CN108107294B - 一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，包括微机继电保护装置，还包括主机、电源发生器和电量采集器，在主机内对电力系统中的各个设备进行建模后相互连接，运行仿真得到故障电量数据，经过模拟跟踪算法处理后，发送至电源发生器的数据接收端，电源发生器对数据进行解读后输出伪故障电量数据，发送至微机继电保护装置，电量采集器同时对电源发生器和经过微机继电保护装置的数据进行实时采样，采样后传送至主机，主机处理后显示在显示屏上。总之，本发明提供了一种能够模拟跟踪电网电量信号的算法、基于反馈思想的确定微机继电保护装置工作精度的方法和一套继电保护装置试验体系。

Description

一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统

技术领域

本发明属于微机继电保护实验与测试技术领域，具体涉及一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统。

背景技术

继电保护装置在电力系统故障或非常态运行的异常工况时，往往能够快速切断线路与电源的联系，从而最大程度上降低故障对电力系统的影响。传统的继电保护装置大而笨重，且不够灵活，随着微电子技术的发展，依靠微机系统发展而来的微机继电保护装置得到了大规模发展应用；为对微机继电保护装置进行校验工作，一般需要用到微机继电保护测试仪，在按需对测试仪进行参数配置后，其内部电源发生器将产生有效值随时间等差变化的交流电量，以此方式对微机继电保护装置的Ⅰ段保护和Ⅱ段保护进行校验。

而上述采用微机继电保护测试仪对微机继电保护装置进行校验的方式存在有以下几种缺陷：首先，微机继电保护测试仪无法对电网电量进行跟踪，即微机继电保护测试仪输出的交变电量不能完全相似于实际情况下的电网电量的变化曲线，仅仅对微机继电保护装置的保护动作电量进行匹配，而忽略了微机继电保护装置在实际电网中所承受电量变化的压力；其次，当前技术下，没有一套完整的证明规则来证明微机继电保护装置在触发保护动作时，所承受的电量即为所设参数的电量，对微机继电保护装置的校验仅为单向行为，不存在反馈及相关的校验结果对比；再者，当前的微机继电保护测试仪对微机继电保护装置进行校验时，无法直观的向工作人员以及学习人员提供保护时的电量变化曲线，加大了对故障的排除难度以及对理论的学习难度。

为此，需要开发一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，模拟在真实环境下，电网发生故障以及微机继电保护装置动作前后电量的变化情况，并将电网故障前后的电量波形变化趋势给予呈现，同时可以开发针对继电保护工作人员和相关学习者的实践教学环节，提高继电保护基础知识和学习效果。系统同时可用于继电保护装置的测试。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种能够模拟跟踪电网电量信号的算法，一种基于反馈思想的确定微机继电保护装置工作精度的方法以及一种基于对比分析算法的可用作继电保护装置的测试体系。

本发明的目的是这样实现的：一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，包括微机继电保护装置，还包括主机、电源发生器和电量采集器，其中，所述主机、所述电源发生器和所述电量采集器之间电性连接，同时所述电源发生器和所述电量采集器分别与所述微机继电保护装置电性连接，所述微机继电保护装置电性连接负载；其中，在所述主机内利用仿真软件在脱机状态下对电力系统中的各个设备进行建模后相互连接，在所述主机内对模型进行搭建并在配置参数后运行仿真得到故障电量数据，经过模拟跟踪算法处理后，所述主机将处理后的故障电量数据发送至所述电源发生器的数据接收端，所述电源发生器对数据进行解读后输出伪故障电量数据，所述伪故障电量数据发送至所述微机继电保护装置，所述电量采集器同时对所述电源发生器和经过所述微机继电保护装置的数据进行实时采样，所述电量采集器将采样后的数据传送至所述主机，所述主机通过对比分析算法进行处理后显示在所述主机的显示屏上。

所述模拟跟踪算法主要是将故障电量数据进行拆分后由所述主机发送至所述电源发生器，其运行过程为：对由故障电量数据构图所形成的故障电量波形以

的采样时间间隔进行采样，并将采样得到的数据保存至采样数据表格内，对所述采样数据表格内相邻的两个数据作求斜率处理，得出各个数据之间存在的斜率值；基于模糊思想制作一个二维表，其中一维代表着斜率大小，另一维代表

的大小，将从所述采样数据表格内求得的斜率值在所述二维表内查找其所一一对应的

大小，并记录在

数据表格内，所述主机将所述采样数据表格内的数据和所述数据表格内的数据通过电源通讯协议同步地发送至所述电源发生器的数据接收端。

其中，

值与电源发生器的最小采样时间间隔有关，即不能小于电源发生器当前所能承受的最小采样时间间隔。

其中，

表示电源发生器所能向外输出的电量的时间间隔，

的大小取决于斜率值的大小，并受限于电源发生器能够解析并输出的最小时间间隔T_min，当

<T_min，将

强制赋值为T_min。

所述主机中利用仿真软件进行设定的故障类型主要包括设备或线路短路故障、线路断线故障。

所述仿真软件主要采用PSCAD/EMTDC。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）通过模拟跟踪算法实现对电网的故障电量的模拟跟踪，对仿真运行产生的模拟故障电量进行进一步处理，将故障电量数据拆分后由主机发送至电源发生器，经由电源发生器对数据进行解读，从而产生极大地相似于故障电量波形的伪故障电量波形，既对微机继电保护装置进行了工况测试，同时又完善了对微机继电保护装置的校验工作；

（2）基于反馈思想验证微机继电保护装置的工作精度，通过电量采集器对电源发生器和微机继电保护装置之间的传输电量以及微机继电保护装置和负载之间的电量同时进行采集，电量采集器将采集后的信号以通讯方式发送至主机中，通过具有检验对比效果的算法对所采集到的电量数据分别进行相同的预处理后，构图解析，即可得到微机继电保护装置进行动作保护的时刻，以及发生动作时所对应的电量幅值大小，与预设值进行对比后，即可检验微机继电保护装置的工作精度；

（3）通过对数据的收集、构图和对比分析，主机可以将电量图直观的显示出来，向工作人员和学习人员提供保护时的电量变化曲线，方便对故障的排除以及对理论的学习和理解，同时可用来当作教学实验的培养体系，方便对电力系统新员工进行培训。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

图2是本发明的实施例一的波形图。

图中：1、主机 2、电源发生器 3、微机继电保护装置 4、电量采集器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。

如图1、图2所示，一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，包括主机1、电源发生器2、电量采集器4和微机继电保护装置3。

其中，如图1所示，该系统主要由主机1、电源发生器2和电量采集器4构成，主机1电性连接电源发生器2，电源发生器2电性连接电量采集器4，电量采集器4电性连接主机1，同时电源发生器2和电量采集器4分别再与微机继电保护装置3电性连接，微机继电保护装置3再与后续负载等电性连接，由于微机继电保护装置3与后续负载等电性连接部分不属于本发明的保护范畴且属于现有技术，此处仅作为帮助理解，在此不做过多赘述。

其中，主机1在脱机状态下利用仿真软件对电力系统中的各个不同设备如发电机、变压器、负载等在保留其典型物理性质后进行建模，然后通过拓扑网络将建立好的模型进行相互连接，在脱机状态下对模型进行搭建并配置参数，在合适位置设定不同类型的故障后，运行仿真得到故障电量数据，经过模拟跟踪算法处理后，主机1将处理后的故障电量数据发送至电源发生器2的数据接收端，电源发生器2对数据进行解读后输出伪故障电量数据，伪故障电量数据发送至微机继电保护装置3，电量采集器4同时对电源发生器2和经过微机继电保护装置3的数据进行实时采样，电量采集器4将采样后的数据传送至主机1，主机1通过对比分析算法进行处理后显示在主机1的显示屏上。

其中，利用仿真软件在搭建好的模型的合适位置设定不同类型的故障，此处的合适位置即发生故障的位置，其中，电力系统的故障主要包括两大类：横向故障和纵向故障；其中，横向故障是指各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路；纵向故障主要是指各种类型的断线故障，包括单相断线、两相断线和三相断线；除此之外，还包括其他的在电力系统中可能发生的故障，在此不做过多赘述。

以下，作为本发明的实施例一，选择以电网短路故障为例，电量中只参考电流参数的改变，如图1、图2所示，对本发明系统做进一步的详细说明。

其中，主机1在脱机状态下，在主机1内利用仿真软件构建如发电机、变压器、负载、导线等不同设备的模型，在构建模型的同时保留设备的典型的物理性质，这样可以保证后续运行的准确性，模型构建完毕后，将模型相互进行连接，在本发明中采用拓扑网络结构将各装置模型进行相互连接；当模型构建连接完毕后，在主机1内利用仿真软件将模型进行搭建，并对各个模型配置参数，对应于不同类型的电力系统中常见故障，如设备或线路短路故障、线路断线故障等，在该故障发生的位置处进行设定，设定之后运行仿真，作为本发明的实施例一，此处在模型中设置短路接地故障参数，运行仿真后得到故障电流数据。

其中，此处的仿真软件在本发明中优选采用PSCAD/EMTDC软件，PSCAD/EMTDC软件采用时域分析求解完整的电力系统及微分方程，结果不仅非常精确，用户在仿真的同时，可以改变控制参数，从而直观地看到各种测量结果和参数曲线，极大地方便用户同时提高仿真的效率，除此之外，其他的合适的、可实施的仿真软件也均可，在此不做过多限定。

其中，主机1在脱机状态下运行仿真结束后，得到上述故障电流数据，在主机1内自动的对故障电流数据进行构图，得到故障电流波形图，其中的

表示主机1对仿真所得数据进行采样的时间间隔，此处的

为主机1自行匹配的采样间隔。

其中，为了得到更加相似于实际电网电流的变化曲线，实现对电网的故障电流的模拟跟踪，将主机1运行仿真后得到的故障电流数据输入至模拟跟踪算法中进行处理，模拟跟踪算法会对故障电流波形数据以的采样时间间隔进行采样，并将采样得到的数据保存至采样电流数据表格内，对采样电流数据表格内相邻的两个数据作求斜率处理，得出各个数据之间存在的斜率值；同时，基于模糊思想，制作一个二维表，其中一维代表着斜率大小，另一维代表

，将求得的斜率值在二维表内查找其所一一对应的的大小，并记录在

数据表格内，由此采样电流数据表格内的数据和

数据表格内的数据存在一一对应关系，此处的表示电源发生器2所能向外输出电流的时间间隔；主机1将采样电流表格中的数据和

数据表格中的数据通过电源通讯协议同步的发送至电源发生器2的数据接收端。

其中，针对

和

的最小取值，在本发明中进一步限定，即

值大小与电源发生器2的最小采样时间间隔有关，即

不能小于电源发生器2当前所能承受的最小采样时间间隔，这样设置是为了在保证硬件可以实现的前提下保证采样的精准度；

的大小取决于斜率值的大小，斜率越大，

则越小，同时受限于电源发生器2能够解析并输出的最小时间间隔

，当

<

时，将

强制赋值为

。

其中，主机1仿真运行后得到的故障电流数据经由模拟跟踪算法处理后，数据被拆分为采样电流数据和

数据，可以更好的反映故障电流的特征，数据发送至电源发生器2后，经由电源发生器2对数据进行解读后，输出相应的伪故障电流信号，此时的伪故障电流信号的波形极大的相似于实际电网中的故障电流波形。

其中，电源发生器2对数据进行解读后输出伪故障电流数据，伪故障电流数据发送至微机继电保护装置3，微机继电保护装置3检测到故障电流信号时触发启动保护动作，从而实现了对微机继电保护装置3进行工况测试的功能。

其中，为了实现对微机继电保护装置运行精度的检验，基于反馈思想，通过电量采集器4同时对电源发生器2和经过微机继电保护装置3的数据进行实时采样，电量采集器4将采样后的数据传送至主机1，其中，电量采集器4采集的电流数据分为两类：第一类是采集于电源发生器2和微机继电保护装置3之间的传输电流，第二类是采集于微机继电保护装置3和负载之间的传输电流；电量采集器4所采集到的数据信号以通讯方式反馈发送至主机1中，主机1接收后对第一类和第二类电流数据分别进行相同的预处理后，构图解析，即可发现正常电流和故障电流之间的转换时刻，即为微机继电保护装置3进行动作保护的时刻，此时便可判断出在有故障发生时，微机继电保护装置3发生动作时所对应的电流幅值的大小，将上述幅值与参数预设值进行对比，即可检验该微机继电保护装置3的工作精度；应说明的是，上述的对比分析算法较易编写且为现有技术，在此不做具体限定和过多赘述。

其中，电量采集器4对上述第一类和第二类电流信号同时以

大小的时间间隔进行实时采样，二者需保持同步关系，此处应说明的是，为了保证采样不失真，几个采样时间间隔以及电源发生器2向外输出的电量时间间隔之间应满足：<<

的关系。

其中，主机1接收到电量采集器4所发生的数据后，通过对比分析算法处理并对数据进行构图后，将所构成的两个波形图显示在主机1的显示屏上，可以使工作人员直观方便的观测到微机继电保护装置3的运行工况和工作精度，同时也更加方便对电力系统新员工进行培训。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，包括微机继电保护装置（3），其特征在于：还包括主机（1）、电源发生器（2）和电量采集器（4），其中，所述主机（1）、所述电源发生器（2）和所述电量采集器（4）之间电性连接，同时所述电源发生器（2）和所述电量采集器（4）分别与所述微机继电保护装置（3）电性连接，所述微机继电保护装置（3）电性连接负载；

其中，在所述主机（1）内利用仿真软件在脱机状态下对电力系统中的各个设备进行建模后相互连接，在所述主机（1）内对模型进行搭建并在配置参数后运行仿真得到故障电量数据，经过模拟跟踪算法处理后，所述主机（1）将处理后的故障电量数据发送至所述电源发生器（2）的数据接收端，所述电源发生器（2）对数据进行解读后输出伪故障电量数据，所述伪故障电量数据发送至所述微机继电保护装置（3），所述电量采集器（4）同时对所述电源发生器（2）和经过所述微机继电保护装置（3）的数据进行实时采样，所述电量采集器（4）将采样后的数据传送至所述主机（1），所述主机（1）通过对比分析算法进行处理后显示在所述主机（1）的显示屏上；

所述模拟跟踪算法是将故障电量数据进行拆分后由所述主机（1）发送至所述电源发生器（2），其运行过程为：对由故障电量数据构图所形成的故障电量波形以△T的采样时间间隔进行采样，并将采样得到的数据保存至采样数据表格内，对所述采样数据表格内相邻的两个数据作求斜率处理，得出各个数据之间存在的斜率值；基于模糊思想制作一个二维表，其中一维代表着斜率大小，另一维代表△τ的大小，其中△τ表示电源发生器（2）所能向外输出的电量的时间间隔，将从所述采样数据表格内求得的斜率值在所述二维表内查找其所一一对应的△τ大小，并记录在△τ数据表格内，所述主机（1）将所述采样数据表格内的数据和所述△τ数据表格内的数据通过电源通讯协议同步地发送至所述电源发生器（2）的数据接收端。

2.根据权利要求1所述的一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，其特征在于：其中△T值与电源发生器（2）的最小采样时间间隔有关，即△T不能小于电源发生器（2）当前所能承受的最小采样时间间隔。

3.根据权利要求1所述的一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，其特征在于：其中△τ表示电源发生器（2）所能向外输出的电量的时间间隔，△τ的大小取决于斜率值的大小，并受限于电源发生器（2）能够解析并输出的最小时间间隔Tmin，当△τ＜Tmin，将△τ强制赋值为Tmin。

4.根据权利要求1所述的一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，其特征在于：所述主机（1）中利用仿真软件进行设定的故障类型包括设备或线路短路故障、线路断线故障。

5.根据权利要求1所述的一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统，其特征在于：所述仿真软件使用的是PSCAD。

Images