CN111157940B - 一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，包括：故障反演模块根据预置波形文件获取故障录波，并复现故障录波；稳态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的稳态输出波形；暂态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的暂态输出波形；异常仿真模块根据预置功能库模拟互感器的异常输出波形，异常输出波形包括丢帧率和延迟时间；触发模块触发故障反演模块、稳态仿真模块、暂态仿真模块和异常仿真模块。本申请解决现有技术在柔性直流输电控制保护系统开展定检时无法满足多种不同工况的需求，尤其是为反措提供校验数据，提供正常工况的互感器输出波形的技术问题。

Description

一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统

技术领域

本申请涉及电力系统仿真技术领域，尤其涉及一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统。

背景技术

柔性直流电子式互感器是指应用于柔性直流输电系统的直流电子式互感器，包括电子式电压互感器和电子式电流互感器，用于将柔性直流输电系统中的一次侧直流电压、电流信号传变至控制保护系统。

目前的柔性直流输电控制保护系统在厂前集中联调中，主要是通过RTDS仿真一次系统各类不同工况的整站系统闭环测试，这样的闭环测试主要为出厂前联调，无法测试直流电子式互感器采样传输异常对控制保护系统的影响，在实际运行过程中难以对柔直控制保护系统开展多种不同故障工况下的定检，以及缺乏准确有效的现场事故反措校验手段等。

发明内容

本申请提供了一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，用于解决现有技术在柔性直流输电控制保护系统开展定检时无法满足多种不同工况的需求，尤其是为反措提供校验数据，提供正常工况的互感器输出波形的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，包括：故障反演模块、稳态仿真模块、暂态仿真模块、异常仿真模块和触发模块；

所述故障反演模块，用于根据预置波形文件获取采样数据，并对所述采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现所述故障录波；

所述稳态仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的所述稳态输出波形；

所述暂态仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的所述暂态输出波形；

所述异常仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的异常工况，得到异常输出波形，所述异常工况包括丢帧率和延迟时间；

所述触发模块，用于触发所述故障反演模块、所述稳态仿真模块、所述暂态仿真模块和所述异常仿真模块。

优选地，所述采样数据包括仿真波形数据和现场录波数据。

优选地，还包括：故障仿真模块；

所述故障仿真模块，用于根据预置故障库仿真互感器工作中的工况故障，得到所述预置波形文件。

优选地，还包括：现场录波模块；

所述现场录波模块，用于通过现场录波装置获取互感器现场工况故障的COMTRADE格式文件，将所述COMTRADE格式文件作为所述预置波形文件。

优选地，还包括：预置功能模块；

所述预置功能模块，用于根据互感器典型工况设置所述预置功能波形库，所述预置功能波形库包括稳态波形库、暂态波形库和异常态波形库。

优选地，还包括：输入接口模块；

所述输入接口模块，用于提供接收所述预置波形文件的数据源接口。

优选地，所述输出接口模块，用于提供与柔性直流输电控制保护系统的数据导出接口。

优选地，所述触发模块具体用于：

在系统接收到所述预置波形文件时，触发所述故障反演模块，根据预置波形文件获取采样数据，并对所述采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现所述故障录波。

优选地，所述触发模块具体用于：

在模拟互感器正常工作时，触发所述稳态仿真模块，使得所述稳态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的所述稳态输出波形；

或，在模拟互感器正常工作时，触发所述暂态仿真模块，使得所述暂态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的所述暂态输出波形。

优选地，所述触发模块具体用于：

在模拟互感器异常工作时，触发所述异常仿真模块，使得所述异常仿真模块根据预置功能库模拟互感器的异常输出波形。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，包括：故障反演模块，用于根据预置波形文件获取采样数据，并对采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现故障录波；稳态仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的稳态输出波形；暂态仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的暂态输出波形；异常仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的异常工况，得到异常输出波形，异常工况包括丢帧率和延迟时间；触发模块，用于触发故障反演模块、稳态仿真模块、暂态仿真模块和异常仿真模块。

本申请提供的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，通过故障反演模块可以对预置的波形文件提取波形数据，然后进行拟合和编码，将其转化为柔性直流输电控制保护系统可以使用的数据，故障反演模块用于复现仿真软件或现场录波得到的柔性直流输电系统在故障工况下的预置波形文件中的数据，为柔性直流输电控制保护系统提供校验数据，从而减少了现场测试校验的工作量；在模拟互感器正常工作时，可以选择通过稳态仿真模块、暂态仿真模块模拟出互感器实际工况的输出波形，供柔性直流输电控制保护系统使用；而异常仿真模块可根据设置电压和电流波形的丢帧率和延迟时间提供异常波形供柔性直流输电控制保护系统进行测试验证。本申请的柔性直流电子式互感器仿真系统不仅可对互感器的故障工况进行模拟，还可对互感器典型的稳态、暂态跟异常状态进行模拟。因此，本申请解决了现有技术在柔性直流输电控制保护系统开展定检时无法满足多种不同工况的需求，尤其是为反措提供校验数据，提供正常工况的互感器输出波形的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统的一个结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统的另一结构示意图；

图3为变压器阀侧三相短路故障下直流电压、电流波形示意图；

图4为现场故障录波库部分波形示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统的实施例一，包括：故障反演模块101、稳态仿真模块102、暂态仿真模块103、异常仿真模块104和触发模块105；

故障反演模块101，用于根据预置波形文件获取采样数据，并对采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现故障录波。

需要说明的是，预置波形文件主要分为仿真软件进行故障仿真得到和现场故障录波得到，预置波形文件的来源不同，获取的采样数据也不一样，复现的波形的意义也不同；如果是从现场录波文件中获取现场录波数据，那么复现后可以对柔性直流输电控制保护系统的调整提供校验数据；如果是仿真软件仿真的故障波形则可以为柔性直流输电控制保护系统提供相应故障的波形进行测试。复现故障录波是为柔性直流输电控制保护系统提供可以进行测试的波形，用于验证事故反措的有效性。预置波形文件一般为COMTRADE格式的文件，通过采样信号和设置的采样参数可以对预置波形文件进行采样，得到采样数据，对采样数据进行拟合处理后，还需要根据设置的编码协议进行编码，得到的波形才是可以进行复现的故障录波。

稳态仿真模块102，用于根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的稳态输出波形。

暂态仿真模块103，用于根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的暂态输出波形。

异常仿真模块104，用于根据预置功能库模拟互感器的异常工况，得到异常输出波形，异常工况包括丢帧率和延迟时间。

需要说明的是，稳态输出波形主要是由电流幅值、电压幅值和谐波频率等参数绘制得到的，暂态输出波形主要是由阶跃电压和阶跃电流绘制得到的。本实施例中的模拟系统可以根据实际需要通过合适的参数，通过稳态仿真模块和暂态仿真模块得到不同幅值的电压和电流，不同的频率，以及不同的暂态阶跃信号；将得到的波形提供给柔性直流输电控制保护系统进行常规测试。异常仿真模块就是在原有的稳态仿真模块输出信号的基础上，进一步配置丢帧率和延迟时间，通过设置采样间隔，控制将相应的采样点效果，实现丢帧，通过调节采样点的发送时间实现信号的延迟；通过模拟直流电子式互感器输出数据的丢帧、延时等工程化异常态，实现柔直控制保护系统在数据异常情况下的真实响应能力测试，从而消除柔性直流输电控制保护系统存在的安全隐患。

触发模块105，用于触发故障反演模块、稳态仿真模块、暂态仿真模块和异常仿真模块。

需要说明的是，在模拟系统接收到外在需求输入时，通过触发模块触发系统中的各个模块进行复现或者模拟操作，获取柔性直流输电控制保护系统需要的故障波形数据、正常波形数据和异常波形数据。

本实施例提供的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统中，通过故障反演模块可以对预置的波形文件提取波形数据，然后进行拟合和编码，将其转化为柔性直流输电控制保护系统可以使用的数据，故障反演模块用于复现仿真软件或现场录波得到的柔性直流输电系统在故障工况下的预置波形文件中的数据，为柔性直流输电控制保护系统提供校验数据，从而减少了现场测试校验的工作量；在模拟互感器器正常工作时，可以选择通过稳态仿真模块、暂态仿真模块模拟出互感器实际工况的输出波形，供柔性直流输电控制保护系统使用；而异常仿真模块可根据设置电压和电流波形的丢帧率和延迟时间提供异常波形供柔性直流输电控制保护系统进行测试验证。本实施例的柔性直流电子式互感器仿真系统不仅可对互感器的故障工况进行模拟，还可对互感器典型的稳态、暂态跟异常状态进行模拟。因此，本实施例解决了现有技术在柔性直流输电控制保护系统开展定检时无法满足多种不同工况的需求，尤其是为反措提供校验数据，提供正常工况的互感器输出波形的技术问题。

为了便于理解，请参阅图2，本申请实施例中提供了一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统的实施例二，包括：

故障反演模块201，用于根据预置波形文件获取采样数据，并对采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现故障录波。

需要说明的是，预置波形文件的来源主要分为仿真软件进行故障仿真得到，现场故障录波得到，预置波形文件的来源不同，获取的采样数据也不一样，复现的波形的意义也不同；如果是从现场录波文件中获取现场录波数据，那么复现后可以对柔性直流输电控制保护系统的调整提供校验数据；如果是仿真软件仿真的故障波形则可以为柔性直流输电控制保护系统提供相应故障的波形进行测试。复现故障录波是为柔性直流输电控制保护系统提供可以进行测试的波形，用于验证事故反措的有效性。预置波形文件一般为COMTRADE格式的文件，通过采样信号和设置的采样参数可以对预置波形文件进行采样，得到采样数据，对采样数据进行拟合处理后，还需要根据设置的编码协议进行编码，得到的波形才是可以进行复现的故障录波。

稳态仿真模块202，用于根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的稳态输出波形。

需要说明的是，稳态仿真模块仿真得到稳态输出波形，稳态输出波形主要由电流幅值、电压幅值和谐波频率等参数绘制得到，具体的是直流的电压幅值和电流幅值，谐波电压和电流、以及直流电压叠加谐波和直流电流叠加谐波。这些参数均可以根据实际需求设置，得到预想的额定输出波形。

暂态仿真模块203，用于根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的暂态输出波形。

需要说明的是，暂态输出波形是由阶跃电压和阶跃电流等参数绘制得到，阶跃可以划分为上升阶跃和下降阶跃，可以根据需求设置阶跃时刻与阶段幅值。

异常仿真模块204，用于根据预置功能库模拟互感器的异常工况，得到异常输出波形，异常工况包括丢帧率和延迟时间。

需要说明的是，异常输出波形主要是设置电压、电流波形的丢帧率和延迟时间，除此之外还可以根据实际需求设置误码率，具体的可以根据实际工况需求增加异常态的模拟，提供更多异常态的波形数据供柔性直流输电控制保护系统进行测试。

需要说明的是，本实施例中的模拟系统可以根据实际需要根据合适的参数，通过稳态仿真模块和暂态仿真模块得到不同幅值的电压和电流，不同的频率，以及不同的暂态阶跃信号；将得到的波形提供给柔性直流输电控制保护系统进行常规测试。异常仿真模块就是在原有的稳态仿真模块输出信号的基础上，进一步配置丢帧率和延迟时间，通过设置采样间隔，控制将相应的采样点效果，实现丢帧，通过调节采样点的发送时间实现信号的延迟；通过模拟直流电子式互感器输出数据的丢帧、延时等工程化异常态，实现柔直控制保护系统在数据异常情况下的真实响应能力测试，从而消除柔性直流输电控制保护系统存在的安全隐患。

触发模块205，用于触发故障反演模块、稳态仿真模块、暂态仿真模块和异常仿真模块。

需要说明的是，在系统接收到预置波形文件时，触发故障反演模块，根据预置波形文件获取采样数据，并对采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现故障录波。在模拟互感器正常工作时，触发稳态仿真模块，使得稳态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的稳态输出波形；或，在模拟互感器正常工作时，触发暂态仿真模块，使得暂态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的暂态输出波形。在模拟互感器异常工作时，触发异常仿真模块，使得异常仿真模块根据预置功能库模拟互感器的异常输出波形。

进一步的，本申请实施例中的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统还可以包括故障仿真模块206，用于根据预置故障库仿真互感器工作中的各种工况故障，得到预置波形文件。

需要说明的是，如果预置波形文件是根据预置故障库仿真得到的，那么本系统同样可以在柔性直流输电控制保护系统测试之前也得到故障库对应的故障波形库。具体请参阅表1，表1为本实施例中提供的是故障库，可以随时被更新，根据仿真软件可以得到相应的预置波形文件，将文件通过本实施例中的模拟系统的故障反演模块就可以转换为故障录波，请参阅图3，图3为本实施例提供的变压器阀侧三相短路故障下直流电压、电流波形，图3为故障波形库中的部分示例，具体的可以依照表1中的故障清单提前获取所有可能故障的波形图库，在柔性直流输电控制保护系统需要进行定检时，直接提供相应故障的波形图，为定检提供了便利。本实施例中提供的各类波形库以及相应的故障库均可以根据实际需求进行更新。

表1仿真故障库

进一步的，还包括现场录波模块207，用于通过现场录波装置获取互感器现场工况故障的COMTRADE格式文件，将COMTRADE格式文件作为预置波形文件。

需要说明的是，如果预置波形文件是通过现场录波装置获取的，则同样可以将故障录波数据导入本实施例的模拟系统中，进行故障波形的复现，得到相应的现场故障波形库，请参阅图4，图4为本实施例提供的现场故障录波库部分波形示意图。

进一步的，本申请实施例中的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统还可以包括预置功能模块208，用于根据互感器典型工况设置预置功能波形库，预置功能波形库包括稳态波形库、暂态波形库和异常态波形库。

需要说明的是，柔性直流输电控制保护系统在测试过程中需要的基本电力参数的大小是不一样的，电压或者电流可设置输出额定值的1％、5％、10％、20％、50％、80％、100％、110％和120％等波形；而谐波电压和电流可设置输出为2、3、5、6、8、10、15、20、30次等次数的谐波电压及电流。对于不同参数的设置情况可以建立预置功能波形库，具体可以参阅表2，表2是稳态波形类型、暂态波形类型和异常态波形类型清单，根据表2进行模拟，可以得到实际需求的波形数据。

表2功能波形类型清单

进一步的，本申请实施例中的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统还可以包括输入接口模块209，用于提供接收预置波形文件的数据源接口。

需要说明的是，常用仿真软件包括RTDS、RT-LAB、PSCAD/EMTDC等，这些软件都能输出COMTRADE的标准格式文件；而在工程现场的故障录波装置也能输出该格式文件。因此，本实施例中的直流电子式互感器仿真系统输入接口模块的功能为接收COMTRADE格式的文件，实现与主流电力系统仿真软件及现场故障录波装置的数据源接口，为该仿真模拟系统实现故障反演功能提供数据基础。

进一步的，本申请实施例中的一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统还可以包括输出接口模块210，用于提供与柔性直流输电控制保护系统的数据导出接口。

需要说明的是，通过输出接口模块，实现与柔性直流输电控制保护系统的接口，进而可将前端调用的波形数据导入控制保护系统，模拟柔性直流电子式互感器的输出。目前各厂家的接口协议存在差异，为满足与多个厂家控制保护系统接口的需求，该仿真模拟系统的输出接口模块支持IEC60044版FT3和国内主流厂家柔性直流互感器FT3协议，且输出采样率支持10kHz和50kHz。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，包括：故障仿真模块、故障反演模块、稳态仿真模块、暂态仿真模块、异常仿真模块、预置功能模块和触发模块；

所述故障仿真模块，用于根据预置故障库仿真互感器工作中的工况故障，得到预置波形文件，所述预置波形文件为仿真软件进行故障仿真得到和现场故障录波得到；

所述故障反演模块，用于根据所述预置波形文件获取采样数据，并对所述采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现所述故障录波；

所述稳态仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的所述稳态输出波形；

所述暂态仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的所述暂态输出波形；

所述异常仿真模块，用于根据预置功能库模拟互感器的异常工况，得到异常输出波形，所述异常工况包括丢帧率和延迟时间；

所述预置功能模块，用于根据互感器典型工况设置所述预置功能库，所述预置功能库包括稳态波形库、暂态波形库和异常态波形库；

所述触发模块，用于触发所述故障反演模块、所述稳态仿真模块、所述暂态仿真模块和所述异常仿真模块。

2.根据权利要求1所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，所述采样数据包括仿真波形数据和现场录波数据。

3.根据权利要求1所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，还包括：现场录波模块；

所述现场录波模块，用于通过现场录波装置获取互感器现场工况故障的COMTRADE格式文件，将所述COMTRADE格式文件作为所述预置波形文件。

4.根据权利要求1所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，还包括：输入接口模块；

所述输入接口模块，用于提供接收所述预置波形文件的数据源接口。

5.根据权利要求1所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，还包括：输出接口模块；

所述输出接口模块，用于提供与柔性直流输电控制保护系统的数据导出接口。

6.根据权利要求1中所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，所述触发模块具体用于：

在系统接收到所述预置波形文件时，触发所述故障反演模块，根据预置波形文件获取采样数据，并对所述采样数据进行拟合处理和编码处理，得到故障录波，复现所述故障录波。

7.根据权利要求1中所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，所述触发模块具体用于：

在模拟互感器正常工作时，触发所述稳态仿真模块，使得所述稳态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的稳态输出波形，并调节互感器的所述稳态输出波形；

或，在模拟互感器正常工作时，触发所述暂态仿真模块，使得所述暂态仿真模块根据预置功能库模拟互感器的暂态输出波形，并调节互感器的所述暂态输出波形。

8.根据权利要求1中所述的柔性直流电子式互感器仿真模拟系统，其特征在于，所述触发模块具体用于：

在模拟互感器异常工作时，触发所述异常仿真模块，使得所述异常仿真模块根据预置功能库模拟互感器的异常输出波形。

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