用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法
【专利摘要】本发明公开一种用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法，包括如下步骤：根据二次回路元件属性建立元件数学模型；采用广度优先搜索方式，对节点数组重新排序；采用深度优先搜索方式，形成回路单元；计算所有节点电压；接收变电站仿真培训系统的输入并处理；根据回路状态改变状况计算回路中节点电压。本发明根据回路接线的特点，以回路为单元进行拓扑简化，再分析回路主干电路的工作状态，最后反向回推到原始拓扑网络，实现整个二次回路电气网络的仿真分析。
【专利说明】用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二次回路仿真方法，尤其涉及一种用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法，属于电力系统仿真【技术领域】。
【背景技术】
[0002]众所周知，电力系统的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号器具等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电气联系。一次设备及其连接的回路称为一次回路。二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。该二次回路包括发电厂和变电所一次设备的控制、调节、继电保护和自动装置、测量和信号回路以及操作电源系统等。
[0003]随着电力系统规模的不断扩大,变电站一、二次系统日益复杂,对变电运行、继电保护专业人员的理论索质和技能水平要求也越来越高，同时对二次回路相关业务的培训也提出了更高的要求。由于电力系统自身的特点，光靠理论分析往往难以得到全面的知识，必须与实验研究相结合才能获得较全面的工作经验。电力系统的实验方法，可以在实际电力系统上进行，也可以在电力系统仿真模型上进行。目前，变电站仿真培训系统己成为国内变电运行专业人员的有效培训工具，但其无法直接用于变电运行、继电保护专业人员二次回路技能水平的培训。
[0004]在现有的二次回路仿真方法中，二次回路实时分析方法有很多，主要归纳为两类:
[0005]一类是与分析电力系统一次网络类似，需要建立关联矩阵。这类方法分析二次回路时需要做很多假设，通过简化回路来回避模型的非线性问题。与电网一次网络相比较，二次回路也存在规模庞大、元件特性复杂的情况，使得关联矩阵计算规模很大。
[0006]另一类是对开关网络进行抽象，用图论类分析方法分析回路元件连通关系。这类方法在分析二次回路正常动作逻辑时很有效，但由于该方法忽略了元件电阻，使其在回路发生接触不良、经过渡电阻接地等故障时无法准确判断元件动作结果，也无法提供用于查找故障的测量数据(节点电压)，这对二次回路仿真而言是重大缺陷。
【发明内容】
[0007]针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法。
[0008]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0009]一种用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法，包括以下步骤:
[0010]根据二次回路元件属性建立元件数学模型；[0011]采用广度优先搜索方式，对节点数组重新排序；
[0012]采用深度优先搜索方式，形成回路单元；
[0013]计算所有节点电压；
[0014]接收变电站仿真培训系统的输入并处理；
[0015]根据回路状态改变状况计算回路中节点电压。
[0016]其中较优地，所述根据二次回路元件属性建立元件数学模型的步骤进一步包括:
[0017]根据二次回路元件的物理特性对二次回路元件分类；
[0018]根据二次回路元件的拓扑特性、电气特性、动作逻辑建立元件数学模型。
[0019]其中较优地，所述对节点数组重新排序的步骤进一步包括:
[0020]对元件数组进行初始化；
[0021]读入下一个元件数据,在O到元件总数范围内判断是否有元件与当前元件相连；
[0022]如果所述元件与新元件相连,则将所述新的元件组存入到下一个元件数组中，原有的下一个元件数组后移，同时将元件总数加I，再读入下一个元件重复上述步骤；
[0023]如果该元件没有与新的元件相连,则将该元件存入元件数组中，同时将元件总数加I，再读入下一个元件数据重复上述步骤；
[0024]按照上述步骤依次循环，直至遍历所有的元件为止。
[0025]其中较优地，所述采用深度优先搜索方式的步骤进一步包括:
[0026]先搜索出所有主回路，然后搜索全部支路，形成回路单元。
[0027]其中较优地，所述搜索出所有主回路的步骤进一步包括:
[0028]首先初始化回路支路元件信息数组，从正母线开始搜索；
[0029]判断是否有元件相连，如果没有元件数组相连，则搜索结束；
[0030]如果有，则存入临时回路，继续判断元件数组另一端是否为负母线，此时回路支路总数加I ;
[0031]如果另一端是负母线，则将临时回路存入回路支路元件信息数组，并标记所述回路支路元件信息数组的所有元件已搜索过，继续从正母线开始搜索；
[0032]如果另一端不是负母线，则判断另一端是否已经在回路中，将回路支路总数加I ;
[0033]如果另一端在回路中，将临时回路存入回路支路兀件彳目息数组，并标记回路支路元件信息数组的所有元件已搜索过，继续从正母线开始搜索；
[0034]如果另一端不在回路中，则判断是否还有元件数组相连，继续搜索直至搜索完毕。
[0035]其中较优地，所述搜索全部支路的步骤进一步包括:
[0036]步骤1:遍历搜索到的回路和支路，在O到元件数组最大值范围内，判断节点所连接元件是否都已被搜索过；
[0037]步骤2:如果所述节点所连接元件没有搜索过，继续判断所述节点所连元件是否有未搜索过的元件；
[0038]步骤3:如果所述节点所连元件没有未搜索过的元件，则返回；
[0039]步骤4:如果所述节点所连元件有未搜索过的元件,则将所述节点所连元件存入临时回路，从当前元件搜索，直至已经读入回路的节点或悬空节点；
[0040]步骤5:如果最后一个节点悬空，且未清空临时回路，返回步骤2 ；
[0041]步骤6:如果最后节点不是悬空节点，将临时回路存入回路支路元件信息数组，标记该回路支路元件信息数组中所有元件已搜索过，返回步骤2。
[0042]其中较优地，所述计算所有节点电压的步骤进一步包括:
[0043]简化处理串联的短路元件和并联的短路元件；
[0044]计算无分支的回路节点电压，回推计算全局节点电压。
[0045]其中较优地，简化处理串联的短路元件的步骤进一步包括:
[0046]在O到元件数组最大值范围内，依次判断元件数组当前状态是否为短接且无分支状态；
[0047]如果是，则合并开关数组两端节点，继续简化其他串联的短路元件；
[0048]如果不是，则直接返回继续简化其他串联的短路元件，直至所有串联的短路元件都简化处理完毕。
[0049]其中较优地，简化处理并联的短路元件的步骤进一步包括:
[0050]在O到元件数组最大值范围内，依次判断该节点是否有分支；
[0051]如果没有分支，则返回简化其他并联的短路元件；
[0052]如果有分支，则遍历该节点开始的所有支路，并且判断支路状态是否为连通且设置当前元件电阻值为O;
[0053]如果不满足上述条件，则返回简化其他并联的短路元件；
[0054]如果满足上述条件，则合并支路头尾节点后返回简化其他并联的短路元件。
[0055]其中较优地，所述回推计算全局节点电压的步骤进一步包括:
[0056]计算无分支的回路节点电压；
[0057]计算当前元件电阻值不为O的并联支路节点电压；
[0058]从已经算出电压的节点出发，搜索与之短接的节点，赋予电压值；
[0059]搜索开断支路和回路节点，赋予电压值；
[0060]对剩下的节点置孤立节点标志。
[0061]与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果:二次回路电流、关键点电压直接采用欧姆定律快速准确地计算，根据节点电压计算数据能更准确地分析、判断二次回路的动作情况，不存在大规模矩阵计算，使得计算量大大降低，可为查找故障提供测量数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0062]图1是本发明所提供的二次回路仿真方法的整体流程示意图；
[0063]图2是端子i的数学模型示例图；
[0064]图3是二次回路电路节点重新排序的不意图；
[0065]图4是广度优先搜索，节点重新排序的示意图；
[0066]图5是广度优先搜索的流程示意图；
[0067]图6是二次回路电路节点形成回路单元的示意图；
[0068]图7是深度优先搜索，从正母线开始搜索回路的流程示意图；
[0069]图8是深度优先搜索，搜索并联支路的流程示意图；
[0070]图9是简化前的二次回路电路图；
[0071]图10是简化开路后的二次回路电路图；
[0072]图11是简化串联元件后的二次回路电路图；[0073]图12是简化并联元件后的二次回路电路图；
[0074]图13是简化处理串联短路元件的流程示意图；
[0075]图14是简化处理并联短路元件的流程示意图；
[0076]图15是回推全局节点电压的流程示意图；
[0077]图16是设置虚拟元件实现故障模拟的二次回路电路图；
[0078]图17是重新计算状态改变的回路节点电压的流程示意图。
【具体实施方式】
[0079]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0080]如图1所示，本发明提供一种用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法，包括如下步骤:根据二次回路元件属性建立元件数学模型；采用广度优先搜索方式，对节点数组重新排序；采用深度优先搜索方式，形成回路单元；计算所有节点电压；接收变电站仿真培训系统的输入并处理；根据回路状态改变状况计算回路中节点电压。下面对本二次回路仿真方法的具体操作步骤展开详细的说明。
[0081]首先，介绍根据二次回路元件属性建立元件数学模型的步骤。
[0082]在本发明中，根据二次回路元件的物理特性将二次回路元件分类。二次回路元件分为导线、端子、触点、继电器、切换开关、电阻六类。根据二次回路元件的拓扑特性、电气特性、动作逻辑建立元件数学模型。
[0083]如图2所示，下面以端子为优选例，对建立元件数学模型的步骤详细说明。端子属于双端元件，因此端子的拓扑属性可以用两端节点、分合状态来定义。例如，正常时，端子电阻为O可忽略不计；但有接触不良等异常时，可能存在过渡电阻，需要增加电阻属性。由于端子属于手动操作元件，自身无动作逻辑。除此之外，根据变电站仿真培训系统的需要，需增加元件颜色、初始分合状态、当前元件异常类型等其他属性。建立端子元件的数学模型如表1所示:
[0084]
【权利要求】
1.一种用于变电站仿真培训系统的二次回路仿真方法，其特征在于，包括如下步骤: 根据二次回路元件属性建立元件数学模型； 采用广度优先搜索方式，对节点数组重新排序； 采用深度优先搜索方式，形成回路单元； 计算所有节点电压； 接收变电站仿真培训系统的输入并处理； 根据回路状态改变状况计算回路中节点电压。
2.如权利要求1所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述根据二次回路元件属性建立元件数学模型的步骤进一步包括: 根据二次回路元件的物理特性对二次回路元件分类； 根据二次回路元件的拓扑特性、电气特性、动作逻辑建立元件数学模型。
3.如权利要求1所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述对节点数组重新排序的步骤进一步包括: 对元件数组进行初始化； 读入下一个元件数据，在O到元件总数范围内判断是否有元件与当前元件相连；
如果所述元件与新元件相连，则将所述新元件存入到下一个元件数组中，原有的下一个元件数组后移，同时将元件总数加I，再读入下一个元件重复上述步骤； 如果该元件没有与新的元件相连,则将该元件存入元件数组中，同时将元件总数加1，再读入下一个元件数据重复上述步骤； 按照上述步骤依次循环，直至遍历所有的元件为止。
4.如权利要求1所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述采用深度优先搜索方式的步骤进一步包括: 先搜索出所有主回路，然后搜索全部支路，形成回路单元。
5.如权利要求4所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述搜索出所有主回路的步骤进一步包括: 首先初始化回路支路元件信息数组，从正母线开始搜索； 判断是否有元件相连，如果没有元件数组相连，则搜索结束； 如果有，则存入临时回路，继续判断元件数组另一端是否为负母线，此时回路支路总数加I ; 如果另一端是负母线，将临时回路存入回路支路元件信息数组，并标记所述回路支路元件信息数组的所有元件已搜索过，继续从正母线开始搜索； 如果另一端不是负母线，则判断另一端是否已经在回路中，将回路支路总数加I;如果另一端在回路中，将临时回路存入回路支路元件信息数组，并标记回路支路元件信息数组的所有元件已搜索过，继续从正母线开始搜索； 如果另一端不在回路中，则判断是否还有元件数组相连，继续搜索直至搜索完毕。
6.如权利要求4所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述搜索全部支路的步骤进一步包括: 步骤1:遍历搜索到的回路和支路，在O到元件数组最大值范围内，判断节点所连接元件是否都已被搜索过；步骤2:如果所述节点所连接元件没有搜索过，继续判断所述节点所连元件是否有未搜索过的元件； 步骤3:如果所述节点所连元件没有未搜索过的元件，则返回； 步骤4:如果所述节点所连元件没有搜索过的元件，则将所述节点所连元件存入临时回路，从该元件开始搜索，直至已经读入回路的节点或悬空节点； 步骤5:如果最后一个节点悬空，且未清空临时回路，返回步骤2 ; 步骤6:如果最后节点不是悬空节点，将临时回路存入回路支路元件信息数组，标记该回路支路元件信息数组中所有元件已搜索过，返回步骤2。
7.如权利要求1所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述计算所有节点电压的步骤进一步包括: 简化处理串联的短路元件和并联的短路元件； 计算无分支的回路节点电压，回推计算全局节点电压。
8.如权利要求7所述的二次回路仿真方法，其特征在于简化处理串联的短路元件的步骤进一步包括: 在O到元件数组最大值范围内，依次判断元件数组当前状态是否为短接且无分支状态； 如果是，则合并开关数组两端节点，继续简化其他串联的短路元件； 如果不是，则直接返回继续简化其他串联的短路元件，直至所有串联的短路元件都处理完毕。
9.如权利要求7所述的二次回路仿真方法，其特征在于简化处理并联的短路元件的步骤进一步包括: 在O到元件数组最大值范围内，依次判断该节点是否有分支； 如果没有分支，则返回简化其他并联的短路元件； 如果有分支，则遍历该节点开始的所有支路，并且判断支路状态是否为连通且设置当前元件电阻值为O ; 如果不满足上述条件，则返回简化其他并联的短路元件； 如果满足上述条件，则合并支路头尾节点后返回简化其他并联的短路元件。
10.如权利要求7所述的二次回路仿真方法，其特征在于，所述回推计算全局节点电压的步骤进一步包括: 计算无分支的回路节点电压； 计算当前元件电阻值不为O的并联支路节点电压； 从已经算出电压的节点出发，搜索与之短接的节点，赋予电压值； 搜索开断支路和回路节点，赋予电压值； 对剩下的节点置孤立节点标志。
【文档编号】G06F17/50GK103544359SQ201310532581
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】程延远, 苏晓, 贾筱莹, 刘相枪, 杨启蓓, 陈方之, 朱伟, 冯可, 徐正清, 杨选怀, 王全 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局, 国家电网公司, 北京科东电力控制系统有限责任公司