專利名稱：一種基于虛擬儀器的繼電保護(hù)二次回路仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變電站繼電保護(hù)二次回路的應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于虛擬儀器 的繼電保護(hù)二次回路仿真方法。
背景技術(shù)：
繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分之一，擔(dān)負(fù)著控制電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行、保 障電力系統(tǒng)安全的重任。而二次回路是繼電保護(hù)的核心組成部分，俗稱電力系統(tǒng)的“神經(jīng) 系統(tǒng)”，它和繼電保護(hù)裝置一起構(gòu)成了完整的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。鑒于二次回路的重要性，電力系統(tǒng) 各級(jí)部門及相關(guān)設(shè)備制造商歷來(lái)高度重視，提出了各種解決二次回路問題的辦法和措施， 傳統(tǒng)的方法如①施工前期對(duì)二次回路設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審核，②二次回路調(diào)試中采用傳統(tǒng)的 人工對(duì)線檢查，③通過(guò)保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證二次回路的正確性等。但是二次回路的缺陷具有 偶發(fā)性和隱蔽性的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)方法測(cè)試二次回路存在較大局限性，表現(xiàn)在①不直觀， 特別是對(duì)于復(fù)雜的二次回路，依靠人工圖紙審核很難發(fā)現(xiàn)二次回路中的寄生回路和接點(diǎn)競(jìng) 爭(zhēng)，②保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)很難完整驗(yàn)證二次回路的正確性，傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證正邏輯比較容易，而反 邏輯不易被驗(yàn)證全面，并且某些特殊回路依靠傳動(dòng)試驗(yàn)仍難以驗(yàn)證，③對(duì)于由于二次回路 缺陷產(chǎn)生的繼電保護(hù)事故，用常規(guī)的方法不易分析和判斷，特別是運(yùn)行的二次回路，難以通 過(guò)試驗(yàn)的辦法再現(xiàn)，往往需要停電，不利于事故快速有效處理。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種基于虛擬儀器的繼電保護(hù) 二次回路仿真平臺(tái)，使現(xiàn)實(shí)的繼電保護(hù)二次回路可以在虛擬的仿真平臺(tái)上再現(xiàn)，進(jìn)而各種 難以實(shí)施的二次回路試驗(yàn)也可以在仿真平臺(tái)上完成，從而提高二次回路的檢測(cè)效率，豐富 二次回路的事故調(diào)查手段，確保二次回路在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等各個(gè)階段的合理性、正確性 以及可靠水平。為此，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案一種基于虛擬儀器的繼電保護(hù)二次回路仿真 方法，其包括如下步驟1)把繼電保護(hù)二次回路的各個(gè)組成部分比如中間繼電器、連接線纜、繼電器常開 接點(diǎn)、繼電器常閉接點(diǎn)、保護(hù)壓板、接線端子、按鈕、把手、空氣開關(guān)、小刀閘、指示燈、掉牌等 元件通過(guò)LABVIEW圖形化編程語(yǔ)言封裝成基于虛擬技術(shù)的①虛擬獨(dú)立元件模塊(屬于子VI 類型)和②用戶自定義控件(即在圖形用戶界面(GUI)中屏幕上的一種對(duì)象，屬于.Ctl類 型)；所有的虛擬獨(dú)立元件模塊和用戶自定義控件集合成虛擬獨(dú)立元件庫(kù)和用戶自定義控 件庫(kù)。2)對(duì)于復(fù)雜繼電器，比如時(shí)間繼電器、磁保持繼電器、雙位置繼電器、電流繼電器、 電壓繼電器等直接創(chuàng)建成虛擬繼電器模塊，并集合成虛擬繼電器庫(kù)。3)分析被仿真繼電保護(hù)二次回路的功能與性質(zhì)、所含元件的種類與數(shù)量、二次回 路輸入與輸出接口數(shù)量與狀態(tài)以及接口的性質(zhì)；根據(jù)分析結(jié)果確定仿真中需要的虛擬繼電器數(shù)量與性質(zhì)、獨(dú)立元件數(shù)量與性質(zhì)和用戶自定義控件數(shù)量與性質(zhì)；按照待仿真的二次回 路，調(diào)用各種虛擬繼電器、虛擬獨(dú)立元件、用戶自定義控件等并輔以與門、或門、非門等邏輯 元件進(jìn)行邏輯組態(tài)，構(gòu)建成虛擬繼電保護(hù)二次回路。4)通過(guò)LaBVIEW/FPGA編程環(huán)境平臺(tái)，把虛擬繼電保護(hù)二次回路下裝到載有大規(guī) 模FPGA芯片的PXIe板卡上，完成二次回路在仿真系統(tǒng)的映射；由基于PXI Express的機(jī)箱 PXIe-1062Q、雙核嵌入式主控制器PXIe_8106、板載大規(guī)模FPGA的PXI-7852R板卡構(gòu)成虛 擬儀器測(cè)試儀，并結(jié)合輸入輸出接口裝置組成二次回路的仿真系統(tǒng)的硬件部分，整個(gè)仿真 系統(tǒng)運(yùn)行于LabVIEW/FPGA開發(fā)環(huán)境，仿真系統(tǒng)的軟件部分有主控制程序、硬件接口驅(qū)動(dòng)程 序、虛擬繼電器庫(kù)、虛擬獨(dú)立元件庫(kù)、用戶自定義控件庫(kù)、FPGA控制與驅(qū)動(dòng)程序組成，主控制 程序安裝在主控制器上。方便對(duì)二次回路仿真進(jìn)行在線控制，可以多點(diǎn)、多次設(shè)置故障，實(shí) 時(shí)記錄、統(tǒng)計(jì)故障數(shù)據(jù)。5)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，測(cè)試整個(gè)二次回路的動(dòng)作行為，比如調(diào)整某一時(shí)間繼電器的延 時(shí)動(dòng)作時(shí)間或者調(diào)整某一繼電器常開接點(diǎn)的返回時(shí)間，通過(guò)仿真系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證整定時(shí)間長(zhǎng)短 是否合理，是否適配，是否存在接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，找到最佳時(shí)間匹配點(diǎn)。在各個(gè)元件的輸入輸 出端設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)和斷點(diǎn)方便進(jìn)行人工干預(yù)和動(dòng)作統(tǒng)計(jì)。并在二次回路仿真中設(shè)置不同的寄 生回路，模擬二次回路開路、斷線、短路；模擬元件擊穿、開斷；模擬接線交叉或錯(cuò)接?；贔PGA技術(shù)的硬件系統(tǒng)，使得虛擬二次回路執(zhí)行程序不占用任何CPU資源而是 走純物理邏輯，具有高實(shí)時(shí)性。同時(shí)具備多路模擬量和數(shù)字量的輸入輸出接口，可以獨(dú)立仿 真某一二次回路，也可以作為二次回路的某一部分接駁到真實(shí)的二次回路中仿真整個(gè)二次 系統(tǒng)?；谔摂M儀器技術(shù)與FPGA技術(shù)的二次回路仿真系統(tǒng)的核心思想就是將實(shí)際二次回 路圖形化、邏輯化，并映射到仿真系統(tǒng)里，實(shí)時(shí)、真實(shí)的進(jìn)行二次回路仿真。本發(fā)明具有的有益效果通過(guò)二次回路仿真系統(tǒng)可以完成各種繼電保護(hù)二次回路 和繼電器的模擬，從而可以精確研究繼電保護(hù)的接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)、二次寄生回路等問題。通過(guò)仿真 試驗(yàn)可以提早發(fā)現(xiàn)繼電器以及繼電保護(hù)二次回路的設(shè)計(jì)缺陷，比單單的常規(guī)繼電器試驗(yàn)更 方便、更系統(tǒng)、更高效、更準(zhǔn)確，最終提高了繼電保護(hù)二次系統(tǒng)的可靠性。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本發(fā)明的軟件架構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的二次回路仿真方法示意圖。圖4為本發(fā)明的二次回路仿真流程示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，由基于PXI Express的機(jī)箱PXIe_1062Q、雙核嵌入式主控制器 PXIe-8106、板載大規(guī)模FPGA的PXI-7852R板卡構(gòu)成虛擬儀器測(cè)試儀，并結(jié)合輸入輸出接口 裝置組成二次回路的仿真系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行于LabVIEW/FPGA開發(fā)環(huán)境，有主控制程序、 虛擬獨(dú)立元件庫(kù)、虛擬繼電器庫(kù)、用戶自定義庫(kù)、FPGA程序和輸入輸出接口裝置的驅(qū)動(dòng)程序 組成，主控制程序安裝在主控制器PXIe-8106上。
如圖3所示的二次回路仿真方法示意圖，真實(shí)二次回路可以分解為復(fù)雜繼電器和 二次回路元件。由復(fù)雜繼電器構(gòu)建虛擬繼電器庫(kù)，由二次回路元件封裝為用戶自定義控件 和獨(dú)立元件庫(kù)，最終結(jié)合必要的與非邏輯最終形成用于仿真的虛擬二次回路。如圖4所示的二次回路仿真流程示意圖，具體實(shí)施方法為1)分析待仿真二次回路，確定虛擬繼電器、獨(dú)立元件、用戶自定義控件數(shù)量與性 質(zhì)；2)從建立好的虛擬繼電器庫(kù)/獨(dú)立元件庫(kù)/用戶自定義控件庫(kù)中調(diào)用相應(yīng)元件， 如果庫(kù)中沒有則創(chuàng)建新的虛擬繼電器或用戶自定義控件并添加在庫(kù)中；3)在LabVIEW/FPGA開發(fā)平臺(tái)上建立HOST主控制程序；4)利用各種虛擬元件以及與、或、非門等邏輯元件按照待仿真二次回路進(jìn)行邏輯 組態(tài)，構(gòu)建虛擬二次回路；5)生成FPGA控制程序并下裝至FPGA板卡；6)設(shè)置仿真參數(shù)和寄生回路或是接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)等故障點(diǎn)；7)開始仿真；8)得到預(yù)期仿真結(jié)果；9)仿真結(jié)束，關(guān)閉H0ST/FPGA程序，關(guān)閉仿真系統(tǒng)。利用本發(fā)明對(duì)RDASS母線差動(dòng)繼電器二次回路進(jìn)行了實(shí)際仿真，目的是研究 RDASS母線差動(dòng)繼電器的母聯(lián)斷聯(lián)二次回路的寄生回路與接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)問題。通過(guò)設(shè)置不同的 雙位置繼電器、手合繼電器和斷聯(lián)延時(shí)，研究母聯(lián)回路是否發(fā)生誤重合現(xiàn)象，同時(shí)研究在存 在寄生回路和消除寄生回路兩種狀況下，保護(hù)動(dòng)作情況。仿真結(jié)果如表1。表IRDASS母線差動(dòng)繼電器二次回路仿真結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬儀器的繼電保護(hù)二次回路仿真方法，其特征在于它包括如下步驟1)把被仿真繼電保護(hù)二次回路的各個(gè)組成部分通過(guò)LABVIEW圖形化編程語(yǔ)言封裝成 虛擬獨(dú)立元件模塊和用戶自定義控件，所有的虛擬獨(dú)立元件模塊和用戶自定義控件集合成 虛擬獨(dú)立元件庫(kù)和用戶自定義控件庫(kù)；2)對(duì)于復(fù)雜繼電器，直接創(chuàng)建成虛擬繼電器模塊，并集合成虛擬繼電器庫(kù)；3)分析被仿真繼電保護(hù)二次回路的功能與性質(zhì)、所含元件的種類與數(shù)量、二次回路輸 入與輸出接口數(shù)量與狀態(tài)以及接口的性質(zhì)；根據(jù)分析結(jié)果確定仿真中需要的虛擬繼電器數(shù)量與性質(zhì)、獨(dú)立元件數(shù)量與性質(zhì)、用戶 自定義控件數(shù)量與性質(zhì)；按照被仿真的繼電保護(hù)二次回路，調(diào)用各種虛擬繼電器、虛擬獨(dú)立 元件和用戶自定義控件并輔以邏輯元件進(jìn)行邏輯組態(tài)，構(gòu)建成虛擬繼電保護(hù)二次回路；4)通過(guò)LaBVIEW/FPGA編程環(huán)境平臺(tái)，把虛擬繼電保護(hù)二次回路下裝到載有大規(guī)模 FPGA芯片的PXIe板卡上，完成二次回路在仿真系統(tǒng)的映射，由基于PXI Express的機(jī)箱 PXIe-1062Q、雙核嵌入式主控制器PXIe_8106、板載大規(guī)模FPGA的PXI-7852R板卡構(gòu)成虛 擬儀器測(cè)試儀，并結(jié)合輸入輸出接口裝置組成二次回路的仿真系統(tǒng)的硬件部分，整個(gè)仿真 系統(tǒng)運(yùn)行于LabVIEW/FPGA開發(fā)環(huán)境，仿真系統(tǒng)的軟件部分有主控制程序、硬件接口驅(qū)動(dòng)程 序、虛擬繼電器庫(kù)、虛擬獨(dú)立元件庫(kù)、用戶自定義控件庫(kù)、FPGA控制與驅(qū)動(dòng)程序組成，主控制 程序安裝在主控制器上；5)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，測(cè)試整個(gè)二次回路的動(dòng)作行為，在各個(gè)元件的輸入輸出端設(shè)置監(jiān)視 點(diǎn)和斷點(diǎn)，并在二次回路仿真中設(shè)置不同的寄生回路，模擬二次回路開路、斷線和短路，模 擬元件擊穿和開斷，模擬接線交叉或錯(cuò)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器的繼電保護(hù)二次回路仿真方法，其特征在于 由時(shí)間繼電器模塊、磁保持繼電器、雙位置繼電器、電流繼電器和電壓繼電器直接創(chuàng)建成虛 擬繼電器模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬儀器的繼電保護(hù)二次回路仿真方法，其特征在于 通過(guò)上述仿真方法進(jìn)行繼電保護(hù)寄生回路仿真試驗(yàn)時(shí)，多點(diǎn)多次設(shè)置寄生回路，評(píng)估寄生 回路對(duì)整個(gè)繼電保護(hù)二次回路的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬儀器的繼電保護(hù)二次回路仿真方法，其特征在于 通過(guò)上述仿真方法進(jìn)行繼電保護(hù)二次回路接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象研究，定性定量的分析接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)邏 輯時(shí)序關(guān)系，給出時(shí)間繼電器最佳匹配整定時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于虛擬儀器的變電站繼電保護(hù)二次回路仿真方法。對(duì)于由于二次回路缺陷產(chǎn)生的繼電保護(hù)事故，用常規(guī)的方法不易分析和判斷，難以通過(guò)試驗(yàn)的辦法再現(xiàn)，往往需要停電，不利于事故快速有效處理。本發(fā)明分析被仿真繼電保護(hù)二次回路的功能與性質(zhì)、所含元件的種類與數(shù)量、二次回路輸入與輸出接口數(shù)量與狀態(tài)以及接口的性質(zhì)；按照被仿真的繼電保護(hù)二次回路，調(diào)用各種虛擬繼電器、虛擬獨(dú)立元件和用戶自定義控件并輔以邏輯元件進(jìn)行邏輯組態(tài)，構(gòu)建成虛擬繼電保護(hù)二次回路，利用虛擬繼電保護(hù)二次回路進(jìn)行仿真。本發(fā)明可以精確研究繼電保護(hù)的接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)、二次寄生回路等問題，通過(guò)仿真試驗(yàn)可以提早發(fā)現(xiàn)繼電器以及繼電保護(hù)二次回路的設(shè)計(jì)缺陷。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102073774SQ20111002038
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者吳俊 , 吳建洪, 樓柏良, 趙曉明, 陸承宇, 黃曉明 申請(qǐng)人:浙江省電力試驗(yàn)研究院, 浙江省電力試驗(yàn)研究院技術(shù)服務(wù)中心