定值校验测试、合并单元对时精度守时精度测试等。另外，在变电站中存在多种保护装置，如线路保护装置、母线保护装置、主变保护装置等，当实际发生故障时，根据故障点不同，不同保护装置有相对应的动作情况，例如，当母差故障时，母线保护检测到故障差流，并给出母差动作信号，此时线路保护和主变保护不应有动作，保护与保护之间的动作逻辑关系也是现场测试的一个重要环节。现有的测试设备不能满足该测试需求，本发明提出的测试方法是专门用于测试保护与保护之间动作逻辑的测试系统；在变电站单体调试与单间隔整组测试后，进行多间隔的动作逻辑测试能更可靠的验证保护装置动作正确性保证变电站可靠运行。

现有测试方案都是采用继保测试仪进行单间隔测试，接线方式为：继保测试仪直接连接到保护装置上，电压电流直接给保护装置加量，测试保护装置的逻辑。本发明所利用的测试方法为使用数字式继电保护测试仪，直接连接到保护装置或其他数字装置进行闭环测试，或将数字式继电保护测试仪与被测数字式保护装置统一连接到交换机进行测试。

如图1所示，本发明提供的一种基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，由仿真主机、三个模拟量输出子机，1母电压合并单元、母联合并单元、主变高压侧合并单元、线路合并单元和2母电压合并单元，还包括在智能电网中设置母线差动保护装置、变压器变动保护装置和线路保护装置，所述的仿真主机与模拟量输出子机通过光纤连接，仿真主机同步控制三台模拟量子机输出，模拟量输出子机1电压连接到1母电压合并单元，电流连接到母联合并单元，模拟量输出子机2电流连接到主变高压侧合并单元，模拟量输出子机3电压连接到2母电压合并单元，电流连接到线路合并单元。1母电压合并单元、2母电压合并单元、母联合并单元、主变高压侧合并单元、线路合并单元连接到母线差动保护装置；2母电压合并单元、线路合并单元连接到线路保护装置。仿真测试仪和模拟量输出子机结构如图2-3所示。

测试系统有仿真主机和模拟量输出子机构成，仿真主机与子机采用百兆以太网光纤连接，可实现远距离控制。仿真主机具备多路输出光口，每个光口控制一台子机，仿真主机与子机键通讯采用私有协议格式，仿真主机具有Goose收发光口，用于接收保护装置的数字跳闸信号，实现闭环测试。

模拟量输出子机输出3路模拟量电流4路模拟量电压，给模拟量输入的合并单元加量，模拟量输出子机子机具有开关量输入和输出接口，可采集保护装置或智能终端返回的节点信号，用于闭环测试。

现场测试中，母线合并单元、线路合并单元、主变高压侧合并单元是分布式布置，设备之间间隔十米甚至一百米远，因此本方案仿真主机与子模拟量输出子机之间选择光纤通信，同时根据本方案同步控制方法实现多台设备间的同步控制，保证系统测试完整性。

对于上述测试系统，下面具体介绍各单元测试功能和具体的仿真测试方法。

智能变电站中，从电压互感器、电流互感器，经模拟量传输给模拟量输入式合并单元装置，经合并单元转换，合并单元输出SMV数字报文给交换机再到保护装置、测控装置，或者SMV数字报文直接给保护装置，其中各单元作用如下：

(a)合并单元装置用于采集电流互感器、电压互感器数据信息，并将数据信息重组以SMV数字报文形式发送给保护装置，合并单元要求同步性；

(b)母线差动保护装置主要用于保护母线区内故障或切除线路负载；

(c)变压器差动保护装置主要用于保护变压器内部故障；

(d)线路保护装置主要用于保护本条线路故障；

以上四个装置都是变电站现场现有的装置，同时页作为本发明的测试对象。

另一方面，测试方案可同时给母线差动保护、变压器差动保护、线路保护三台装置加量测试。

测试多台合并单元的同步性：同时给多个合并单元加量，从保护装置上看合并单元是否同步，是否出现相位差。

测试单间隔的整组联动试验：给母线合并单元、线路合并单元加量，仿真主机模拟线路故障，使线路保护装置跳闸并联动断路器动作。

测试不同保护之间的动作逻辑：同时给1母电压合并单元、2母电压合并单元、母联合并单元、主变高压侧合并单元、线路合并单元加量；

仿真主机模拟1母线区内故障，此时母线差动保护差动动作，线路保护不动作、主变保护不动作；

仿真主机模拟线路故障，此时线路保护装置之间的动作逻辑包括母线保护不动作、主变保护不动作。以上举例两种动作情况为本领域技术人员所应知的，在此处不做详细的列举。

其中的仿真主机DSP系统工作过如图4所示，主要包括以下步骤：

首先进行初始化处理，包括初始化仿真光纤口，然后不停读仿真光纤口，等待仿真主机发送过来的配置操作，配置包括对仿真测试仪卡的模拟输出量的数量及通道，开关输入量的数量及通道等配置，当配置数据交换完后，仿真主机马上开始启动仿真，仿真开始。仿真开始后，每个仿真步长，仿真主机都会同步地向每个仿真光纤口发送数据，DSP端程序循环读取仿真光纤口，收到新的数据包后，根据数据包类型进行分别处理，主要分为2类数据包，具体如下：

1、模拟输出量数据包。收到模拟输出量数据包后，通过与功率放大器接口电路将模拟输出量信号对应地送给功率放大器电路装置，同时处理器读取8路开关输入信号，如有变位，将变位开关输入信号通过仿真光纤的发送端口上传到仿真主机；

2、停止仿真数据包。收到停止仿真数据包后，本次仿真结束，仿真主机停止仿真了。DSP端程序重新自己，然后不停读仿真光纤口，等待仿真主机发送过来的配置操作，进行下一次新的仿真。

多仿真测试仪卡的同步：每个仿真测试仪卡对应一台模拟输出子机，多台仿真测试仪卡的同步性是由仿真主机的同步机制保证的。仿真主机的通信卡采用外部时钟同步模式，配置其中一块卡为主同步卡，主同步卡的DSP定时中断输出的同步时钟进入CPLD，该时钟信号输出到外部时钟同步接口，经驱动后做为外部同步输出时钟，其它通信卡与都用此时钟同步。因为该时钟一直是主同步卡的输出同步时钟，所以能保证同步一致。输入到DSP外部中断的同步时钟信号，中断级别高，立即引起各个通信卡内的DSP中断，DSP进入中断后，先向卡内3个光纤以太网口同时写入启动发送命令，将预先写入光纤以太网端口的数据发出，然后由DSP控制从FIFO中读取计算机写入的数据，写入到相应的3个光纤以太网端口，下一次中断来时启动发出去，这样避免了卡内端口之间及不同卡端口之间数据长度差异造成的写入差异，保证同步一致性。

本发明所提供测试系统中包括实现如下仿真实验：

(1)暂态超越实验

在被保护线路末端模拟单相接地、两相接地、两相短路、三相短路和三相短路接地故障，距离保护的暂态超越不应大于5％。

(2)区内金属性故障

在保护线路出口、中点、末端各点模拟单相接地、两相接地、三相短路和三相短路接地故障。各种故障分别模拟瞬时故障和永久故障。

(3)区外故障

在相邻线路两端模拟单相接地、两相接地、三相短路和三相短路接地故障。各种故障均模拟瞬时故障。

(4)转换性故障

在被保护线路内部的同一故障点模拟经不同时限的转换性故障；在被保护线路与相邻线路之间模拟相近故障点之间的异名相转换性故障；在被保护线路与相邻线路之间模拟跨线相间故障。

(5)经电阻接地故障

在被保护线路内部两端及中点模拟各种带电阻的单一故障；在相邻线路模拟各种带电阻的单一故障。单相接地故障过渡电阻为0～300Ω，相间故障电阻为0～100Ω

(6)手合到故障

系统为单侧电源，分别模拟被保护线路在出口、中点和末端三相接地状态下合上断路器。

(7)系统振荡及振荡中再发生故障

线路全相运行，系统因故障而发生动稳破坏；在振荡过程中模拟被保护线路区内和区外各种短路故障；系统双回线重载运行，因相邻线路发生非全相运行而引起系统非全相振荡，在振荡过程中模拟被保护线路区内和区外各种短路故障；系统双回线运行，因本线路一侧断路器一相断开而引起系统非全相振荡，在振荡过程中模拟被保护线路区内和区外各种短路故障。

Claims (6)

1.基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，其特征在于，所述的系统采用分布式控制输出，包括仿真主机、模拟量输出子机，所述的仿真主机与模拟量输出子机通过光纤连接，所述的模拟量输出子机输出3路模拟量电流4路模拟量电压，给模拟量输入的合并单元加量，所述的模拟量输出子机具有开关量输入和输出接口，可采集保护装置或智能终端返回的节点信号，用于闭环测试。

2.根据权利要求1所述的基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，其特征在于，所述的仿真主机具有一路及其一路以上输出光口，且每个光口控制一台模拟量输出子机。

3.根据权利要求1所述的基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，其特征在于，所述的仿真主机还包括Goose收发光口，用于接收保护装置的数字跳闸信号，实现闭环测试。

4.根据权利要求1所述的基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，其特征在于，所述的仿真主机与子机键通讯采用IEC61850-9-2协议传输。

5.根据权利要求1所述的基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，其特征在于，所述的仿真主机的DSP处理器芯片为TMS320VC33。

6.根据权利要求1所述的基于数字化变电站现场应用的多间隔仿真测试系统，其特征在于，所述的母线合并单元、线路合并单元、主变高压侧合并单元在测试系统中为分布式布置，其各单元间隔距离为10米至100百米远。