CN112578276A - 一种继电保护动态性能测试系统 - Google Patents

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姚谦
杨海超
张兴滨
李哲
赵梓邑
乔福喜
王增强
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Abstract

本发明涉及一种继电保护动态性能测试系统，包括具有故障回放功能的继电保护测试仪及安装有离线型电磁暂态分析系统的笔记本电脑：所述笔记本电脑与所述继电保护测试仪通过网口连接，所述继电保护测试仪与待测试的继电保护装置连接；所述离线型电磁暂态分析系统用于：搭建电力系统故障及动态调整仿真模型；基于搭建的电力系统故障及动态调整仿真模型进行仿真计算，并将计算结果保存为COMTRADE格式的数据文件，并将所述数据文件传输至所述继电保护测试仪；所述继电保护测试仪用于利用故障回放功能将得到的数据转换为模拟的电压和电流量，并输出至与之相连的继电保护装置，进行继电保护装置动态测试。本发明能够实现在现场实施继电保护装置动态性能检测。

Description

一种继电保护动态性能测试系统
技术领域
本发明属于继电保护动态性能测试领域，尤其涉及一种继电保护动态性能测试系统。
背景技术
大电网互联、以及大容量超高压直流输电的应用，使得电网的运行动态与故障特性日益复杂。同时，风力发电、光伏发电、储能设备等采用电力电子器件并网，电力系统呈现电力电子化趋势。继电保护运行工况日趋复杂，通过继电保护测试仪的传统方法校验继电保护定值过于简化，缺乏故障和动态扰动中对继电保护的测试分析手段。
目前，现有技术普遍采用数字实时仿真系统(例如RTDS)搭建继电保护动态性能测试平台。整套系统在基于实时数字仿真系统的同时，还包含了功率放大器、待测继电保护设备以及为保护设备提供电源的直流试验电源装置等。测试平台中的一次系统(含CT、PT模型)、故障控制子系统、断路器控制子系统以及I/O子系统在实时数字仿真系统中进行模拟；通过I/O子系统与功率放大器的配合，将继电保护装置所需的二次电压、电流信号输出到待测的保护设备。同时，当输出的二次量引起保护设备动作或告警时，设备发出的动作或告警信号也将通过数字仿真系统的I/O板卡返回到数字仿真系统。
在基于实时仿真系统的测试平台中，通过仿真实现电力系统的区内外金属性故障、发展性故障、区内外经过渡电阻短路等工况的模拟，也可以实现针对线路保护的系统振荡、功率倒向，以及针对变压器保护的励磁涌流、有载调压等系统典型试验的仿真。通过实时仿真系统的模拟量输出系统把实时的电压、电流信号输出到功率放大器，经放大的电流电压进入继电保护装置，就可以考验继电保护装置在典型故障及动态扰动中的性能。
实时仿真系统价格昂贵，普适性差。由于仿真系统体积庞大，不可能放到现场进行试验。此外，仿真系统的建模及操作都需要一定的专业知识。以上多种原因导致不能运用此种技术大规模在现场开展继电保护的动态性能检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本的继电保护动态性能测试系统，使之容易在现场实施继电保护装置动态性能检测，以保证继电保护设备正确动作乃至系统安全稳定运行。
本发明提供了一种继电保护动态性能测试系统，包括具有故障回放功能的继电保护测试仪及安装有离线型电磁暂态分析系统的笔记本电脑：
所述笔记本电脑与所述继电保护测试仪通过网口连接，所述继电保护测试仪与待测试的继电保护装置连接；
所述离线型电磁暂态分析系统用于：
搭建电力系统故障及动态调整仿真模型；
基于搭建的电力系统故障及动态调整仿真模型进行仿真计算，并将计算结果保存为COMTRADE格式的数据文件，并将所述数据文件传输至所述继电保护测试仪；
所述继电保护测试仪用于利用故障回放功能将得到的数据转换为模拟的电压和电流量，并输出至与之相连的继电保护装置，进行继电保护装置动态测试。
进一步地，所述离线型电磁暂态分析系统通过同步发电机模块、原动机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块搭建电气系统一次仿真模型。
进一步地，所述离线型电磁暂态分析系统通过通过比例单元、纯积分单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、逻辑单元、加法器、乘/除法器搭建励磁系统仿真模型及调速系统的控制仿真模型。
进一步地，所述离线型电磁暂态分析系统模拟实际系统中各种金属性故障、经不同过渡电阻短路以及发展性故障，设置不同的故障特性；所述故障特性包括故障类型、故障位置、故障注入角、故障时刻、故障持续时间、过渡电阻，以及各种转换性故障。
借由上述方案，通过继电保护动态性能测试系统，具有成本低的优势，能够实现在现场实施继电保护装置动态性能检测，保证继电保护设备正确动作乃至系统安全稳定运行。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1是本发明电气系统一次仿真模型示意图；
图2是本发明励磁系统仿真模型示意图；
图3是本发明调速系统的控制仿真模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例提供了一种继电保护动态性能测试系统，包括具有故障回放功能的继电保护测试仪及安装有离线型电磁暂态分析系统(例如PSCAD软件)的笔记本电脑：
笔记本电脑与所述继电保护测试仪通过网口连接，继电保护测试仪与待测试的继电保护装置连接；
离线型电磁暂态分析系统用于：
搭建电力系统故障及动态调整仿真模型；
基于搭建的电力系统故障及动态调整仿真模型进行仿真计算，并将计算结果保存为COMTRADE(Common Format for TranSient Data Exchange)格式的数据文件，并将所述数据文件传输至所述继电保护测试仪；
继电保护测试仪用于利用故障回放功能(可将故障录波器记录的标准格式(例如COMTRADE)的数据文件用于测试仪播放，实现故障重演，对继电保护设备进行测试)将得到的数据转换为模拟的电压和电流量，并输出至与之相连的继电保护装置，进行继电保护装置动态测试。
通过该继电保护动态性能测试系统，能够实现电力系统故障及动态调整工况下继电保护的动态性能检测，这些工况包括区内外金属性故障、发展性故障、区内外经过渡电阻短路，线路保护的系统振荡、功率倒向，以及变压器保护的励磁涌流、有载调压等工况，具有成本低的优势，能够实现在现场实施继电保护装置动态性能检测，保证继电保护设备正确动作乃至系统安全稳定运行。
下面对本发明作进一步详细说明。
选择带有故障回放功能的继电保护测试仪，例如博电新力PW366AE型继电保护测试仪，通过网口连接笔记本电脑，在笔记本电脑上安装电磁暂态分析软件，例如PSCAD。在PSCAD仿真软件中搭建电力系统故障及动态调整模型，通过以上组合即实现了一台继电保护动态性能测试仪。具体方案如下：
第一步，搭建电力系统故障及动态调整仿真模型。使用一台笔记本电脑，在其上安装有电磁暂态仿真软件，例如PSCAD/EMTDC。使用此软件提供的同步发电机模块、原动机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块等搭建电气系统一次仿真模型，如图1所示。
其中CB1、CB2、CB3、CB4、CB5为断路器模块，TC为电流互感器模块、TV为电压互感器模块、G为发电机模块、M为电动机模块、Z为阻抗负荷模块、VF为发电机转子电压、IFD为发电机转子电流、It为发电机定子电流、Vt为发电机机端电压。
使用此软件提供的基本控制计算元件，例如比例单元、纯积分单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、逻辑单元、加法器、乘/除法器等搭建励磁系统仿真模型，如图2所示。其中UT为发电机机端电压、UTSetpoint为机端电压设定值、IT为电流测量信号(无功输入信号QT、有功输入信号PT，转速偏差信号Δω由电压UT和电流IT计算得出)，TR为测量环节时间常数，KIR为无功补偿系统、KIA为有功补偿系数，UEL为低励限制器，OEL为过励限制器，HVgate为高通竞比门，LVgate为低通竞比门，PSS2A为2A型电力系统稳定器，TC1为第一级超前校正时间常数，TB1为第一级滞后校正时间常数，TC2为第二级超前校正时间常数，TB2为第二级滞后校正时间常数，KR为比例增益系数，Ts为可控硅触发环节延时时间常数，其输出转子电压Uf接到发电机模块的转子端。
使用此软件提供的基本控制计算元件，例如比例单元、纯积分单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、逻辑单元、加法器、乘/除法器等搭建调速系统的控制仿真模型，如图3所示。其中Pref为有功功率设定值、ω为转速测量信号，G1为第一级增益设为1，G2为第二级增益设为1，G3为第三级增益设为1，T1为第一级滞后时间常数，T2为第二级超前时间常数，T3为第三级滞后时间常数，TCO为低压缸热容时间常数，TRH为中压缸热容时间常数，TCH为高压缸热容时间常数，FLP为低压缸功率系数，FIP为中压缸功率系数，FHP为高压缸功率系数，FLP、FIP和FHP之和应为1，s为拉氏算子，PM为机械有功功率，其输出机械转矩TM接到发电机模块的转子端。
为了模拟与实际系统相似的故障情况，需要在电网一次系统模型对应的节点加入相应的故障信号，以测试保护在故障情况下的动作响应特性。在图1中的CB2和CB3中的线路上设置故障点，故障点为高电平触发，由故障控制系统通过逻辑控制。该故障控制系统可模拟实际系统中各种金属性故障、经不同过渡电阻短路以及发展性故障，可设置以下不同的故障特性：故障类型、故障位置、故障注入角、故障时刻、故障持续时间、过渡电阻，以及各种转换性故障。
直至搭建完成搭建电力系统故障及动态调整仿真模型。
第二步，获得故障仿真数据。使用第一步搭建的电力系统故障及动态调整仿真模型进行仿真计算，并将计算结果保存为COMTRADE格式的数据文件。
第三步，进行继电保护装置动态测试。通过继电保护测试仪的故障回放功能，将第二步得到的数据转化为模拟的电压和电流量，并输出到相连的继电保护装置，观察其在故障暂态过程中动作行为是否正确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种继电保护动态性能测试系统，其特征在于，包括具有故障回放功能的继电保护测试仪及安装有离线型电磁暂态分析系统的笔记本电脑：
所述笔记本电脑与所述继电保护测试仪通过网口连接，所述继电保护测试仪与待测试的继电保护装置连接；
所述离线型电磁暂态分析系统用于：
搭建电力系统故障及动态调整仿真模型；
基于搭建的电力系统故障及动态调整仿真模型进行仿真计算，并将计算结果保存为COMTRADE格式的数据文件，并将所述数据文件传输至所述继电保护测试仪；
所述继电保护测试仪用于利用故障回放功能将得到的数据转换为模拟的电压和电流量，并输出至与之相连的继电保护装置，进行继电保护装置动态测试。
2.根据利要求1所述的继电保护动态性能测试系统，其特征在于，所述离线型电磁暂态分析系统通过同步发电机模块、原动机模块、变压器模块、断路器模块、电压互感器模块、电流互感器模块、线路模块、负荷模块搭建电气系统一次仿真模型。
3.根据利要求2所述的继电保护动态性能测试系统，其特征在于，所述离线型电磁暂态分析系统通过通过比例单元、纯积分单元、一阶滞后单元、超前滞后单元、逻辑单元、加法器、乘/除法器搭建励磁系统仿真模型及调速系统的控制仿真模型。
4.根据权利要求3所述的继电保护动态性能测试系统，其特征在于，所述离线型电磁暂态分析系统模拟实际系统中各种金属性故障、经不同过渡电阻短路以及发展性故障，设置不同的故障特性；所述故障特性包括故障类型、故障位置、故障注入角、故障时刻、故障持续时间、过渡电阻，以及各种转换性故障。
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