专利名称：采用脚本描述实现的继电器仿真模型的制作方法
技术领域：
本发明应用于电网故障信息系统、电力系统仿真、故障分析等领域，特别是根据故障录波数据模拟特定型号保护的动作过程，进行可视化的故障过程回放。
背景技术：
继电保护是保证电力系统安全运行的关键，其技术难度高、工作量大，是一项重要的基础技术工作。随着计算机技术在电力系统中应用领域的不断扩大，各种微机保护、自动装置、故障录波器等智能设备的应用越来越多，在发生故障时，这些装置设备记录了大量的数据和信息，如何有效利用这些信息，为继保运行人员提供辅助决策支持和分析工具，判断故障元件、故障性质，进行故障重演、保护动作分析和录波分析等，已成为分析电力系统事故和辅助调度员进行故障处理的重要课题。
基于电网故障信息系统的辅助决策功能主要体现在两个方面其一，电力系统发生故障时，它能够对保护、录波等自动装置上送的信息进行分析判断，指出故障元件、故障类别、故障位置、保护动作正确与否、断路器动作正常与否等，如果信息不全，还应该给出置信度分析。其二，故障发生后，继电保护专业人员需要知道故障的详细信息和故障过程中各保护和自动装置的动作过程及断路器的动作情况等，为了明确事故责任，需要对故障信息系统中保存的故障过程的记录进行分析，这时需要提供一些辅助工具，帮助用户更好地分析数据等。这些辅助工具包括波形显示、谐波分析、矢量分析、继电器分析等。本发明适用于后者。
此外，电网规模在不断扩大，电网结构越来越复杂，与之相对应的继电保护配置也更加复杂，这对现场人员的素质提出了很高的要求。随着计算机技术的发展，开发继电保护仿真培训软件，进行继电保护岗位培训、事故分析、动作逻辑过程仿真等有着重要的意义，可更好地为实际生产的需要服务。
本发明实现了基于继电器组件的保护装置动作过程可视化回放与模拟，继电器模型可灵活定义，既适合于微机保护，也适合于传统电磁型继电器，可应用于保护动作行为分析、仿真培训等方面，有较高的实用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种继电器动作行为分析的实现方法，可模拟各种继电器的动作特性，根据实际运行时的整定值和故障录波数据，描绘出继电器的动作轨迹，如阻抗动作轨迹、阻抗时间图等。
为了实现上述目的，本发明提出了采用脚本语言定义继电器模型的实现方法。该方法包括以下步骤建立描述继电器边界和动作量的脚本语言，包括变量定义、边界绘制、计算公式、变量和保护定值项的匹配四个部分；通过脚本语言定义目标继电器的边界、区段、动作量等，也可针对特定型号保护内采用的实际继电器进行定义；建立继电器边界及动作量计算公式中的变量和保护装置定值项的对应关系，读取现场保护装置的保护定值，完成继电器定义的实例化；读取故障录波数据，指定继电器边界定义和动作量中所需的物理量通道，如电压、电流等，根据故障录波数据计算继电器的动作量，绘制故障过程中继电器动作量的实际值和变化轨迹，实现动作过程可视化回放；此外，还在轨迹图的基础上扩展了动作量时间图、区段时间图，方便对故障过程进行分析。
描述继电器边界和动作量定义的脚本语言语法定义，包括变量定义、边界定义、计算公式等部分通过脚本命令来定义保护区段多边形的形状，在继电器实例化的过程中，读取保护定值或解析脚本以获取实际的保护区段数据；脚本的绘图命令中，定义顺时针的方向为整个图形的正方向；脚本语言中绘图关键字有变量声明、直线、圆弧等。
继电器变量和装置定值项的对应方法，包括以下步骤继电器定义变量划分为边界变量和动作变量两部分；边界变量包括所属区段、名称、对应定值名称默认值、CPU号、定值ID等；动作变量中不包括所属区段，其他和边界变量相同；实际匹配时，以定值ID作为必要条件，名称作为匹配的辅助条件。
本发明提出了一种通用的动作边界和动作量计算公式可自定义的继电器模型，通过与保护定值的关联，可模拟与特定装置对应的继电器。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明图1多边形继电器及其定义；图2圆特性继电器及其定义；具体实施方式
实现基于脚本描述的继电器仿真模型在具体实施上包括以下三部分内容，一是脚本语言及继电器动作特性边界定义，二是根据特定型号的保护构建目标继电器，三是目标继电器的实现与动作轨迹回放。下面分别就各部分内容的实现加以说明
(一)脚本语言及边界定义通过脚本命令来定义保护区段多边形的形状，在实际的保护区段计算时，将从定值单获取的定值数据传递到脚本中，然后解析脚本，获取实际的保护区段数据。
脚本的绘图命令，定义顺时针的方向为整个图形的正方向。
脚本描述的绘图关键字变量定义、直线、圆弧等，绘图关键字可根据实际所涉及的继电器动作特性进行扩充，下面对常用的直线和圆弧的脚本描述语法介绍如下1)直线LINE(坐标种类，起点参数1，起点参数2，直线倾角)LINE(坐标种类，起点参数1，起点参数2，终点参数1，终点参数2)；参数说明[坐标种类]0表示迪卡尔坐标系统，1表示极坐标系统；[起点参数1，起点参数2]如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示直线起点，如果坐标种类为1，则用极坐标表示直线起点；[直线倾角]直线的角度，单位为角度；[终点参数1，终点参数2]如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示直线终点，如果坐标种类为1，则用极坐标表示直线终点；2)圆弧ARC(坐标种类，圆心参数1，圆心参数2，半径，起始角，终止角)；ARC(坐标种类，圆心参数1，圆心参数2，半径，起点参数1，起点参数2，终点参数1，终点参数2)参数说明[坐标种类]与直线绘制语句中的坐标类别相同；[圆心参数1，圆心参数2]如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示圆心坐标，如果坐标种类为1，则用极坐标表示圆心坐标；[半径]表示圆的半径；[起始角，终止角]圆弧的起始和终止角度；只用于ARC；[起点参数1，起点参数2，终点参数1，终点参数2]如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示圆弧起点和终点坐标，如果坐标种类为1，则用极坐标表示；3)阻抗圆CIRCLE(整定值，灵敏角，偏移量)；参数说明[整定值]表示阻抗幅值； 表示阻抗灵敏角；[偏移量]表示阻抗圆的偏移量；例一，某多边形继电器脚本语言描述如下Dim RDZ；Dim XDZ；LINE(0，0，0，15)；LINE(0，0，XDZ，0)；LINE(0，0，XDZ，-7)；LINE(0，RDZ，0，-120)；LINE(0，RDZ，0，270)；LINE(0，0，0，165)；附图1中给出了该脚本描述所代表的图形。其中，RSet为电阻整定值，对应脚本描述中的变量RDZ；XSet为电抗整定值，对应脚本描述中的变量XDZ。
例二，某圆特性形继电器脚本语言描述如下Dim dval；Dim angle；Dim offset；CIRCLE(zdval，angle，offset)；附图2中给出了该脚本描述所代表的图形。其中，ZSet为阻抗幅值的整定值，对应脚本描述中的zdval；θSet为阻抗角的整定值，对应脚本描述中的angle；-αZSet为偏移量整定值，对应脚本描述中的offset。
(二)根据特定型号保护定义目标继电器在完成继电器的动作边界定义之后，下一步是进行继电器动作量和区段的定义。所谓动作量，指的是继电器启动或返回所依据的物理量，该物理量随着继电器的不同而不同，例如阻抗继电器的动作量为线路测量阻抗，差动继电器的动作量则依赖于两侧或多侧的差动电流。
动作量和继电器区段是和特定型号的保护紧密相连的，随着保护型号和生产厂家的不同而不同。虽然相同类别的继电器，例如阻抗继电器，所采用的动作量在计算原理上基本是一致的，但每个具体型号的保护装置所采用的保护原理、计算方法以及实际的运行要求等还是存在一定的差别的，为了尽可能准确地再现故障过程，这些差别是不能被忽略的，因此，本发明提出了以录波文件中模拟量通道和保护定值为变量的动作量计算公式定义功能，该公式定义和保护装置继电器边界的定义共同作为保护装置对应继电器模型的一部分。故障回放时，程序自动读取公式定义并解析该公式，在故障录波文件的基础上计算装置的动作量，在继电器组件程序实现的各类分析图上绘制动作量的变化过程，有轨迹图、区段时间图等。
对动作量定义公式进行解析计算时，可以是基于向量值，也可以是基于采样值。基于向量值时，首先需要计算录波通道中各时刻对应的矢量值，计算通道矢量值时，取计算时刻之前一到两个周波的采样数据。录波通道的矢量值计算完成后，用该通道的矢量值去替换动作量公式定义中相应的通道名称，计算出替换后的纯数字量表达式的值即为动作量在某个时刻点的值。基于采样值进行计算时，则相对要简单的多，直接用采样值替换动作量公式中的通道名称即可。
下面是某型号保护的基于向量运算的接地阻抗继电器的动作量定义实例Dim Kx，Ka，KrZa＝Ua/(Ia+((Kr×Ka+Kx×j)/(Ka+j))×3Io)Zb＝Ub/(Ib+((Kr×Ka+Kx×j)/(Ka+j))×3Io)Zc＝Uc/(Ic+((Kr×Ka+Kx×j)/(Ka+j))×3Io)其中，Kx、Kr分别是电抗和电阻的零序补偿系数，Ka是线路正序电阻与电抗之比。
(三)继电器实现及动作轨迹绘制在绘制特定保护装置继电器的动作轨迹之前，首先要读取该保护装置的定值，并根据事先定义的继电器模型对继电器进行编译，以检查定值项是否完备、是否正确等，经过编译后才能生成具体继电器模型。在继电器的编译过程中，主要完成以下几个工作首先是根据继电器变量确定其对应的保护定值项，包括边界变量和动作公式中的变量。本发明中在边界变量定义中附加了所属区段、名称、对应定值名称默认值、CPU号、定值ID等；在动作变量定义中除了不包括所属区段外，其他和边界变量相同；在实际匹配时，以定值ID作为必要条件，名称作为匹配的辅助条件，同时，对不需要关联定值但又比较适合定义为变量的值，则将其对应定值ID设定为一特定意义的值，以示区分，有些可直接设为固定值，有些可能需要随动作量进行调整，在模型编译时以特例处理。
其次是根据保护定值项的值确定继电器变量的值，并通过编译程序自动对脚本定义中的变量进行替换，语法检查通过后，编译程序就可以根据新的边界定义脚本组织直接用于绘制特定继电器动作边界的内部语言，通过编译生成的内部语言已经包含了特定继电器的区段及定值等信息，这样就完成了继电器模型的实例化。
接下来的工作是读取故障过程中保护装置感受到的故障电压和电流等物理量，并根据故障电压和电流来计算故障过程中继电器动作量的实际值和变化轨迹。在模拟一个具体继电器的动作轨迹时，电压和电流等物理量的获取可以通过读取保护装置在电网故障过程中记录的录波文件，或是读取录波器记录的录波文件中相应的模拟量通道而得到，并对选定的继电器进行计算，描绘出继电器的动作轨迹图，可在轨迹图的基础上扩展动作量时间图、区段时间图等，方便对故障过程的分析。
权利要求
1.基于脚本描述的继电器仿真模型的实现方法，包括以下步骤a.建立描述继电器边界和动作量的脚本语言，通过脚本语言定义继电器的边界、区段，结合特定保护装置，根据目标继电器的不同类型，确定其动作量计算公式；b.建立继电器边界及动作量计算公式中的变量和保护装置定值项的对应关系，读取现场保护装置的定值，完成继电器定义的实例化；c.读取故障录波数据，指定继电器实例所需的物理量通道，根据录波数据计算动作量；d.绘制故障过程中动作量的实际值和变化轨迹，实现动作过程可视化回放；e.根据继电器的动作轨迹图分析故障过程。
2.根据权利要求1的方法，其中指定继电器实例所需的物理量通道包括电压和电流。
3.根据权利要求1的方法，其中步骤d进一步包括绘制轨迹图、动作量时间图、区段时间图。
4.根据权利要求1的方法，其中描述继电器边界和动作量所需的脚本语言语法的定义包括通过脚本命令来定义保护区段多边形的形状，在继电器实例化的过程中，读取保护定值并解析脚本以获取实际的保护区段数据；脚本的绘图命令中，定义顺时针的方向为整个图形的正方向；脚本描述的绘图关键字变量声明、直线、圆弧；
5.根据权利要求1的方法，其中建立继电器边界及动作量计算公式中的变量和保护装置定值项的对应关系包括以下步骤继电器模型定义中的变量划分为边界变量和动作变量两部分；边界变量包括所属区段、名称、对应定值名称、默认值、CPU号、定值ID；动作变量中不包括所属区段，其他和边界变量相同；实际匹配时，以定值ID作为必要条件，名称作为匹配的辅助条件。
全文摘要
本发明提出的采用脚本语言描述的保护继电器仿真模型，应用于电力系统仿真、故障分析等领域，包括以下步骤建立描述继电器边界和动作量的脚本语言，包括变量定义、边界绘制、计算公式、变量和保护定值项的匹配四个部分；通过脚本语言定义目标继电器的边界、区段、动作量等；建立继电器边界变量以及动作量计算公式中的变量和保护装置定值项的对应关系，读取现场保护装置的定值，完成继电器定义的实例化；打开故障录波数据，指定继电器边界定义和动作量中所需的物理量通道，如电压、电流等，根据故障录波数据计算继电器动作量，绘制故障过程中继电器动作量的变化轨迹，实现动作过程可视化回放；此外，还在轨迹图的基础上扩展了动作量时间图、区段时间图，方便对故障过程的分析。
文档编号H02H7/26GK1976154SQ200610167800
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者靳现林, 王立鼎, 肖晓春, 秦应力, 张忠理 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司