CN108982996A - 一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，包括人机交互模块、特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块、信号采集与处理模块、逻辑诊断模块和硬件接口模块；用户通过人机交互模块向电磁暂态仿真模块输入与仿真需求相应的运行配置信息，电磁暂态仿真模块通过构建特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型，进行相应暂态仿真，得到符合实际特高压直流输电工程运行特性的各电压、电流、开关信号、运行状态等仿真数据，并传输至信号采集与处理模块；信号采集与处理模块对各仿真数据进行相应处理得到特高压直流保护系统所需的所有外部接口设备信号，输出至被测保护系统。保护功能逻辑诊断模块根据保护功能测试需求和被测保护系统的动作行为信号，对被测保护系统的保护功能进行逻辑诊断，并输出逻辑诊断结果至人机交互模块。

Description

一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置

技术领域

本发明涉及电力系统保护检验测试技术领域，特别是一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置。

背景技术

特高压直流保护系统可以实时监测换流器、滤波器、直流线路等设备及区域的各种运行状态参量，快速保护换流站等所有电气设备以及直流输电线路免受电气故障的损害，是特高压直流输电系统的安全卫士。直流保护系统的性能很大程度上决定了特高压直流输电系统的运行性能和安全可靠程度。近年来，随着特高压直流输电工程建设速度的不断加快和陆续投运，特高压直流保护系统调试和运维的工作量日益加重。

然而，目前仅能在实验室通过数字动模闭环测试对特高压直流保护功能进行详细的验证；在工程现场调试或运维阶段，则主要是通过控制保护软件置数或修改定值使保护动作，以检验出口回路的正确性，而无法像交流电网保护设备在现场开展装置单体调试、分系统整组测试等一系列试验。因此，现阶段特高压直流保护系统的这种测试主要存在以下不足：1）软件中置数存在很大安全风险，且管控难度大；2）调试复杂，不符合保护专业现场调试流程，调试单位难以介入，过度依赖直流控保设备厂家；3）直流保护实现标准化后，不允许在软件中置数；4）在运直流工程控保程序升级后，无法现场验证软件修改是否正确，存在安全隐患。

因此，如能提出一种实景替代式的特高压直流保护现场测试技术，并基于此开展一系列的现特高压直流保护功能、性能的现场测试，对于确保特高压直流输电工程的运行安全具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，提供一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，可在特高压直流保护功能测试的过程中，实现对常规互感器、电子式互感器及其合并单元、就地开关/刀闸、控制主机等特高压直流保护系统的外部接口设备的实景模拟替代，从而对特高压直流保护系统开展有效的功能、性能测试，保障特高压直流输电工程的安全稳定运行。

本发明采取的技术方案为：一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，包括人机交互模块、特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块、信号采集与处理模块、逻辑诊断模块和硬件接口模块；

电磁暂态仿真模块内构建有特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型；

用户通过人机交互模块向电磁暂态仿真模块输入保护功能测试需求及其相应的运行配置信息，电磁暂态仿真模块根据运行配置信息，利用交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型，进行相应运行方式下的暂态仿真，得到符合实际特高压直流输电工程运行特性的仿真运行参数数据，并根据保护功能测试需求确定最终需要仿真输出的数据对象，进而将仿真运行参数数据中各相应的参数数据，输出至信号采集与处理模块；

信号采集与处理模块包括：

用于采集和处理仿真运行参数数据的电磁式互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元、开关量输出控制单元和控制总线信号输出控制模块，上述各控制单元的输出端分别通过硬件接口模块连接被测保护系统；

以及用于采集和处理被测特高压直流保护系统动作行为信号的开关量输入控制单元和控制总线信号输入控制单元，各输入控制单元的输入端通过硬件接口模块连接被测保护系统，输出端连接保护功能逻辑诊断模块；

保护功能逻辑诊断模块获取被测保护系统输出的动作行为信号以及人机交互模块输出的保护功能测试需求，基于所获取的保护功能测试需求以及动作行为信号对被测保护系统的保护功能进行逻辑诊断，并将逻辑诊断结果输出至人机交互模块。

本发明特高压直流保护现场测试装置可实现仿真的交流模拟量输出、直流电压输出、开关量输入/输出、数字量采样值输出、控制总线信号输入/输出等不同硬件接口信号输出，替代了常规互感器、直流电压分压器、零磁通电流互感器、电子式互感器及其合并单元、就地开关/刀闸、控制主机等被测特高压直流保护系统的外部接口设备，即实现被测特高压直流保护系统外部接口设备的硬件环境替代。具体各等效模型或传变模型的构建采用现有技术。

在应用时，用户可以根据仿真需求通过人机交互界面改变特高压直流输电工程的运行方式，包括设备在何时何处发生何种类型的故障，由此可以生成各电压、电流的稳态和故障暂态波形，从而实现特高压直流输电工程运行特性的实景替代。

优选的，与保护功能测试需求相应的运行配置信息包括运行方式和故障信息数据；人机交互模块设有供用户选择待测保护功能，以及对运行方式和故障信息进行配置的操作界面。

优选的，电磁暂态仿真模块包括交直流一次主回路仿真单元、直流控制系统仿真单元和信号提取单元；交直流一次主回路仿真单元和直流控制系统仿真单元中分别构建有特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型；

仿真运行参数数据包括电压、电流、开关信号和运行状态信号数据；信号提取单元中设定有各种保护功能测试需求，与最终需要仿真输出的数据对象及其对应的仿真运行参数数据，之间的映射关系；

信号采集与处理模块的电磁式互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元和开关量输出控制单元，用于采集和处理仿真运行参数数据中的电压、电流和开关信号数据；控制总线信号输出控制单元用于采集和处理仿真运行参数数据中的运行状态信号数据；

电磁暂态仿真模块利用交直流一次主回路仿真单元和控制系统仿真单元，根据运行配置信息进行特高压直流输电工程在相应运行方式下的暂态仿真，信号提取单元根据已设定的映射关系，根据保护功能测试需求进行电压、电流、开关信号以及运行状态信号数据的分别提取，并传输至信号采集与处理模块中的相应控制单元。

优选的，电磁暂态仿真模块中，信号提取单元从仿真运行参数数据中提取得到的电压、电流和开关信号数据包括：不经合并单元输出的、分别由直流电压分压器和零磁通电流互感器采集的直流电压信号；由电磁式互感器采集的交流模拟量信号；就地开关/刀闸的分合闸信号；以及经合并单元输出的、由直流电子式互感器采集的直流电压电流信号。

信号提取单元将提取出的上述各数据以及运行状态信号数据，分别输出至信号采集与处理模块的直流电压分压器输出模拟控制单元和零磁通电流互感器输出模拟控制单元、电磁式互感器输出模拟控制单元、开关量输出控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元，以及控制总线信号输出控制单元。

本发明信号采集与处理模块中，各输出模拟控制单元分别构建相应的传变模型，并利用传变模型对获取到的相应仿真运行参数数据进行仿真的采样处理，得到交流模拟量采样信号、直流电压采样信号、控制总线采样信号、FT3数字量采样信号和开关量采样信号，进而将采样处理后的各信号分别经硬件接口模块输出至被测特高压直流保护系统，以及将仿真采样处理后的控制总线信号同步给保护功能逻辑诊断模块。现有技术对于本发明信号采集与处理模块中的各种输出模拟控制单元的建模均已有成熟技术。

优选的，硬件接口模块中设有开关量输出接口、数字量采样值输出接口、第一直流电压输出接口、第二直流电压输出接口、交流模拟量输出接口、控制总线信号输出接口、开关量输入接口和控制总线信号输入接口；

各接口分别对应连接开关量输出控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、电磁式互感器输出模拟控制单元和控制总线信号输出控制单元的输出端，开关量输入控制单元和控制总线信号输入控制单元的输入端。

优选的，直流电子式互感器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元和电磁式互感器输出模拟控制单元，分别通过构建直流电子式互感器传变模型、零磁通电流互感器传变模型、直流电压分压器传变模型和电磁式互感器传变模型，并进行相应的协议转换，实现对相应仿真运行参数数据的采集和处理。

开关量输入/输出控制单元通过软件实现对仿真模型输出的，仿真运行参数数据中开关量相关信息的开关量转换，将软件仿真结果转换成0/1的实际电平输出。

优选的，本发明信号采集与处理模块中，控制总线信号输出控制模块对获取到的运行状态信号数据进行的处理包括协议转换，使得处理后得到的控制总线信号支持特高压直流控制保护系统通信协议，从而能够向被测保护系统输出包含运行状态信息的控制总线信号。

优选的，本发明保护功能逻辑诊断模块的诊断逻辑包括：

根据获取到的保护功能测试需求，分析得到特高压直流保护系统的理论保护动作行为数据；

根据从开关量输入控制单元和控制系统信号输入控制单元，获取到的开关量输入信号和控制总线信号，分析得到被测保护系统的实际保护动作行为数据；

将被测保护系统的实际保护动作行为数据，与理论保护动作行为数据进行对比，判断实际保护动作行为是否正确。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点和进步：

本发明通过电磁暂态仿真模块实现了对应特定仿真需求的、特定运行状态下的特高压直流保护现场的各种信号仿真输出，同时通过硬件接口模块实现了特高压直流保护系统的所有外部接口设备的模拟，可确保测试装置硬件接口的输出能够准确模拟特高压直流输电工程实际稳态和故障暂态运行情况下，各外部接口设备对特高压直流保护系统的输出，实现特高压直流保护系统应用环境的实景替代。

本发明在应用时，用户只需通过人机交互界面进行仿真需求参数的设定，即可实现对特高压直流保护系统的测试，操作便捷，安全性高，测试结果准确度高。

本发明根据现场测试实景进行仿真建模的思路，不仅适用于特高压直流保护系统的测试，同样适用于其他类似应用，具有广泛适用性，可大大提高现场测试的方便快捷性和安全性。

附图说明

图1所示为一种典型特高压直流保护系统架构示意图；

图2所示为本发明实景替代式特高压直流保护现场测试装置应用架构示意图；

图3所示为本发明实景替代式特高压直流保护现场测试装置原理示意框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

参考图1所示，在典型的特高压直流保护系统架构中，各保护主机的输入包括：通过测量接口装置获取的常规互感器的模拟量采样值，和电子式互感器的数字量采样值；通过控制总线从控制主机（直流控制系统）获取的特高压直流输电工程的运行状态信号；以及通过电缆获取的相关开关/刀闸的分合闸位置信号。根据上述输入信号，各保护主机进行逻辑运算，然后将保护动作信号通过控制总线送给控制主机和三取二装置。控制主机和三取二装置再分别对三套保护主机的动作信号进行三取二逻辑处理后，执行换流器闭锁、跳闸等保护操作。

以阀短路保护为例，保护主机的输入涉及常规互感器采样的换流变阀侧电流、电子式互感器采样的直流电流，通过控制总线获取的控制主机值班信号、整流站/逆变站运行状态等，以及旁路开关合位信号等；通过控制总线给控制主机和三取二装置送跳交流断路器、S闭锁、X闭锁等信号，三取二装置进行逻辑处理后发出跳交流断路器命令。由此可见，特高压直流保护系统涉及到的外部接口设备数量多，且通信介质和通信协议各不相同。

参考图3所示，本发明实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，包括人机交互模块、特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块、信号采集与处理模块、逻辑诊断模块和硬件接口模块；

电磁暂态仿真模块内构建有特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型；

用户通过人机交互模块向电磁暂态仿真模块输入保护功能测试需求及其相应的运行配置信息，电磁暂态仿真模块根据运行配置信息，利用交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型，进行相应运行方式下的暂态仿真，得到符合实际特高压直流输电工程运行特性的仿真运行参数数据，并根据保护功能测试需求确定最终需要仿真输出的数据对象，进而将仿真运行参数数据中各相应的参数数据，输出至信号采集与处理模块；

信号采集与处理模块包括：

用于采集和处理仿真运行参数数据的电磁式互感器输出模拟 控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元、开关量输出控制单元和控制总线信号输出控制模块，上述各控制单元的输出端分别通过硬件接口模块连接被测保护系统；

以及用于采集和处理被测特高压直流保护系统动作行为信号的开关量输入控制单元和控制总线信号输入控制单元，各输入控制单元的输入端通过硬件接口模块连接被测保护系统，输出端连接保护功能逻辑诊断模块；

保护功能逻辑诊断模块获取被测保护系统输出的动作行为信号以及人机交互模块输出的保护功能测试需求，基于所获取的保护功能测试需求以及动作行为信号对被测保护系统的保护功能进行逻辑诊断，并将逻辑诊断结果输出至人机交互模块。

参考图2，本发明特高压直流保护现场测试装置可实现仿真的交流模拟量输出、直流电压输出、开关量输入/输出、数字量采样值输出、控制总线信号输入/输出等不同硬件接口数据输出，替代了特高压直流现场的实际常规互感器、直流电压分压器、零磁通电流互感器、电子式互感器及其合并单元、就地开关/刀闸、控制主机等被测特高压直流保护系统的外部接口设备，即实现了被测特高压直流保护系统外部接口设备的硬件环境替代。

本发明中等效模型或传变模型的构建采用现有技术。

在应用时，用户可以根据仿真需求通过人机交互界面改变特高压直流输电工程的运行方式，包括设备在何时何处发生何种类型的故障，由此可以生成各电压、电流的稳态和故障暂态波形，从而实现特高压直流输电工程运行特性的实景替代。

本发明所述与保护功能测试需求相应的运行配置信息包括运行方式和故障信息数据；人机交互模块设有供用户选择待测保护功能，以及对运行方式和故障信息进行配置的操作界面。

电磁暂态仿真模块包括交直流一次主回路仿真单元、直流控制系统仿真单元和信号提取单元；交直流一次主回路仿真单元和直流控制系统仿真单元中分别构建有特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型；

仿真运行参数数据包括电压、电流、开关信号和运行状态信号数据；信号提取单元中设定有各种保护功能测试需求，与最终需要仿真输出的数据对象及其对应的仿真运行参数数据，之间的映射关系；

信号采集与处理模块的电磁式互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元和开关量输出控制单元，用于采集和处理仿真运行参数数据中的电压、电流和开关信号数据；控制总线信号输出控制单元用于采集和处理仿真运行参数数据中的运行状态信号数据；

电磁暂态仿真模块利用交直流一次主回路仿真单元和控制系统仿真单元，根据运行配置信息进行特高压直流输电工程在相应运行方式下的暂态仿真，信号提取单元根据已设定的映射关系，根据保护功能测试需求进行电压、电流、开关信号以及运行状态信号数据的分别提取，并传输至信号采集与处理模块中的相应控制单元。

电磁暂态仿真模块中，信号提取单元从仿真运行参数数据中提取得到的电压、电流和开关信号数据包括：不经合并单元输出的、分别由直流电压分压器和零磁通电流互感器采集的直流电压信号；由电磁式互感器采集的交流模拟量信号；就地开关/刀闸的分合闸信号；以及经合并单元输出的、由直流电子式互感器采集的直流电压电流信号。

信号提取单元将提取出的上述各数据以及运行状态信号数据，分别输出至信号采集与处理模块的直流电压分压器输出模拟控制单元和零磁通电流互感器输出模拟控制单元、电磁式互感器输出模拟控制单元、开关量输出控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元，以及控制总线信号输出控制单元。

本发明信号采集与处理模块中，各输出模拟控制单元分别构建相应的传变模型，并利用传变模型对获取到的相应仿真运行参数数据进行仿真的采样处理，得到交流模拟量采样信号、直流电压采样信号、控制总线采样信号、FT3数字量采样信号和开关量采样信号，进而将采样处理后的各信号分别经硬件接口模块输出至被测特高压直流保护系统，以及将仿真采样处理后的控制总线信号同步给保护功能逻辑诊断模块。现有技术对于本发明信号采集与处理模块中的各种输出模拟控制单元的建模均已有成熟技术。

硬件接口模块中设有开关量输出接口、数字量采样值输出接口、第一直流电压输出接口、第二直流电压输出接口、交流模拟量输出接口、控制总线信号输出接口、开关量输入接口和控制总线信号输入接口；

各接口分别对应连接开关量输出控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、电磁式互感器输出模拟控制单元和控制总线信号输出控制单元的输出端，开关量输入控制单元和控制总线信号输入控制单元的输入端。

直流电子式互感器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元和电磁式互感器输出模拟控制单元，分别通过构建直流电子式互感器传变模型、零磁通电流互感器传变模型、直流电压分压器传变模型和电磁式互感器传变模型，并进行相应的协议转换，实现对相应仿真运行参数数据的采集和处理。

开关量输入/输出控制单元通过软件实现对仿真模型输出的，仿真运行参数数据中开关量相关信息的开关量转换，将软件仿真结果转换成0/1的实际电平输出。

本发明信号采集与处理模块中，控制总线信号输出控制模块对获取到的运行状态信号数据进行的处理包括协议转换，使得处理后得到的控制总线信号支持特高压直流控制保护系统通信协议，从而能够向被测保护系统输出包含运行状态信息的控制总线信号。

本发明保护功能逻辑诊断模块的诊断逻辑包括：

根据获取到的保护功能测试需求，分析得到特高压直流保护系统的理论保护动作行为数据；

根据从开关量输入控制单元和控制系统信号输入控制单元，获取到的开关量输入信号和控制总线信号，分析得到被测保护系统的实际保护动作行为数据；

将被测保护系统的实际保护动作行为数据，与理论保护动作行为数据进行对比，判断实际保护动作行为是否正确。

实施例

由图1和图2的对比并结合图3可以看出，在硬件接口部分，本发明提出的特高压直流保护现场测试装置具有交流模拟量输出、直流电压输出、开关量输入/输出、数字量采样值输出、控制总线信号输入/输出等不同硬件接口，替代了常规互感器、直流电压分压器、零磁通电流互感器、电子式互感器及其合并单元、就地开关/刀闸、控制主机等被测特高压直流保护系统的外部接口设备，即实现了被测特高压直流保护系统外部接口设备的硬件环境替代。

一、硬件接口替代

1）交流模拟量输出接口：交流电压、电流模拟量输出接口，用于模拟常规互感器的信号采集处理，向特高压直流保护系统输出交流模拟量采样值；

2）直流电压输出接口：电气上相互隔离的两个直流电压输出接口，以模拟不经合并单元输出的电子式互感器（包括直流电压分压器和零磁通电流互感器）向特高压直流保护系统输出模拟量采样值；

3）开关量输入/输出接口：电气上相互隔离的开入量和开出量接口，以模拟就地开关/刀闸，开入量接口用于向特高压直流保护系统发送开关/刀闸的分合闸位置信号，开出量接口用于保护功能逻辑诊断模块接收被测保护系统输出的跳/合闸指令；

4）数字量输出接口：支持常规直流的FT3和柔性直流的FT3采样值输出的光纤串行输出接口，且接口的输出协议和采样量可通过软件（人机交互界面）配置，以模拟经合并单元输出的，电子式互感器向特高压直流保护系统输出数字量采样值；

5）控制总线信号输入/输出接口：电气上相互隔离的两接口，支持特高压直流控制保护系统内部通信协议的通信接口，控制总线信号输出接口用于模拟直流控制系统向特高压直流保护系统输出包括运行状态信息的控制总线信号，控制总线输入接口用于向保护功能逻辑诊断模块同步控制总线信号。

二、功能实景替代

在特高压直流保护现场测试装置的软件方面，通过特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块、开关量输出控制模块、不同类型互感器传变模型、控制总线信号输出控制模块等，确保测试设备的硬件接口的输出能够准确模拟特高压直流输电工程实际稳态和故障暂态运行情况下各外部接口设备对特高压直流保护系统的输出，即实现特高压直流保护系统的应用环境的实景替代；同时，通过开关量输入控制模块、控制总线信号输入控制模块和保护功能逻辑诊断模块等对被测特高压直流保护系统动作行为的正确性进行判断。具体实现包括：

1）特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块中构建交直流一次主回路模型、直流控制系统等效模型和信号提取单元。测试时，工作人员通过人机交互界面对特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块进行包括运行方式和故障信息的仿真需求配置，电磁暂态仿真模块即可以根据仿真需求在仿真模块中改变特高压直流输电工程的运行方式，包括设备在何时何处发生何种类型的故障，由此可以生成保护系统所需的各电压、电流的稳态和故障暂态波形，从而实现特高压直流输电工程运行特性的实景替代。同时，信号提取单元可以根据所用户通过人机交互界面选择的待测保护功能，将所需要的电压、电流、控制总线信号和开关量输出信号传输给下层的开关量输出控制单元、各类型互感器输出模拟控制单元、控制总线信号输出控制单元等

2）控制总线信号输出控制单元内构建有控制总线信号输出控制模型，用于接收特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块传输的控制总线信，并进行处理和协议转换后，再经控制总线输出接口传输给被测特高压直流保护系统，从而实现直流控制系统的实景替代。

3）电磁式互感器输出模拟控制单元内构建电磁式互感器传变模型，电磁式互感器传变模型用于模拟实际工程中常规电磁式电压互感器、电磁式电流互感器的传变特性，并对特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块传输的、由电磁式互感器采样的交流电压电流信号进行处理后，再经交流模拟量输出接口传输给被测特高压直流保护系统，从而实现常规电磁式互感器信号传变的实景替代；电磁式互感器传变模型的构建为现有技术。

4）直流电压分压器输出模拟控制单元内构建有直流电压分压器传变模型，直流电压分压器传变模型用于模拟实际工程中直流电压分压器的传变特性，并对特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块传输的、由直流电压分压器采样的直流电压信号进行处理后，再经直流电压输出接口传输给被测特高压直流保护系统，从而实现直流电压分压器信号传变的实景替代；直流电压分压器传变模型的构建为现有技术。

5）零磁通电流互感器输出模拟控制单元内构建零磁通电流互感器传变模型，零磁通电流互感器传变模型用于模拟实际工程中零磁通电流互感器的传变特性，并对特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块传输的、由零磁通电流互感器采样的直流电流信号进行处理后，再经直流电压输出接口传输给被测特高压直流保护系统，从而实现零磁通电流互感器信号传变的实景替代。零磁通电流互感器传变模型的构建为现有技术。

6）直流电子式互感器输出模拟控制单元内构建直流电子式互感器传变模型，直流电子式互感器传变模型可以准确模拟实际工程中直流电子式互感器的传变特性，并对特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块传输的、由直流电子式互感器采样的直流电压、电流信号进行处理后，再经数字量采样值输出接口传输给被测特高压直流保护系统，从而实现直流电子式互感器信号传变的实景替代。直流电子式互感器传变模型的构建为现有技术。

7）开关量输入/输出控制单元通过软件实现对仿真模型输出的，仿真运行参数数据中开关量相关信息的开关量转换，将软件仿真结果转换成0/1的实际电平输出。

综合上述，本发明提出的特高压直流保护现场测试技术可以实现特高压直流保护系统在硬件和应用环境上实现了实景替代，从而可对特高压直流保护系统开展有效的功能、性能测试，操作便捷，安全性能得到极大提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：包括人机交互模块、特高压直流输电工程电磁暂态仿真模块、信号采集与处理模块、逻辑诊断模块和硬件接口模块；

电磁暂态仿真模块内构建有特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型；

用户通过人机交互模块向电磁暂态仿真模块输入保护功能测试需求及其相应的运行配置信息，电磁暂态仿真模块根据运行配置信息，利用交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型，进行相应运行方式下的暂态仿真，得到符合实际特高压直流输电工程运行特性的仿真运行参数数据，并根据保护功能测试需求确定最终需要仿真输出的数据对象，进而将仿真运行参数数据中各相应的参数数据，输出至信号采集与处理模块；

信号采集与处理模块包括：

用于采集和处理仿真运行参数数据的电磁式互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元、开关量输出控制单元和控制总线信号输出控制模块，上述各控制单元的输出端分别通过硬件接口模块连接被测保护系统；

以及用于采集和处理被测特高压直流保护系统动作行为信号的开关量输入控制单元和控制总线信号输入控制单元，各输入控制单元的输入端通过硬件接口模块连接被测保护系统，输出端连接保护功能逻辑诊断模块；

保护功能逻辑诊断模块获取被测保护系统输出的动作行为信号以及人机交互模块输出的保护功能测试需求，基于所获取的保护功能测试需求以及动作行为信号对被测保护系统的保护功能进行逻辑诊断，并将逻辑诊断结果输出至人机交互模块。

2.根据权利要求1所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：与保护功能测试需求相应的运行配置信息包括运行方式和故障信息数据；人机交互模块设有供用户选择待测保护功能，以及对运行方式和故障信息进行配置的操作界面。

3.根据权利要求1所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：电磁暂态仿真模块包括交直流一次主回路仿真单元、直流控制系统仿真单元和信号提取单元；交直流一次主回路仿真单元和直流控制系统仿真单元中分别构建有特高压直流输电工程的交直流一次主回路模型和直流控制系统等效模型；

仿真运行参数数据包括电压、电流、开关信号和运行状态信号数据；信号提取单元中设定有各种保护功能测试需求，与最终需要仿真输出的数据对象及其对应的仿真运行参数数据，之间的映射关系；

信号采集与处理模块的电磁式互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元和开关量输出控制单元，用于采集和处理仿真运行参数数据中的电压、电流和开关信号数据；控制总线信号输出控制单元用于采集和处理仿真运行参数数据中的运行状态信号数据；

电磁暂态仿真模块利用交直流一次主回路仿真单元和控制系统仿真单元，根据运行配置信息进行特高压直流输电工程在相应运行方式下的暂态仿真，信号提取单元根据已设定的映射关系，根据保护功能测试需求进行电压、电流、开关信号以及运行状态信号数据的分别提取，并传输至信号采集与处理模块中的相应控制单元。

4.根据权利要求3所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：电磁暂态仿真模块中，信号提取单元从仿真运行参数数据中提取得到的电压、电流和开关信号数据包括：不经合并单元输出的、分别由直流电压分压器和零磁通电流互感器采集的直流电压信号；由电磁式互感器采集的交流模拟量信号；就地开关/刀闸的分合闸信号；以及经合并单元输出的、由直流电子式互感器采集的直流电压电流信号；

信号提取单元将提取出的上述各数据以及运行状态信号数据，分别输出至信号采集与处理模块的直流电压分压器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、电磁式互感器输出模拟控制单元、开关量输出控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元，以及控制总线信号输出控制单元。

5.根据权利要求1所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：硬件接口模块中设有开关量输出接口、数字量采样值输出接口、第一直流电压输出接口、第二直流电压输出接口、交流模拟量输出接口、控制总线信号输出接口、开关量输入接口和控制总线信号输入接口；

各接口分别对应连接开关量输出控制单元、直流电子式互感器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元、电磁式互感器输出模拟控制单元和控制总线信号输出控制单元的输出端，开关量输入控制单元和控制总线信号输入控制单元的输入端。

6.根据权利要求1所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：直流电子式互感器输出模拟控制单元、零磁通电流互感器输出模拟控制单元、直流电压分压器输出模拟控制单元和电磁式互感器输出模拟控制单元，分别通过构建直流电子式互感器传变模型、零磁通电流互感器传变模型、直流电压分压器传变模型和电磁式互感器传变模型，并进行相应的协议转换，实现对相应仿真运行参数数据的采集和处理。

7.根据权利要求1所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：信号采集与处理模块中，控制总线信号输出控制模块对获取到的运行状态信号数据进行的处理包括协议转换，使得处理后得到的控制总线信号支持特高压直流控制保护系统通信协议，从而能够向被测保护系统输出包含运行状态信息的控制总线信号。

8.根据权利要求7所述的实景替代式的特高压直流保护现场测试装置，其特征是：保护功能逻辑诊断模块的诊断逻辑包括：

根据获取到的保护功能测试需求，分析得到特高压直流保护系统的理论保护动作行为数据；

根据从开关量输入控制单元和控制系统信号输入控制单元，获取到的开关量输入信号和控制总线信号，分析得到被测保护系统的实际保护动作行为数据；

将被测保护系统的实际保护动作行为数据，与理论保护动作行为数据进行对比，判断实际保护动作行为是否正确。