专利名称：一种用于测试行波保护装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测试行波保护装置的方法，属电力系统继电保护测试领域。
背景技术：
随着高速采样技术(参考文献1、2)和小波变换理论(参考文献3、4、5、6)的不断发展，行波测距技术日益完善，已经在现场中开始应用，并取得了可喜的成果。在此基础上提出的超高速行波保护在理论方面的研究已经展开，实际应用正在探索。由于行波保护是通过对模拟信号的高速采样(数百kHz到数千kHz)来捕捉行波波头并实现其保护原理的，因此需要使用尽可能真实的信号(对波头的真实再现)对其进行测试。现有的电力系统保护测试装置从原理上可分为两种(参考文献7)第一种装置一般有多个CPU(或DSP芯片)完成在线实时的仿真并将结果通过D/A变换后输出(如RTDS)，它可以根据保护的动作实时地改变系统参数，较好地模拟真实的电力系统，但是其硬件成本极其昂贵。另一种是先用电磁暂态仿真工具(如EMTP、EMTDC和MATLAB等)进行离线仿真(参考文献8、9)，再进行D/A变换以“回放”的方式实现，这种方法由于不需要实时计算，因此对CPU和程序设计的要求较低，但很难做到测试装置与保护装置的闭环测试，即测试装置对保护装置动作的响应较难实现，因此该方法灵活性较差。遗憾的是目前的保护测试装置大多数针对基于工频量的保护，其D/A变换的速度较低(最快也只能达到数十kHz，而测试行波保护装置需要D/A达几百kHz到数MHz)，不能满足行波保护测试的要求。
参考文献[1]李凤铃，付俊庆，李冰。基于PCI总线的电信号高速采集系统。计算技术与自动化。2003；22(1)54-56[2]李涛，张承学，胡志坚。输电线路行波故障定位中高速数据采集系统的实现。继电器。2002；30(8)27-29，39[3]王建赜，冉启文，纪延超，柳焯。谐波检测中小波变换频域特性分析。电力系统自动化。1998；22(7)40-43[4]何正友，钱清泉。基于小波变换的窗奇异性指数计算及其在故障检测中的应用。继电器。2001；29(3)23-26[5]哈恒旭，张保会，吕志来。小波变换数字算法及其在高压输电线保护中的应用。西安交通大学学报。2002；36(2)115-118，164[6]Daubechies I.The wavelet transform，time-frequency localization and signal analysis.IEEE Trans on IT，1990，36(5)961-1005[7]李轶群，刘万顺，秦立军。一种新的继电保护试验系统的研究。电网技术。2001；25(9)74-77[8]J Mahseredjian，F Alvarado.Creating an electromagnetic transient program in MATLABMatEMTP.IEEE Trans on Power Delivery，1997，12(1)380-388[9]G Morin.Modeling of the Hydro-Quebec-New England HVDC system and digitalcontrols with EMTP.IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8(2)559-566
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种用于测试行波保护装置的方法。
本发明的原理如图1所示。计算机系统的功能为借助电磁暂态仿真工具(如EMTP、EMTDC和MATLAB等)根据给定系统网络和故障类型等信息进行暂态仿真，将计算结果通过高速接口送给D/A转换。开关量输出的的功能为摸拟必要的开关量信号，如对于一双端电气量原理的保护，测试装置必须摸拟对端保护发过来的开关量信号。功率放大器用于对D/A的输出(电、压和电流)进行放大，提高D/A输出的带负载能力，提供足够的输出功率。为了反应保护动作(如切除故障)，还需要将保护动作信息反馈给测试装置，因此测试装置还包含了用于反馈保护的动作信息的开关量输入，从而形成闭环，使得保护的动作对测试装置测试装置产生影响。
本发明的方法包括装置准备数据及暂态数据的回放过程。装置准备数据及暂态数据的回放过程中的部分技术同现有技术，不同之处为装置准备数据过程中首先估计行波保护的动作时间范围，然后在动作时间范围内以一定的时间间隔对切除故障做多次仿真，如某一行波保护可能在故障后10ms～20ms动作，可以在故障后10ms做一次切除故障的仿真，再以11ms做一次切除故障的仿真，以1ms为间隔直至做到20ms，这样便得到11组仿真数据；重合闸的处理与切除故障类似，合闸角的范围为0～360°，以一定的步长在0～360°范围对重合闸进行仿真得到多组数据；暂态数据的回放过程通过设定一定时间或手动触发故障，计算机系统收到故障触发时把没有回放完的故障数据回放完，之后立即输出故障数据；若在预估计的时间内保护动作，则测试装置将通过开关量输入通道收到保护动作信号，根据收到动作信号的时间，在多组的切除故障数据中查询切除时间与之最接近的数据立即进行回放(本申请称“时间匹配法”)；回放完切除故障的仿真数据后，反复回放数据的最后一个周波，以模拟系统从故障切除后的稳态到重合闸前的物理过程。
本发明的优点在于1.采用足够高速的D/A输出，用于行波保护装置的闭环测试。
2.通道将保护动作信号反馈给测试装置，对仿真数据的回放实时产生作用，实现了对被测试保护装置较为真实和闭环的测试。
3.采用预先仿真的多组数据，测试时根据保护动作信号进行“时间匹配法”的方法考虑了保护动作时间的离散性和不确定性，使得测试更接近于实际，并在很大程度上减少了测试的工作量。
附图为本发明的原理图。
具体实施例方式实现本方法的行波保护测试装置硬件包括计算机一台、高速D/A转换卡、开关量输入输出卡，宽频带功率放大电路。计算机使用研祥的工控机，它工作稳定，比普通兼容机有更多的扩展槽(4个PCI、6个ISA)，便于安装与扩展。高速D/A转换卡采样台湾ADLINK公司的DAQ2000系列模拟量卡，它为PCI接口，极限速度达133Byte/S，其有2个输出通道和24个可编程的开关量输入、输出通道，并且D/A转换可达500KHz。功率放大器参照“发烧”功放电路，选用高频性能良好的晶体管实现，输出接被测试保护的模拟量输入。
行波保护测试装置除需要良好的硬件支持外还需要强大的软件支持。DAQ2000系列模拟量卡带有WINDOWS、LINUX等系统的驱动程序，板卡采用的是FIFO(First in firstout)缓存技术，借助PCI接口的高速性，通过驱动程序实现板卡与计算机的DMA传输，保证数据传输的快速与正确。因此编程不必需要考虑与硬件打交道的诸多问题，将大大简化程序设计。由于DAQ2000系列模拟量卡带有WINDOWS的驱动程序，因此可以在WINDOWS下实现可视化、友好的界面，便于操作与控制。软件设计在满足暂态数据回放流程的同时，还要有足够的灵活性，便于现场应用和功能扩展。
本发明的方法包括装置准备数据及暂态数据的回放过程，具体步骤如下一、准备数据用以下方式实现1.根据电力网络使用电力系统仿真软件(如EMTP、EMTDC和MATLAB等)构建系统模型，设置故障类型及过渡电阻等参数并进行仿真。取出故障前一个周波的数据，由于故障前系统处于稳态，测试装置可以反复回放故障前一个周波的数据实现对故障前系统状态的模拟。
2.取故障后若干个周波的数据，使得最后一个周波的数据接近故障后的稳态。
3.估计行波保护的动作时间范围，在动作时间范围内以一定的时间间隔对切除故障做多次仿真。如某一行波保护可能在故障后10ms～20ms动作，可以在故障后10ms做一次切除故障的仿真，再以11ms做一次切除故障的仿真，以1ms为间隔直至做到20ms，这样便得到11组仿真数据。
4.故障后重合闸一般有几百毫秒到数秒的时间，这时系统将进入一个新的稳态。因此切除故障后的仿真数据可取若干个周波，只要满足数据的最后一个周波已进入稳态即可。
5.重合闸的处理与切除故障类似，重合闸的时间同样具有离散性和不确定性。合闸角的可能范围为0～360°，以一定的步长在0～360°范围对重合闸进行仿真得到多组数据。
6.重合闸到永久故障再跳闸与故障发生后跳闸的处理是一样的。
二、暂态数据的回放用以下方法实现1.开始测试。以循环方式回放故障前的数据。
2.通过设定一定时间或手动触发故障，计算机系统收到故障触发时把没有回放完的故障数据回放完，之后立即输出故障数据。
3.若在预估计的时间内保护动作，则测试装置将通过开关量输入通道收到保护动作信号，根据收到动作信号的时间，在多组的切除故障数据中查询切除时间与之最接近的数据立即进行回放。回放完切除故障的仿真数据后，反复回放数据的最后一个周波，以模拟系统从故障切除后的稳态到重合闸前的物理过程。
4.若保护没有在预估计的时间内动作，则需要增加预估计的保护动作时间范围，即增加仿真数据组数，重新开始上述步骤。
5.若保护拒动，则在回放完故障的仿真数据后反复回放数据的最后一个周波，相当于是故障一直存在。由于实际中保护拒动，会有其它保护切除故障，但测试时却没有其它保护，本发明这样处理是从原理和逻辑上保证行波保护测试装置的逻辑正确。
6.对于重合闸和合闸到永久故障的处理与切除故障类似。
权利要求
1.一种于测试行波保护装置的方法，包括装置准备数据及暂态数据的回放过程，其特征在于1.1装置准备数据过程中首先估计行波保护的动作时间范围，然后在动作时间范围内以一定的时间间隔对切除故障做多次仿真，即某一行波保护可能在故障后10ms～20ms动作，可以在故障后10ms做一次切除故障的仿真，再以11ms做一次切除故障的仿真，以1ms为间隔直至做到20ms，这样便得到11组仿真数据；重合闸的处理与切除故障类似，合闸角的范围为0～360°，以一定的步长在0～360°范围对重合闸进行仿真得到多组数据；1.2暂态数据的回放过程通过设定一定时间或手动触发故障，计算机系统收到故障触发时把没有回放完的故障数据回放完，之后立即输出故障数据；若在预估计的时间内保护动作，则测试装置将通过开关量输入通道收到保护动作信号，根据收到动作信号的时间，在多组的切除故障数据中查询切除时间与之最接近的数据立即进行回放；回放完切除故障的仿真数据后，反复回放数据的最后一个周波，以模拟系统从故障切除后的稳态到重合闸前的物理过程。
全文摘要
本发明涉及一种用于测试行波保护装置的方法，属电力系统继电保护测试领域。本发明的方法包括装置准备数据及暂态数据的回放过程。本方法的部分技术同现有技术，不同之处为首先估计行波保护的动作时间范围，在动作时间范围内以一定的时间间隔对切除故障做多次仿真。得到所需要的电压、电流值，测试时再根据收到动作信号的时间，在多组的切除故障数据中查询切除时间与之最接近的数据立即进行回放。并将计算结果通过高速接口送给D/A转换，通过开关量输入通道将保护动作信号反馈给测试装置，对仿真数据的回放产生作用，实现了对被测试的行波保护装置的闭环测试。本发明具有测试结果较为真实，工作量低的优点，可广泛用于测试行波保护装置。
文档编号G01R31/00GK1529176SQ03134910
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者束烘春, 司大军, 董俊, 孙向飞, 邱革非, 唐岚, 张 杰 申请人:昆明理工大学