CN111736091A - 基于rtds平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路及其应用方法，电路包括在RTDS平台中模拟的架空线路，架空线路的指定相线路上布置有故障点，所述故障点挂载有滑动变阻器并通过滑动变阻器接地以模拟非稳定性接地电阻，所述滑动变阻器的滑动端连接一模拟的非稳定性电阻，所述非稳定性电阻为模拟的非周期性故障电阻和模拟的周期性故障电阻通过乘法逻辑获得；应用方法为应用前述电路进行对非稳定性高阻接地故障过程的模拟。本发明能准确模拟线路非稳定性高阻接地故障，为校验线路保护在非稳定性高阻接地故障下的动作特性提供有力支撑。

Description

基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路及其应用 方法

技术领域

本发明涉及变电站继电保护领域，具体涉及一种基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路及其应用方法。

背景技术

近年来湖南电网发生了几起110kV线路非稳定性高阻接地故障导致相应220kV主变越级跳闸事故，造成了一定的电力负荷损失和负面社会影响。

非稳定高阻接地故障下，零序电压和零序电流幅值较小，且周期性忽大忽小、整体逐渐增大趋势，如图1所示，严重威胁单端线路距离保护和零序保护的正确动作。单端线路距离保护的功能由线路一侧的电气量和开关量的保护装置实现。这些保护装置均通过第三方专业机构检测，但在这几起事故中仍然出现了灵敏性不足的问题，一定程度上反应出单端线路保护装置出厂及入网检测项目存在进一步完善的空间。

理论上讲，线路发生非稳定性高阻接地故障概率有限，现有文献资料鲜有类似案例记载。但湖南电网接连发生了几起，说明该故障工况并非小概率事件，需要引起线路保护厂家、第三方校验机构的重视。非稳定性高阻接地故障特征比较复杂，由于该故障为一种全新故障，因此实现对非稳定高阻接地故障的仿真建模对于研究该类故障、为进一步优化线路保护装置动作性能提供试验支撑就有非常关键的意义。但是，具体如何实现非稳定高阻接地故障的仿真建模，则仍然是一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路及其应用方法，本发明能准确模拟线路非稳定性高阻接地故障，为校验线路保护在非稳定性高阻接地故障下的动作特性提供有力支撑。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，包括：在RTDS平台中模拟的架空线路，所述架空线路的指定相线路上布置有故障点，所述故障点挂载有滑动变阻器并通过滑动变阻器接地以模拟非稳定性接地电阻，所述滑动变阻器的滑动端连接一模拟的非稳定性电阻，所述非稳定性电阻为模拟的非周期性故障电阻和模拟的周期性故障电阻通过乘法逻辑获得。

可选地，所述模拟的非周期性故障电阻包括依次相连的第一选择器、积分器、加法器以及第二选择器，所述第二选择器的输出端与乘法逻辑相连，所述第一选择器具有A、B两个输入信号和一个用于控制选择A、B两个输入信号之一输出的控制信号Ctrl，所述积分器的参数为周期T，其输出每T秒增加一次，每次增幅为积分器的输入值；所述加法器的一路输入为积分器的输出且运算符号为‘-’、另一路输入为固定值且运算符号为‘+’，所述加法器的输出结果为各输入经运算符号运算后的代数和，所述第二选择器具有A、B两个输入信号和一个用于控制选择A、B两个输入信号之一输出的控制信号Ctrl，所述第二选择器的输入信号B为加法器输出的代数和、另一路输入信号A为用于表示未发生接地故障时的滑动变阻值。

可选地，所述加法器的运算符号为‘+’的输入固定值大于幅值限值的环节的上限值以使得加法器的输出总是为正值。

可选地，所述模拟的周期性故障电阻还包括对积分器的输出进行幅值限值的环节，且幅值限值的环节中配置有下限值和上限值。

可选地，所述幅值限值的环节中配置的下限值为0，上限值为300，所述加法器运算符号为‘+’的一路输入为310，所述第一选择器具有A、B两个输入信号中A=0.00001，B=5.0，所述第二选择器的输入信号B为10000。

可选地，所述模拟的周期性故障电阻包括正弦信号发生器、绝对值运算器、限幅器、第一除法器、比较器、第三选择器、第四选择器和第二除法器，所述正弦信号发生器的输出端与绝对值运算器相连，所述绝对值运算器包括两路相同的输出，其中一路输出依次经过限幅器、第一除法器后输出到第三选择器的一个输入端，第三选择器的另一个输入端为固定值，所述比较器用于将正弦信号发生器的输出的正弦信号绝对值和固定值1进行比较，当正弦信号大于或等于1时比较器输出0；当正弦信号小于1时比较器输出1，且比较器的输出作为第三选择器的控制信号，所述第三选择器的输出端与第四选择器的一路输入相连，所述第四选择器的另一路输入为固定值，所述第四选择器具有用于选择一路输入作为输出信号的控制信号Ctrl，所述第四选择器的输出端与乘法逻辑相连，所述限幅器的上限值为积分器的输出、下限值为积分器的输出通过第二除法器除以指定的倍数得到。

可选地，所述正弦信号发生器的幅值设为1.1，频率设为0.5。

可选地，所述第三选择器的另一个输入端的固定值为1。

可选地，所述第二除法器除以指定的倍数具体是指除以1000倍。

可选地，所述非稳定性高阻接地故障仿真电路还包括带有启动开关的脉冲发生器，所述脉冲发生器的输出端分别与第一选择器、第二选择器、第三选择器的控制端相连。

此外，本发明还提供一种前述基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路的应用方法，该方法的步骤包括：通过模拟的非周期性故障电阻模拟从指定电阻值按照指定下降速率下降的非周期性故障电阻信号，并通过模拟的周期性故障电阻模拟周期性故障电阻信号，将模拟的非周期性故障电阻信号、周期性故障电阻信号通过乘法逻辑模拟非稳定性电阻信号，将非稳定性电阻信号通过滑动变阻器挂载到在RTDS平台中模拟的架空线路的指定相线路上布置有故障点以模拟非稳定性接地电阻，实现对非稳定性高阻接地故障过程的模拟。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：非稳定性高阻接地故障下，零序电压和零序电流等故障特征呈周期性忽大忽小、整体逐渐递增趋势，表明故障接地电阻为变阻，且阻值呈周期性忽小忽大、整体逐渐递减趋势。换言之，非稳定性接地故障下，接地电阻同时包含周期性成分和非周期性成分，且非周期性成分单调递减。基于此分析，本发明在RTDS平台上分别模拟周期性故障电阻和非周期性故障电阻，然后通过乘法逻辑获得最终的非稳定性电阻。同时，本发明RTDS平台接地故障模型只能模拟恒定阻值的接地故障，模拟变化阻值的高阻接地故障时需要用到滑动变阻器。滑动变阻器阻值可控，可将获得的非稳定性电阻直接幅加到滑动变阻器，模拟非稳定性接地故障。本发明能准确模拟线路非稳定性高阻接地故障，为校验线路保护在非稳定性高阻接地故障下的动作特性提供有力支撑。

附图说明

图1为输电线路的非稳定高阻接地故障的实测录波图。

图2为本发明实施例中模拟的架空线路示意图。

图3为本发明实施例中模拟的非稳定性电阻示意图。

图4为本发明实施例中得到的模拟录波图。

具体实施方式

如图2和图 3所示，本实施例中基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路包括：在RTDS平台中模拟的架空线路，架空线路的指定相线路上布置有故障点，故障点挂载有滑动变阻器并通过滑动变阻器接地以模拟非稳定性接地电阻，滑动变阻器的滑动端连接一模拟的非稳定性电阻，非稳定性电阻为模拟的非周期性故障电阻1和模拟的周期性故障电阻2通过乘法逻辑3获得。参见图2，作为一种具体的实施方式，本实施例中将一个架空线路分成两段模拟，每一段用RTDS的线路杆塔模型模拟；在两个架空输电线路模型中间，在A相线路上设置一个故障点：然后在A相的故障点上挂一个滑动变阻器VARRES22。滑动变阻器VARRES22的阻值通过变量VarRF22控制。无故障时，变量VarRF22数值很大；有故障时，VarRF22数值变小。变量VarRF22即为非稳定性电阻的输出端。

模拟的非周期性故障电阻1用于获取非周期性变化的电阻。如图3所示，本实施例中模拟的非周期性故障电阻1包括依次相连的第一选择器11、积分器12、加法器13以及第二选择器14，第二选择器14的输出端与乘法逻辑相连，第一选择器11具有A、B两个输入信号和一个用于控制选择A、B两个输入信号之一输出的控制信号Ctrl，积分器12的参数为周期T，其输出每T秒增加一次，每次增幅为积分器12的输入值；加法器13的一路输入为积分器12的输出且运算符号为‘-’、另一路输入为固定值且运算符号为‘+’，加法器13的输出结果为各输入经运算符号运算后的代数和，第二选择器14具有A、B两个输入信号和一个用于控制选择A、B两个输入信号之一输出的控制信号Ctrl，第二选择器14的输入信号B为加法器13输出的代数和、另一路输入信号A为用于表示未发生接地故障时的滑动变阻值。

如图3所示，本实施例中第一选择器11、积分器12、加法器13以及第二选择器14采用级联方式连接，即：第一选择器11的输出作为积分器12的输入，积分器12的输出作为加法器13的一个输入，加法器13输出作为第二选择器14的一个输入。参见图3，第一选择器11有A、B两个输入和Ctrl一个控制信号，当Ctrl=0时选择器1输出A，否则输出B；积分器12主要参数为周期T，当T=1时，表示其输出每1s增加一次，每次增幅为积分器输入值；本实施例中，加法器13的运算符号为‘+’的输入固定值大于幅值限值的环节的上限值以使得加法器13的输出总是为正值。

本实施例中，模拟的周期性故障电阻还包括对积分器12的输出进行幅值限值的环节，且幅值限值的环节中配置有下限值和上限值。

本实施例中，幅值限值的环节中配置的下限值为0，上限值为300，加法器13运算符号为‘+’的一路输入为310，由于积分器12输出上限被限制为300，由此可确保加法器13的输出总是为正值，不会出现接地电阻为负值的情况。

本实施例中，第一选择器11具有A、B两个输入信号中A=0.00001，B=5.0，其中A主要是避免后面计算过程中出现分母为0的情况，B的数值为积分器每周期的增幅，第一选择器11的Ctrl信号通过启动开关控制。

本实施例中，第二选择器14的输入信号B为10000，即未发生接地故障时滑动变阻值为10000。当滑动变阻器阻值为10000时，相当于线路非发生接地故障。

本实施例中第一选择器11、积分器12、加法器13以及第二选择器14采用级联方式连接后，第二选择器14在Ctrl=0后，输出结果从310欧逐渐下降，下降速率为5欧/秒。毫无疑问，上述初始值310欧、下降速率为5欧/秒均可以根据需要进行设置。

如图3所示，模拟的周期性故障电阻2包括正弦信号发生器21、绝对值运算器22、限幅器23、第一除法器24、比较器25、第三选择器26、第四选择器27和第二除法器28，正弦信号发生器21的输出端与绝对值运算器22相连，绝对值运算器22包括两路相同的输出，其中一路输出依次经过限幅器23、第一除法器24后输出到第三选择器26的一个输入端，第三选择器26的另一个输入端为固定值，比较器25用于将正弦信号发生器21的输出的正弦信号绝对值和固定值1进行比较，当正弦信号大于或等于1时比较器25输出0；当正弦信号小于1时比较器25输出1，且比较器25的输出作为第三选择器26的控制信号，第三选择器26的输出端与第四选择器27的一路输入相连，第四选择器27的另一路输入为固定值，第四选择器27具有用于选择一路输入作为输出信号的控制信号Ctrl，第四选择器27的输出端与乘法逻辑相连，限幅器23的上限值为积分器12的输出、下限值为积分器12的输出通过第二除法器28除以指定的倍数得到。

正弦信号发生器21有三个输入，Mag为幅值，Freq为频率，AbsPhase为相位；本实施例中，幅值和频率可根据需要设置，相位可随意设置。作为一种可选的实施方式，本实施例中正弦信号发生器21的幅值设为1.1，频率设为0.5。

由于正弦信号发生器21输出会经过绝对值运算器22处理，因此正弦信号发生器21的频率因为实际故障时电气量变化频率的一半。正弦信号发生器21输出经过绝对值运算器22取绝对值后，作为比较器25的输入A，同时设置比较器25输入B为1。当正弦信号的绝对值大于或等于1时，比较器25输出0，使得第三选择器26输出1，即接地电阻模型输出为非周期性分量。当正弦信号的绝对值小于1时，比较器25输出0，即第三选择器26输出为B。从实际故障录波来看，故障特征周期性变化，但每个周期均存在一段时间故障特征很轻微，正弦信号小于1时的输出就是为了模拟这一段时间内的接地电阻。

限幅器23的上限值为积分器12的输出、下限值为积分器12的输出通过第二除法器28除以指定的倍数得到，本实施例中第二除法器28除以指定的倍数具体是指除以1000倍，即、下限值为积分器12的输出通过第二除法器28除以1000得到。

本实施例中，第三选择器26的另一个输入端的固定值为1。

最终，模拟的非周期性故障电阻1和模拟的周期性故障电阻2输入乘法逻辑3，输出为最终的为稳定性接地电阻。

参见图3，非稳定性高阻接地故障仿真电路还包括带有启动开关41的脉冲发生器4，脉冲发生器4的输出端分别与第一选择器11、第二选择器14、第三选择器26的控制端相连。通过启动开关41可控制故障开始时刻。启动开关41启动后，脉冲发生器4输出60s的高电位脉冲，启动整个非稳定性接地故障过程。图4为采用本实施例仿真电路模拟的非稳定性高阻接地故障的仿真录波，参见图4可知，本实施例基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路能够较好地实现对非稳定性高阻接地故障的模拟，从而为实现对非稳定高阻接地故障的仿真建模对于研究该类故障、为进一步优化线路保护装置动作性能提供了试验支撑。

此外，本实施例还提供一种前述基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路的应用方法，该方法的步骤包括：通过模拟的非周期性故障电阻1模拟从指定电阻值按照指定下降速率下降的非周期性故障电阻信号，并通过模拟的周期性故障电阻2模拟周期性故障电阻信号，将模拟的非周期性故障电阻信号、周期性故障电阻信号通过乘法逻辑3模拟非稳定性电阻信号，将非稳定性电阻信号通过滑动变阻器挂载到在RTDS平台中模拟的架空线路的指定相线路上布置有故障点以模拟非稳定性接地电阻，实现对非稳定性高阻接地故障过程的模拟。

综上所述，非稳定性高阻接地故障下，零序电压和零序电流等故障特征呈周期性忽大忽小、整体逐渐递增趋势，表明故障接地电阻为变阻，且阻值呈周期性忽小忽大、整体逐渐递减趋势。换言之，非稳定性接地故障下，接地电阻同时包含周期性成分和非周期性成分，且非周期性成分单调递减。基于此分析，本实施例中基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路及其应用方法在RTDS平台上分别模拟周期性故障电阻和非周期性故障电阻，然后通过乘法逻辑获得最终的非稳定性电阻。同时，RTDS平台接地故障模型只能模拟恒定阻值的接地故障，模拟变化阻值的高阻接地故障时需要用到滑动变阻器，滑动变阻器阻值可控，可将获得的非稳定性电阻直接幅加到滑动变阻器，模拟非稳定性接地故障。本实施例能够能准确模拟线路非稳定性高阻接地故障，为校验线路保护在非稳定性高阻接地故障下的动作特性提供有力支撑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，包括：在RTDS平台中模拟的架空线路，所述架空线路的指定相线路上布置有故障点，所述故障点挂载有滑动变阻器并通过滑动变阻器接地以模拟非稳定性接地电阻，所述滑动变阻器的滑动端连接一模拟的非稳定性电阻，所述非稳定性电阻为模拟的非周期性故障电阻（1）和模拟的周期性故障电阻（2）通过乘法逻辑（3）获得。

2.根据权利要求1所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述模拟的非周期性故障电阻（1）包括依次相连的第一选择器（11）、积分器（12）、加法器（13）以及第二选择器（14），所述第二选择器（14）的输出端与乘法逻辑相连，所述第一选择器（11）具有A、B两个输入信号和一个用于控制选择A、B两个输入信号之一输出的控制信号Ctrl，所述积分器（12）的参数为周期T，其输出每T秒增加一次，每次增幅为积分器（12）的输入值；所述加法器（13）的一路输入为积分器（12）的输出且运算符号为‘-’、另一路输入为固定值且运算符号为‘+’，所述加法器（13）的输出结果为各输入经运算符号运算后的代数和，所述第二选择器（14）具有A、B两个输入信号和一个用于控制选择A、B两个输入信号之一输出的控制信号Ctrl，所述第二选择器（14）的输入信号B为加法器（13）输出的代数和、另一路输入信号A为用于表示未发生接地故障时的滑动变阻值。

3.根据权利要求2所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述加法器（13）的运算符号为‘+’的输入固定值大于幅值限值的环节的上限值以使得加法器（13）的输出总是为正值。

4.根据权利要求2所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述模拟的周期性故障电阻还包括对积分器（12）的输出进行幅值限值的环节，且幅值限值的环节中配置有下限值和上限值。

5.根据权利要求2所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述幅值限值的环节中配置的下限值为0，上限值为300，所述加法器（13）运算符号为‘+’的一路输入为310，所述第一选择器（11）具有A、B两个输入信号中A=0.00001，B=5.0，所述第二选择器（14）的输入信号B为10000。

6.根据权利要求2所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述模拟的周期性故障电阻（2）包括正弦信号发生器（21）、绝对值运算器（22）、限幅器（23）、第一除法器（24）、比较器（25）、第三选择器（26）、第四选择器（27）和第二除法器（28），所述正弦信号发生器（21）的输出端与绝对值运算器（22）相连，所述绝对值运算器（22）包括两路相同的输出，其中一路输出依次经过限幅器（23）、第一除法器（24）后输出到第三选择器（26）的一个输入端，第三选择器（26）的另一个输入端为固定值，所述比较器（25）用于将正弦信号发生器（21）的输出的正弦信号绝对值和固定值1进行比较，当正弦信号大于或等于1时比较器（25）输出0；当正弦信号小于1时比较器（25）输出1，且比较器（25）的输出作为第三选择器（26）的控制信号，所述第三选择器（26）的输出端与第四选择器（27）的一路输入相连，所述第四选择器（27）的另一路输入为固定值，所述第四选择器（27）具有用于选择一路输入作为输出信号的控制信号Ctrl，所述第四选择器（27）的输出端与乘法逻辑相连，所述限幅器（23）的上限值为积分器（12）的输出、下限值为积分器（12）的输出通过第二除法器（28）除以指定的倍数得到。

7.根据权利要求6所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述正弦信号发生器（21）的幅值设为1.1，频率设为0.5。

8.根据权利要求6所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述第三选择器（26）的另一个输入端的固定值为1，所述第二除法器（28）除以指定的倍数具体是指除以1000倍。

9.根据权利要求6所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路，其特征在于，所述非稳定性高阻接地故障仿真电路还包括带有启动开关（41）的脉冲发生器（4），所述脉冲发生器（4）的输出端分别与第一选择器（11）、第二选择器（14）、第三选择器（26）的控制端相连。

10.一种权利要求1～9中任意一项所述的基于RTDS平台的非稳定性高阻接地故障仿真电路的应用方法，其特征在于，该方法的步骤包括：通过模拟的非周期性故障电阻（1）模拟从指定电阻值按照指定下降速率下降的非周期性故障电阻信号，并通过模拟的周期性故障电阻（2）模拟周期性故障电阻信号，将模拟的非周期性故障电阻信号、周期性故障电阻信号通过乘法逻辑（3）模拟非稳定性电阻信号，将非稳定性电阻信号通过滑动变阻器挂载到在RTDS平台中模拟的架空线路的指定相线路上布置有故障点以模拟非稳定性接地电阻，实现对非稳定性高阻接地故障过程的模拟。

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