（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)論文）基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真的數(shù)字保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

原創(chuàng)性聲明 f i i il lii lrl fii i iii illi 17 910 5 1 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn) 行研究所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何 其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的科研成果 對(duì)本文的研究作出重要貢 獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本聲明的法律責(zé)任由本人 承擔(dān) 語(yǔ)文作者簽名 豸耄蘊(yùn) 日 期 墊 旦 盟 l 至 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人同意學(xué)校保留或向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的印刷件和電 子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全 部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制 手段保存論文和匯編本學(xué)位論文 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 論文作者簽名 埸釜強(qiáng) 導(dǎo)師簽名 1 3 1 傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展 2 1 3 2 數(shù)字化繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展 5 1 4 論文的主要工作和章節(jié)安排 6 第二章數(shù)字化變電站技術(shù)介紹 7 2 1 概述 7 2 2ie c6 18 5 0 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 7 2 2 1i e c6 1 8 5 0 的基本內(nèi)容 8 2 2 2ie c6 18 5 0 的核心技術(shù)特點(diǎn) 9 2 3 數(shù)字化變電站過(guò)程層設(shè)備 1 0 2 3 1 電子式互感器 l o 2 3 2 合并單元 1 2 2 3 3 智能斷路器裝置 1 3 2 4 數(shù)字化變電站過(guò)程層通信 1 5 2 4 1 發(fā)布者 訂閱者通信結(jié)構(gòu) 1 5 2 4 2 報(bào)文傳輸實(shí)現(xiàn)機(jī)制 1 6 2 4 3 數(shù)字化變電站過(guò)程層構(gòu)成方案 2 0 2 5 本章小結(jié) 2 l 第三章實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)的建立 2 3 3 1m a t l a b 實(shí)時(shí)仿真方法的選擇 2 3 3 1 1s i m u l i n k 仿真介紹 2 3 3 1 2r e ai tim ew o r k s h o p 簡(jiǎn)介 2 4 3 1 3 實(shí)時(shí)仿真解決方案的選擇 2 5 3 2x p c 實(shí)時(shí)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 2 6 3 2 1x p ct a r g e t 實(shí)時(shí)仿真機(jī)制 2 6 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 2 2x p ct a r g e t 的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信功能 2 7 3 2 3x p c 支持sim u1 n k 自定義模塊 2 9 3 3 數(shù)字化變電站過(guò)程層數(shù)字實(shí)時(shí)仿真的實(shí)現(xiàn) 2 9 3 3 1 總體方案 2 9 3 3 2 合并單元模塊的組建 3 0 3 3 3 智能斷路器控制模塊的組建 3 4 3 4 本章小結(jié) 3 6 第四章數(shù)字保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā) 一3 7 4 1 測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 3 7 4 2 典型測(cè)試系統(tǒng)方案 3 8 4 3 圖形用戶界面的開發(fā) 4 l 4 3 1m a t l a b 計(jì)算引擎簡(jiǎn)介 4 1 4 3 2 測(cè)試系統(tǒng)圖形用戶界面設(shè)計(jì) 4 2 4 4 數(shù)字式繼電保護(hù)裝置的測(cè)試流程 4 4 4 4 本章小結(jié) 4 5 第五章測(cè)試系統(tǒng)功能與性能的檢驗(yàn) 4 7 5 1 測(cè)試系統(tǒng)的功能要求 4 7 5 2 測(cè)試系統(tǒng)的性能要求 4 7 5 3 測(cè)試系統(tǒng)功能與性能的檢驗(yàn) 4 8 5 3 1 合并單元性能測(cè)試 4 8 5 3 2g o o s e 性能測(cè)試 5 0 5 3 3 集成測(cè)試 5 2 5 4 本章小結(jié) 5 7 第六章總結(jié)與展望 5 9 附錄 6 l 參考文獻(xiàn) 6 4 致謝 6 8 攻讀學(xué)位期問(wèn)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 6 9 u 化保護(hù)裝置的性能測(cè)試也面臨著新的挑戰(zhàn) 因此深入研究數(shù)字化保護(hù)的測(cè)試方法 并開發(fā)新型的繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng) 有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值 首先 論文分析了數(shù)字化保護(hù)裝置的測(cè)試要求和當(dāng)前繼電保護(hù)測(cè)試的解決方 案 確立了開發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真測(cè)試系統(tǒng)的研究方向 介紹了數(shù)字化變電站的相關(guān) 應(yīng)用技術(shù) 包括 i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容和主要技術(shù)特點(diǎn) 電子式互感器 合 并單元 智能斷路器的工作原理 數(shù)字化變電站過(guò)程層通信機(jī)制和構(gòu)成方案等內(nèi) 容 在此基礎(chǔ)上 論文討論了基于m a t l a b 建立實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真系統(tǒng)的多種解決方 案的優(yōu)缺點(diǎn) 選取了x p c 雙機(jī)實(shí)時(shí)仿真機(jī)制作為本系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ) 利用 m a t l a b s i m u l i n 玉以p c 雙機(jī)實(shí)時(shí)仿真機(jī)制及其實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信功能 通過(guò)搭建合 并單元和智能斷路器控制單元的仿真模型 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)仿真和基于i e c 6 1 8 5 0 的實(shí)時(shí)數(shù)字通信 包括采樣值報(bào)文的發(fā)送和g o o s e 報(bào)文的收發(fā) 利用雙向 通信功能實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)仿真 隨后 論文在所建立的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上 開發(fā)了數(shù)字式繼電保護(hù)測(cè)試系 統(tǒng) 介紹了本測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和軟硬件環(huán)境 闡述了滿足測(cè)試要求的典型測(cè) 試系統(tǒng)的搭建過(guò)程 完成了基于m f c 和m a t l a b 引擎的圖形用戶界面的開發(fā) 制訂了使用本測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字繼電保護(hù)裝置測(cè)試的流程 最后 在分析數(shù)字繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)所應(yīng)具有的功能和i e c 6 1 8 5 0 對(duì)測(cè)試系統(tǒng) 的通信性能要求的基礎(chǔ)上 對(duì)本測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了三方面的測(cè)試 包括合并單元性 能測(cè)試 g o o s e 性能測(cè)試和整個(gè)系統(tǒng)的集成測(cè)試 測(cè)試結(jié)果表明 本系統(tǒng)運(yùn)行正 常 滿足i e c 6 1 8 5 0 的通信性能要求 能夠?yàn)閿?shù)字繼電保護(hù)裝置提供穩(wěn)定可靠的實(shí) 時(shí)閉環(huán)測(cè)試環(huán)境 達(dá)到了課題的預(yù)期目標(biāo) 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 關(guān)鍵詞 i e c6 1 8 5 0 數(shù)字化變電站 數(shù)字實(shí)時(shí)仿真 數(shù)字化保護(hù)裝置 保護(hù)測(cè)試 i i s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m a n dt h ep r o t e c t i o ne q u i p m e n t sb a s e do ni e c6 18 5 0 c a l l e dd i g i t a lp r o t e c t i o ni n t h i sp a p e r a l ep o p u l a r i z e dm o r ea n dm o r e w h i c hb r i n g s n e wc h a l l e n g e st or e l a yd e v i c et e s t i n g t h e r e f o r ei th a s i m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e a n dg r e a ta p p l i e dv a l u et or e s e a r c hd i g i t a lp r o t e c t i o nt e s t i n gm e t h o d sa n dd e v e l o pn e w t e s t i n gs y s t e m s a f t e ra n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n to fd i g i t a l p r o t e c t i o nt e s ta n dc u r r e n tt e s t i n g s o l u t i o n s t h i sp a p e rf i r s tc h o s et h ed e v e l o p m e n to fr e a lt i m ed i g i t a ls i m u l a t i o nt e s t i n g s y s t e ma st h er e s e a r c ho r i e n t a t i o n s i m u l t a n e o u s l y t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ea p p l i e d t e c h n o l o g yo fd i g i t a ls u b s t a t i o n w h i c hi n c l u d e st h ec o n t e n t sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fi e c 618 5 0 t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fe l e c t r o n i ct r a n s d u c e r m e r g i n gu n i ta n di n t e l l i g e n t b r e a k e r t h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s ma n ds t r u c t u r eo fp r o c e s sl e v e li n d i g i t a l s u b s t a t i o n b a s e do na b o v e t h ep a p e rd i s c u s s e ds e v e r a li d e a st oe s t a b l i s ha na v a i l a b l er e a l t i m ec l o s e d l o o pt e s t i n gs y s t e mb a s e do nm a t l a b a n dt h e ns e l e c t e dt h ex p cd u a l s y s t e ma st h eb a s e m e n to ft h es y s t e m u t i l i z i n gt h er e a lt i m es i m u l a t i o ns y s t e mo fx p c a n di t se t h e m e tc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n t h ep a p e rb u i l ts i m u l a t i o nm o d e l so fm e r g i n g u n i ta n di n t e l l i g e n tb r e a k e r w h i c hh e l p e dt or e a l i z et h er e a lt i m es i m u l a t i o no fp o w e r s y s t e ma n dd i g i t a lc o m m u n i c a t i o nc o r r e s p o n d i n gi e c 618 5 0 w i t ht h ea i do fs a m p l e d v a l u e sm e s s a g ea n dg o o s e m e s s a g e ac l o s e d l o o pt e s t i n gs y s t e mw a sc o n s t r u c t e d t h e n b a s e du p o nt h es i m u l a t i o ns y s t e mc o n s t r u c t e da b o v e t h ep a p e rd e v e l o p e d ad i g i t a lr e l a yp r o t e c t i o nt e s t i n gs y s t e m v i ai n t r o d u c i n gt h ep r o c e s so f b u i l d i n gt y p i c a l t e s t i n gs y s t e m t h ed e v e l o p m e n to fg u lw i t hm f ca n dm a t l a be n g i n e a n dt h e t e s t i n gf l o wo fu s i n gt h i ss y s t e m a tl a s t a n a l y z i n gi t sf u n c t i o nr e q u i r e m e n t sa n dc o m m u n i c a t i o np e r f o r m a n c er u l e d b yi e c 6 18 5 0 t h ed i g i t a lp r o t e c t i o nt e s t i n gs y s t e mw a se v a l u a t e di nt h ep a p e r i n c l u d i n g i i i 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 m e r g i n gu n i tp e r f o r m a n c et e s t g o o s ep e r f o r m a n c et e s ta n di n t e g r a t i o nt e s t r e s u l to f t h ee v a l u a t i o ns h o w e dt h a tt h es y s t e mw o r k e ds m o o t h l ya n dt h ec o m m u n i c a t i o n p e r f o r m a n c ew a sc o r r e s p o n d i n gt oi e c 6 18 5 0 e v e n t u a l y t a r g e to ft h er e s e a r c ht o p i c w a sa c h i e v e d k e yw o r d s i e c 618 5 0 d i g i t a ls u b s t a t i o n r e a lt i m ed i g i t a ls i m u l m i o n d i g i t a l p r o t e c t i o nd e v i c e r e l a yt e s t i n g i v 能獨(dú)立 缺少協(xié)同操作 信息數(shù)據(jù)利用率低等問(wèn)題 信息孤島 現(xiàn)象目益突出 遭遇到了發(fā)展的 瓶頸 l 2 為解決上述問(wèn)題 相關(guān)部門及專家學(xué)者進(jìn)行了廣泛而深入的研究 并取得了 一定成果 如以光電技術(shù)為基礎(chǔ)的新型互感器正從試驗(yàn)階段走向工程應(yīng)用 明確 規(guī)定了變電站信息采集 處理 傳輸及應(yīng)用框架的i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)也己頒布實(shí)施 另外 光纖網(wǎng)絡(luò)通信 高速以太網(wǎng)交換以及一次設(shè)備操作智能化技術(shù)的發(fā)展也為 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)向著 數(shù)字化 方向發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐 變電站 綜合自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了 數(shù)字化變電站 時(shí)代 3 5 1 1 2 課題的背景和意義 數(shù)字化變電站的結(jié)構(gòu)體系和通信方式較常規(guī)變電站均發(fā)生了較大變化 按照 i e c 6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字化變電站的一 二次設(shè)備分為3 層 即站控層 間隔層和過(guò) 程層 相鄰層設(shè)備之間采用以太網(wǎng)通信模式 其中 電氣量信息和控制信息的傳 輸方式均發(fā)生了根本性的變化 在傳統(tǒng)變電站中 互感器 操作箱與保護(hù) 測(cè)控 設(shè)備之間的信息傳輸均采用二次電纜的連接方式 傳輸?shù)氖悄M量 而在數(shù)字化 變電站中 在過(guò)程層就已實(shí)現(xiàn)了模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 設(shè)備之間通過(guò)光纖通信 信息的傳輸均己實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 電子式互感器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過(guò)合并單元向間隔 層設(shè)備發(fā)送采樣值報(bào)文 保護(hù) 測(cè)控設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)接收采樣值報(bào)文 跳閘 聯(lián) 閉鎖信號(hào)則采用g o o s e 報(bào)文傳輸 智能斷路器則可以直接接收二次設(shè)備的控制命 令并實(shí)時(shí)上送斷路器的位置狀態(tài)信息 這一系列技術(shù)的推廣給變電站內(nèi)二次設(shè)備 注 本文將符合i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的變電站和繼電保護(hù)裝置分別稱為 數(shù)字化變電站 和 數(shù)字化繼電 保護(hù)裝置 或 數(shù)字保護(hù) 后文中將不再進(jìn)行說(shuō)明 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 的信息應(yīng)用模式帶來(lái)巨大的變化 繼電保護(hù)等二次設(shè)備由于不再需要模擬量接口 和轉(zhuǎn)換模塊 即傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 硬件結(jié)構(gòu)得到大大簡(jiǎn)化 同時(shí)符合i e c 6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的二次設(shè)備可以直接獲取并使用電子式互感器發(fā)送的系統(tǒng)運(yùn)行信息 通 過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)電流 電壓信息的計(jì)算 比較和判斷 即可完成相應(yīng)的保護(hù)和測(cè)控功能 裝置的可靠性和實(shí)時(shí)性得到提高 6 j 數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展 特別是信息傳輸方式的改變使得智能電子裝置的 研發(fā) 調(diào)試和檢測(cè)技術(shù)以及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的工程實(shí)施 運(yùn)行 檢修和更新模 式都帶來(lái)了巨大的變化 為驗(yàn)證新的控制和保護(hù)等裝置的性能 在裝置安裝 投運(yùn)之前需要進(jìn)行實(shí)時(shí) 測(cè)試 以確定其是否滿足功能和性能要求 目前 繼電保護(hù)裝置的測(cè)試主要借助 于繼電保護(hù)測(cè)試儀 動(dòng)模試驗(yàn)室和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器來(lái)完成 7 1 0 1 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真相比 較繼電保護(hù)測(cè)試儀和動(dòng)模試驗(yàn) 具有不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制 能 保證被研究 試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性 具有良好的經(jīng)濟(jì)性 方便性等優(yōu)點(diǎn) 成為物理 裝置的試驗(yàn)研究和實(shí)時(shí)測(cè)試的重要形式 如前文所述 數(shù)字化變電站通信方式的 改變對(duì)基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的繼電保護(hù)測(cè)試方法提出了新的要求 因此 研究適 應(yīng)數(shù)字化變電站技術(shù)要求的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真方法并將其應(yīng)用于智能電子裝置的開發(fā) 與測(cè)試具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 本課題根據(jù)數(shù)字化變電站技術(shù)研究和新型數(shù)字化保護(hù)設(shè)備檢測(cè)的要求 在研 究數(shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上 基于m a t l a b 軟件建立了數(shù)字化變電站實(shí)時(shí) 仿真平臺(tái)并搭建了數(shù)字保護(hù)測(cè)試系統(tǒng) 具有較好的經(jīng)濟(jì)性和較高的實(shí)用性 1 3 課題的研究現(xiàn)狀 1 3 1 傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展 微電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展為繼電保護(hù)技術(shù)不斷地注入 新的活力 當(dāng)前 微機(jī)繼電保護(hù)裝置發(fā)展成為繼電保護(hù)裝置的主要形式 為適應(yīng) 微機(jī)繼保的發(fā)展 繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)也向著不斷提高測(cè)試效率和提供更加真實(shí)的 測(cè)試環(huán)境的方向發(fā)展 傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置 非i e c6 1 8 5 0 的繼電保護(hù)裝置 測(cè)試的典型測(cè)試方案如圖 1 1 所示 測(cè)試裝置提供電壓電流信號(hào)給被測(cè)裝置 部分測(cè)試裝置能夠接收被測(cè)裝 置的狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測(cè)試 檢測(cè)設(shè)備接收被測(cè)設(shè)備動(dòng)作信息并對(duì)其功能和性能 2 圖1 l 傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試方案 一 穩(wěn)態(tài)測(cè)試 文獻(xiàn)1 2 給出穩(wěn)態(tài)測(cè)試定義 給受測(cè)保護(hù)裝置輸入交流相量 緩慢調(diào)節(jié)電流而 保持電壓不變 或緩慢調(diào)節(jié)電壓保持電流不變 直到動(dòng)作臨界值使保護(hù)裝置動(dòng)作 穩(wěn)態(tài)測(cè)試是基于相量的測(cè)試 其輸入信號(hào)為工頻基波信號(hào) 穩(wěn)定 單一 不能真 實(shí)模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 適用于對(duì)保護(hù)某一功能檢驗(yàn)和整定值校驗(yàn) 難以對(duì)保 護(hù)的整體性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)估 二 動(dòng)態(tài)測(cè)試 動(dòng)態(tài)測(cè)試與穩(wěn)態(tài)測(cè)試類似 只考慮基波分量 也是基于相量信號(hào) 但與穩(wěn)態(tài) 測(cè)試相比 具有以下特點(diǎn) 多狀態(tài) 測(cè)試輸入信號(hào)包括故障前 故障時(shí) 故障后三種狀態(tài) 輸入信號(hào)階躍變化 不包括暫態(tài)過(guò)程 動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)量通過(guò)短路計(jì)算程序獲取 易于通過(guò)常規(guī)設(shè)備實(shí)現(xiàn) 因而廣泛 用于典型試驗(yàn) 需要注意的是 動(dòng)態(tài)測(cè)試沒(méi)有考慮狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程 模擬電 力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不構(gòu)真實(shí) 對(duì)高速繼電保護(hù)裝置的測(cè)試會(huì)產(chǎn)生不利影響 三 暫態(tài)測(cè)試 與前述兩種測(cè)試技術(shù)相比 暫態(tài)測(cè)試考慮諧波和非周期分量的影響 能對(duì)電 力系統(tǒng)的擾動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行較真實(shí)的模擬 從而對(duì)保護(hù)的整體性能進(jìn)行更準(zhǔn)確的評(píng)估 工程實(shí)際中 暫態(tài)測(cè)試可應(yīng)用于繼電保護(hù)的整定值的驗(yàn)證 還可用于繼電保 護(hù)誤動(dòng)作原因的分析 暫態(tài)測(cè)試信號(hào)的主要來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)故障錄波圖或離線數(shù)字仿 真軟件 如e m t p e m t d c 等 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 四 實(shí)時(shí)閉環(huán)測(cè)試 實(shí)時(shí)閉環(huán)測(cè)試一般通過(guò)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 包括動(dòng)態(tài)模擬和數(shù)字仿真兩種形式 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)中 單點(diǎn)狀態(tài)量的計(jì)算時(shí)間小于或等于時(shí)間仿真系統(tǒng)的步長(zhǎng) 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采樣周期 如實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器r t d s 的時(shí)間步長(zhǎng)最小可達(dá)5 0 u s 這就為 信號(hào)的實(shí)時(shí)性提供了保證 從而能更好地模擬電力系統(tǒng)的各類動(dòng)態(tài)過(guò)程 繼電保護(hù)實(shí)時(shí)閉環(huán)測(cè)試中 一般采用反饋通道形成閉環(huán)測(cè)試 使測(cè)試系統(tǒng)結(jié) 合被測(cè)保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)狀態(tài)信號(hào) 如跳閘信號(hào) 重合閘信號(hào) 運(yùn)行下一步仿真程 序 實(shí)時(shí)閉環(huán)測(cè)試可以模擬系統(tǒng)各種類型的故障 也能模擬轉(zhuǎn)換性故障 因而對(duì) 保護(hù)裝置的性能測(cè)試更加真實(shí)全面 不同用戶在不同場(chǎng)合對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)的要求是不同的 目前 繼電保護(hù)裝置的測(cè)試主要借助于繼電保護(hù)測(cè)試儀 動(dòng)模試驗(yàn)室和實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器 來(lái)實(shí)現(xiàn) 繼電保護(hù)測(cè)試儀可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)測(cè)試 動(dòng)態(tài)測(cè)試以及包含較低次諧波分量 的暫態(tài)閉環(huán)測(cè)試 而對(duì)信號(hào)精度要求更高或者需要更加真實(shí)的系統(tǒng)環(huán)境測(cè)試的情 況下必須借助于動(dòng)模試驗(yàn)室或?qū)崟r(shí)數(shù)字仿真器 如r t d s 等 動(dòng)模試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是可以較真實(shí)的反映被研究系統(tǒng)的全動(dòng)態(tài)過(guò)程 現(xiàn)象直觀明 了 物理意義明確 缺點(diǎn)是仿真的規(guī)模受實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和場(chǎng)地限制 而且每一次不 同類型的試驗(yàn)都要重新進(jìn)行電氣接線 耗力耗時(shí) 可擴(kuò)展性和兼容性差 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真的優(yōu)點(diǎn)是不受被研究系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制 計(jì)算速度 快 使用靈活 擴(kuò)展方便 成本相對(duì)低廉 是當(dāng)前電力系統(tǒng)仿真系統(tǒng)發(fā)展的主要 方向 它不僅是研究電力系統(tǒng)規(guī)劃 設(shè)計(jì)和運(yùn)行的強(qiáng)有力工具 而且通過(guò)高速通 信系統(tǒng)及信號(hào)放大 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與實(shí)際的保護(hù)和控制裝置相連 對(duì)電網(wǎng)中繼電保護(hù) 裝置 安全自動(dòng)裝置及一些測(cè)控裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試 也能對(duì)電網(wǎng)中的各種故障和 穩(wěn)定特性進(jìn)行深入分析 提供技術(shù)支持 對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估 在上世紀(jì)9 0 年代初 加拿大m a n i t o b a 直流研究中心r t d s 公司率先推出國(guó)際 上第一臺(tái)電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) i 盯d s r t d s 的核心軟件是e m t d c 隨后 加拿大魁北克水電研究所的t e q s i m 公司也開發(fā)了電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) h y p e r s i m 主要用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真 其核心軟件是e m t p 程序 法 國(guó)電力公司 e d f 開發(fā)的a n e n e 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) 其核心軟件也是e m t p 由殷 圖科技發(fā)展有限公司 東北電力調(diào)度通信中心和清華大學(xué)聯(lián)合研制 開發(fā)的數(shù)字 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) d i g i t a ld y n a m i cr e a lt i m es i m u l a t o r 簡(jiǎn)稱d d r t s 是國(guó)內(nèi) 4 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 自主研發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng) d d r t s 集系統(tǒng)仿真和實(shí)時(shí)測(cè)試功能于一體 利用 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真技術(shù) 可以對(duì)實(shí)際裝置進(jìn)行全面的閉環(huán)測(cè)試 d d r t s 的主要功能是 對(duì)線路和元件保護(hù)進(jìn)行測(cè)試 其仿真規(guī)模較小 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 數(shù)值計(jì)算和通 信技術(shù)的飛速發(fā)展 數(shù)字仿真技術(shù)得到很大的發(fā)展 中國(guó)電力科學(xué)研究院開發(fā)了 世界上首套可模擬大規(guī)模電力系統(tǒng) 1 0 0 0 臺(tái)機(jī) 1 0 0 0 0 個(gè)節(jié)點(diǎn) 的全數(shù)字實(shí)時(shí)仿 真裝置a d p s s 大規(guī)模電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真也得以實(shí)現(xiàn) 1 3 2 數(shù)字化繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展 數(shù)字繼電保護(hù)裝置測(cè)試的典型測(cè)試方案如圖1 2 所示 測(cè)試裝置提供給被測(cè)裝 置符合i e c 6 1 8 5 09 1 9 2 標(biāo)準(zhǔn)的電壓 電流采樣值報(bào)文 并接收被測(cè)裝置發(fā)出的 g o o s e 開關(guān)量報(bào)文 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測(cè)試 以太網(wǎng)交換機(jī) 圖1 2 數(shù)字繼電保護(hù)典型測(cè)試方案 相比較傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置 數(shù)字繼電保護(hù)裝置的測(cè)試主要是測(cè)試信號(hào)的形式 發(fā)生了改變 在傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上加入數(shù)字通信手段即可實(shí)現(xiàn)面向數(shù)字 保護(hù)裝置的測(cè)試 針對(duì)數(shù)字保護(hù)裝置測(cè)試的解決方案 國(guó)內(nèi)外均已進(jìn)行了大量的 研究開發(fā)工作 包括光繼電保護(hù)測(cè)試儀的研制 動(dòng)模試驗(yàn)室的數(shù)字化改造以及實(shí) 時(shí)數(shù)字仿真器的數(shù)字化升級(jí)等 2 0 30 1 目前 國(guó)內(nèi)外均已有較為成熟的光繼電保護(hù)測(cè)試儀 以北京博電新力公司的 p w f 系列 廣東昂立公司的f 系列以及奧地利o m i c r o n 公司的c m c2 5 6 p l u s 系 列為代表 在數(shù)字化變電站的建設(shè)和調(diào)試中發(fā)揮了巨大的作用 文獻(xiàn)2 4 通過(guò)在動(dòng) 模試驗(yàn)室的基礎(chǔ)上加入電子式電流互感器 合并單元和智能操作箱等數(shù)字化設(shè)備 完成了動(dòng)模試驗(yàn)室的數(shù)字化改造 并取得了預(yù)期的效果 文獻(xiàn)2 6 利用新的g t n e t 模塊實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)通信 完成了r t d s 仿真系統(tǒng)的數(shù)字化升級(jí) 針對(duì)于其他較為 成熟的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng) 如a d p s s d d r t s 等 的數(shù)字化升級(jí) 目前仍沒(méi)有相 關(guān)文獻(xiàn)或研究成果發(fā)布 5 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 鑒于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真在繼電保護(hù)測(cè)試中的重要地位 而當(dāng)前商業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真 系統(tǒng)較非實(shí)時(shí)仿真軟件價(jià)格昂貴且數(shù)字化升級(jí)較為復(fù)雜的現(xiàn)狀 研究如何在常用 非實(shí)時(shí)仿真軟件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真和數(shù)字化通信 從而滿足數(shù)字保護(hù)的 測(cè)試要求 具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用價(jià)值 1 4 論文的主要工作和章節(jié)安排 本論文在研究電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真 i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)字化變電站應(yīng)用 技術(shù)的基礎(chǔ)上 研究了在m a t l a b 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真的方法 開發(fā)了基于 實(shí)時(shí)數(shù)字仿真的數(shù)字保護(hù)測(cè)試系統(tǒng) 并完成了本測(cè)試系統(tǒng)的功能和性能的檢驗(yàn) 具體包括以下幾部分內(nèi)容 理解了i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵和特點(diǎn) 了解了電子式互感器 合并單元 智 能斷路器等裝置的實(shí)現(xiàn)原理 分析了數(shù)字化變電站過(guò)程層的通信原理和構(gòu)成方案 比較了在m a t l a b 基礎(chǔ)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真及實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信的各種 方法的優(yōu)缺點(diǎn) 介紹了利用s i m u l i n k 及其x p c 組件組建合并單元 智能斷路器和 保護(hù)等裝置的仿真模塊的方法 開發(fā)出了能對(duì)數(shù)字化保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試的實(shí)時(shí)閉 環(huán)數(shù)字仿真系統(tǒng) 為實(shí)現(xiàn)裝置測(cè)試的便利和流程化 在上述實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù) 字繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng) 包括典型的測(cè)試系統(tǒng)的建立過(guò)程 基于m f c 及m a t l a b 引擎的圖形用戶界面的開發(fā)過(guò)程和使用本測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字繼電保護(hù)裝置測(cè)試的 流程 利用所建立的簡(jiǎn)單繼電保護(hù)裝置的仿真模型 驗(yàn)證了所開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)的 功能和性能 通過(guò)對(duì)仿真模型各組成部件的通信實(shí)驗(yàn)和整個(gè)系統(tǒng)的集成測(cè)試 驗(yàn) 證了本測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足數(shù)字化保護(hù)的測(cè)試要求 達(dá)到了課題的預(yù)期目標(biāo) 6 化 其內(nèi)涵體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面 2 3 1 反映電網(wǎng)運(yùn)行情況的電氣量信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出 2 l e d 對(duì)于電力系統(tǒng)的信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一建模 3 l e d 之間信息交互以網(wǎng)絡(luò)通信方式實(shí)現(xiàn) 4 運(yùn)行控制操作過(guò)程通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信方式以信息報(bào)文形式實(shí)現(xiàn) 可以看出 數(shù)字化變電站技術(shù)意味著變電站自動(dòng)化領(lǐng)域的一場(chǎng)革命 不僅變 電站內(nèi)的監(jiān)控 遠(yuǎn)動(dòng) 繼電保護(hù) 安全自動(dòng)裝置等設(shè)備的可靠性 實(shí)時(shí)性 經(jīng)濟(jì) 性將得到迅速提高 而且基于數(shù)字化變電站所提供的更為豐富的電網(wǎng)信息 整個(gè) 電網(wǎng)的運(yùn)行與控制都具備了實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破的可能 實(shí)現(xiàn)基于i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信息建模 采用低功率 緊湊型 數(shù)字化的新 型電流和電壓互感器代替常規(guī)t a 和t v 將高電壓 大電流直接變換為低電平信 號(hào)或數(shù)字信號(hào) 利用高速以太網(wǎng)構(gòu)成數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng) 并采用智能斷路器控 制等技術(shù) 這構(gòu)成了數(shù)字化變電站的技術(shù)支撐體系 2 2le c8 18 5 0 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 i e c 6 1 8 5 0 是國(guó)際電工委員會(huì) i e c 第5 7 技術(shù)委員會(huì) t c 5 7 制定的關(guān)于變 電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 制定標(biāo)準(zhǔn)目的是為了實(shí)現(xiàn)不同廠商之間 的設(shè)備的互操作性 i e c 6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)借用了現(xiàn)代軟件工程的思路和方法 系統(tǒng)地分 析了現(xiàn)代變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信需求以及技術(shù)背景 進(jìn)而對(duì)變電站內(nèi)的通信網(wǎng) 絡(luò)和系統(tǒng)進(jìn)行了抽象設(shè)計(jì) 然后映射到了基于以太網(wǎng)的協(xié)議棧進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn) 并 在最后給出了協(xié)議一致性測(cè)試方法 與此同時(shí) 標(biāo)準(zhǔn)也關(guān)注了變電站自動(dòng)化系統(tǒng) 項(xiàng)目質(zhì)量管理以及環(huán)境 電磁兼容性等方面的一般需求 總的說(shuō)來(lái) i e c6 1 8 5 0 是 變電站自動(dòng)化專業(yè)涉及面廣泛 設(shè)計(jì)較為完備的的最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 3 1 1 7 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 i e c6 1 8 5 0 是迄今為止最為完善的關(guān)于變電站自動(dòng)化的通信標(biāo)準(zhǔn) 也是t c 5 7 近年來(lái)發(fā)布的最重要的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 其制訂的出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn) 同一世界 同一 技術(shù) 同一標(biāo)準(zhǔn) 的理想目標(biāo)吲 2 2 1ie c6 1 8 5 0 的基本內(nèi)容 i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)共由1 0 部分組成 各個(gè)部分的名稱和內(nèi)容如下 2 5 j 1 i e c6 1 8 5 0 1 介紹和概論 介紹了標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍和目的 定義了變電站內(nèi)i e d 之間的通信和相關(guān)系統(tǒng) 要求 并論述了制定一個(gè)適用標(biāo)準(zhǔn)的途徑和如何對(duì)待通信技術(shù)革新等問(wèn)題 2 i e c6 1 8 5 0 2 術(shù)語(yǔ) 給出了i e c6 1 8 5 0 文檔中涉及的關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)特定術(shù)語(yǔ)及其定義 3 i e c6 1 8 5 0 3 總體要求 詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的總體要求 重點(diǎn)是質(zhì)量要求 還涉及了環(huán)境條件和 供電要求的指導(dǎo)方針 并根據(jù)其它標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)相關(guān)的特定要求提出了建議 4 i e c6 1 8 5 0 4 系統(tǒng)和項(xiàng)目管理 描述了對(duì)系統(tǒng)和項(xiàng)目管理過(guò)程的要求以及對(duì)工程和試驗(yàn)所需的專用工具的要 求 主要包括 工程要求 系統(tǒng)壽命周期 質(zhì)量保證三個(gè)方面 5 i e c6 1 8 5 0 5 功能和設(shè)備模型的通信要求 規(guī)范了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所完成功能的通信要求和裝置模型 主要包括 基 本要求 邏輯節(jié)點(diǎn)的分析 邏輯通信鏈路 通信信息片的概念 邏輯節(jié)點(diǎn)和相關(guān) 的通信信息片 性能 功能等方面的要求 6 i e c6 1 8 5 0 6 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)語(yǔ)言 規(guī)定了描述系統(tǒng)工程的過(guò)程 與通信有關(guān)的i e d 配置和參數(shù) 通信系統(tǒng)配置 開關(guān)間隔結(jié)構(gòu)以及它們之間關(guān)系的文件格式 7 i e c6 1 8 5 0 7 變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) 7 1 原理和模型 提供了基本建模和描述方法的有關(guān)信息 解釋了i e c 6 1 8 5 0 7 2 7 3 7 4 和i e c6 1 8 5 0 之間的詳細(xì)要求 以及i e c6 1 8 5 0 8 1 和9 1 9 2 中具體的通信協(xié)議 7 2 抽象通信服務(wù)接口 a c s i a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c ei n t e r f a c e 從三個(gè)方面對(duì)抽象通信服務(wù)接口進(jìn)行了描述 包括抽象通信服務(wù)接口的描述 抽 象通信服務(wù)的規(guī)范 設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的模型 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 3 公用數(shù)據(jù)類 定義了和變電站應(yīng)用有關(guān)的公共屬性和公共數(shù)據(jù)類 7 4 兼容的邏輯節(jié)點(diǎn)類和數(shù)據(jù)類 規(guī)定了l e d 之間通信用的兼容邏輯節(jié) 點(diǎn)名稱和可能包含的所有數(shù)據(jù)名稱 8 i e c6 1 8 5 0 8 特定通信服務(wù)映射 s c s m s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e m a p p i n g 映射到制造報(bào)文規(guī)范 m m s 說(shuō)明了在局域網(wǎng)上交換數(shù)據(jù)的方法 將a c s i 映射到m m s 的服務(wù)和協(xié)議 用于變電站層和間隔層以及變電站層與間隔 層之間的通信映射 9 i e c6 1 8 5 0 9 特定通信服務(wù)映射 s c s m 9 1 通過(guò)單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信鏈路的采樣值 定義了電子式互感器通 過(guò)合并單元與具有數(shù)字接口的間隔層保護(hù) 測(cè)控裝置之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方法 9 2 通過(guò)i e c i s o8 8 0 2 3 的采樣值 定義了在局域網(wǎng)過(guò)程總線上完成電子 式互感器 合并單元 保護(hù)裝置 間隔測(cè)控裝置之間的采樣值傳輸方法 1 0 i e c6 18 5 0 1 0 一致性測(cè)試 包含了一致性測(cè)試規(guī)則 質(zhì)量保證和測(cè)試 一致性測(cè)試所需要的文件 有關(guān) 設(shè)備的一致性測(cè)試及測(cè)試手段 測(cè)試設(shè)備的要求和有效性證明 通過(guò)分析以上的內(nèi)容 可以看出 與以往的通信協(xié)議不同 i e c6 1 8 5 0 不僅定 義了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信要求和數(shù)據(jù)交換 還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的對(duì)象模型 通信 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 項(xiàng)目管理控制和測(cè)試方法進(jìn)行了全面的描述和規(guī)范 2 2 2l e c6 1 8 5 0 的核心技術(shù)特點(diǎn) i e c6 1 8 5 0 系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用了最新通信和信息技術(shù)的全新設(shè)計(jì) 其關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn) 表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 1 信息分層分布式體系結(jié)構(gòu) 3 3 i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)提出了變電站內(nèi)信息分層的概念 無(wú)論從邏輯概念上還是從物 理概念上 都將變電站的通信體系分為變電站層 間隔層和過(guò)程層三個(gè)層次 并 且定義了層和層之間的邏輯接口 其中 過(guò)程層主要完成開關(guān)量v o 模擬量采樣 和控制命令的發(fā)送等與一次設(shè)備相關(guān)的功能 間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù) 對(duì)本間隔的一次設(shè)備產(chǎn)生作用 變電站層的功能則分為兩類 一是與過(guò)程相關(guān)的 功能 主要指利用各個(gè)間隔或全站的信息對(duì)多個(gè)間隔或全站的一次設(shè)備發(fā)生作用 二是與接口相關(guān)的功能 主要指與遠(yuǎn)方控制中心 工程師站及人機(jī)界面的通信 2 面向?qū)ο蟮男畔⒔＜夹g(shù) 9 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 與以往的通信協(xié)議采用面向點(diǎn)的信息描述方式不同 i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)顯 著特征是采用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)描述變電站及其設(shè)備信息 首先 定義若干語(yǔ)義 模型類 對(duì)照語(yǔ)義模型類 將l e d 的自動(dòng)化功能和相關(guān)信息抽象 分解 并通過(guò) 對(duì)語(yǔ)義模型類的繼承 重載或直接引用 生成特定的應(yīng)用實(shí)例 最后 將這些實(shí) 例按照 類 的形式層次化的構(gòu)成具有一致性和確定性的信息模型 即服務(wù)器 信息模型的屬性通常包含邏輯設(shè)備 邏輯節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)屬性4 個(gè)層次 3 抽象通信服務(wù)接口a c s i 和特殊通信服務(wù)映射s c s m 技術(shù) i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)中提出了抽象通信服務(wù)接口 a c s i 技術(shù) 它獨(dú)立于具體的網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議 與采用的網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān) 具有后向兼容性 a c s i 通過(guò)采用抽象的建模 技術(shù) 為變電站設(shè)備定義了公共應(yīng)用服務(wù) 從而提供了通過(guò)虛擬鏡像訪問(wèn)真實(shí)數(shù) 據(jù)和真實(shí)設(shè)備的途徑 a c s i 和s c s m 技術(shù)的應(yīng)用 解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來(lái)網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾 隨著新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的運(yùn)用 只要 對(duì)s c s m 進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng) 而不需要修改a c s i 4 自我描述的變電站配置語(yǔ)言 3 4 i e c6 1 8 5 0 定義了基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言 x m l 的s c l 語(yǔ)言 用來(lái)描述變電站 自動(dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)備的配置與功能信息 作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的專用語(yǔ)言 語(yǔ) 法上s c l 遵循x m l 語(yǔ)法規(guī)則 生成的是標(biāo)準(zhǔn)的x m l 文件 具有x m l 語(yǔ)言自我 描述的特點(diǎn) 語(yǔ)義上s c l 遵循i e c6 1 8 5 0 定義的語(yǔ)義規(guī)范 通過(guò)面向?qū)ο蟮乃枷?可以準(zhǔn)確和完整的描述出變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的全部信息 實(shí)現(xiàn)了自我描述 配置 語(yǔ)言的自我描述是實(shí)現(xiàn)智能電子設(shè)備之間互操作的基礎(chǔ) 2 3 數(shù)字化變電站過(guò)程層設(shè)備 2 3 1 電子式互感器 1 電子式互感器的實(shí)現(xiàn)原理1 2 3 5 4 0 l 電子式互感器 e l e c t r o n i ct r a n s d u c e r 是由連接一次系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個(gè) 或多個(gè)電流或電壓傳感器組成 用于傳輸正比于被測(cè)量的量 提供給測(cè)量控制 和保護(hù)裝置 根據(jù)其高壓側(cè)是否需要供電 電子式互感器可以分為有源型和無(wú)源 型兩類 前者是在傳感頭部分用r o g o w s k i 線圈或低功率的電磁感應(yīng)式c t 獲取被 測(cè)電流信息 用分壓器獲取被測(cè)電壓 后者則是利用光學(xué)原理傳感頭對(duì)電流 電 壓進(jìn)行測(cè)量 并利用現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理 1 0 電流信號(hào) 以光纖作 到被測(cè)點(diǎn) 才能正常 法 由此 低 結(jié)構(gòu) 中得到越 為取樣元 件 在氣體絕緣的母線外圍布置電極 構(gòu)成柱狀同軸電容器 將其作為分壓器的 高壓臂 可以得到足夠的測(cè)量精度 2 無(wú)源型電子式互感器 無(wú)源型電子式互感器 又稱光電式電壓 電流互感器 其高壓側(cè)采用光學(xué)傳感 頭 高壓側(cè)與低壓側(cè)之間沒(méi)有電氣連接 因此具有優(yōu)良的絕緣特性 根據(jù)傳感原 理 無(wú)源型電子式互感器又可以分為兩類 利用電場(chǎng)或磁場(chǎng)的間接光效應(yīng)調(diào)制 電流測(cè)量采用磁致伸縮效應(yīng) 電壓測(cè)量采用壓電效應(yīng)來(lái)改變晶體的物理尺寸 或形狀 晶體物理尺寸或形狀的改變被傳感頭感應(yīng)后 變換為信號(hào)經(jīng)光纖傳輸?shù)?低壓側(cè) 采用電場(chǎng)或磁場(chǎng)的直接光效應(yīng)調(diào)制 電流測(cè)量采用法拉第 f a r a d a y 磁光效應(yīng) 即線偏振光的偏振方向在磁場(chǎng)中 發(fā)生旋轉(zhuǎn)的效應(yīng) 電壓測(cè)量采用普克爾 p o c k e l s 電光效應(yīng) 即晶體的折射率在 電場(chǎng)的作用下發(fā)生變化的效應(yīng) 目前 在無(wú)源型電子式電流互感器方面 基于磁伸縮效應(yīng)原理的電流互感器 由于種種原因 工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)展緩慢 而利用法拉第效應(yīng)的電流測(cè)量方法較為直 接 且裝置簡(jiǎn)單 精度高 是最有發(fā)展?jié)摿Φ臒o(wú)源型電子式電流互感器 在無(wú)源 型電子式電壓互感器方面 不論是采用電光晶體還是壓電晶體作電壓傳感頭 其 原理都是根據(jù)晶體在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電極化效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的測(cè)量 因而 工作性能不夠穩(wěn)定 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 兩類互感器的比較 有源型電子式互感器由于利用光纖系統(tǒng)提供激光電源 具有絕 磁干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 顯著降低了互感器的制造成本 減少了體積和重 了被電力工業(yè)界廣泛接受的常規(guī)測(cè)量裝置的優(yōu)勢(shì) 同時(shí)避免了無(wú)源 器傳感頭光路復(fù)雜 以及受溫度 外界振動(dòng)影響較大的技術(shù)難點(diǎn) 道路上走在了無(wú)源型電子式互感器的前面 2 電子式互感器的輸出要求 3 5 4 0 1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子式互感器數(shù)字輸出作了相關(guān)的要求 包括數(shù)字輸出的額定標(biāo) 準(zhǔn)值和所采用的通信接口技術(shù) 其中 保護(hù)用電子式電流互感器為1 6 進(jìn)制0 1 c fh 1 0 進(jìn)制4 6 3 測(cè)量用電子式電流互感器和保護(hù) n 量用電子式電壓互感器的數(shù)字 輸出額定標(biāo)準(zhǔn)值為1 6 進(jìn)制2 d 4 lh 1 0 進(jìn)制為1 1 5 8 5 前者可測(cè)電流 電壓范圍達(dá) 到額定一次值的5 0 倍 o 偏移 或2 0 倍 1 0 0 偏移 而無(wú)溢出 后者可測(cè)電流 電壓范圍達(dá)到額定一次值的兩倍而無(wú)溢出 2 3 2 合并單元 合并單元 m u m e r g i n gu n i t 是針對(duì)數(shù)字化輸出的電子式互感器而設(shè)計(jì)的 也是數(shù)字化輸出接口的重要組成部分 i e c6 0 0 4 4 8 和i e c6 1 8 5 0 9 中均對(duì)其進(jìn)行 了規(guī)范 它的主要任務(wù)是同步采集電子式互感器輸出的電流和電壓數(shù)字量信息 經(jīng)過(guò)組幀處理后 按照一定的通信方式輸送給二次保護(hù)和控制設(shè)備 目前 合并 單元與二次側(cè)的保護(hù) 測(cè)量設(shè)備之間大多遵循i e c6 1 8 5 0 9 1 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 采用光 纖以太網(wǎng)進(jìn)行通信 發(fā)送采樣值報(bào)文 4 1 4 3 合并單元所要完成的功能可以劃分為三方面 同步功能 多路數(shù)據(jù)采集和處 理功能 數(shù)據(jù)發(fā)送功能 按照功能劃分的合并單元模型如圖2 3 所示 下面簡(jiǎn)要介 紹這三個(gè)功能模塊m 4 5 1 1 同步功能模塊 通常 變電站采用g p s 來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步 因?yàn)樗軌驅(qū)⒕忍岣叩叫∮?u s 同步功能模塊功能包括兩部分 一是正確確識(shí)別g p s 接收機(jī)輸出的同步秒脈沖 1 p p s 二是根據(jù)合并單元的額定采樣頻率給各路a d 轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換信號(hào) 實(shí)現(xiàn)同步采樣 2 數(shù)據(jù)采集和處理功能模塊 這是與電子式互感器進(jìn)行接口的主要功能模塊 在合并單元給多路a d 轉(zhuǎn)換 1 2 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換信號(hào)后 將同時(shí)接收1 2 路通道的輸出數(shù)據(jù)并對(duì)其有效性進(jìn)行校驗(yàn) 常采用循環(huán)冗余校驗(yàn) c r c 對(duì)各路a d 輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn) 此外 合并單元 還需對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行正確排序并輸出給通信功能模塊 給名路a d 發(fā)洪 圖2 一l 合并單兀功能模型 3 通信功能模塊 該模塊將各路采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行組幀并發(fā)送給保護(hù) 測(cè)量設(shè)備 此功能體現(xiàn)了 i e c6 0 0 4 4 7 8 和i e c6 1 8 5 0 9 1 9 2 中合并單元功能實(shí)現(xiàn)的主要區(qū)別 前者是基于 f t 3 格式的曼徹斯特編碼發(fā)送 傳輸速率為2 5 m b p s 由于傳輸速率比較慢 限制 了采樣率 不適用于對(duì)采樣率要求較高的計(jì)量 差動(dòng)保護(hù)等裝置 后者是基于i e e e 8 8 0 2 2 和i s o i e c8 8 0 2 3 標(biāo)準(zhǔn) 即采用以太網(wǎng)的方式進(jìn)行發(fā)送 速度可達(dá)1 0 0 m b p s 甚至更高 目前該方式被廣泛采用 2 3 3 智能斷路器裝置 i e c6 2 0 6 3 標(biāo)準(zhǔn)將智能斷路器設(shè)備定義為 具有較高性能的斷路器和控制設(shè) 備 配有電子設(shè)備 傳感器和執(zhí)行器 不僅具有斷路器的基本功能 還具有附加 功能 尤其在監(jiān)測(cè)和診斷方面 智能斷路器的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是 電子操動(dòng) 電容儲(chǔ)能 電機(jī)直驅(qū)動(dòng)作 具有數(shù)字化的接口 能夠接收和發(fā)送符合i e c6 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn)的通信報(bào) 文 分合閘命令 位置信息 狀態(tài)信息均通過(guò)以太網(wǎng)傳輸 智能斷路器在現(xiàn)有斷路器的基礎(chǔ)上引入了智能控制單元 它由數(shù)據(jù)采集 智 能識(shí)別和調(diào)節(jié)裝置3 個(gè)基本模塊構(gòu)成 工作原理見圖2 2 圖中實(shí)線部分為現(xiàn)有斷 路器和變電站的有關(guān)結(jié)構(gòu)和相互關(guān)聯(lián) 智能識(shí)別模塊是智能控制單元的核心 由 微處理器構(gòu)成的微機(jī)控制系統(tǒng) 能根據(jù)操作前所采集到的電網(wǎng)信息和主控制室發(fā) 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 出的操作信號(hào) 自動(dòng)地識(shí)別當(dāng)次操作時(shí)斷路器所處的電網(wǎng)工作狀態(tài) 根據(jù)對(duì)斷路 器仿真分析的結(jié)果決定出合適的分合閘運(yùn)動(dòng)特性 并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)信息 待調(diào)節(jié)完成后再發(fā)出分合閘信號(hào) 數(shù)據(jù)采集模塊主要由新型傳感器組成 隨時(shí)把 電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的形式提供給智能識(shí)別模塊 以進(jìn)行處理分析 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由能接收定量控制信息的部件和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器組成 用來(lái)調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù) 以 便改變每次操作時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性 此外 還可根據(jù)需要加裝顯示模塊 通信模塊以 及各種檢測(cè)模塊 以擴(kuò)大智能操作斷路器的智能化功能 智能斷路器基本工作模 式是根據(jù)監(jiān)測(cè)到的不同故障電流 自動(dòng)選擇操作機(jī)構(gòu)及滅弧室預(yù)先設(shè)定的工作條 件 如正常運(yùn)行電流較小時(shí)以較低速度分閘 系統(tǒng)短路電流較大時(shí)以較高速度分 閘 以獲得電氣和機(jī)械性能上的最佳分閘效果口j 圖2 2 智能斷路器工作原理 由此可見 在數(shù)字化變電站中 斷路器的跳閘控制方式發(fā)生了根本性的變化 控制回路中電子電路的壽命和可靠性成為智能斷路器技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵 諸多 斷路器制造商在該產(chǎn)品的研發(fā)上極為慎重 智能斷路器仍處于試驗(yàn)研究階段 為 了配合數(shù)字化變電站技術(shù)的推廣 作為智能斷路器技術(shù)的補(bǔ)充 斷路器智能控制 裝置得到了相應(yīng)的發(fā)展和應(yīng)用 斷路器智能控制裝置作為一次設(shè)備的代理裝置 將原控制室內(nèi)的操作控制回路下放到就地開關(guān)站 與一次設(shè)備之間采用硬接線連 接 與二次設(shè)備通過(guò)光纖相連 智能控制裝置與間隔層保護(hù) 測(cè)控裝置之間通過(guò) 面向通用對(duì)象的變電站事件 g o o s e 實(shí)時(shí)傳送信號(hào)量 間隔層保護(hù)裝置以及測(cè) 控裝置的跳合閘命令 按不同的g o o s e 優(yōu)先級(jí)傳送到智能開關(guān)單元 由智能控制 裝置通過(guò)硬接線輸出到一次設(shè)備 具有與智能斷路器等同的通信和操作功能 1 4 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 4 數(shù)字化變電站過(guò)程層通信 i e c6 1 8 5 0 定義的抽象通信服務(wù)接口 a c s i 主要由兩種通信機(jī)制組成 客戶 n 務(wù)器模式和發(fā)布者 訂閱者模式 前者針對(duì)控制 讀寫數(shù)據(jù)值等功能服務(wù) 主要 應(yīng)用于變電站層和間隔