一種基于rtds實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法
【專利摘要】一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，該方法依托RTDS仿真平臺，建立動態(tài)測試系統(tǒng)，構(gòu)建動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)動態(tài)測試；所述動態(tài)測試系統(tǒng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型基礎上搭建了檢測錄波器精度的故障模型。動態(tài)測試系統(tǒng)由仿真系統(tǒng)工作站、RTDS、GTAO、GTFPI、功率放大器、線路控保裝置及故障錄波器構(gòu)成。本發(fā)明動態(tài)測試方法合理地將仿真工作站、RTDS、功率放大器及線路控保裝置結(jié)合在一起實現(xiàn)了故障錄波器的數(shù)字動態(tài)模測試功能。該方法同時適用于常規(guī)故障錄波器和網(wǎng)絡報文記錄分析及故障錄波一體化裝置的測試，對被測試品可根據(jù)實際的電網(wǎng)運行情況，進行離線等值的實時校核。
【專利說明】一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法
[0001]【技術領域】
本發(fā)明涉及一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，屬電力測試【技術領域】。
[0002]【背景技術】
故障錄波器能自動記錄電力系統(tǒng)故障及運行狀態(tài)時各種電氣量變化。根據(jù)錄波器圖分析，可以迅速而準確地判明故障性質(zhì)、故障演變過程、核對系統(tǒng)參數(shù)、尋找故障點及判別繼電控保、自動裝置正確動作與否等多種功能。對提高電力系統(tǒng)安全運行及技術管理水平都具有重要的意義。
[0003]RTDS仿真器是實時的，因此它能被直接地連接到電力系統(tǒng)控制和控保裝置上。通過RTDS系統(tǒng)搭建與現(xiàn)場實際等值的模型，并輸入系統(tǒng)實際運行參數(shù)來模擬，這些輸出結(jié)果真實地代表了在實際網(wǎng)絡中的情形?；赗TDS系統(tǒng)的測試比其他測試方法更全面，因為我們能夠通過RTDS系統(tǒng)能模擬及搭建不同的故障邏輯，來模擬許多惡劣且在很現(xiàn)實中難以出現(xiàn)的故障，而這對于常規(guī)物理系統(tǒng)來說是很難實現(xiàn)的。
[0004]而在常規(guī)的故障錄波器測試中，錄波器的測試項目眾多，大部分測試項目都采用靜態(tài)的測試方法，如用繼電控保測試儀對故障錄波裝置進行靜態(tài)測試，對于考驗故障錄波器的長時間大電流錄波功能往往不易實現(xiàn)。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是，根據(jù)常規(guī)的故障錄波器測試中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器測試方法，該方法通過搭建RTDS仿真試驗平臺來進行測試。
[0006]本發(fā)明的技術方案是，本發(fā)明測試方法依托RTDS仿真平臺，建立動態(tài)測試系統(tǒng)，構(gòu)建動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)動態(tài)測試。所述動態(tài)測試系統(tǒng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型基礎上搭建了檢測錄波器精度的故障模型。
[0007]本發(fā)明動態(tài)測試系統(tǒng)由仿真系統(tǒng)工作站、RTDS實時仿真器、GTAO板、GTFPI板、功率放大器、線路控保裝置及故障錄波器連接構(gòu)成。仿真系統(tǒng)工作站通過局域網(wǎng)與RTDS相連接，RTDS輸出的數(shù)字信號經(jīng)過GTAO板卡輸出后連接到功率放大器的輸入端，功率放大器輸出的二次信號同時連接到線路控保裝置，故障錄波器串聯(lián)接在回路里。仿真系統(tǒng)工作站輸出的跳合閘信號通過GTFPI卡線路控保裝置的跳閘繼電器相連接，線路控保裝置輸出的跳合閘信號與故障錄波器相連接。動態(tài)測試系統(tǒng)連接如圖1所示。
[0008]所述功率放大器輸出的二次信號包括電壓信號及電流信號，經(jīng)過放大后的電壓和電流模擬量信號連接到線路控保及故障錄波裝置的采樣端子上。如果是數(shù)字化控保裝置，則在功率放大器輸出后先連接到線路的合并單元MU裝置上，經(jīng)過合并單元MU裝置轉(zhuǎn)換后再連接到控保和故障錄波器裝置上。
[0009]本發(fā)明動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型如圖2所示。
[0010]本發(fā)明根據(jù)動態(tài)測試系統(tǒng)建立動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型(該模型適用于IlOkV及以上電壓等級的裝置測試)。
[0011]所述動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型包括發(fā)電機模型、升壓變模型、兩條線路模型、故障設置模型、負荷模型等、電壓互感器模型和電流互感器模型、開關模型和母線模型。兩條線路模型設置在母線M和母線N之間；母線M側(cè)連接發(fā)電機模型、負荷模型和升壓變模型；發(fā)電機模型通過第一升壓變模型連接母線M側(cè)，負荷模型通過第二升壓變模型連接母線M側(cè)；母線N側(cè)設置接等值無限大電源系統(tǒng)；母線M與母線N之間為兩條線路模型；線路模型I包括Brkl斷路器、ITA電流互感器、2TA電流互感器、Brk2斷路器。線路模型2包括Brk3斷路器和Brk4斷路器。其中M側(cè)母線模型包括ITV電壓互感器及相鄰的出線，N側(cè)母線模型包括2TV電壓互感器及相鄰的出線。
[0012]為了檢驗故障錄波器在故障前后的錄波數(shù)據(jù)在各段記錄中的準確性和精度，動態(tài)測試系統(tǒng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型搭建的基礎上，本發(fā)明還專門設計搭建了不同類型的故障模型，其中將故障模型分為簡單故障模型和復雜故障模型。復雜故障模型包括發(fā)展性故障、轉(zhuǎn)換型故障、振蕩性故障。其中，圖3中搭建的就是簡單故障的實現(xiàn)邏輯，圖4中搭建的是發(fā)展和轉(zhuǎn)換性故障實現(xiàn)邏輯。
[0013]兩種故障模型的邏輯共同組成后，可以動態(tài)模擬出各種不同類型的故障，這就與靜態(tài)測試中故障模擬有著本質(zhì)的區(qū)別。常規(guī)的靜態(tài)測試中，模擬故障一般都按照測試儀固有的故障邏輯和程序進行設置，對于復雜的故障和故障的時間控制不利于靈活改變。而動態(tài)測試方法能有效彌補這個不足，只要根據(jù)本發(fā)明中設計搭建的故障邏輯，可以靈活的模擬和控制所需要的故障類型和故障時間。常規(guī)測試裝置在模擬非金屬性和振蕩過程中的短路故障時往往不夠靈活。而該動態(tài)測試方法，將非金屬性短路和振蕩過程中短路故障的控制利用滑塊的方式進行簡單設定，通過設置滑塊中間變量值的大小來模擬不同程度的非金屬性和振蕩過程中的短路故障。
[0014]根據(jù)動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型，可以進行動態(tài)測試。
[0015]本發(fā)明動態(tài)測試包括數(shù)據(jù)記錄方式測試、裝置記錄容量測試、大短路電流記錄能力測試、故障測距測試等。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，本動態(tài)測試方法合理地將仿真工作站、RTDS、功率放大器及線路控保裝置結(jié)合在一起實現(xiàn)了故障錄波器的數(shù)字動態(tài)模測試功能。該動態(tài)測試方法同時適用于常規(guī)故障錄波器和網(wǎng)絡報文記錄分析及故障錄波一體化裝置的測試。該方法對被測試品可根據(jù)實際的電網(wǎng)運行情況，進行離線等值的實時校核。在檢測過程中，運用該動態(tài)測試方法所檢驗出現(xiàn)的問題是常規(guī)的靜態(tài)測試過程中難以發(fā)現(xiàn)的，對于檢測故障錄波器的動態(tài)特性具有廣泛的適用性。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為動態(tài)測試系統(tǒng)連接示意圖；
圖2為動態(tài)測試仿真模型示意圖；
圖3為動態(tài)測試仿真RTDS模型中的簡單故障的實現(xiàn)邏輯圖；
圖4為動態(tài)測試仿真RTDS模型中的發(fā)展和轉(zhuǎn)換性故障實現(xiàn)邏輯圖；
圖號:1是仿真器工作站；2是實時仿真器；3是GTFPI板；4是GTAO板；5是功率放大器；6是局域網(wǎng)；7是被測裝置；8是I側(cè)線路控保裝置；9是I側(cè)故障錄波儀；10是J側(cè)故障錄波儀；11是J側(cè)線路控保裝置；12是RTDS為背板總線；13是RACK2 ；14是RACKl ；15是發(fā)電機模型；16是負載模型；17是第一升壓變模型；18是第二升壓變模型；19是無限大電源系統(tǒng)；20是第一線路模型；21是第二線路模型?！揪唧w實施方式】
[0018]本發(fā)明【具體實施方式】如圖所示。
[0019]本實施例通過建立動態(tài)測試系統(tǒng)，搭建動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型來實現(xiàn)動態(tài)測試。
[0020]本實施例動態(tài)測試系統(tǒng)如圖1所示。動態(tài)測試系統(tǒng)由仿真系統(tǒng)工作站1、RTDS實時仿真器2、GTA0模擬量輸出板卡4、GTFPI高壓數(shù)字輸出接口板3、功率放大器5、I側(cè)線路控保裝置8、J側(cè)線路控保裝置11、1側(cè)故障錄波器9和J側(cè)故障錄波儀10構(gòu)成。仿真系統(tǒng)工作站I通過局域網(wǎng)6與RTDS實時仿真器2相連接，RTDS實時仿真器2輸出的數(shù)字信號經(jīng)過GTAO板4輸出后連接到功率放大器5的輸入端，功率放大器5輸出的二次信號分別連接到I側(cè)線路控保裝置8和J側(cè)線路控保裝置11 ;故障錄波器串聯(lián)接在回路里，故障錄波器9與I側(cè)線路控保裝置8串聯(lián)，故障錄波器10與J側(cè)線路控保裝置11串聯(lián)。仿真系統(tǒng)工作站I輸出的跳合閘信號通過GTFPI板3通過J側(cè)線路控保裝置11的跳閘繼電器相連接，J側(cè)線路控保裝置11輸出的跳合閘信號與故障錄波器10相連接。
[0021 ] 本實施例的動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型如圖所示。
[0022]本實施例測試系統(tǒng)仿真模型包括發(fā)電機模型、升壓變模型、兩條線路模型、故障設置模型、負荷模型等、電壓互感器模型和電流互感器模型、開關模型、母線模型等內(nèi)容。兩條線路模型設置在母線M和母線N之間；母線M側(cè)連接發(fā)電機模型、負荷模型和升壓變模型；發(fā)電機模型通過第一升壓變模型連接母線M側(cè)，負荷模型通過第二升壓變模型連接母線M側(cè)；母線N側(cè)設置接等值無限大電源系統(tǒng)；母線M與母線N之間為兩條線路模型；第一線路模型20包括Brkl斷路器、ITA電流互感器、2TA電流互感器、Brk2斷路器。第二線路模型21包括Brk3斷路器和Brk4斷路器。其中M側(cè)母線模型包括ITV電壓互感器及相鄰的出線，N側(cè)母線模型包括2TV電壓互感器及相鄰的出線。
[0023]在測試過程中設置了整個系統(tǒng)的大、小兩種運行方式，其對應的短路容量設置為1000MVA及10000MVA。第一線路模型20和第二線路模型21的單位長度線路參數(shù)采用具體運行中的實際參數(shù)。該測試仿真模型，參數(shù)設置簡單明了，適用于不同的電壓等級。本次測試過程中，模型以第一線路模型20為基本被試驗線路，以線路控保裝置為依托，將需要測試的故障錄波器串入線路控保裝置的尾端，形成一個模擬的仿真系統(tǒng)，對裝置進行離線的實時仿真測試。測試過程中，為檢驗故障錄波器的故障測距功能的準確性共設置一下幾個短路點(以M側(cè)為準):
Kl:區(qū)外；
K2:線路全長約10%，10.0公里處；
K3、K6:線路全長約50%，50.0公里處；
Κ4:線路全長約90%，90.0公里處；
Κ5:區(qū)外。
[0024]本實施例動態(tài)測試過程中的連接如下:
(I)交流電壓輸入信號:被檢測的故障錄波器分別安裝在被控保線路的M側(cè)和N偵彳，M側(cè)控保的電壓信號由M側(cè)母線電壓互感器ITV提供，N側(cè)控保的電壓信號由N側(cè)母線電壓互感器2TV提供。電壓互感器變比可根據(jù)需要設置。
[0025](2)交流電流輸入信號:Μ側(cè)控保的電流信號由ITA的二次電流提供，N側(cè)控保的電流信號由2TA的二次電流提供。電壓互感器變比可根據(jù)需要設置。
[0026](3)控制信號輸入:將M側(cè)和N側(cè)模擬斷路器的常開輔助接點接入模型中的兩側(cè)線路控保裝置和故障錄波器相應的位置。
[0027]為了檢驗故障錄波器在故障前后的錄波數(shù)據(jù)在各段記錄中的準確性和精度，動態(tài)測試在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型搭建的基礎上，本實施例搭建了不同類型的故障模型，其中將故障模型分為簡單故障模型和復雜故障模型。復雜故障模型包括發(fā)展性故障、轉(zhuǎn)換型故障、振蕩性故障等等。圖3所示搭建的就是簡單故障的實現(xiàn)邏輯，圖4所示搭建的是發(fā)展和轉(zhuǎn)換性故障實現(xiàn)邏輯。
[0028]兩種邏輯共同組成后，可以模擬出各種不同類型的故障，這就與靜態(tài)測試中故障模擬有著本質(zhì)的區(qū)別。常規(guī)的靜態(tài)測試中，模擬故障一般都按照測試儀固有的故障邏輯和程序進行設置，對于復雜的故障和故障的時間控制不利于靈活改變。而動態(tài)測試方法能有效彌補這個不足，只要根據(jù)本發(fā)明中設計搭建的故障邏輯，可以靈活的模擬和控制所需要的故障類型和故障時間。常規(guī)測試裝置在模擬非金屬性和振蕩過程中的短路故障時往往不夠靈活。而該動態(tài)測試方法，將非金屬性短路和振蕩過程中短路故障的控制利用滑塊的方式進行簡單設定，通過設置滑塊中間變量值的大小來模擬不同程度的非金屬性和振蕩過程中的短路故障。 [0029]本實施例動態(tài)測試包括數(shù)據(jù)記錄方式測試、裝置記錄容量測試、大短路電流記錄能力測試、故障測距測試等。
[0030]數(shù)據(jù)記錄方式測試:
(I)在圖2中，在K3點模擬線路單相永久性故障，其順序為:0.0秒單相故障一0.1秒切除故障一1.0秒重合于故障一1.1s故障再切除。
[0031](2)要求裝置的數(shù)據(jù)記錄時間，記錄方式及采樣速率應滿足如下:
A時段:系統(tǒng)大擾動開始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形及有效值，記錄時間^ 0.04s,米樣速率一般不小于5kHz。
[0032]B時段:系統(tǒng)大擾動后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可直接輸出原始記錄波形，可觀察到5次諧波，同時也可輸出每一周波的工頻有效值及直流分量值，記錄時間> 0.ls，采樣速率一般不小于5kHz。
[0033]C時段:系統(tǒng)大擾動后的中期狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出連續(xù)的工頻有效值，記錄時間^ 1.0s,記錄錄波的記錄時間及采樣速率。
[0034]D時段:系統(tǒng)動態(tài)過程數(shù)據(jù)，每0.1s輸出一個工頻有效值，記錄時間> 20s，記錄錄波的記錄時間及采樣速率。
E時段:系統(tǒng)長過程的動態(tài)數(shù)據(jù)，每Is輸出一個工頻有效值，記錄時間> lOmin。
[0035]總錄波時間；大于3秒；時間零坐標誤差? I毫秒，記錄錄波的記錄時間及采樣速率。
[0036]裝置記錄容量測試:
(1)在IOmin內(nèi)，線路上相繼發(fā)生兩次永久性故障，緊接著系統(tǒng)開始長過程振蕩，待振蕩平息后線路上又相繼發(fā)生三次永久故障，每次故障包括如下過程:故障發(fā)生一故障切除—重合于永久性故障一再次切除故障；
(2)在IOmin內(nèi)，線路上相繼發(fā)生兩次永久性故障，緊接著系統(tǒng)開始長過程振蕩，在振蕩過程中線路上又相繼發(fā)生三次永久性故障，每次故障過程同(I)
(3)在20s內(nèi)，線路上相繼發(fā)生五次永久性故障，緊接一次IOmin長過程振蕩，每次故障過程同(I)
(4)以上過程連續(xù)進行，要求裝置能完整記錄全部故障和振蕩過程數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)內(nèi)容正確，記錄方式符合DL/T553-94的要求。檢查被測裝置是否具有穩(wěn)態(tài)(全天侯)記錄功能。
[0037]大短路電流記錄能力測試:
(I)在Kl點連續(xù)兩次模擬三相短路，每次短路持續(xù)時間為0.04s，兩次短路間隔時間為ls，控制合閘角，使某相短路電流的非周期分量達到最大。
[0038](2)上述試驗進行兩次，試驗時短路電流工頻有效值分別為20倍和10倍額定電流，要求裝置記錄的電流波形不失真，電流瞬時值測量誤差不大于10%。
[0039]故障測距測試:
(I)在圖2中的K1、K2、K3點模擬單相金屬性接地、兩相金屬性短路、單相經(jīng)10Ω過渡電阻接地和兩相短路再經(jīng)10 Ω過渡電阻接地。
[0040](2)在圖2中的Κ2、Κ3點模擬單相金屬性接地、兩相金屬性短路、單相經(jīng)10 Ω過渡電阻接地和兩相短路再經(jīng)10Ω過渡電阻接地故障時，要求裝置的測距誤差不大于5%，無判相錯誤。在Kl點模擬單相金屬性接地、兩相金屬性短路、單相經(jīng)10 Ω過渡電阻接地和兩相短路再經(jīng)10Ω過渡電阻接地中故障時，要求裝置的測距誤差不大于2km，無判相錯誤。
[0041]本實施例動態(tài)測試方法合理地將仿真工作站、RTDS、功率放大器及線路控保裝置結(jié)合在一起實現(xiàn)了故障錄波器的數(shù)字動態(tài)模測試功能。該動態(tài)測試方法同時適用于常規(guī)故障錄波器和網(wǎng)絡報文記錄分析及故障錄波一體化裝置的測試。該方法對被測試品可根據(jù)實際的電網(wǎng)運行情況，進行離線等值的實時校核。在檢測過程中，運用該動態(tài)測試方法所檢驗出現(xiàn)的問題是常規(guī)的靜態(tài)測試過程中難以發(fā)現(xiàn)的，對于檢測故障錄波器的動態(tài)特性具有廣泛的適用性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，其特征在于，所述方法依托RTDS仿真平臺，建立動態(tài)測試系統(tǒng)，構(gòu)建動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)動態(tài)測試；所述動態(tài)測試系統(tǒng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型基礎上搭建了檢測錄波器精度的故障模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，其特征在于，所述動態(tài)測試系統(tǒng)由仿真系統(tǒng)工作站、RTDS實時仿真器、GTAO板卡、GTFPI板、功率放大器、線路控保裝置及故障錄波器連接構(gòu)成；仿真系統(tǒng)工作站通過局域網(wǎng)與RTDS相連接，RTDS輸出的數(shù)字信號經(jīng)過GTAO板卡輸出后連接到功率放大器的輸入端，功率放大器輸出的二次信號同時連接到線路控保裝置，故障錄波器串聯(lián)接在回路里；仿真系統(tǒng)工作站輸出的跳合閘信號通過GTFPI卡線路控保裝置的跳閘繼電器相連接，線路控保裝置輸出的跳合閘信號與故障錄波器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，其特征在于，所述動態(tài)測試系統(tǒng)仿真模型包括發(fā)電機模型、升壓變模型、兩條線路模型、故障設置模型、負荷模型等、電壓互感器模型和電流互感器模型、開關模型和母線模型；兩條線路模型設置在母線M和母線N之間；母線M側(cè)連接發(fā)電機模型、負荷模型和升壓變模型；發(fā)電機模型通過第一升壓變模型連接母線M側(cè)，負荷模型通過第二升壓變模型連接母線M側(cè)；母線N側(cè)設置接等值無限大電源系統(tǒng)；母線M與母線N之間為兩條線路模型；線路模型I包括Brkl斷路器、ITA電流互感器、2TA電流互感器、Brk2斷路器；線路模型2包括Brk3斷路器和Brk4斷路器⑷側(cè)母線模型包括ITV電壓互感器及相鄰的出線，N側(cè)母線模型包括2TV電壓互感器及相鄰的出線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，其特征在于，所述故障模型分為簡單故障模型和復雜故障模型；兩種故障模型的邏輯共同組成后，可以動態(tài)模擬出各種不同類型的故障，能將非金屬性短路和振蕩過程中短路故障的控制利用滑塊的方式進行簡單設定，通過設置滑塊中間變量值的大小來模擬不同程度的非金屬性和振蕩過程中的短路故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于RTDS實時仿真的故障錄波器動態(tài)測試方法，其特征在于，所述功率放大器輸出的二次信號包括電壓信號及電流信號，經(jīng)過放大后的電壓和電流模擬量信號連接到線路控保及故障錄波裝置的采樣端子上；如果是數(shù)字化控保裝置，則在功率放大器輸出后先連接到線路的合并單元MU裝置上，經(jīng)過合并單元MU裝置轉(zhuǎn)換后再連接到控保和故障錄波器裝置上。
【文檔編號】G01R35/00GK103954925SQ201410185272
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】周寧, 程正, 李升健, 段志遠, 張妍, 蘇永春 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學研究院