CN201083811Y - 基于虚拟仪器的继电保护实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种教学仪器，具体是涉及一种基于虚拟仪器的继电保护实验系统，包括有基于计算机和软件控制系统的继电保护测试仪、基于计算机和软件控制系统的数字式保护继电器、接线面板，继电保护测试仪通过接线面板连接数字式保护继电器，所述的继电保护测试仪和数字式保护继电器之间还设置有电流电压变换器和功率放大器，功率放大器一端连接NI PCI－6722板卡，另一端通过接线面板与电流电压变换器相连接，电流电压变换器与NI PCI－6220板卡相连接。本实用新型的优点：该实验系统的测试方法，测试对象与电力生产实际一致，可做到即学即用；性价比高；可以与电力生产实际保持同步；具有良好的扩展性；核心生产力极高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学仪器，具体是涉及一种基于虚拟仪器的继电保护实验系统。
背景技术
虚拟仪器技术的开发和应用源于1986年美国NI(National Instruments)公司设计的LabVIEW软件，它是一种基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境，实现了VI(虚拟仪器)的概念。把计算机强大的计算处理数据能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，不仅大大缩小了硬件测控仪器的成本和体积，而且实现了对数据的显示、存储以及分析处理。目前，国外许多大学及研究机构都已经尝试将虚拟仪器应用到科学实验、工程控制和实验教学中。可见虚拟仪器技术是一个极有发展前途的技术。
电力系统中，继电保护传统的实验方法采用模拟仪器、仪表，如滑动变阻器、调压器、移相器等，由于测试设备笨重，精度较低，使用不方便，逐步被继电保护测试仪所取代，但是继电保护测试仪价格昂贵，而继电保护生产厂家没有提供适合教学的数字式继电器，因此，开发出既满足教学要求，价格低廉，又与电力生产一致的继电保护实验系统是十分重要的。
发明内容
本实用新型所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种价格低廉，且与电力生产相一致的基于虚拟仪器的继电保护实验系统。
本实用新型为解决上述提出的问题所采用解决方案为：基于虚拟仪器的继电保护实验系统，其特征在于包括有基于计算机和软件控制系统的继电保护测试仪、基于计算机和软件控制系统的数字式保护继电器、接线面板，继电保护测试仪通过接线面板连接数字式保护继电器。
按上述方案，所述的继电保护测试仪包括有计算机和NI PCI-6722板卡，计算机A与NIPCI-6722板卡相配置。
按上述方案，所述的数字式保护继电器包括有计算机和NI PCI-6220板卡，计算机B和NI PCI-6220板卡相配置。
按上述方案，所述的继电保护测试仪和数字式保护继电器之间还设置有电流电压变换器和功率放大器，功率放大器一端连接NI PCI-6722板卡，另一端通过接线面板与电流电压变换器相连接，电流电压变换器与NI PCI-6220板卡相连接。
本实用新型的关键部分，信号的发生与信号的采集利用NI DAQ Assistant(NI公司提供的辅助软件)快速vi及NI板卡立即实现，信号处理与分析利用LabVIEW提供的信号处理子vi立即实现，硬件(NI板卡)的检测与校准使用NI公司的Measurement Studio(NI公司提供的软件)，确认了硬件状态良好，极大地缩短了程序的开发时间；
本实用新型的优点：
1)本实用新型基于NI PCI-6220板卡及NI PCI-6722板卡的继电保护实验系统，实现了继电保护测试与被测试对象的统一，该实验系统的测试方法，测试对象与电力生产实际是一致的，可以使学员做到即学即用；
2)本实用新型性价比高，其12套实验装置，仅仅是现有继电保护测试仪5台的成本，该实验系统中还包括被测对象——不同特性的继电器；
3)本实用新型可以与电力生产实际保持同步，只要更新软件，就可以实现不同特性的继电器，更新测试仪的功能，很好地解决了由于技术的进步，电力产品的更新，实验系统落后于实际生产过程的问题；
4)本实用新型具有良好的扩展性，使开发新的实验项目成为可能，在目前实验项目的基础上，编写不同生产厂家的继电保护装置的软件，可以实现对不同继电保护装置调试的实验项目。
5)本实用新型的实现为电力系统继电保护课程提供了实用、功能完整的教学实验环境。在实验中，学生利用继电保护测试仪可以多方位的研究继电保护的特性，开展模拟实验系统无法实现的实验，该实验系统可以帮助学生更好地掌握继电保护知识，掌握正确的、实用的继电保护试验方法，如继电保护测试仪信号的发生与调节，继电器参数调整，继电保护定值的整定等。
6)信号的输出、信号的采集只需要使用NI DAQ Assistant快速vi对硬件进行配置，无需编程，使本项目的核心生产力极高。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构原理示意图。
具体实施方式
基于虚拟仪器的继电保护实验系统，其特征在于包括有基于计算机和软件控制系统的继电保护测试仪、基于计算机和软件控制系统的数字式保护继电器、接线面板3，继电保护测试仪通过接线面板连接数字式保护继电器。
按上述方案，所述的继电保护测试仪包括有计算机1和NI PCI-6722板卡7，计算机与NI PCI-6722板卡相配置。
按上述方案，所述的数字式保护继电器包括有计算机5和NI PCI-6220板卡6，计算机和NI PCI-6220板卡相配置。
按上述方案，所述的继电保护测试仪和数字式保护继电器之间还设置有电流电压变换器4和功率放大器2，功率放大器一端连接NI PCI-6722板卡，另一端通过接线面板与电流电压变换器相连接，电流电压变换器与NI PCI-6220板卡相连接。
下面结合附图对本实用新型的结构进一步加以详细说明。
下面对本实用新型做进一步详细说明：
一、继电保护测试仪
1)继电保护测试仪实现电压、电流信号的输出，继电保护测试仪的功能主要有以下几点：
第一，改变输出的电流、电压值的大小，电压输出范围0-100V，步长为0.01V；电流输出范围0-10A，步长为0.01A；第二，改变电流、电压的相位，步长为0.01°，相位变化范围-180°-+180°；第三，改变信号的频率，包含基波50Hz及2，3，……，9次谐波信号；第四，分别显示三相电流、电压的波形。
2)功能的实现
①硬件
如图1所示，根据现有继电保护装置采集电力系统电压、电流信号的特点，利用NIPCI-6722板卡产生A、B、C三相电压，分别为ua、ub、uc，零序电压信号3u0；A、B、C三相电流，分别为ia、ib、ic，零序电流信号3i0。
NI PCI-6722板卡可以同时输出8路模拟信号，更新率最高可达800KS/s，很好的解决了继电保护测试仪信号输出的同时性问题，特别是在输出小信号时，NI PCI-6722板卡具有特性良好、稳定的信号输出。
2)软件
利用NI DAQ Assistant快速vi配置NI PCI-6722板卡，快速实现了数/模转换。输出的正弦信号由Simulate Signal快速vi产生。每一路输出信号的幅值、相位及频率的大小由输入值决定。为了实现实时改变输出信号的幅值、相位与频率的目的，将Simulate Signal(NI公司提供的软件)快速vi的“Reset Signal”端子置“T”。注意，“Simulate Signal”快速vi是按最大值输出信号的幅值，在继电保护装置中，一般使用信号的有效值，因此要进行信号大小的转换。
2)数字式保护继电器
1、继电器的种类
电力系统继电保护的教学中，一般开设下列继电器的特性实验：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、差动继电器、重合闸继电器。
2、数字式保护继电器的实现
以电流继电器为例，说明数字式保护继电器的实现过程。
1)硬件
数字式保护继电器硬件如图1所示。电流、电压变换器将对应的电气量变换为NIPCI-6220板卡可以使用的交流电压量。NI PCI-6220具有8路差分模拟量输入接口，输入分辨率16位，可进行微伏级信号的测量，采样频率最高为250KS/s。
在电力系统继电保护中，不同的继电器反映的电气量不同，例如功率方向继电器反映电压与电流的相位差，因此需要对电压与电流的相位进行判断；阻抗继电器反映电压与电流的比值，需要对电压与电流比值的大小、相位进行综合判断。电流继电器仅反映电流量增大而动作，因此只需要采集一路电流量，对该电流量进行判别。
2)软件
利用NI DAQ Assistant快速vi配置NI PCI-6220板卡，快速实现模拟信号采集。NI DAQAssistant的“data”输出端包含了指定信号的信息(可以只采集1路输入信号，也可以采集8路输入信号，用户可根据需要配置)。如电流继电器，利用“Tone Measurement”(NI公司提供的软件)快速vi实现信号的分析，得到电流信号的最大值，利用公式编辑vi编写电流继电器动作逻辑，根据采集到的电流值，决定电流继电器的动作与返回。
在本实验系统中，对电流继电器的实验中，还具有记录动作值、返回值、采样值，数据波形显示等功能。采用“Build Table”(NI公司提供的软件)快速vi记录采样值、动作值和返回值。波形显示采用“Waveform Graph”(NI公司提供的软件)vi实现。继电器动作状态采用“Round LED”(NI公司提供的软件)vi指示。
电流继电器包括以下功能：
动作值整定；修改返回系数；显示测量结果；交流信号实时采样值；动作值记录；返回值记录；输入电流波形显示。其它继电器的构成仅需修改保护算法部分。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.基于虚拟仪器的继电保护实验系统，其特征在于包括有基于计算机和软件控制系统的继电保护测试仪、基于计算机和软件控制系统的数字式保护继电器、接线面板(3)，继电保护测试仪通过接线面板连接数字式保护继电器。
2.按权利要求1所述的基于虚拟仪器的继电保护实验系统，其特征在于所述的继电保护测试仪包括有计算机(1)和NI PCI-6722板卡(7)，计算机与NI PCI-6722板卡相配置。
3.按权利要求1或2所述的基于虚拟仪器的继电保护实验系统，其特征在于所述的数字式保护继电器包括有计算机(5)和NI PCI-6220板卡(6)，计算机和NI PCI-6220板卡相配置。
4.按权利要求3所述的基于虚拟仪器的继电保护实验系统，其特征在于所述的继电保护测试仪和数字式保护继电器之间还设置有电流电压变换器(4)和功率放大器(2)，功率放大器一端连接NI PCI-6722板卡，另一端通过接线面板与电流电压变换器相连接，电流电压变换器与NI PCI-6220板卡相连接。
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