CN111781852B - 数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法 - Google Patents

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Abstract

一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，数字模拟断路器接收外部控制指令，对外输出控制信号及状态信号。通过手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST模拟人工控制断路器状态，并产生合后信号HH；通过开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT和保护合闸指令PH模拟控制断路器的合闸、分闸状态，且不影响断路器的合后信号HH；通过位置状态指令S/N模拟控制断路器辅助触点的工况。数字模拟断路器设置有手动控制模块、保护控制模块和运行状态模块。本发明将断路器手动控制逻辑、偷跳逻辑、保护分合闸逻辑及状态信号进行了高度集成设计，还将断路器辅助触点工况模拟模块融合到数字模拟断路器中，集成化程度高，自动化率高。

Description

数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法
技术领域
本发明涉及电力装备自动化检测技术领域，特别是涉及一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法。
背景技术
在电力系统开发、测试、检测等过程中，常常需要采样电力系统实时仿真器进行工况条件模拟。采用电力系统实时仿真器进行电力测控装置的开发、调试过程中，难以进行多组交流电压、电流量序列的同步顺序控制。多通道交流信号状态序列同步顺序控制仿真建模成为行业中的难题。基于电力系统实时仿真器实现多组交流量状态序列的同步顺序控制，应用较为复杂。目前没有公开资料显示现有的技术方案能够有效解决本发明的技术问题。
因此，针对现有技术不足，提供一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，能够实现状态序列的精确控制，具有通用性强，可移植性高、检测效率高的特点。
本发明的目的通过以下技术措施实现。
提供一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，数字模拟断路器接收外部控制指令，对外输出控制信号及状态信号；
外部控制指令包括：手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST、开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT、保护合闸指令PH、位置状态指令S/N、合闸时间指令HS和跳闸时间指令TS；
对外输出控制信号为断路器跳合闸指令KZ；
对外输出状态信号为合后信号HH、跳闸位置信号TW和合闸位置信号HW。
具体的，通过手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST模拟人工控制断路器状态，并产生合后信号HH；
通过开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT和保护合闸指令PH模拟控制断路器的合闸、分闸状态，且不影响断路器的合后信号HH；
通过位置状态指令S/N模拟控制断路器辅助触点的工况；
通过合闸时间指令HS、跳闸时间指令TS模拟断路器接收到控制指令到断路器状态改变之间的时间延迟；
断路器跳合闸指令KZ输出断路器主触点的分闸、合闸状态，1代表合闸状态，0代表分闸状态；
跳闸位置信号TW和合闸位置信号HW模拟输出断路器辅助触点工况信号；
位置状态指令S/N为模拟器运行工况的选择输入，S/N有0、1、…、5六种状态，分别代表不同的运行状态；
当断路器主触点实际为合闸状态，S/N＝0，断路器辅助触点处于正常运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
当断路器主触点实际为闭闸状态，S/N＝0，断路器辅助触点处于正常运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
当断路器主触点实际为合闸状态，S/N＝1，断路器辅助触点处于反接运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
当断路器主触点实际为闭闸状态，S/N＝1，断路器辅助触点处于反接运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
S/N＝2，断路器辅助触点处于常开运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
S/N＝3，断路器辅助触点处于常闭运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
S/N＝4，断路器辅助触点处于无效状态，此时HW＝0，TW＝0；
S/N＝5，断路器辅助触点处于无效状态，此时HW＝1，TW＝1。
优选的，数字模拟断路器设置有手动控制模块、保护控制模块和运行状态模块；
手动控制模块接收手动合闸指令、手动跳闸指令，模拟人工控制断路器状态，产生合后信号；
保护控制模块接收开关偷跳指令、保护跳闸指令、保护合闸指令，模拟断路器的合闸、分闸状态，输出对断路器跳合闸控制信号；
运行状态模块接收位置状态指令，输出控制断路器辅助触点的跳闸位置信号和合闸位置信号。
优选的，手动控制模块设置有第一上升沿触发器、第一下降沿触发器、第二上升沿触发器、第二下降沿触发器和第一SR触发器；
手动合闸指令SH依次经过第一上升沿触发器、第一下降沿触发器后输入至第一SR触发器的R脚；
手动跳闸指令ST依次经过第二上升沿触发器、第二下降沿触发器后输入至第一SR触发器的S脚；
第一SR触发器的Q脚输出合后信号HH；
当手动合闸指令SH有上升沿跳变时，合后信号HH置1；当手动跳闸指令ST有上升沿跳变时，合后信号HH信号置0。
优选的，保护控制模块设置有第三上升沿触发器、第三下降沿触发器、第四上升沿触发器、第四下降沿触发器、第二SR触发器、第一或门和第二或门；
保护合闸指令PH、手动合闸指令SH均输入至第一或门的输入端，第一或门的输出端与合闸时间指令HS输入至第三上升沿触发器，第三上升沿触发器的信号经过第三下降沿触发器处理后进入第二SR触发器的R脚，第二SR触发器的Q脚输出断路器跳合闸指令KZ；
开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT、手动跳闸指令ST均输入至第二或门的输入端，第二或门的输出端、跳闸时间指令TS均连接至第四上升沿触发器，第四上升沿触发器的信号经过第四下降沿触发器处理后进入第二SR触发器的S脚。
优选的，运行状态模块设置有中间变量单元、第三或门、选择器、第一非门、第二非门、第四或门、第五或门、第一异或门和第二异或门；
状态指令S/N输入至中间变量单元，中间变量单元的A3输出端与第二SR触发器的Q脚均接入至第三或门的输入端，第三或门的输出端分别接入选择器的1脚、第一非门的输入端，第一非门的输出端连接选择器的2脚，中间变量单元的A2输出端连接选择器的3脚；
选择器的输出端、中间变量单元的A1输出端均接入第四或门的输入端；第四或门的输出端、中间变量单元的A0输出端均接入第一异或门的输入端，第一异或门的输出端输出合闸位置信号HW；
第二非门的输入端连接选择器的输出端，第二非门的输出端、中间变量单元的A1输出端均接入第五或门的输入端，第五或门的输出端、中间变量单元的A0输出端均接入第二异或门的输入端，第二异或门的输出端输出跳闸位置信号TW。
本发明的数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，将断路器手动控制逻辑、偷跳逻辑、保护分合闸逻辑及状态信号进行了高度集成设计，集成化程度高。还将断路器辅助触点工况模拟模块融合到数字模拟断路器中，集成设计方法可无缝嵌入装置的数字化自动测试软件中，进一步提高了自动化测试效率，自动化率高。本发明采用数字化仿真设计，可移植性强，成本低。
说明书附图
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一种数字模拟断路器的结构框图。
图2是本发明一种数字模拟断路器控制逻辑集成图。
图3是发明的模拟器逻辑真值表。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，数字模拟断路器的集成设计框图如图1所示。
数字模拟断路器接收外部控制指令，对外输出控制信号及状态信号。外部控制指令包括：手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST、开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT、保护合闸指令PH、位置状态指令S/N、合闸时间指令HS和跳闸时间指令TS。对外输出控制信号为断路器跳合闸指令KZ。对外输出状态信号为合后信号HH、跳闸位置信号TW和合闸位置信号HW。
通过手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST模拟人工控制断路器状态，并产生合后信号HH。通过开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT和保护合闸指令PH模拟控制断路器的合闸、分闸状态，且不影响断路器的合后信号HH。
通过位置状态指令S/N模拟控制断路器辅助触点的工况；通过合闸时间指令HS、跳闸时间指令TS模拟断路器接收到控制指令到断路器状态改变之间的时间延迟。
断路器跳合闸指令KZ输出断路器主触点的分闸、合闸状态，1代表合闸状态，0代表分闸状态。合闸时间、跳闸时间模拟断路器接收到控制指令到断路器状态改变之间的时间延迟。控制信号控制一次系统的断路器元件。
跳闸位置信号TW和合闸位置信号HW模拟输出断路器辅助触点的工况信号。位置状态指令S/N为模拟器运行工况的选择输入，S/N有0、1、…、5六种状态，分别代表不同的运行状态；
当断路器主触点实际为合闸状态，S/N＝0，断路器辅助触点处于正常运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
当断路器主触点实际为闭闸状态，S/N＝0，断路器辅助触点处于正常运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
当断路器主触点实际为合闸状态，S/N＝1，断路器辅助触点处于反接运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
当断路器主触点实际为闭闸状态，S/N＝1，断路器辅助触点处于反接运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
S/N＝2，断路器辅助触点处于常开运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
S/N＝3，断路器辅助触点处于常闭运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
S/N＝4，断路器辅助触点处于无效状态，此时HW＝0，TW＝0；
S/N＝5，断路器辅助触点处于无效状态，此时HW＝1，TW＝1。
数字模拟断路器设置有手动控制模块、保护控制模块和运行状态模块。手动控制模块接收手动合闸指令、手动跳闸指令，模拟人工控制断路器状态，产生合后信号。
保护控制模块接收开关偷跳指令、保护跳闸指令、保护合闸指令，模拟断路器的合闸、分闸状态，输出对断路器跳合闸控制信号。
运行状态模块接收位置状态指令，输出控制断路器辅助触点的跳闸位置信号和合闸位置信号。
断路器的合闸、跳闸控制主要有SR触发器实现，“HH”表示断路器合后位置信号，当手合指令(SH)有上升沿跳变时，“HH”信号置1；当手跳指令(ST)有上升沿跳变时，“HH”信号置0。手合信号(SH)和保护合闸信号(PH)均会置位控制信号(KZ)控制断路器元件合闸；手跳信号(ST)、保护跳闸信号(PT)和偷跳信号(TT)均会使控制信号(KZ)归零，跳开断路器元件。断路器的跳闸、合闸时间由合闸时间指令(HS)、跳闸时间指令(TS)控制。
具体的，如图2所示，手动控制模块设置有第一上升沿触发器、第一下降沿触发器、第二上升沿触发器、第二下降沿触发器和第一SR触发器。
手动合闸指令SH依次经过第一上升沿触发器、第一下降沿触发器后输入至第一SR触发器的R脚。
手动跳闸指令ST依次经过第二上升沿触发器、第二下降沿触发器后输入至第一SR触发器的S脚。
第一SR触发器的Q脚输出合后信号HH。
当手动合闸指令SH有上升沿跳变时，合后信号HH置1；当手动跳闸指令ST有上升沿跳变时，合后信号HH信号置0。
保护控制模块设置有第三上升沿触发器、第三下降沿触发器、第四上升沿触发器、第四下降沿触发器、第二SR触发器、第一或门和第二或门。
保护合闸指令PH、手动合闸指令SH均输入至第一或门的输入端，第一或门的输出端与合闸时间指令HS输入至第三上升沿触发器，第三上升沿触发器的信号经过第三下降沿触发器处理后进入第二SR触发器的R脚，第二SR触发器的Q脚输出断路器跳合闸指令KZ。
开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT、手动跳闸指令ST均输入至第二或门的输入端，第二或门的输出端、跳闸时间指令TS均连接至第四上升沿触发器，第四上升沿触发器的信号经过第四下降沿触发器处理后进入第二SR触发器的S脚。
运行状态模块设置有中间变量单元、第三或门、选择器、第一非门、第二非门、第四或门、第五或门、第一异或门和第二异或门。
状态指令S/N输入至中间变量单元，中间变量单元的A3输出端与第二SR触发器的Q脚均接入至第三或门的输入端，第三或门的输出端分别接入选择器的1脚、第一非门的输入端，第一非门的输出端连接选择器的2脚，中间变量单元的A2输出端连接选择器的3脚。
选择器的输出端、中间变量单元的A1输出端均接入第四或门的输入端；第四或门的输出端、中间变量单元的A0输出端均接入第一异或门的输入端，第一异或门的输出端输出合闸位置信号HW。
第二非门的输入端连接选择器的输出端，第二非门的输出端、中间变量单元的A1输出端均接入第五或门的输入端，第五或门的输出端、中间变量单元的A0输出端均接入第二异或门的输入端，第二异或门的输出端输出跳闸位置信号TW。
断路器辅助触点运行工况可以划分为正常状态和异常状态，异常状态可以分为反接状态、常开状态、常闭状态及无效状态，其中无效状态又分为00状态和11状态。断路器辅助触点异常状态的模拟，有利于考核继电保护装置的可靠性能。位置状态指令(S/N)不同数值表示辅助触点的工作状态，引用断路器真实位置状态，经图示的逻辑运算，便捷的模拟辅助触点的工作状态。图3所示为断路器辅助触点运行状态模拟逻辑的真值表，该表罗列了断路器主触点KZ在合闸、分闸状态下，S/N选择不同的工作状态时，HW、TW的输出值。表中“-”表示，该种工作模式下，该位为无效位。
本发明的断路器虚拟控制器对控制信号、合后信号、辅助触点多工况模拟进行了逻辑集成，可以灵活的配置、模拟断路器的工作状态，提高继电保护装置的开发、调试、检测效率。
本发明的数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，将断路器手动控制逻辑、偷跳逻辑、保护分合闸逻辑及状态信号进行了高度集成设计，集成化程度高。还将断路器辅助触点工况模拟模块融合到数字模拟断路器中，集成设计方法可无缝嵌入装置的数字化自动测试软件中，进一步提高了自动化测试效率，自动化率高。本发明采用数字化仿真设计，可移植性强，成本低。
本发明的技术成功应用于“2019年国家电网扩大内桥备自投装置”的集中检测试验中，该试验工程在许昌开普检测研究院股份有限公司开展工作，本发明的数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法产生了良好的效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，其特征在于：
数字模拟断路器接收外部控制指令，对外输出控制信号及状态信号；
外部控制指令包括：手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST、开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT、保护合闸指令PH、位置状态指令S/N、合闸时间指令HS和跳闸时间指令TS；
对外输出控制信号为断路器跳合闸指令KZ；
对外输出状态信号为合后信号HH、跳闸位置信号TW和合闸位置信号HW；
通过手动合闸指令SH、手动跳闸指令ST模拟人工控制断路器状态，并产生合后信号HH；
通过开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT和保护合闸指令PH模拟控制断路器的合闸、分闸状态，且不影响断路器的合后信号HH；
通过位置状态指令S/N模拟控制断路器辅助触点的工况；
通过合闸时间指令HS、跳闸时间指令TS模拟断路器接收到控制指令到断路器状态改变之间的时间延迟；
断路器跳合闸指令KZ输出断路器主触点的分闸、合闸状态，1代表合闸状态，0代表分闸状态；
跳闸位置信号TW和合闸位置信号HW模拟输出断路器辅助触点工况信号；
位置状态指令S/N为模拟器运行工况的选择输入，S/N有0、1、…、5六种状态，分别代表不同的运行状态；
当断路器主触点实际为合闸状态，S/N＝0，断路器辅助触点处于正常运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
当断路器主触点实际为闭闸状态，S/N＝0，断路器辅助触点处于正常运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
当断路器主触点实际为合闸状态，S/N＝1，断路器辅助触点处于反接运行工况，此时HW＝0，TW＝1；
当断路器主触点实际为闭闸状态，S/N＝1，断路器辅助触点处于反接运行工况，此时HW＝1，TW＝0；
S/N＝2，断路器辅助触点处于常开运行工况，此时HW＝0，TW＝1；；
S/N＝3，断路器辅助触点处于常闭运行工况，此时HW＝1，TW＝0；；
S/N＝4，断路器辅助触点处于无效状态，此时HW＝0，TW＝0；
S/N＝5，断路器辅助触点处于无效状态，此时HW＝1，TW＝1；
数字模拟断路器设置有手动控制模块、保护控制模块和运行状态模块；
手动控制模块接收手动合闸指令、手动跳闸指令，模拟人工控制断路器状态，产生合后信号；
保护控制模块接收开关偷跳指令、保护跳闸指令、保护合闸指令，模拟断路器的合闸、分闸状态，输出对断路器跳合闸控制信号；
运行状态模块接收位置状态指令，输出控制断路器辅助触点的跳闸位置信号和合闸位置信号；
手动控制模块设置有第一上升沿触发器、第一下降沿触发器、第二上升沿触发器、第二下降沿触发器和第一SR触发器；
手动合闸指令SH依次经过第一上升沿触发器、第一下降沿触发器后输入至第一SR触发器的R脚；
手动跳闸指令ST依次经过第二上升沿触发器、第二下降沿触发器后输入至第一SR触发器的S脚；
第一SR触发器的Q脚输出合后信号HH；
当手动合闸指令SH有上升沿跳变时，合后信号HH置1；当手动跳闸指令ST有上升沿跳变时，合后信号HH信号置0。
2.根据权利要求1所述的数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，其特征在于：
保护控制模块设置有第三上升沿触发器、第三下降沿触发器、第四上升沿触发器、第四下降沿触发器、第二SR触发器、第一或门和第二或门；
保护合闸指令PH、手动合闸指令SH均输入至第一或门的输入端，第一或门的输出端与合闸时间指令HS输入至第三上升沿触发器，第三上升沿触发器的信号经过第三下降沿触发器处理后进入第二SR触发器的R脚，第二SR触发器的Q脚输出断路器跳合闸指令KZ；
开关偷跳指令TT、保护跳闸指令PT、手动跳闸指令ST均输入至第二或门的输入端，第二或门的输出端、跳闸时间指令TS均连接至第四上升沿触发器，第四上升沿触发器的信号经过第四下降沿触发器处理后进入第二SR触发器的S脚。
3.根据权利要求2所述的数字模拟断路器控制逻辑与状态信号的集成建模方法，其特征在于：
运行状态模块设置有中间变量单元、第三或门、选择器、第一非门、第二非门、第四或门、第五或门、第一异或门和第二异或门；
状态指令S/N输入至中间变量单元，中间变量单元的A3输出端与第二SR触发器的Q脚均接入至第三或门的输入端，第三或门的输出端分别接入选择器的1脚、第一非门的输入端，第一非门的输出端连接选择器的2脚，中间变量单元的A2输出端连接选择器的3脚；
选择器的输出端、中间变量单元的A1输出端均接入第四或门的输入端；第四或门的输出端、中间变量单元的A0输出端均接入第一异或门的输入端，第一异或门的输出端输出合闸位置信号HW；
第二非门的输入端连接选择器的输出端，第二非门的输出端、中间变量单元的A1输出端均接入第五或门的输入端，第五或门的输出端、中间变量单元的A0输出端均接入第二异或门的输入端，第二异或门的输出端输出跳闸位置信号TW。
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