專利名稱：基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法及系統(tǒng)，屬于智能電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著智能變電站建設(shè)的逐步展開，電子式/光學(xué)互感器、IEEE1588同步對時、IEC61850-9-2組網(wǎng)/點對點采樣等數(shù)字化新技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展同時也顛覆了傳統(tǒng)變電站的結(jié)構(gòu)組成。目前，多數(shù)智能變電站采用三層設(shè)備結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)一體化智能設(shè)備應(yīng)用、在線監(jiān)測應(yīng)用、二次設(shè)備的一體化應(yīng)用及高級功能應(yīng)用。與常規(guī)變電站相比，智能變電站實現(xiàn)了不同廠家設(shè)備的互操作，解決了二次回路復(fù)雜的問題，解決了控制電纜引起的電磁干擾問題，實現(xiàn)了變電站電氣、二次設(shè)備狀態(tài)檢修，提高了變電站的安全可靠性，降低壽命周期內(nèi)工程總體投資。由于智能變電站顛覆了傳統(tǒng)變電站的結(jié)構(gòu)組成、運行方式和維護(hù)手段，而常規(guī)變電站的測試方法和調(diào)試手段雖已十分成熟，但不能很好地解決智能變電站新出現(xiàn)的問題。目前，關(guān)于針對智能變電站的全數(shù)字化繼電保護(hù)測試系統(tǒng)的研究未見相關(guān)報道，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家提供的測試·裝置往往沒有仿真計算的功能，只能將事先存儲的信號按照一定次序進(jìn)行回放，有的只能針對單個的二次設(shè)備進(jìn)行簡單的開環(huán)測試，不能模擬系統(tǒng)的動態(tài)過程以及對多套裝置進(jìn)行測試，制約了智能變電站的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中針對智能變電站的測試?yán)^電保護(hù)中仿真計算功能存在的不足，本發(fā)明提供的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，能夠模擬整個智能變電站的外部測試環(huán)境，仿真不同架構(gòu)及不同規(guī)模的智能變電站，實現(xiàn)不同智能設(shè)備的閉環(huán)測試，不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)對單臺智能設(shè)備的測試，同時可以實現(xiàn)多臺智能設(shè)備的測試，能夠加快智能變電站的發(fā)展，具有良好的應(yīng)用前景。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:通過一臺仿真主機(jī)控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，實現(xiàn)智能變電站的仿真測試，包括以下步驟，
步驟(I)仿真主機(jī)通過IEEE1588時鐘同步方式控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置時鐘同步；
步驟(2)在仿真主機(jī)上根據(jù)變電站主接線搭建智能變電站一次設(shè)備模型，并對一次設(shè)備模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)潮流和短路計算，得到智能變電站各個節(jié)點的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號;
步驟(3)每臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置與仿真主機(jī)同步，并接收仿真主機(jī)發(fā)送的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號；
步驟(4)每臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置將接收到的電壓電流信號以FT3或IEC61850報文格式發(fā)送給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備，對于接收到的開關(guān)量狀態(tài)信號以GOOSE報文格式發(fā)送給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備；
步驟(5)每臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備將自身的反饋狀態(tài)，發(fā)送給對應(yīng)的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置；
步驟(6)數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置將反饋狀態(tài)上發(fā)送給仿真主機(jī)；
步驟(7)仿真主機(jī)根據(jù)反饋狀態(tài)，改變智能變電站的一次設(shè)備模型的參數(shù)設(shè)置，并計算出新的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號，重復(fù)步驟(2)形成對被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備的閉環(huán)測試。前述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:步驟(I)仿真主機(jī)通過IEEE1588時鐘同步方式控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置時鐘同步的方法為仿真主機(jī)在測試過程中，會定期與所有的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置交換IEEE1588對時報文，將所有裝置同步到仿真主機(jī)的時間系統(tǒng)下。前述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:步驟(2)根據(jù)變電站主接線搭建智能變電站一次設(shè)備模型的方法如下，
1)通過上位機(jī)的人機(jī)界面添加繪制的智能變電站一次接線 2)設(shè)置一次接線圖中各一次設(shè)備的參數(shù)，包括變壓器、線路、母線和電源；
3)根據(jù)智能變電站的全站配置文件設(shè)置SV、GOOSE控制塊的參數(shù)；
4)將SV、G00SE控制塊的通道與一次接線圖的一次設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，包括電壓、電流互感器，斷路器、隔離開關(guān)的位置 信號，構(gòu)建智能變電站全站的測試模型傳送給仿真主機(jī)。前述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:步驟(4)所述反饋狀態(tài)包括動作信號、聯(lián)閉鎖信號和故障信息。前述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:所述IEC61850報文格式為IEC61850-9-2報文格式。基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法的測試系統(tǒng)，其特征在于:包括
仿真主機(jī)，用于存儲智能變電站的一次設(shè)備模型，實時更新一次設(shè)備模型參數(shù)，并計算智能變電站各個節(jié)點的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號；
若干臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，用于實現(xiàn)仿真主機(jī)和被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備直接的數(shù)據(jù)通信；
上位機(jī)，用于構(gòu)建智能變電站全站的一次設(shè)備模型；
所述仿真主機(jī)與上位機(jī)相連接，所述仿真主機(jī)通過系統(tǒng)總線與若干臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置相連接，各數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置分別連接兩臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，通過一臺仿真主機(jī)控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的模式實現(xiàn)全站仿真系統(tǒng)，提供測試環(huán)境，并且對智能設(shè)備完成閉環(huán)測試，通過仿真主機(jī)連接多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的模式，可以實現(xiàn)任意規(guī)模的變電站智能設(shè)備的測試，當(dāng)被測設(shè)備增加，已有仿真系統(tǒng)無法滿足測試規(guī)模時，通過增加級聯(lián)的繼電保護(hù)測試裝置便可以滿足更大規(guī)模的智能設(shè)備的測試，同時可以實現(xiàn)多臺智能設(shè)備的測試，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法的流程圖。圖2是本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖3是本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)的擴(kuò)展圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，通過一臺仿真主機(jī)控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的模式實現(xiàn)全站仿真系統(tǒng)，提供測試環(huán)境，并且對智能設(shè)備完成閉環(huán)測試，通過仿真主機(jī)連接多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的模式，可以實現(xiàn)任意規(guī)模的變電站智能設(shè)備的測試，當(dāng)被測繼電保護(hù)設(shè)備增加，已有仿真系統(tǒng)無法滿足測試規(guī)模時，通過增加級聯(lián)的繼電保護(hù)測試裝置便可以滿足更大規(guī)模的智能設(shè)備的測試，同時可以實現(xiàn)多臺智能設(shè)備的測試，如圖1所示，具體包括以下步驟，
第一步，仿真主機(jī)通過IEEE1588時鐘同步方式控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置時鐘同步，方法為仿真主機(jī)在測試過程中，會定期與所有的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置交換IEEE1588對時報文，將所有裝置同步到仿真主機(jī)的時間系統(tǒng)下，采用這種方法，可以省去專用的授時系統(tǒng)，簡化測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；
第二步,在仿真主機(jī)上根據(jù)變電站主接線搭建智能變電站一次設(shè)備模型，并對一次設(shè)備模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)潮流和短路計算，得到智能變電站各個節(jié)點(智能變電站一次設(shè)備模型中的母線和一次設(shè)備)的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號，其中搭建智能變電站一次設(shè)備模型的過程如下:
1)通過上位機(jī)的人機(jī)界面添加繪制的智能變電站一次接線 2)設(shè)置一次接線圖中各一次設(shè)備的參數(shù)，包括變壓器、線路、母線和電源；
3)根據(jù)智能變電站的全站配置文件設(shè)置SV、GOOSE控制塊的參數(shù)；
4)將SV、G00SE控制塊的通道與一次接線圖的一次設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，包括電壓、電流互感器，斷路器、隔離開關(guān)的位置信號，構(gòu)建智能變電站全站的測試模型傳送給仿真主機(jī)；
第三步，每臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置與仿真主機(jī)同步，并接收仿真主機(jī)發(fā)送的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號；
第四步，每臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置將接收到的電壓電流信號以FT3或IEC61850報文格式(為IEC61850-9-2報文格式，適用于組網(wǎng)/點對點采樣)發(fā)送給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備，對于接收到的開關(guān)量狀態(tài)信號以GOOSE報文格式發(fā)送給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備；
第五步，每臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備將自身的反饋狀態(tài)，反饋狀態(tài)包括動作信號、聯(lián)閉鎖信號和故障信息，將上述數(shù)據(jù)，發(fā)送給對應(yīng)的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置；
第六步，數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置將反饋狀態(tài)上發(fā)送給仿真主機(jī)；
第七步，仿真主機(jī)根據(jù)反饋狀態(tài)，改變智能變電站的一次設(shè)備模型的參數(shù)設(shè)置，并計算出新的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號，重復(fù)第二步形成對被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備的閉環(huán)測試。如圖2所示，基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法的測試系統(tǒng)，其特征在于:包括
仿真主機(jī)，用于存儲智能 變電站的一次設(shè)備模型，實時更新一次設(shè)備模型參數(shù)，并計算智能變電站各個節(jié)點的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號；
若干臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，用于實現(xiàn)仿真主機(jī)和被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備直接的數(shù)據(jù)通信；
上位機(jī)，用于構(gòu)建智能變電站全站的一次設(shè)備模型；
所述仿真主機(jī)與上位機(jī)相連接，所述仿真主機(jī)通過系統(tǒng)總線與若干臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置相連接，各數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置分別連接兩臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備。本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)的工作過程如下:仿真主機(jī)通過系統(tǒng)總線與多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置連接，每兩臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備(IED)連接到一臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，仿真主機(jī)用來對智能變電站的一次模型進(jìn)行仿真計算，通過穩(wěn)態(tài)潮流、短路計算測試過程中各穩(wěn)定狀態(tài)下的電壓、電流、開關(guān)位置數(shù)據(jù)，并接收數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的響應(yīng)，實時修改一次模型的參數(shù)；數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置實現(xiàn)與被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備(IED)的接口，傳輸實時采樣數(shù)據(jù)和開關(guān)位置信號給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備(IED)，并接收測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備(IED)的響應(yīng)并轉(zhuǎn)換成智能變電站一次模型所需要的參數(shù)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、靈活、可拆分，不同于現(xiàn)有的RTDS仿真系統(tǒng)，其仿真得出的數(shù)據(jù)即為便于傳輸?shù)臄?shù)字信號，而現(xiàn)有的RTDS仿真系統(tǒng)輸出的是模擬量小信號，需要專用設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；可以根據(jù)測試需求隨意調(diào)整系統(tǒng)規(guī)模，既可以用多個數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置實現(xiàn)全站的測試，也可以用更少的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置完成部分間隔測試；單臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置也可獨立運行，在同一個仿真測試模型下依次完成變電站內(nèi)所有繼電保護(hù)設(shè)備(IED)的單設(shè)備測試。本發(fā)明的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個智能變電站的所有的繼電保護(hù)設(shè)備測試，當(dāng)現(xiàn)有仿真系統(tǒng)需要增加新的被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備時，通過增加數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置實現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，如圖3所示，增加一臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備時，只需要在原有仿真平臺上增加一臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置即可，將此數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置接入到仿真主機(jī)的系統(tǒng)總線上，便可以完成仿真系統(tǒng)的擴(kuò)充，實現(xiàn)對新增設(shè)備繼電保護(hù)設(shè)備的測試。`以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:通過一臺仿真主機(jī)控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，實現(xiàn)智能變電站的仿真測試，包括以下步驟， 步驟(I)仿真主機(jī)通過IEEE1588時鐘同步方式控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置時鐘同步； 步驟(2)在仿真主機(jī)上根據(jù)變電站主接線搭建智能變電站一次設(shè)備模型，并對一次設(shè)備模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)潮流和短路計算，得到智能變電站各個節(jié)點的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號; 步驟(3)每臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置與仿真主機(jī)同步，并接收仿真主機(jī)發(fā)送的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號； 步驟(4)每臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置將接收到的電壓電流信號以FT3或IEC61850報文格式發(fā)送給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備，對于接收到的開關(guān)量狀態(tài)信號以GOOSE報文格式發(fā)送給被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備； 步驟(5)每臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備將自身的反饋狀態(tài)，發(fā)送給對應(yīng)的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置； 步驟(6)數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置將反饋狀態(tài)上發(fā)送給仿真主機(jī)； 步驟(7)仿真主機(jī)根據(jù)反饋狀態(tài)，改變智能變電站的一次設(shè)備模型的參數(shù)設(shè)置，并計算出新的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號，重復(fù)步驟(2)形成對被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備的閉環(huán)測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:步驟(I)仿真主機(jī)通過IEEE1588時鐘同步方式控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置時鐘同步的方法為仿真主機(jī)在測試過程中，會定期與所有的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置交換IEEE1588對時報文，將·所有裝置同步到仿真主機(jī)的時間系統(tǒng)下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:步驟(2)根據(jù)變電站主接線搭建智能變電站一次設(shè)備模型的方法如下， 1)通過上位機(jī)的人機(jī)界面添加繪制的智能變電站一次接線圖； 2)設(shè)置一次接線圖中各一次設(shè)備的參數(shù)，包括變壓器、線路、母線和電源； 3)根據(jù)智能變電站的全站配置文件設(shè)置SV、GOOSE控制塊的參數(shù)； 4)將SV、G00SE控制塊的通道與一次接線圖的一次設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，包括電壓、電流互感器，斷路器、隔離開關(guān)的位置信號，構(gòu)建智能變電站全站的測試模型傳送給仿真主機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:步驟(4)所述反饋狀態(tài)包括動作信號、聯(lián)閉鎖信號和故障信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法，其特征在于:所述IEC61850報文格式為IEC61850-9-2報文格式。
6.基于權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字仿真的智能變電站繼電保護(hù)測試方法的測試系統(tǒng)，其特征在于:包括 仿真主機(jī)，用于存儲智能變電站的一次設(shè)備模型，實時更新一次設(shè)備模型參數(shù)，并計算智能變電站各個節(jié)點的電壓電流信號及開關(guān)量狀態(tài)信號； 若干臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置，用于實現(xiàn)仿真主機(jī)和被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備直接的數(shù)據(jù)通信；上位機(jī)，用于構(gòu)建智能變電站全站的一次設(shè)備模型； 所述仿真主機(jī)與上位機(jī)相連接，所述仿真 主機(jī)通過系統(tǒng)總線與若干臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置相連接，各數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置分別連接兩臺被測試?yán)^電保護(hù)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能變電站繼電保護(hù)功能自動測試的方法及系統(tǒng)，通過一臺仿真主機(jī)控制多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的模式實現(xiàn)全站仿真系統(tǒng)，提供測試環(huán)境，并且對智能設(shè)備完成閉環(huán)測試，通過仿真主機(jī)連接多臺數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置的模式，可以實現(xiàn)任意規(guī)模的變電站智能設(shè)備的測試，當(dāng)被測設(shè)備增加，已有仿真系統(tǒng)無法滿足測試規(guī)模時，通過增加級聯(lián)的繼電保護(hù)測試裝置便可以滿足更大規(guī)模的智能設(shè)備的測試，同時可以實現(xiàn)多臺智能設(shè)備的測試，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01R31/00GK103245855SQ201310142218
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者高磊, 陸偉, 陳久林, 張鵬, 袁宇波, 卜強(qiáng)生, 宋亮亮, 張佳敏, 李鵬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 武漢中元華電科技股份有限公司