专利名称：递进搜索式数字化继电保护电磁暂态仿真测试法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种继电保护电磁暂态仿真测试法，尤其涉及一种递进搜索式 数字化继电保护电磁暂态仿真测试，属电力自动化领域。
背景技术：
继电保护是电力系统安全运行的重要保证。从继电保护装置出现起，人们 就一直在研究如何对其特性及相关性能进行检测。随着电力系统的发展，电网 结构日益复杂，电气设备也越来越多，这使得相应继电保护装置的数量迅速增 加。同时，计算机技术的引入以及各种数字信号处理技术的发展，使继电保护 的原理和种类也越来越多，且特性各异。为了保证继电保护装置的安全、可靠 运行，电力系统对分析继电保护动作行为及特性的试验工具的要求也日益提 高。电磁暂态仿真是对继电保护的原理、特性及行为进行分析、试验的手段之
随着变电站通信网络系统国际标准IEC61850的制定和颁布，伴随着光电 互感器的大力推广，数字光电电气量测系统将取代常规的以电流、电压互感器 为基础的量测系统，进而全数字化变电站将得到很快推广和应用。目前国内的 各继电保护生产厂家正相继开发和完善在数字光电量测系统下运行的全数字 保护，变电站中这些全数字型的智能电子设备(IED)的推广应用，使得与之相 适应的保护、仪器及智能设备试验、测试手段将发生根本的改z变。主要体现在: 首先传统继电保护、测量仪表的输入是电压和电流的模拟量，而数字化继电保 护、仪器及智能设备所输入的信号是经过处理的纯数字信号；其次，传统保护 的测试对于信号源的技术参数要求标准很高，如信号源的精度、稳定性、幅频 相频特性、带宽、暂态响应速度、叠加谐波能力、负载特性、最大输出值等， 而全数字保护、仪器及智能设备的测试采用数字量输入，所以，无需信号源。 另外，传统的利用电磁暂态仿真程序对继电保护动作行为的仿真研究，仅能进 行原理仿真来刻画保护的动作行为，而不能直接与继电保护装置接口进行测 试，但实际继电保护装置的实现并不止限于保护的基本原理，通常还需要大量 的逻辑配合、动作时间配合等隐含于装置内具体技术细节。简单的原理仿真很 难全面了解保护装置动作行为的全貌。虽然全模拟量输出的实时暂态仿真装置 (由电磁暂态仿真程序、D/A变换和功放构成)(如加拿大的RTDS)目前已有不少应用，但高昂的价格和维护费用以及庞大的体积很大程度限制了其进一步 推广，况且这种实时暂态仿真装置仅适用于传统的模拟量输入继电保护，而不
能用于数字式继电保护的测试，因此，研究基于PC平台的电磁暂态仿真用于
满足新的规约的数字化继电保护、仪器及智能设备的仿真测试，是非常必要的，
有着广阔的前景。
发明内容
本发明的目的在于提供基于PC平台的电磁暂态仿真用于满足新的规约 的数字化继电保护、仪器及智能设备的仿真测试方法。
本发明的递进搜索式数字化继电保护电磁暂态仿真测试法，其步骤为将 电磁暂态仿真程序所生成的暂态仿真数据经过数据转换模块进行调整和编码， 使之适应以太网组帧收发；经过变换后的暂态仿真数据通过以太网交换至包含 可运行以太网协议桟软件驱动以及具备双光纤以太网硬件接口的计算机的嵌 入式计算机通讯管理模块，在该模块中按照所定标准要求，组成采样值数据帧， 并通过光纤以太网发送，计算机通讯管理模块中的另一个以太网端口，用于接 收全数字式继电保护装置发送过来的数字化GOOSE跳闸信号，并按照所定标准 进行解包以及数据提取；在此基础上，由仿真测试调度模块调度电磁暂态仿真 程序的运行，按照电力系统故障发展的过程故障-跳闸-重合-重合于故障-永 久跳开断路器，递进搜索被测继电保护装置的响应时间，逐次修改电磁暂态仿 真模型，调整其中仿真断路器模型的动作时刻以及故障发生时刻，最终完成整 个测试过程。
本发明所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其龟磁暂态程序的计算结 果，经过嵌入式计算机模块按照所定标准，将仿真结果转换成离散采样值发送 到被测数字化继电保护，该保护的动作相应以GOOSE信息的形式经过嵌入式计 算机模块反馈到仿真测试调度模块中，进而依此修改暂态仿真计算模型，调度 暂态仿真计算。
本发明方法进行电力系统单次故障电磁暂态仿真测试的步骤为根据电磁 暂态仿真程序建立暂态仿真模型，并进行仿真计算，得仿真数据，再组帧发送 至被测试继电保护装置，记录此发送时刻为故障起始时刻/。，进行是否收到 G00SE跳闸报文判定，收到G00SE跳闸报文则记录跳闸时刻^，如未收到G00SE
跳闸报文，即跳闸报文判定结果为"否"，则进行是否等待超时判定，如超时 即等待超时判定结果为"是"，则直接生成试验报告，得到保护动作时间为A -f。， 如未超时即等待超时判定结果为"否"，则重复进行是否收到G00SE跳闸报文 判定。
本发明方法实现瞬时性故障测试方法为搜索数字式继电保护反馈信息修正暂态仿真程序模型，其步骤为通过设置仿真模型中电力系统的故障类型、 故障时刻以及故障消失时刻等参数，初次仿真后，将仿真结果按照所定标准要 求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果；记录故障起始的时刻/。和所 接收到的保护发来的G00SE跳闸报文的时刻为^ 。考虑到实际电力系统断路器 开断需要一定延时Q，修改仿真模型断路器控制开关，在/1+^时刻后开断， 再次进行仿真计算，将仿真结果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出 离散化的仿真结果。并记录重新试验的故障时刻^ ，经过修正的保护跳闸时刻^ 以及合闸时刻 4。可得到保护动作时间为,3-~，保护重合闸时间"-"+U。 考虑到检同期合闸的时间延迟，通常仿真时间设置略长于保护整组复归时间。 本发明方法实现永久性故障测试方法为递进搜索数字式继电保护反馈信 息，逐次修正暂态仿真程序模型，完整实现电力系统故障-跳闸-重合-重合于 故障-永久跳开断路器这一动态过程的测试；其步骤为通过设置仿真模型中 电力系统的故障类型、故障时刻等参数，开始初次仿真，然后将仿真结果按照 所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果；记录初次故障起 始的时刻r。和所接收到的保护发来的G00SE跳闸报文的时刻为y考虑断路器 开断延时^后，修改仿真模型断路器控制开关，在^+Q时刻后开断，再次进 行仿真计算，将仿真结果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化 的仿真结果；并记录重新试验的故障时刻/2，经过修正的保护跳闸时刻^以及 合闸时刻^可得到保护动作时间为^-^，保护重合闸时间"-A+U;根据 合闸时刻，考虑断路器合闸操作延时Q，修改相应断路器仿真控制模型，使其 在"+^时刻闭合断路器，使断路器合闸于故障，并重新开始仿真；将仿真结 果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果；并记录重 新试验的故障时刻^，经过修正的保护跳闸时刻/6、合闸时刻f,以及合闸于故 障后再次发出跳闸令时刻"；得到保护初次动作时间"-^，保护重合闸时间 G 以及保护重合于故障后跳闸时间~ 。
本发明方法中嵌入式计算机通讯管理模块所定标准为IEC61850-9标准。 本发明数字化继电保护由于采用全数字化光纤以太网接口取代过去电流、 电压变换器等环节构成的信号调理和采集环节，使电磁暂态仿真与数字化继电 保护装置的直接接口成为可能。在此基础上，本方法采用递进搜索判别原理， 结合广泛应用的电磁暂态仿真程序EMTP、 ATP、 PSCAD/EMTDC等，实现暂态仿
真调度、数据采集、组帧、发送、响应保护动作行为等继电保护试验测试功能。 为数字化继电保护动作行为的分析、研究、测试提供了实用、简单、廉价的技 术手段；解决了传统电磁暂态仿真软件无法应用于实际继电保护装置测试的问 题，为分析、研究特殊运行工况以及事故情况下数字化继电保护动作行为分析
图1为本发明方法流程示意图； 图2为本发明单次故障试验流程图； 图3为本发明瞬时性故障试验流程图； 图4为本发明永久性故障试验流程图。
具体实施例方式
以下结合附图以基于IEC61850标准为例对本发明进行详细说明。
参见图1:图1中1电磁暂态仿真计算程序采用EMTP、 ATP、 PSCAD/EMTDC 等。图1中2为数据转换模块。对电磁暂态仿真程序所生成的暂态仿真数据， 进行调整和编码，使之适应以太网组帧收发。图1中3为递进搜索式仿真调度 模块，该模块承担了测试功能的组织、调度、管理以及算法实现。
鉴于当前主流电磁暂态仿真程序均为运行于Windows的应用程序，故图1 中的l、 2和3都是运行于通用微型计算机平台的Windows操作系统下。然而 Windows为一种非实时性操作系统，根据IEC61850要求，测试电流、电压组帧 发送应达到每工频周期200帧的水平，另外兼顾其它辅助功能以及裕度的考虑， 运行于Windows下的程序在现有硬件水平条件下不可能满足要求。为了解决这 个问题，增加前端嵌入式通讯管理模块。本发明中采用EM9360工业嵌入式模 块，该模块具有以太网接口多，CPU速度快，以及内置内存大等特点。经过变 换的暂态仿真数据通过以太网交换至EM9360嵌入式模块，在该模块中按照 IEC61850-9标准要求，组成采样值数据帧，并通过光纤以太网发送。工业嵌入 式模块中的另一个以太网端口，用于接收全数字式继电保护装置发送过来的数 字化GOOSE跳闸信号，并按照IEC61850标准进行解包以及数据提取。
本发明所述递进搜索式数字化继电保护电磁暂态仿真测试的详细工作流程 分别如图2、 3、 4所示，与继电保护测试的几种电力系统故障发展类型对应。
图2所示为单次故障试验流程，这种试验主要用于考查电力系统发生单次 故障后，继电保护的动作行为。通过设置仿真模型中电力系统的故障类型、故 障时刻等参数，根据电磁暂态仿真程序建立暂态仿真模型，并进行仿真计算， 得仿真数据，将仿真结果按照IEC61850-9要求编码，以固定时间间隔输出离 散化的仿真结果(即电流电压瞬时值)，其中，记录故障起始的时刻f。和所接收 到的保护发来的G00SE跳闸报文的时刻为—可得到保护动作时间为"-f。。如 未收到G00SE跳闸报文，即跳闸报文判定结果为"否"，则进行是否等待超时 判定，如超时即等待超时判定结果为"是"，则直接生成试验报告，得到保护 动作时间为^-/。，如未超时即等待超时判定结果为"否"，则重复进行是否收 到G00SE跳闸报文判定。
图3为瞬时性故障试验流程，该试验主要用于考查电力系统发生单次故障后，继电保护切除故障，待故障消失后，保护重合的动作行为。通过设置仿真 模型中电力系统的故障类型、故障时刻以及故障消失时刻等参数，初次仿真后，
将仿真结果按照IEC61850-9要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结 果。记录故障起始的时刻r。和所接收到的保护发来的GOOSE跳闸报文的时刻为 "考虑到实际电力系统断路器开断需要一定延时Q，修改仿真模型断路器控 制开关，在^ 时刻后开断，再次进行仿真计算，将仿真结果按照IEC61850-9 要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果。并记录重新试验的故障时 刻^，经过修正的保护跳闸时刻^以及合闸时刻"。可得到保护动作时间为 f3-f2，保护重合闸时间^-(^+Q)。考虑到检同期合闸的时间延迟，通常仿真
时间设置略长于保护整组复归时间。
图4为永久性故障试验，与图3类似，即保护在故障后跳闸，重合闸条件 满足后合闸，重合于永久故障后保护再次跳开这一过程。这一过程的实现，于 图3类似，采用递进搜索，为了避免试验过程中测试误差的积累，在测试过程 中需要不断依照实际跳闸信息，结合断路器操作时间Q，修正电磁暂态仿真模 型中相关断路器分合控制，经过多次递进，最终确定数字化继电保护装置的动 作行为。具体工作流程如下通过设置仿真模型中电力系统的故障类型、故障 时刻等参数，开始初次仿真，然后将仿真结果按照IEC61850-9要求编码，以 固定时间间隔输出离散化的仿真结果。记录初次故障起始的时刻,。和所接收到 的保护发来的G00SE跳闸报文的时刻为^。考虑断路器开断延时^后，修改仿 真模型断路器控制开关，在^+^时刻后开断，再次进行仿真计算，将仿真结 果按照IEC61850-9要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果。并记 录重新试验的故障时刻/2，经过修正的保护跳闸时刻^以及合闸时刻/4。可得到 保护动作时间为^-^,保护重合闸时间/4-("+^)。根据合闸时刻，考虑断路 器合闸操作延时G,修改相应断路器仿真控制模型，使其在^+^时刻闭合断 路器，使断路器合闸于故障，并重新开始仿真。将仿真结果按照IEC61850-9 要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果。并记录重新试验的故障时 刻/5，经过修正的保护跳闸时刻^、合闸时刻^以及合闸于故障后再次发出跳
闸令时刻^。可得到保护初次动作时间fe^5，保护重合闸时间 7-(,6+^)以及 保护重合于故障后跳闸时间f8 -(f7 。
权利要求
1、一种递进搜索式数字化继电保护电磁暂态仿真测试法，其特征在于将电磁暂态仿真程序所生成的暂态仿真数据经过数据转换模块进行调整和编码，使之适应以太网组帧收发；经过变换后的暂态仿真数据通过以太网交换至包含可运行以太网协议栈软件驱动以及具备双光纤以太网硬件接口的计算机的嵌入式计算机通讯管理模块，在该模块中按照所定标准要求，组成采样值数据帧，并通过光纤以太网发送，计算机通讯管理模块中的另一个以太网端口，用于接收全数字式继电保护装置发送过来的数字化GOOSE跳闸信号，并按照所定标准进行解包以及数据提取；在此基础上，由仿真测试调度模块调度电磁暂态仿真程序的运行，按照电力系统故障发展的过程故障-跳闸-重合-重合于故障-永久跳开断路器，递进搜索被测继电保护装置的响应时间，逐次修改电磁暂态仿真模型，调整其中仿真断路器模型的动作时刻以及故障发生时刻，最终完成整个测试过程。
2、 按照权利要求1所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其特征在于电磁 暂态程序的计算结果，经过嵌入式计算机模块按照所定标准，将仿真结果转换 成离散采样值发送到被测数字化继电保护，该保护的动作相应以G00SE信息的 形式经过嵌入式计算机模块反馈到仿真测试调度模块中，进而依此修改暂态仿 真计算模型，调度暂态仿真计算。
3、 按照权利要求1或2所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其特征在于进行电力系统单次故障电磁暂态仿真测试的步骤为根据电磁暂态仿真程序建立暂态仿真模型，并进行仿真计算，得仿真数据，再组帧发送至被测试继电保护装置，记录此发送时刻为故障起始时刻f。，进行是否收到G00SE跳闸报文判 定，收到GOOSE跳闸报文则记录跳闸时刻^，如未收到GOOSE跳闸报文，即跳 闸报文判定结果为"否"，则进行是否等待超时判定，如超时即等待超时判定 结果为"是"，则直接生成试验报告，得到保护动作时间为^-f。，如未超时即 等待超时判定结果为"否"，则重复进行是否收到G00SE跳闸报文判定。
4、 按照权利要求1所述的1或2所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其特征在于实现瞬时性故障测试方法为搜索数字式继电保护反馈信息修正暂态 仿真程序模型，其步骤为通过设置仿真模型中电力系统的故障类型、故障时刻以及故障消失时刻等参数，初次仿真后，将仿真结果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果；记录故障起始的时刻f。和所接收到的 保护发来的G00SE跳闸报文的时刻为^ 。考虑到实际电力系统断路器开断需要 一定延时^，修改仿真模型断路器控制开关，在^+^时刻后开断，再次进行仿真计算，将仿真结果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化的 仿真结果。并记录重新试验的故障时刻G，经过修正的保护跳闸时刻^以及合 闸时刻^。可得到保护动作时间为^-f2，保护重合闸时间"-"+Q)。考虑到 检同期合闸的时间延迟，通常仿真时间设置略长于保护整组复归时间。
5、 按照权利要求1所述的1或2所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其特征在于实现永久性故障测试方法为递进搜索数字式继电保护反馈信息，逐次 修正暂态仿真程序模型，完整实现电力系统故障-跳闸-重合-重合于故障-永久 跳开断路器这一动态过程的测试；其步骤为通过设置仿真模型中电力系统的故障类型、故障时刻等参数，开始初次仿真，然后将仿真结果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果;记录初次故障起始的时刻f。和 所接收到的保护发来的GOOSE跳闸报文的时刻为y考虑断路器开断延时^后， 修改仿真模型断路器控制开关，在/1+^时刻后开断，再次进行仿真计算，将 仿真结果按照所定标准要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果；并 记录重新试验的故障时刻一 经过修正的保护跳闸时刻/3以及合闸时刻"；可 得到保护动作时间为,3-/2，保护重合闸时间"-"+Q);根据合闸时刻，考虑 断路器合闸操作延时^，修改相应断路器仿真控制模型，使其在"+Q时刻闭 合断路器，使断路器合闸于故障，并重新开始仿真；将仿真结果按照所定标准 要求编码，以固定时间间隔输出离散化的仿真结果；并记录重新试验的故障时 刻^，经过修正的保护跳闸时刻^、合闸时刻^以及合闸于故障后再次发出跳 闸令时刻^;得到保护初次动作时间/6-f5，保护重合闸时间^-("+Q)以及保 护重合于故障后跳闸时间"_(~ 。
6、 按照权利要求1所述的1或2所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其特 征在于嵌入式计算机通讯管理模块所定标准为IEC61850-9标准。
7、 按照权利要求1所述的1或2所述的继电保护电磁暂态仿真测试法，其特 征在于电磁暂态仿真计算程序为EMTP、 ATP、 PSCAD/EMTDC中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种递进搜索式数字化继电保护电磁暂态仿真测试法，其步骤为将电磁暂态仿真程序所生成的暂态仿真数据经过数据转换模块进行调整和编码；经过变换后的数据通过以太网交换至嵌入式计算机通讯管理模块，在该模块中按照所定标准要求，组成采样值数据帧经以太网发送，计算机通讯管理模块中的另一个以太网端口，用于接收全数字式继电保护装置发送过来的数字化GOOSE跳闸信号，并按照所定标准进行解包以及数据提取；由仿真测试调度模块调度电磁暂态仿真程序的运行，按照电力系统故障发展的过程递进搜索被测继电保护装置的响应时间，逐次修改电磁暂态仿真模型。本发明解决了传统电磁暂态仿真软件无法应用于实际继电保护装置测试的问题。
文档编号G01R31/327GK101430355SQ20081010734
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者熊华强, 治 王, 谌争鸣, 卫 陈, 辉 陈, 陈德树 申请人:江西省电力科学研究院