智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)及方法，涉及一種可以有效應用于電力系統(tǒng)實時仿真分析的模型系統(tǒng)。利用RTDS搭建仿真模型，將智能化變電站保護裝置及其相關二次設備（網(wǎng)絡交換機、合并單元）接入，實現(xiàn)對智能變電站保護裝置的閉環(huán)仿真測試，考察各種情況下保護裝置的動作行為，從而實現(xiàn)對保護裝置功能的檢驗。
【專利說明】智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)及方法，屬于基于RTDS的66kV智能變電站保護裝置動模仿真系統(tǒng)的【技術領域】，可以有效應用于電力系統(tǒng)實時仿真測試系統(tǒng)的搭建。
【背景技術】
[0002]長期以來，人們在電力一次系統(tǒng)仿真方面做了大量研究，但在保護等二次系統(tǒng)仿真方面的研究工作則相對較少。近年來，隨著特高壓交直流工程不斷深入推進，電網(wǎng)涌現(xiàn)了大量采用新原理、新技術的繼電保護裝置、新型直流控制和FACTS等裝置，使系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制變得十分復雜。
[0003]隨著數(shù)字化變電站保護技術的推廣應用，應用傳統(tǒng)的靜態(tài)實驗的測試方法很難驗證保護裝置的功能，基于RTDS的仿真建模分析方法對電網(wǎng)的電磁暫態(tài)穩(wěn)定問題具有相對優(yōu)勢。尤其是，利用RTDS與實際智能化變電站保護裝置直接相連，通過外部接口實現(xiàn)保護裝置開關量的實時閉環(huán)控制和實際模擬量的采集，能夠考察出保護裝置在各種情況下的動作行為，并且能夠測試智能化變電站保護裝置、合并單元的時鐘同步策略、交換機端口的網(wǎng)絡流量及光纖通道的延時。
【發(fā)明內容】
[0004]發(fā)明目的:
本發(fā)明提供一種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)及方法，利用RTDS搭建仿真模型，將智能化變電站保護裝置及其相關二次設備(網(wǎng)絡交換機、合并單元)接入，通過外部接口實現(xiàn)對智能變電站保護裝置的閉環(huán)仿真測試。
[0005]技術方案:
本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
一種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:是由數(shù)字實時仿真裝置RTDS通過數(shù)據(jù)接口與以太網(wǎng)相連，數(shù)字實時仿真裝置RTDS通過光纖分別連接開關量接口和模擬量接口，開關量接口和模擬量接口通過電纜連接多個合并單元，多個合并單元通過光纖傳輸連接到網(wǎng)絡交換機，網(wǎng)絡交換機通過光纖傳輸連接智能化變電站的保護裝置；以太網(wǎng)另一端與計算機主機相連，通過電腦中的上位機搭建系統(tǒng)模型，包括一次系統(tǒng)模型，二次系統(tǒng)控制邏輯，輸入、輸出接口配置，作為智能化變電站保護裝置的動模仿真系統(tǒng)平臺。
[0006]所述的數(shù)字實時仿真裝置RTDS是基于電磁暫態(tài)程序的全數(shù)字實時仿真裝置，包括:數(shù)字仿真硬件和軟件系統(tǒng)模型平臺。
[0007]利用開關量接口設備模擬PAD給RTDS接口板卡GTDI提供+5V的開入電源，實現(xiàn)開關輸入量的采集，同時利用GTDO板卡將開關量的實際位置信息輸出至PAD，驅動其中的繼電器動作，將繼電器輔助觸點作為開關量位置狀態(tài)輸出，實現(xiàn)二次系統(tǒng)開關量的實時動態(tài)閉環(huán)仿真；GPC/PB5板卡與GTDI或GTDO接口板卡通過光纖連接，用于接收或發(fā)送開關量數(shù)據(jù)，GTDI或GTDO接口板卡通過電纜與模擬PAD連接，實現(xiàn)開關量的接收和發(fā)送，模擬PAD與合并單元通過電纜連接，用于采集合并單元的跳閘信號，同時將開關量的位置信號發(fā)送給合并單元，合并單元、交換機及保護裝置通過光纖連接，合并單元通過交換機接收保護裝置發(fā)出的GOOSE報文，同時將開關的位置信息通過交換機反饋至保護裝置。
[0008]利用模擬量接口設備將采樣值數(shù)字量輸出到模擬量輸出板卡GTAO實現(xiàn)各間隔模擬量(電壓、電流)小信號輸出，通過功率放大器將其放大后接入合并單元進行組網(wǎng)后送到保護裝置進行采集；通過設置RTDS內部模擬量輸出模塊和功率放大器的變比能夠實現(xiàn)將實際一次設備對應的二次模擬量輸出。
[0009]在動模仿真系統(tǒng)平臺的基礎上，構建站內過程層及間隔層設備時鐘同步測試平臺和網(wǎng)絡流量測試平臺，對智能變電站區(qū)域保護裝置以及相關附屬設備的時鐘同步、其他變電站合并單元至本站保護的通道延時以及交換機各端口的網(wǎng)絡流量進行分析及測試。
[0010]一種如上所述智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于:該方法步驟如下:
(1)利用仿真計算機進行系統(tǒng)建模，包括一次系統(tǒng)模型及二次控制系統(tǒng)模型，將實際的線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、系統(tǒng)阻抗、電壓等級參數(shù)按照實際情況輸入，根據(jù)模型文件對控制系統(tǒng)進行組態(tài)；
(2)進行動模測試仿真系統(tǒng)平臺的搭建:進行仿真系統(tǒng)平臺的搭建，進行交換機網(wǎng)絡流量測試系統(tǒng)的搭建，進行保護裝置與合并單元時鐘同步測試系統(tǒng)的搭建；
(3)利用所搭建的動模測試仿真系統(tǒng)平臺對保護裝置的功能、合并單元同步對時策略以及交換機端口的網(wǎng)絡流量進行仿真測試。
[0011]優(yōu)點及效果:
本發(fā)明提供的這種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)及方法，具有以下優(yōu)點:
(I)通過動模實驗可以發(fā)現(xiàn)裝置存在的缺陷及安全隱患，在實驗過程中同步進行智能變電站保護裝置軟件及虛端子配置的修改和完善，減少設備投運后發(fā)生問題的概率，降低了由于設備問題造成停電檢修所帶來的損失。
[0012](2)利用動模實驗的手段可以對整個智能變電站的二次系統(tǒng)進行測試，而利用傳統(tǒng)靜態(tài)調試的方法智能對單一的設備進行調試，無法考察整個二次系統(tǒng)的暫態(tài)動作行為，因此，通過動模實驗可以對智能變電站的保護裝置進行更加全面、系統(tǒng)的測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為開關量傳輸閉環(huán)系統(tǒng)連接示意圖；
圖2為模擬量采集系統(tǒng)連接示意圖；
圖3本發(fā)明測試系統(tǒng)結構圖；
圖4為網(wǎng)絡流量測試平臺系統(tǒng)圖；
圖5為合并單元同步對時策略測試系統(tǒng)圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
本發(fā)明這種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，如圖3所示，是由數(shù)字實時仿真裝置RTDS通過數(shù)據(jù)接口與以太網(wǎng)相連，數(shù)字實時仿真裝置RTDS通過光纖分別連接開關量接口和模擬量接口，開關量接口和模擬量接口通過電纜連接多個合并單元，多個合并單元通過光纖傳輸連接到網(wǎng)絡交換機，網(wǎng)絡交換機通過光纖傳輸連接智能化變電站的保護裝置；以太網(wǎng)另一端與計算機主機相連，通過電腦中的上位機搭建系統(tǒng)模型，包括一次系統(tǒng)模型，二次系統(tǒng)控制邏輯(包括開關分合閘、故障觸發(fā)等)，輸入、輸出接口配置，作為智能化變電站保護裝置的動模仿真系統(tǒng)平臺。
[0015]所述的數(shù)字實時仿真裝置RTDS是基于電磁暫態(tài)程序的全數(shù)字實時仿真裝置，包括:數(shù)字仿真硬件和軟件系統(tǒng)模型平臺。
[0016]利用開關量接口設備模擬PAD給RTDS接口板卡GTDI提供+5V的開入電源，實現(xiàn)開關輸入量的采集，同時利用GTDO板卡將開關量的實際位置信息輸出至PAD，驅動其中的繼電器動作，將繼電器輔助觸點作為開關量位置狀態(tài)輸出，實現(xiàn)二次系統(tǒng)開關量的實時動態(tài)閉環(huán)仿真；GPC/PB5板卡與GTDI或GTDO接口板卡通過光纖連接，用于接收或發(fā)送開關量數(shù)據(jù)，GTDI或GTDO接口板卡通過電纜與模擬PAD連接，實現(xiàn)開關量的接收和發(fā)送，模擬PAD與合并單元通過電纜連接，用于采集合并單元的跳閘信號，同時將開關量的位置信號發(fā)送給合并單元，合并單元、交換機及保護裝置通過光纖連接，合并單元通過交換機接收保護裝置發(fā)出的GOOSE報文，同時將開關的位置信息通過交換機反饋至保護裝置。
[0017]利用模擬量接口設備將采樣值數(shù)字量輸出到模擬量輸出板卡GTAO實現(xiàn)各間隔模擬量(電壓、電流)小信號輸出，通過功率放大器將其放大后接入合并單元進行組網(wǎng)后送到保護裝置進行采集；通過設置RTDS內部模擬量輸出模塊和功率放大器的變比能夠實現(xiàn)將實際一次設備對應的二次模擬量輸出。
[0018]在動模仿真系統(tǒng)平臺的基礎上，構建站內過程層及間隔層設備時鐘同步測試平臺和網(wǎng)絡流量測試平臺，對智能變電站區(qū)域保護裝置以及相關附屬設備的時鐘同步、其他變電站合并單元至本站保護的通道延時以及交換機各端口的網(wǎng)絡流量進行分析及測試。
[0019]本發(fā)明利用RTDS搭建仿真模型，將智能化變電站保護裝置及其相關二次設備(網(wǎng)絡交換機、合并單元)接入，通過外部接口實現(xiàn)對智能變電站保護裝置的閉環(huán)仿真測試，模型二次系統(tǒng)搭建如圖1、圖2所示，將合并單元通過外部接口與RTDS上的相應板卡連接，將保護裝置、合并單元利用交換機進行組網(wǎng)，實現(xiàn)SV報文、GOOSE報文及1588對時報文的共享與傳輸，在仿真計算機上進行一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)的建模和組態(tài)，用于完成保護裝置的仿真測試，動模仿真測試平臺系統(tǒng)圖如圖3所示。
[0020]具體測試方法如下:
(I)利用仿真計算機進行系統(tǒng)建模:包括一次系統(tǒng)模型及二次控制系統(tǒng)模型，將實際的線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、系統(tǒng)阻抗、電壓等級等參數(shù)按照實際情況輸入，根據(jù)模型文件對控制系統(tǒng)進行組態(tài)。
[0021](2)進行動模測試仿真系統(tǒng)平臺的搭建:按照圖1、圖2、圖3進行仿真系統(tǒng)平臺的搭建，按照圖4進行交換機網(wǎng)絡流量測試系統(tǒng)的搭建，按照圖5進行保護裝置與合并單元時鐘同步測試系統(tǒng)的搭建。仿真系統(tǒng)平臺的搭建包括開關量閉環(huán)控制系統(tǒng)、模擬量輸出系統(tǒng)兩部分，其中開關量閉環(huán)控制系統(tǒng)是利用模擬PAD和GTD1、GTD0板卡作為中間接口板卡，實現(xiàn)保護裝置和RTDS內部模型的閉環(huán)控制，在實驗過程中保護裝置開出跳閘GOOSE報文，智能單元接收到報文后相應的出口觸點動作，智能單元與模擬PAD間通過硬線連接，模擬PAD的公共端為+5V電源，裝置動作時可以將正電開入到GTDI板卡，GTDI接收到正電開入后，將此信號通過光纖送到RTDS相應板卡中，完成開入量的采集，RTDS系統(tǒng)模型將相應的斷路器分閘并將該數(shù)據(jù)位傳送至GTDO板卡，GTDO板卡相應觸點動作將其開入到模擬PAD中，模擬PAD相應繼電器動作，利用其觸點接入正IlOV電源可以將開關量的位置信號反饋給智能單元，智能單元再發(fā)出GOOSE報文另保護裝置接收到開關的位置信號，這樣就完成了保護裝置的實時閉環(huán)控制，模擬量輸出系統(tǒng)是利用相應的DA (GTAO、DDAC)板卡作為接口板卡，將系統(tǒng)模型的實時模擬量裝化為小信號輸出，再通過功率放大器將其轉化為實際的二次電流和電壓值輸入給保護裝置，實現(xiàn)裝置模擬量的實時采集；交換機網(wǎng)絡流量測試系統(tǒng)是在交換機上某個空余端口接入網(wǎng)絡報文分析儀，通過交換機端口鏡像的方法來測試各端口的流量、智能單元的幀間隔延時和丟征率等指標，時鐘同步測試系統(tǒng)是將時鐘、智能單元輸出的秒脈沖(1PPS)接入到測試裝置中，利用測試裝置所接GPS天線作為標準時鐘源，測試待測裝置同步對時和守時精度誤差。
[0022](3)利用所搭建的動模仿真測試平臺對保護裝置的功能、合并單元同步對時策略以及交換機端口的網(wǎng)絡流量進行仿真測試。
【權利要求】
1.一種智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:是由數(shù)字實時仿真裝置RTDS通過數(shù)據(jù)接口與以太網(wǎng)相連，數(shù)字實時仿真裝置RTDS通過光纖分別連接開關量接口和模擬量接口，開關量接口和模擬量接口通過電纜連接多個合并單元，多個合并單元通過光纖傳輸連接到網(wǎng)絡交換機，網(wǎng)絡交換機通過光纖傳輸連接智能化變電站的保護裝置；以太網(wǎng)另一端與計算機主機相連，通過電腦中的上位機搭建系統(tǒng)模型，包括一次系統(tǒng)模型，二次系統(tǒng)控制邏輯，輸入、輸出接口配置，作為智能化變電站保護裝置的動模仿真系統(tǒng)平臺。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)字實時仿真裝置RTDS是基于電磁暫態(tài)程序的全數(shù)字實時仿真裝置，包括:數(shù)字仿真硬件和軟件系統(tǒng)模型平臺。
3.根據(jù)權利要求1所述的智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:利用開關量接口設備模擬PAD給RTDS接口板卡GTDI提供+5V的開入電源，實現(xiàn)開關輸入量的采集，同時利用GTDO板卡將開關量的實際位置信息輸出至PAD，驅動其中的繼電器動作，將繼電器輔助觸點作為開關量位置狀態(tài)輸出，實現(xiàn)二次系統(tǒng)開關量的實時動態(tài)閉環(huán)仿真；GPC/PB5板卡與GTDI或GTDO接口板卡通過光纖連接，用于接收或發(fā)送開關量數(shù)據(jù)，GTDI或GTDO接口板卡通過電纜與模擬PAD連接，實現(xiàn)開關量的接收和發(fā)送，模擬PAD與合并單元通過電纜連接，用于采集合并單元的跳閘信號，同時將開關量的位置信號發(fā)送給合并單元，合并單元、交換機及保護裝置通過光纖連接，合并單元通過交換機接收保護裝置發(fā)出的GOOSE報文，同時將開關的位置信息通過交換機反饋至保護裝置。
4.根據(jù)權利要求1所述的智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:利用模擬量接口設備將采樣值數(shù)字量輸出到模擬量輸出板卡GTAO實現(xiàn)各間隔模擬量(電壓、電流)小信號輸出，通過功率放大器將其放大后接入合并單元進行組網(wǎng)后送到保護裝置進行采集；通過設置RTDS內部模擬量輸出模塊和功率放大器的變比能夠實現(xiàn)將實際一次設備對應的二次模擬量輸出。
5.根據(jù)權利要求1所述的智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:在動模仿真系統(tǒng)平臺的基礎上，構建站內過程層及間隔層設備時鐘同步測試平臺和網(wǎng)絡流量測試平臺，對智能變電站區(qū)域保護裝置以及相關附屬設備的時鐘同步、其他變電站合并單元至本站保護的通道延時以及交換機各端口的網(wǎng)絡流量進行分析及測試。
6.一種如權利要求1所述智能化變電站保護裝置動模仿真測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于:該方法步驟如下: (1)利用仿真計算機進行系統(tǒng)建模，包括一次系統(tǒng)模型及二次控制系統(tǒng)模型，將實際的線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、系統(tǒng)阻抗、電壓等級參數(shù)按照實際情況輸入，根據(jù)模型文件對控制系統(tǒng)進行組態(tài)； (2)進行動模測試仿真系統(tǒng)平臺的搭建:進行仿真系統(tǒng)平臺的搭建，進行交換機網(wǎng)絡流量測試系統(tǒng)的搭建，進行保護裝置與合并單元時鐘同步測試系統(tǒng)的搭建； (3)利用所搭建的動模測試仿真系統(tǒng)平臺對保護裝置的功能、合并單元同步對時策略以及交換機端口的網(wǎng)絡流量進行仿真測試。
【文檔編號】G01R31/327GK104166399SQ201410450283
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】王昊, 金世鑫, 盧巖, 楊東升, 宋保泉 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 遼寧東科電力有限公司