测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法、装置及系统与流程

本发明涉及电力系统仿真领域，特别是涉及一种测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法、装置、系统、存储介质及计算机设备。

背景技术：

在三相四线制电路中，三相电流的向量和等于零。如果在三相三线中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过电流互感器的三相电流相量和不等零。这样电流互感器二次线圈中就有一个感应电流，此电流加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，若大于预定动作电流，则使灵敏继电器动作。这里所接的电流互感器称为零序电流互感器，三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。

在电力系统中，零序电流保护是一种重要的接地保护方法。零序电流自适应保护装置，可用于应对小电阻接地系统发生多回线同相复杂接地故障，自适应零序电流保护的整定值能够随接地故障类型、系统运行方式和接地中性点的分布变化而变化。在选用零序电流自适应保护装置时，需要对零序电流自适应保护装置的各项功能进行考核，测试零序电流自适应保护装置在小电阻接地系统不同工况下的适用性。传统考核方式采用现场测试的方式，然而这种考核方式实现成本高；并且由于现场测试无法模拟一些复杂工况，例如小电阻接地系统发展性故障、多回线故障等，因此不能全面评估零序电流自适应保护装置的性能。

技术实现要素：

基于此，本发明实施例提供测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法、装置、系统、存储介质及计算机设备，能够全面测试零序电流自适应保护装置的功能指标，且测试成本低。

本发明一方面提供测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法，包括：

根据小电阻接地的多回线配电网的实际运行信息初始化实时数字仿真器中预先建立的配电网组网模型；

根据实时数字仿真器中与所述配电网组网模型对应的故障发生模型，得出当前的故障条件；

基于当前的配电网组网模型，控制实时数字仿真器进行当前故障条件下的多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第一电流电压模拟信号；

将所述第一电流电压模拟信号输送至待测试的零序电流自适应保护装置；获取所述零序电流自适应保护装置根据所述第一电流电压模拟信号输出的零序电流补偿数值和数字控制信号；

根据所述数字控制信号调整所述配电网组网模型，基于调整后的配电网组网模型，控制实时数字仿真器重新进行多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号；

根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的功能指标。

一种测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置，包括：

初始化模块，用于根据小电阻接地的多回线配电网的实际运行信息初始化实时数字仿真器中预先建立的配电网组网模型；

故障条件生成模块，用于根据实时数字仿真器中与所述配电网组网模型对应的故障发生模型，得出当前的故障条件；

一次仿真模块，用于基于当前的配电网组网模型，控制实时数字仿真器进行当前故障条件下的多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第一电流电压模拟信号；

装置信息获取模块，用于将所述第一电流电压模拟信号输送至待测试的零序电流自适应保护装置；并获取所述零序电流自适应保护装置根据所述第一电流电压模拟信号输出的零序电流补偿数值和数字控制信号；

二次仿真模块，用于根据所述数字控制信号调整所述配电网组网模型，基于调整后的配电网组网模型，控制实时数字仿真器重新进行多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号；

以及，指标确定模块，用于根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的功能指标。

一种测试零序电流自适应保护装置功能指标的系统，包括：实时数字仿真器、功率放大器以及待测试的零序电流自适应保护装置；所述实时数字仿真器中建立有配电网组网模型及其对应的故障发生模型；

所述实时数字仿真器的模拟信号输出接口连接功率放大器的输入接口，功率放大器的输出接口连接待测试的零序电流自适应保护装置的模拟信号输入接口；所述实时数字仿真器的数字信号输入接口连接所述零序电流自适应保护装置的数字信号输出接口；

实时数字仿真器将基于配电网组网模型和故障发生模型仿真得到的当前故障条件下多回线配电网的第一电流电压模拟信号输出至功率放大器；通过功率放大器对所述第一电流电压模拟信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出至所述零序电流自适应保护装置；零序电流自适应保护装置输出对应的数字控制信号至实时数字仿真器；所述零序电流自适应保护装置还输出当前故障条件下的零序电流补偿数值；

实时数字仿真器根据所述零序电流自适应保护装置输出的数字控制信号调整配电网组网模型，并基于调整后的配电网组网模型重新进行多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号；

根据所述实时数字仿真器中模拟的故障条件、所述零序电流自适应保护装置输出的零序电流补偿数值，以及所述实时数字仿真器仿真得到的第一电流电压模拟信号和第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的功能指标。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。

上述技术方案，基于实时数字仿真器模拟多回线配电网生产现场的多种工况，由此能够全面地检测零序电流自适应保护装置的相关功能指标，无需对变电站进行实际的接线改装，能够减少实验场地，节约测试成本。

附图说明

图1为一实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法的示意性流程图；

图2为一实施例的配电网组网模型的示意图；

图3为一实施例的故障发生模型的示意图；

图4为一实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法的应用环境图；

图5为图4应用场景下的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法的流程图；

图6为一实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置的示意性结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法的示意性流程图；如图1所示，本实施例中的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法包括步骤：

s11，根据小电阻接地的多回线配电网的实际运行信息初始化实时数字仿真器中预先建立的配电网组网模型。

其中，配电网组网模型能够反映小电阻接地的多回线配电网的组网信息，包括组网结构信息、元件的状态和/或参数信息等。

s12，根据实时数字仿真器中与所述配电网组网模型对应的故障发生模型，得出当前的故障条件。

在一可选实施例中，还包括预先在实时数字仿真器中建立配电网组网模型，以及建立所述配电网组网模型对应的故障发生模型的步骤。其中，故障发生模型与配电网组网模型相关联，通过设置故障发生模型的模型参数，可调整配电网组网模型，模拟出对应的多回线配电网工况的效果。

优选地，所述故障条件包括：故障位置、故障发生时刻、故障线路数目、过渡电阻、接地初始角和/或间歇性时间等。通过所述实时数字仿真器中预先建立的配电网组网模型和故障发生模型，可模拟出多种不同的故障条件，进而可测试零序电流自适应保护装置在不同故障条件下的功能指标。

s13，基于当前的配电网组网模型，控制实时数字仿真器进行当前故障条件下的多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第一电流电压模拟信号。

实时数字仿真器rtds(realtimedigitalsimulator)，基于数字处理器和并行计算，可实现实时输出，同时采用千兆处理器卡，大幅度减小仿真步长到20微秒，响应可精确到9khz。rtds基于配电网组网模型，能够在实验室环境下全面完整真实的模拟电网系统的暂稳态。

s14，将所述第一电流电压模拟信号输送至待测试的零序电流自适应保护装置；获取所述零序电流自适应保护装置根据所述第一电流电压模拟信号输出的零序电流补偿数值和数字控制信号。

s15，根据所述数字控制信号调整所述配电网组网模型，基于调整后的配电网组网模型，控制实时数字仿真器重新进行多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号。

s16，根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的功能指标。

由于实时数字仿真器rtds不仅能与实际的零序电流自适应保护装置连接构成灵活方便的闭环回路，而且能够对在实际电力系统中难以实现或不容许出现的多种复杂、恶劣工况进行模拟仿真。因此将rtds连接零序电流自适应保护装置进行仿真测试，将有效弥补传统现场测试的缺点，既能全面测试装置的功能指标，又能节约测试成本。

在一可选实施例中，所述配电网组网模型中可包括：主网模型、变压器模型、接地变压器模型、小电阻模型、架空线模型和/或负荷模型等。优选地，参见图2所示，主网模型采用理想电压源，变压器模型采用三相双绕组变压器模型，接地变压器模型采用z型接地变压器模型，架空线模型采用集中性参数线路模型。

在一可选实施例中，参考图3所示，在实时数字仿真器中，还可预先建立相应的电气数据提取模型、零序电流补偿模型、电气数据处理模型和/或结果显示模型。其中，电气数据提取模型用于从故障发生模型中提取相关电气数据的提取，包括零序电压、零序电流；电气数据处理模型用于对提取的故障发生参数进行相应处理，得到当前的故障条件；零序电流补偿模型用于在发生多回线故障时，自适应地将每回故障线路的零序电流实时修正为该回线单独故障时的零序电流值；结果显示模型用于对当前的故障条件以及上述故障条件下的零序电流、零序电压进行输出显示。此外，所述结果显示模型还用于对实时数字仿真的多回线配电网仿真结果进行输出显示，例如对所述第一电流电压模拟信号、第二电流电压模拟信号进行输出显示。优选地，故障发生模型采用单相接地故障，可设置故障时刻、过渡电阻，间歇性接地故障以及定接地初始角；结果显示模型以表格和/或曲线形式展现相关信息。

在一可选实施例中，上述步骤s16具体包括：根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的零序电流自适应保护动作时间指标、零序电流自适应值指标和/或零序电流补偿效果指标。具体例如：

零序电流自适应保护动作时间指标可根据零序电流自适应保护装置发出数字控制信号时刻与故障发生时刻的时间差得出；零序电流自适应值可根据电流补偿数值得出；零序电流补偿效果可根据电流补偿数值与第一电流电压模拟信号中零序电流之差得出；此外，通过比较分析第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，判断故障是否已解除，当故障已解除后，则认定零序电流自适应保护装置的保护动作可靠。

可以理解的，上述实施例的测试零序电流自适应保护装置的方法，适用于自适应零序三段式过流保护装置的功能指标测试、自适应零序反时限过流保护装置的功能指标测试和/或自适应零序后加速保护装置的功能指标测试，此外，也适用于常规三段式过流保护装置的功能指标测试。

图4为本发明一实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法的具体应用场景图，如图4所示，所述应用场景为：将rtds与待测试的零序电流自适应保护装置通过功率放大器连接，组成闭环测试平台。该测试平台能够实现在不同故障条件下零序电流自适应保护装置的相关功能测试。rtds中建立有小电阻接地的多回线配电网测试模型的一次系统(即配电网组网模型)和二次系统(包括故障发生模型、电气数据提取模型、零序电流补偿模型、电气数据处理模型、结果显示模型)，rtds基于上述一次系统和二次系统能够实现多回线配电网实时仿真和测试操作。其中，故障发生模型采用单相接地故障，可设置故障时刻、过渡电阻，间歇性接地故障以及定接地初始角；零序电流补偿模型在发生多回线故障时，自适应地将每回故障线路的零序电流实时修正为该回线单独故障时的零序电流值。

其中，基于所述一次系统和二次系统，模拟多回线配电网的多种故障条件的步骤包括：通过将配电网组网模型中对应线路与故障发生模型连接，模拟对应的故障位置；通过调整故障发生模型的故障时刻参数，模拟对应的故障发生时刻；通过将配电网组网模型中的若干条线路与故障发生子模块连接，模拟对应的故障线路数目；通过调整故障发生模型中的过渡电阻参数，模拟对应的过渡电阻；通过调整故障发生模型中的定接地初始角，模拟对应的接地初始角；通过调整故障发生模型中间歇性接地故障的时间参数，模拟对应的故障间歇性的时间。即：故障位置通过将不同线路与故障发生模块连接实现；故障时刻可在故障发生模型中随机设置，可以在任意时刻令任意一个或者几个故障同时发生；故障线路数目可通过将几条回路与故障发生模块连接实现；过渡电阻通过改变故障发生模型中的过渡电阻参数来实现；接地初始角通过定接地初始角设置模型设置，间歇性的时间通过间歇性接地故障设置。

所述实时数字仿真器的模拟信号输出接口连接功率放大器的输入接口，功率放大器的输出接口连接待测试的零序电流自适应保护装置的模拟信号输入接口；所述实时数字仿真器的数字信号输入接口连接所述零序电流自适应保护装置的数字信号输出接口。

基于上述测试平台可实现不同故障条件下零序电流自适应保护装置的功能测试，具体包括不同的故障位置，不同的故障时刻，不同的故障线路数目、不同的过渡电阻，不同的接地初始角以及不同间歇性的时间的故障条件。对应地，基于上述测试平台中可进行零序电流自适应保护装置的相关功能测试，包括：零序电流自适应保护动作时间指标、零序电流自适应值指标和/或零序电流补偿效果指标等。通过rtds全面完整真实的模拟电网系统的暂稳态，并能返回零序电流自适应保护装置的动作信号形成闭环测试，不仅能用来评价零序电流自适应保护装置的运行，而且也能用来评估配电网对零序电流自适应保护装置正常运行或误动作的反应。下面结合图4、图5对上述实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法进行了更进一步的解释。

如图5所示，本实施例中的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法包括步骤：

(1)根据小电阻接地的多回线配电网的实际运行信息，设置一次系统参数；即初始化实时数字仿真器中预先建立的配电网组网模型。

(2)根据实际测试需求，设置实时数字仿真器中的二次系统，以构成不同的故障条件。

(3)rtds根据一次系统和二次系统的设置情况进行实时数字仿真，并输出当前故障条件下的多回线配电网仿真结果，即第一电流电压模拟信号；经功率放大器放大后传入待测试的零序电流自适应保护装置。

(4)所述零序电流自适应保护装置根据功率放大器传入的电流电压模拟信号(即第一电流电压模拟信号放大后的模拟信号)，通过运算处理，计算零序电流补偿数值，并发出数字控制信号，传入rtds。

rtds根据所述数字控制信号调整rtds中所述配电网组网模型，具体例如根据所述数字控制信号调整配电网组网模型中的断路器的状态。

(5)rtds进行实时仿真，可得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号。二次系统提取记录故障处理前后的电压电流数值(故障处理前即第一电流电压模拟信号，故障处理后即第二电流电压模拟信号)。根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，处理后通过结果显示模型输出所述零序电流自适应保护装置的相关功能指标，包括：零序电流自适应保护动作时间指标、零序电流自适应值指标和/或零序电流补偿效果指标等。

需要说明的是，上述测试平台，不仅适用于自适应零序三段式过流保护装置的功能指标测试、自适应零序反时限过流保护装置的功能指标测试和/或自适应零序后加速保护装置的功能指标测试，也适用于常规三段式过流保护装置的功能指标测试。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

基于与上述实施例中的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法相同的思想，本发明还提供测试零序电流自适应保护装置功能指标的系统，包括：实时数字仿真器、功率放大器以及待测试的零序电流自适应保护装置；所述实时数字仿真器中建立有配电网组网模型及其对应的故障发生模型。

其中，所述实时数字仿真器的模拟信号输出接口连接功率放大器的输入接口，功率放大器的输出接口连接待测试的零序电流自适应保护装置的模拟信号输入接口；所述实时数字仿真器的数字信号输入接口连接所述零序电流自适应保护装置的数字信号输出接口。

实时数字仿真器将基于配电网组网模型和故障发生模型仿真得到的当前故障条件下多回线配电网的第一电流电压模拟信号输出至功率放大器。通过功率放大器对所述第一电流电压模拟信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出至所述零序电流自适应保护装置。

零序电流自适应保护装置输出对应的数字控制信号至实时数字仿真器；所述零序电流自适应保护装置还输出当前故障条件下的零序电流补偿数值。

实时数字仿真器根据所述零序电流自适应保护装置输出的数字控制信号调整配电网组网模型，并基于调整后的配电网组网模型重新进行多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号。

根据所述实时数字仿真器中模拟的故障条件、所述零序电流自适应保护装置输出的零序电流补偿数值，以及所述实时数字仿真器仿真得到的第一电流电压模拟信号和第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的功能指标。由此能够全面测试零序电流自适应保护装置的功能指标，实现成本低，效率高。

基于与上述实施例中的测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法相同的思想，本发明还提供测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置，该装置可用于执行上述测试零序电流自适应保护装置功能指标的方法。为了便于说明，测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图6为本发明一实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置的示意性结构图。如图6所示，本实施例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置包括：初始化模块610、故障条件生成模块620、一次仿真模块630、装置信息获取模块640、二次仿真模块650以及指标确定模块660，各模块详述如下：

所述初始化模块610，用于根据小电阻接地的多回线配电网的实际运行信息初始化实时数字仿真器中预先建立的配电网组网模型；

所述故障条件生成模块620，用于根据实时数字仿真器中与所述配电网组网模型对应的故障发生模型，得出当前的故障条件；

所述一次仿真模块630，用于基于当前的配电网组网模型，控制实时数字仿真器进行当前故障条件下的多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第一电流电压模拟信号；

所述装置信息获取模块640，用于将所述第一电流电压模拟信号输送至待测试的零序电流自适应保护装置；并获取所述零序电流自适应保护装置根据所述第一电流电压模拟信号输出的零序电流补偿数值和数字控制信号；

所述二次仿真模块650，用于根据所述数字控制信号调整所述配电网组网模型，基于调整后的配电网组网模型，控制实时数字仿真器重新进行多回线配电网仿真，得到多回线配电网的第二电流电压模拟信号；

所述指标确定模块660，用于根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的功能指标。

在一可选实施例中，所述配电网组网模型中包括：主网模型、变压器模型、接地变压器模型、小电阻模型、架空线模型和/或负荷模型。

在一可选实施例中，所述故障条件包括：故障位置、故障发生时刻、故障线路数目、过渡电阻、接地初始角和/或间歇性时间。

在一可选实施例中，所述指标确定模块660具体可用于：根据所述故障条件、电流补偿数值、第一电流电压模拟信号以及第二电流电压模拟信号，确定所述零序电流自适应保护装置的零序电流自适应保护动作时间指标、零序电流自适应值指标和/或零序电流补偿效果指标。

在一可选实施例中，所述装置信息获取模块650具体可用于，将所述第一电流电压模拟信号输入功率放大器进行放大处理，通过所述功率放大器将放大处理后的模拟信号输送至待测试的零序电流自适应保护装置。

需要说明的是，上述示例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置的实施方式中，各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明前述方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明前述方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

此外，上述示例的测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置的实施方式中，各功能模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述测试零序电流自适应保护装置功能指标的装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。其中各功能模既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。此外，所述存储介质还可设置与一种计算机设备中，所述计算机设备中还包括处理器，所述处理器执行所述存储介质中的程序时，能够实现上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。可以理解，其中所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于区分对象，但这些对象不受这些术语限制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。