CN113702831A - 一种电力设备保护装置测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电力设备保护装置测试系统及测试方法，本申请基于闭环实时仿真的方式，将电力设备保护装置接入RTDS仿真器，通过在RTDS中构建内部裂相定子绕组的模型可以完整的测试发电机内部定子绕组和转子绕组单点接地、定子绕组相间和匝间故障，发电机机端故障、变压器低压/高压侧和匝间故障、励磁变低压侧高压侧故障，可实现更丰富的发变组故障模拟测试，相比动模试验试验的成本更低效率更高，解决了现有的电力设备保护装置测试技术存在的发电机内部故障及发变组内部故障难以模拟的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及电力设备保护测试技术领域，尤其涉及一种电力设备保护装置测试方法及测试方法。
背景技术
近年来，随着社会经济的飞速发展，民众日常生活对电力的需求和依赖程度越来越高。使得对电网安全性和稳定性要求进一步提高，在这种用电环境下，对电网中的保护装置性能也的要求越来越高，并需要对其功能进行检测。
发变组保护而言，因早期因数字仿真对发电机内部故障暂态过程精确模拟技术还不成熟，动模试验成为发电机保护暂态测试的首选方案。但是发电机保护动模试验受制约因素较多，发电机内部故障，发变组及主变压器的匝间故障难以模拟，同时设备昂贵、投资大、结构复杂、建设周期长、不易于进行发电机内部各种复杂故障的测试。
发明内容
本申请提供了一种电力设备保护装置测试系统及测试方法，用于解决现有的电力设备保护装置测试技术发电机内部各种复杂故障测试的技术问题。
本申请第一方面提供了一种电力设备保护装置测试系统，包括：实时数字仿真器、设备保护装置和测试结果判定单元；
所述实时数字仿真器中搭载有发变组仿真模型，用于根据所述发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号；
其中，所述发变组仿真模型中的发电机仿真子模型为基于rtds_PDSM_FLT_V4模型构建的，具有定子绕组裂相结构的发电机模型；
所述设备保护装置用于根据接收到的所述仿真电气量信号，结合电气量状态与保护动作触发条件的匹配关系，确定目标保护动作指令，并将所述目标保护动作指令反馈至所述实时数字仿真器，使得所述发变组仿真模型中的保护元件按照所述目标保护动作指令执行相应的动作；
所述测试结果判定单元用于根据所述保护元件响应了所述目标保护动作指令后的实际状态与标准状态的比较结果，确定所述设备保护装置的测试结果。
优选地，所述发电机仿真子模型的三相回路中的每一相均设置有两条并联的子回路，每条回路上均设置有两个绕组，所述两组绕组之间为断路结构，且所述断路结构的两侧均设置有端口节点。
优选地，所述发电机仿真子模型的三相回路中的每一相均设置有两条并联的子回路，每条回路上均设置有三个绕组；
其中，A相的第一子回路上设置有两个连接节点，所述两个连接节点分别设置在所述三个绕组之间。
优选地，所述发变组仿真模型中的励磁控制仿真子模型具体包括：励磁变回路、整流桥回路、励磁起励回路以及撬棒保护回路；
所述励磁变回路与所述整流桥回路相连；
所述整流桥回路、所述励磁起励回路以及所述撬棒保护回路共同构成励磁绕组回路，且所述励磁绕组回路中设置有灭磁开关。
优选地，所述设备保护装置具体包括：发电机保护装置和变压器保护装置。
优选地，所述系统还包括：功率放大器，用于对所述实时数字仿真器输出的所述仿真电气量信号进行放大处理。
优选地，所述保护元件具体包括：灭磁开关、发电机端断路开关以及主变高压侧断路开关。
优选地，所述故障仿真配置信息包括：发电机相间/两相断路接地故障仿真配置信息、发电机定子绕组匝间故障仿真配置信息、发电机定子单相故障仿真配置信息、励磁变高压侧单相故障仿真配置信息、励磁变压器相间/两相短路接地故障仿真配置信息以及变压器区内三相/单相/两相/相间/匝间故障仿真配置信息。
本申请第二方面提供了一种电力设备保护装置测试方法，应用于如本申请第一方面提供的电力设备保护装置测试系统，包括：
实时数字仿真器根据如本申请第一方面提及的发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号；
设备保护装置根据接收到的所述仿真电气量信号，结合电气量信号与保护动作触发条件的匹配关系，确定目标保护动作指令，并将所述目标保护动作指令反馈至所述实时数字仿真器，使得所述发变组仿真模型中的保护元件按照所述目标保护动作指令执行相应的动作；
测试结果判定单元根据所述保护元件响应了所述目标保护动作指令后的实际状态与标准状态的比较结果，确定所述设备保护装置的测试结果。
优选地，所述实时数字仿真器根据所述发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号之后，所述设备保护装置根据接收到所述仿真电气量信号之前还包括：
功率放大器对所述实时数字仿真器输出的所述仿真电气量信号进行放大处理。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请基于闭环实时仿真的方式，将电力设备保护装置接入RTDS仿真器，通过在RTDS中构建内部裂相定子绕组的模型可以完整的测试发电机内部定子绕组和转子绕组单点接地、定子绕组相间和匝间故障，发电机机端故障、变压器低压/高压侧和匝间故障、励磁变低压侧高压侧故障，可实现更丰富的发变组故障模拟测试，相比动模试验试验的成本更低效率更高，解决了现有的电力设备保护装置测试技术存在的发电机内部故障及发变组内部故障难以模拟的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统的整体框架图。
图2为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统的具体电路结构示意图。
图3为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统中针对发电机保护测试的故障设置示意图。
图4为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统中针对发电机+变压器保护测试的故障设置示意图。
图5为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统中发电机仿真子模型的一个实施例的结构示意图。
图6为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟定子单相接地故障时的电路示意图。
图7为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟定子相间故障的电路示意图。
图8为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟定子三相接地故障的电路示意图。
图9为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟裂相绕组的同相同一分支的匝间故障的电路示意图。
图10为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟裂相绕组的同相不同一分支的匝间故障的电路示意图。
图11为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟转子绕组接地故障的匝间故障的电路示意图。
图12为基于图5所示的发电机仿真子模型模拟发电机匝间故障时实现的横差保护的电路示意图。
图13为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统中发电机仿真子模型的另一个实施例的结构示意图。
图14为本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统中励磁控制仿真子模型的一个实施例的结构示意图。
图15为本申请提供的一种电力设备保护装置测试方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电力设备保护装置测试系统及测试方法，用于解决现有的电力设备保护装置测试技术发电机内部各种复杂故障测试的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，实时数字仿真器RTDS(简称RTDS系统)作为先进的仿真工作，具有建模周期短、灵活性强、数字稳定性等诸多优点，用于一般保护装置性能测试，如高压线路保护装置的试验研究、高压直流控制保护系统的测试、事故分析和反事故措施研究。RTDS由于其可以比较真实的模拟电力系统故障暂态过程，并且同时提供多个电气量输出点，满足继电保护测试要求。非常适用于像发电机保护这种保护设计复杂、多电气量采集、多辅助判据采集、多控制信号输出的保护装置测试。
请参阅图1至图7，本申请第一个实施例提供了一种电力设备保护装置测试系统，包括：实时数字仿真器、设备保护装置和测试结果判定单元；
实时数字仿真器中搭载有发变组仿真模型，用于根据发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号；
其中，发变组仿真模型中的发电机仿真子模型为基于rtds_PDSM_FLT_V4模型构建的，具有定子绕组裂相结构的发电机模型；
设备保护装置用于根据接收到的仿真电气量信号，结合电气量状态与保护动作触发条件的匹配关系，确定目标保护动作指令，并将目标保护动作指令反馈至实时数字仿真器，使得发变组仿真模型中的保护元件按照目标保护动作指令执行相应的动作；
测试结果判定单元用于根据保护元件响应了目标保护动作指令后的实际状态与标准状态的比较结果，确定设备保护装置的测试结果。
更具体地，设备保护装置具体包括：发电机保护装置和变压器保护装置。
如图1所示，电力设备保护装置测试系统的基本框架包括：实时数字仿真器和设备保护装置，实时数字仿真器和设备保护装置的数据传输可以通过高速数字量输入板卡GTDI和高速数字量输入板卡GTDO或高速模拟量输出板卡GTAO实现，此外，如果实时数字仿真器的数据是以模拟量形式输出的，测试系统还可以进一步包括：功率放大器，用于对实时数字仿真器输出的仿真电气量信号进行放大处理。
如图2所示，实时数字仿真器中模拟了发电机模型、励磁变压器模型、励磁回路整流器模型，灭磁回路模型，励磁调节器，中性点接地变压器支路，发电机出口断路器，升压变压器，升压变压器高压侧断路器，升压变压器高压侧出线以及外部等值网络。其中发电机模型采用了含有发电机定子绕组裂相的模型，其中的保护元件具体包括：灭磁开关、发电机端断路开关以及主变高压侧断路开关，具体整体模型电路结构如图2所示。除了设备保护装置外，其余所有的图中设备均在实时数字仿真器中模拟。
如图2所示，图中的发电机保护装置采集的模拟量优选包括发电机机端电压、发电机机端电流、发电机中性点分支1电流，发电机分支2电流，发电机横差电流，发电机中性点电压，励磁变高压侧电流、励磁变低压侧电流、发电机主变压器低压侧电流，发电机主变压器高压侧电流。
发电机保护装置将采集的模拟量通过保护装置内部计算后得出的保护是否动作的数字量信号，通过GTDI板卡传送给实时数字仿真器，用于控制发电机系统的各断路器开断。
发电机保护装置通过GTDI板卡所传送的数字量信号包括机端断路器跳闸信号、励磁系统灭磁信号、变压器高压侧出口跳闸信号。
同理，图中的变压器保护装置采集的模拟量优选包括发电机机端电压、主变压器高压侧电压、主变压器低压侧电流、主变压器高压侧电流。
变压器保护装置将采集的模拟量通过保护装置内部计算后得出的保护是否动作的数字量信号，通过GTDI板卡传送给实时数字仿真器，用于控制发电机系统的各断路器开断。
变压器保护装置通过GTDI板卡所传送的数字量信号包括机端断路器跳闸信号、励磁系统灭磁信号、主变压器高压侧出口跳闸信号。
实时数字仿真器通过GTDO板块将发电机出口断路器的状态信号传送给变压器保护装置，用于作为变压器保护逻辑的辅助触点判据。
实时数字仿真器通过GTDO板块将发电机出口断路器的状态信号传送给发电机保护装置，用于作为发电机保护逻辑的辅助触点判据。
更具体地，发电机仿真子模型的三相回路中的每一相均设置有两条并联的子回路，每条回路上均设置有两个绕组，两组绕组之间为断路结构，且断路结构的两侧均设置有端口节点。
为了能够仿真模拟发电机定子绕组和转子绕组内部故障，发电机模型选择了在RTDS中采用“Phase-domain Synchronous Machine”新一代的rtds_PDSM_FLT_V4模型。RTDS环境中该模型采用了“embedded phase domain approach”方法，其发电机电感参数随转子位置和饱和水平时变，并且网络方程的计算嵌入至发电机微分方程求解过程中。与传统方法相比，该方法采用“DQ-Based Method”方法计算发电机电感矩阵，其显示了优越的数值性能，有能力仿真同步发电机内部故障。同时在rtds_PDSM_FLT_V4模型中定子回路做的裂相设计可以实现发电机定子同相绕组匝间、不同相绕组相间、匝间故障模拟；同时定子回路做了断线设计，可以实现定子断线故障模拟；转子回路断开设计可以实现转子回路的一点、两点接地以及断线故障模拟，具体结构如图5所示。
发电机模型的A相裂相成AP1S1，AP2S1，同时形成断口AP1J，AP2J；两个断开点可以做故障模拟接入点，可进行定子接地故障的仿真。
在一些实施例中，发电机仿真子模型的三相回路中的每一相均设置有两条并联的子回路，每条回路上均设置有三个绕组；其中，A相的第一子回路上设置有两个连接节点，两个连接节点分别设置在三个绕组之间。
如图6至图12所示，发电机内部A、B、C三相定子，分别裂相，A相绕组由成AP1S1和AP1S2两裂相绕组构成，B相绕组由BP1S1和BP1S2两裂相绕组构成，C相绕组由CP1S1和CP1S2两裂相绕组构成，共六个分支。每个分支中间断口断开后，由图中R1-R6的电阻连接。正常情况下电阻值很小，可以忽略，可以构成完成的定子绕组回路的正常连接，设置故障时，可以将绕组设置为一个比较大的值模拟定子绕组开路故障；同理，电阻R7设置很小的值可以实现转子绕组正常连接，若将R7设置为一个较大值，则可以模拟转子绕组断线。
在电阻R1-R6的电阻两侧的连接线上，可以设置短路故障点，实现单相故障、三相故障、两相接地故障、相间故障。电阻R7两侧连接线上可以设置故障，实现转子绕组接地。
发电机的机端电压，每个分支上的电流，转子电流都可以直接测量测量，满足发电机内部故障是保护装置的测量需求：
1)发电机内的接地故障(单相接地，三相接地故障)或断线故障可以通过检测发电机的机端电压(机端零序电压，机端三次谐波电压)，进行发电机定子接地保护判断。
2)发电机内部的绕组相间故障可以通过检测定子绕组中的电流差，进行发电机差动保护判断。
3)发电机的匝间故障可以通过裂相后的中性点1和中性点2的电流互感器测量，进行差值比较进行发电机横差保护计算。
4)可以通过检测转子电流，进行转子过流保护判断、转子过负荷判断。
如图13所示，发电机模型rtds_PDSM_FLT_V4通过内部设置可以实现的另一种不同故障的结构的模拟，AJ1，AJ2端口设置可以实现任意位置定子接地短路和匝间短路，同时也可以其中一个端点与机端短接构成匝间短路。中性点N也是RTDS中可用的节点，可连接至阻抗和变压器等电力系统元件。中性点N与地之间接有变压器，变压器二次侧装有电阻，电阻限制接地故障电流，变压器二次电压可用于识别定子接地故障。在rtds_PDSM_FLT_V4模型中实现了定子绕组裂相，可以在发电机内部发生相间和匝间故障的情况采用横差原理判断内部故障。
在图5和图6中，F+和F-为转子回路的正负极，W为发电机转速，TM为机械转矩、M1为发电机转子。
更具体地，发变组仿真模型中的励磁控制仿真子模型具体包括：励磁变回路、整流桥回路、励磁起励回路以及撬棒保护回路；
励磁变回路与整流桥回路相连；
整流桥回路、励磁起励回路以及撬棒保护回路共同构成励磁绕组回路，且励磁绕组回路中设置有灭磁开关。
如图7所示，RTDS中搭建了励磁变模型和整流桥模型，并在励磁绕组回路中增设灭磁开关、起励电源、灭磁电阻，同时将自动电压调节器AVR控制部分也可以搭建到励磁系统模型中，不需要外接励磁调节器。
在RTDS中选用“六脉动高压直流换流阀”模块搭建励磁变模型和整流桥模型。在RTDS中搭建的励磁调节器AVR模型，将其输出的控制电压Uc经过反余弦变化形成触发角VFPU，并以此触发角与同步电压通过脉冲生成模块产生6相触发脉冲信号控制整流桥模型。发电机转子回路、转子能量消耗电路与整流桥模型相连，如灭磁开光装设在整流桥出口，通过选择灭磁开关的分合可方便控制发电机保护动作后跳灭磁开关的过程。如图7所示，图中EXCITER Bridge是整流桥模型，Crowbar circuit是撬棒保护回路模型，Field Flashcircuit为起励回路模型。BRK1和BRK2模拟灭磁开关。
在RTDS中的励磁控制系统，包含励磁变模型、整流桥模型和转子灭磁回路模型，励磁系统起励模型，励磁绕组回路模型，并在励磁绕组回路中增设灭磁开关、撬棒电路模型等，如图14所示。图中，F+和F-为转子回路的正负极，BRK1、BRK2为灭磁开关，灭磁回路中的撬棒电路中含有IGBT器件，通过外部控制信号导通后实现能量消耗，当灭磁开关分开后，撬棒电路投入为转子释放能量。
更具体地，故障仿真配置信息包括：发电机相间/两相断路接地故障仿真配置信息、发电机定子绕组匝间故障仿真配置信息、发电机定子单相故障仿真配置信息、励磁变高压侧单相故障仿真配置信息、励磁变压器相间/两相短路接地故障仿真配置信息以及变压器区内三相/单相/两相/相间/匝间故障仿真配置信息。
如图3所示，在RTDS中搭建单机无穷大系统作为发电机保护测试系统，RTDS建立的发电机组和无穷大电源模型。在仿真系统中设置了K1～K5五个短路点，可用于根据试验需要模拟发电机内部、发电机机端、励磁变高压侧、励磁变低压侧等位置的故障；
在图3的基础上，如图4所示，在RTDS建立的发电机组和无穷大电源模型中还可以包括K5～K8四个短路点，可以用于根据需要模拟变压器保护区内的变压器高压侧、变压器低压侧、变压器内部、以及变压器作为远后备保护的线路出口侧故障。
图中，外部等值网络的容量及内阻可根据不通的电网等值情况选择，可以模拟任意外部等值系统。其中，F+和F-为转子回路的正负极，G1为发电机模型，G2为外部等值网络模型。PT1-PT3为发电机保护测试系统的电压互感器，用于采集发电机中性点电压、机端电压电压，变压器高压侧电压。CT1-CT7为发电机保护测试系统的电流互感器，分别采集发电机中性点1电流，发电机中性点2电流，发电机横差电流，发电机机端电流，变压器高压侧电流，励磁变高压侧电流，励磁变低压侧电流。CB1为发电机出口断路器，CB2为主变高压侧断路器，CB3励磁回路灭磁开关。
基于上面提供的本申请故障布置方式，本申请进一步提供的保护数据采集和保护判别方式具体可包括以下内容：
1)通过将发电机出口CT5、发电机中性点电流CT1，CT2电流采集RTDS实时仿真器模拟的发电机机端电流和中性点1电流中性点2电流，做差计算后可以判断是否满足发电机差动保护判据，发电机相间、两相短路接地故障情况下可以正确动作。
2)通过采集RTDS实时仿真模拟的发电机CT1的中性点电流1，CT2的中性点电流2，进行做差计算，可以计算发电机横差电流，在发电机定子发生绕组匝间故障可以正确动作。
3)通过采集RTDS实时仿真模拟的发电机PT1中性点电压或PT2机端电压，通过判断中性点零序电压或将机端三相电压相加后可以得出机端零序电压是否满足保护动作条件，在发电机定子、励磁变高压侧发生单相故障可以正确动作。
4)通过采集RTDS实时仿真器模拟的励磁变高压侧电流和励磁变低压侧电流，通过做差计算，可以判断出是否满足励磁变差动保护判据，在励磁变压器发生相间短路、两相短路接地的情况下可以正确动作。
5)通过采集RTDS实时仿真器模拟的主变压器高压侧电流CT6和低压侧电流CT4，高压侧电压PT3、低压侧电压PT2，通过计算可以判断变压器保护是否满足差动、过流、阻抗等保护判据，在变压器保护区内发生三相、单相、两相、相间、匝间故障时，保护可以正确动作。
基于上述的电力设备保护装置测试系统，在仿真模拟阶段，电力设备保护装置测试系统可以根据某电厂289MW发电机组的发电机以及变压器的CT、PT参数设定接口变比。RTDS将仿真的一次电压电流通过与现场一致的CT和PT变比转为二次电压电流后，输出给发变组保护装置。转换过程通过RTDS的接口板卡变比与功率放大器的变比共同设置模拟现场CT和PT的变比。
实时数字仿真器的模拟量输入输出接口：共采用了7路交流电压输出和12路交流电流输出。其接口的具体定义、变比如表1所示：
表1
实时数字仿真器的开关量输入输出接口：采用了3个开关量输入，以及1个开关量输出。其接口的具体定义、变比以及连接情况如表2所示。
表2
通过上RTDS实时仿真器模型建模，接口定义，设备连接，构成了发电机变压器组保护装置的测试系统，除了可以完成(1)发电机差动保护；(2)发电机不完全差动保护，(3)发电机裂相横差保护；(4)发电机匝间保护；(5)发电机相间后备保护；(6)发电机定子过负荷保护；(7)发电机失磁保护；(8)发电机失步保护；(9)发电机电压异常保护；(10)发电机过励磁保护；(11)发电机功率保护；(12)发电机频率保护；(13)启停机保护；(14)误上电保护；(15)励磁差动保护；(16)励磁过流保护；(17)励磁过负荷保护外，还可以完成主变压器的(1)主变差动保护、(2)主变阻抗保护、(3)主变匝间保护、(4)主变低压侧接地保护、(5)主变零序过流保护，(6)主变方向过流保护、(7)主变过负荷保护、(8)主变过激磁保护。
本申请选择闭环实时仿真方法将发电机和变压器保护装置接入实时仿真器，采用了发电机内部裂相定子绕组的模型，以及发电机励磁变模型可以完整的测试发电机内部单点接地、相间和匝间故障，发电机机端故障、变压器低压/高压侧和匝间故障、励磁变低压侧高压侧故障，相比动模试验试验的成本更低效率更高，且有效解决了发电机内部故障测试困难难以模拟的问题。
以上内容为关于本申请提供的一种电力设备保护装置测试系统的一个实施例的详细说明，下面是关于本申请提供的一种电力设备保护装置测试方法的一个实施例的详细说明。
请参阅图15，本申请第二个实施例提供了一种电力设备保护装置测试方法，应用于如本申请第一个实施例提供的电力设备保护装置测试系统，包括：
S1、实时数字仿真器根据发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号。
其中，本实施例中发变组仿真模型与本申请第一个实施例中的发变组仿真模型相同。
S2、设备保护装置根据接收到的仿真电气量信号，结合电气量信号与保护动作触发条件的匹配关系，确定目标保护动作指令，并将目标保护动作指令反馈至实时数字仿真器，使得发变组仿真模型中的保护元件按照目标保护动作指令执行相应的动作。
S3、测试结果判定单元根据保护元件响应了目标保护动作指令后的实际状态与标准状态的比较结果，确定设备保护装置的测试结果。
进一步地，实时数字仿真器根据发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号之后，设备保护装置根据接收到仿真电气量信号之前还包括：
S0、功率放大器对实时数字仿真器输出的仿真电气量信号进行放大处理。
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 (10)
1.一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，包括：实时数字仿真器、设备保护装置和测试结果判定单元；
所述实时数字仿真器中搭载有发变组仿真模型，用于根据所述发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号；
其中，所述发变组仿真模型中的发电机仿真子模型为基于rtds_PDSM_FLT_V4模型构建的，具有定子绕组裂相结构的发电机模型；
所述设备保护装置用于根据接收到的所述仿真电气量信号，结合电气量状态与保护动作触发条件的匹配关系，确定目标保护动作指令，并将所述目标保护动作指令反馈至所述实时数字仿真器，使得所述发变组仿真模型中的保护元件按照所述目标保护动作指令执行相应的动作；
所述测试结果判定单元用于根据所述保护元件响应了所述目标保护动作指令后的实际状态与标准状态的比较结果，确定所述设备保护装置的测试结果。
2.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述发电机仿真子模型的三相回路中的每一相均设置有两条并联的子回路，每条回路上均设置有两个绕组，所述两组绕组之间为断路结构，且所述断路结构的两侧均设置有端口节点。
3.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述发电机仿真子模型的三相回路中的每一相均设置有两条并联的子回路，每条回路上均设置有三个绕组；
其中，A相的第一子回路上设置有两个连接节点，所述两个连接节点分别设置在所述三个绕组之间。
4.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述发变组仿真模型中的励磁控制仿真子模型具体包括：励磁变回路、整流桥回路、励磁起励回路以及撬棒保护回路；
所述励磁变回路与所述整流桥回路相连；
所述整流桥回路、所述励磁起励回路以及所述撬棒保护回路共同构成励磁绕组回路，且所述励磁绕组回路中设置有灭磁开关。
5.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述设备保护装置具体包括：发电机保护装置和变压器保护装置。
6.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述系统还包括：功率放大器，用于对所述实时数字仿真器输出的所述仿真电气量信号进行放大处理。
7.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述保护元件具体包括：灭磁开关、发电机端断路开关以及主变高压侧断路开关。
8.根据权利要求1所述的一种电力设备保护装置测试系统，其特征在于，所述故障仿真配置信息包括：发电机相间/两相断路接地故障仿真配置信息、发电机定子绕组匝间故障仿真配置信息、发电机定子单相故障仿真配置信息、励磁变高压侧单相故障仿真配置信息、励磁变压器相间/两相短路接地故障仿真配置信息以及变压器区内三相/单相/两相/相间/匝间故障仿真配置信息。
9.一种电力设备保护装置测试方法，应用于如权利要求1至8任意一项所述的电力设备保护装置测试系统，其特征在于，包括：
实时数字仿真器根据搭载的发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号；
设备保护装置根据接收到的所述仿真电气量信号，结合电气量信号与保护动作触发条件的匹配关系，确定目标保护动作指令，并将所述目标保护动作指令反馈至所述实时数字仿真器，使得所述发变组仿真模型中的保护元件按照所述目标保护动作指令执行相应的动作；
测试结果判定单元根据所述保护元件响应了所述目标保护动作指令后的实际状态与标准状态的比较结果，确定所述设备保护装置的测试结果。
10.根据权利要求9所述的一种电力设备保护装置测试方法，其特征在于，所述实时数字仿真器根据所述发变组仿真模型，结合预设的故障仿真配置信息进行仿真模拟，得到仿真电气量信号之后，所述设备保护装置根据接收到所述仿真电气量信号之前还包括：
功率放大器对所述实时数字仿真器输出的所述仿真电气量信号进行放大处理。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114520493A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-20 | 南京智汇电力技术有限公司 | 一种配网串供线路自适应不完全差动保护方法 |
| CN117039891A (zh) * | 2023-10-08 | 2023-11-10 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 基于余弦相似度的风电机组Crowbar动作辨识方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1595752A (zh) * | 2004-06-18 | 2005-03-16 | 清华大学 | 大型发电机定子绕组内部故障主保护配置优选方法 |
| CN1665093A (zh) * | 2005-03-18 | 2005-09-07 | 清华大学 | 大型汽轮发电机中性点引出方式及保护配置方法 |
| CN101216535A (zh) * | 2008-01-09 | 2008-07-09 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 发电机注入式定子接地保护组合式模拟试验屏及试验方法 |
| CN101719657A (zh) * | 2009-12-24 | 2010-06-02 | 中国电力科学研究院 | 一种发电机内部故障模拟系统及其方法 |
| RU2525165C1 (ru) * | 2013-02-26 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Способ диагностирования технического состояния высоковольтного трансформатора напряжения в сети генераторного напряжения электростанции |
| CN103984822A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-13 | 国家电网公司 | 一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法 |
| CN205846991U (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-28 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种基于光学电流互感器的发电机组继电保护系统 |
| CN108008641A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-08 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 发电机变压器组保护装置性能检测系统及方法 |
| CN109217251A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-15 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种大型空冷调相机主保护配置电路及配置方法 |
-
2021
- 2021-09-24 CN CN202111122900.XA patent/CN113702831A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1595752A (zh) * | 2004-06-18 | 2005-03-16 | 清华大学 | 大型发电机定子绕组内部故障主保护配置优选方法 |
| CN1665093A (zh) * | 2005-03-18 | 2005-09-07 | 清华大学 | 大型汽轮发电机中性点引出方式及保护配置方法 |
| CN101216535A (zh) * | 2008-01-09 | 2008-07-09 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 发电机注入式定子接地保护组合式模拟试验屏及试验方法 |
| CN101719657A (zh) * | 2009-12-24 | 2010-06-02 | 中国电力科学研究院 | 一种发电机内部故障模拟系统及其方法 |
| RU2525165C1 (ru) * | 2013-02-26 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Способ диагностирования технического состояния высоковольтного трансформатора напряжения в сети генераторного напряжения электростанции |
| CN103984822A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-13 | 国家电网公司 | 一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法 |
| CN205846991U (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-28 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种基于光学电流互感器的发电机组继电保护系统 |
| CN108008641A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-08 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 发电机变压器组保护装置性能检测系统及方法 |
| CN109217251A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-15 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种大型空冷调相机主保护配置电路及配置方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邰能灵: "《现代电力系统继电保护原理》", 31 January 2012, 中国电力出版社, pages: 207 - 210 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114520493A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-20 | 南京智汇电力技术有限公司 | 一种配网串供线路自适应不完全差动保护方法 |
| CN117039891A (zh) * | 2023-10-08 | 2023-11-10 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 基于余弦相似度的风电机组Crowbar动作辨识方法 |
| CN117039891B (zh) * | 2023-10-08 | 2024-02-20 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 基于余弦相似度的风电机组Crowbar动作辨识方法 |
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