專利名稱：智能變電站整體性能試驗(yàn)方法及其測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變電站整體性能試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置，特別是基于電網(wǎng)仿真和無線傳輸技術(shù)的智能變電站整體性能試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明使用的技術(shù)術(shù)語(現(xiàn)有技術(shù))智能變電站建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。
電子式互感器分為電子式電流互感器和電子式電壓互感器，電子式互感器由采集器、合并單元及聯(lián)接兩者的光纖組成。
采集器電子式互感器的一個(gè)組成部分，完成電壓電流信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并利用光纖將數(shù)字化模擬量信號(hào)送到合并單元。
合并單元將來自不同采集器的信號(hào)合并到一起，組成滿足不同用途的信息組，并將這些信息組以數(shù)字形式發(fā)送給智能化二次設(shè)備的裝置。
繼電保護(hù)裝置利用電流、電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)故障判斷并為一次設(shè)備提供保護(hù)功能的一類設(shè)備。
電網(wǎng)由電廠、輸供電網(wǎng)絡(luò)、變電站、配電網(wǎng)絡(luò)組成。其中，IlOkV及以上電壓等級(jí)的變電站是聯(lián)接輸供電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)的中心環(huán)節(jié)，在電網(wǎng)中處于核心地位。變電站由母線、 變壓器、開關(guān)設(shè)備、電流(電壓)互感器等一次設(shè)備和為一次設(shè)備提供保護(hù)控制功能的繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置、計(jì)量裝置等二次設(shè)備組成。
常規(guī)變電站使用電磁式電流(電壓)互感器。在常規(guī)變電站，電流(電壓)互感器通過電纜直接與繼電保護(hù)裝置連接，繼電保護(hù)裝置根據(jù)測(cè)量的電流(電壓)信號(hào)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能；當(dāng)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，也是用電纜直接將動(dòng)作命令送至斷路器的分、合閘線圈，驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘。因此，只需用模擬信號(hào)源替代電流(電壓)互感器的輸入信號(hào)，接入繼電保護(hù)裝置的信號(hào)輸入端，并用模擬信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)繼電保護(hù)裝置輸出端的動(dòng)作命令，即可完成對(duì)檢驗(yàn)繼電保護(hù)裝置的技術(shù)性能檢驗(yàn)。
智能變電站使用電子式電流(電壓)互感器、光學(xué)電流(電壓)互感器。與常規(guī)變電站不同的是，采集器完成模擬電流(電壓)信號(hào)的數(shù)字化，然后將數(shù)字信號(hào)送到合并單元，由合并單元對(duì)來自不同測(cè)量點(diǎn)的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行組織、分配，再將組合后的信號(hào)分別送到不同類型的繼電保護(hù)裝置；智能變電站繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作命令用數(shù)字化光信號(hào)表達(dá)，保護(hù)動(dòng)作命令除直接送到智能操作箱跳開斷路器外，還需送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)供其他裝置使用。 在智能變電站，由于合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的使用，使繼電保護(hù)裝置輸入輸出信號(hào)的組織、 分配復(fù)雜化，當(dāng)對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行性能檢驗(yàn)時(shí)，如果僅在繼電保護(hù)裝置本體的信號(hào)輸入端施加需要的信號(hào)，雖然可以完成對(duì)裝置本體的性能檢驗(yàn)，但檢驗(yàn)范圍沒有包括合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這樣的試驗(yàn)未能對(duì)保護(hù)裝置輸入信號(hào)的組織、分配及傳輸環(huán)節(jié)以及保護(hù)裝置輸出信號(hào)的分配、傳輸、執(zhí)行環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)，使智能變電站保護(hù)裝置的檢驗(yàn)失去完整性。
目前，用于智能變電站繼電保護(hù)檢驗(yàn)的方法均未包含對(duì)保護(hù)裝置輸入信號(hào)的組織、分配及傳輸環(huán)節(jié)以及保護(hù)裝置輸出信號(hào)的分配、傳輸、執(zhí)行環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)，使智能變電站繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)在方法上存在缺陷。檢驗(yàn)方法的缺陷可能導(dǎo)致智能變電站在建設(shè)階段即存在技術(shù)缺陷，使智能變電站運(yùn)行安全受到威脅，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致重大設(shè)備事故發(fā)生。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和缺陷提供一種智能變電站整體性能試驗(yàn)方法，使通過試驗(yàn)?zāi)軐?duì)智能變電站保護(hù)裝置的輸入和輸出信號(hào)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)， 從而保證檢驗(yàn)完整性，提高智能變電站的安全運(yùn)行水平。
本發(fā)明的另一目的是提供實(shí)施上述試驗(yàn)方法的智能變電站二次系統(tǒng)的性能測(cè)試直ο
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種智能變電站整體性能試驗(yàn)方法，包括以下步驟1)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拇_定試驗(yàn)方案；2)以智能變電站一次主接線及與之直接相聯(lián)的線路、電源為對(duì)象，建立變電站仿真系統(tǒng)，以仿真被試智能變電站二次系統(tǒng)工作所需要的全部電氣信號(hào)；3)將智能變電站二次系統(tǒng)視為檢驗(yàn)對(duì)象，并將承擔(dān)智能變電站信息組織、分配功能的合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢驗(yàn)范圍，試驗(yàn)時(shí)，保持被試二次系統(tǒng)接線的完整性；4)根據(jù)智能變電站電子式電流互感器和電子式電壓互感器的配置以及試驗(yàn)需求，布置采集器模擬器；根據(jù)智能變電站開關(guān)設(shè)備的配置及試驗(yàn)需求，布置開關(guān)模擬器；5)根據(jù)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)裝置及二次系統(tǒng)整體性能檢驗(yàn)需要，確定仿真條件，利用數(shù)值仿真方法，得到對(duì)象系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果；6)采用無線控制主機(jī)完成試驗(yàn)系統(tǒng)的GPS對(duì)時(shí)，完成無線控制主機(jī)與采集器模擬器和開關(guān)模擬器的對(duì)時(shí)，接收智能變電站仿真系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果并以無線傳輸方式，將該時(shí)域仿真結(jié)果下裝到采集器模擬器，完成試驗(yàn)的同步控制；7)采集器模擬器接收無線控制主機(jī)發(fā)送的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)，在無線控制主機(jī)控制下，將時(shí)域仿真數(shù)據(jù)同步注入到智能變電站的合并單元；8)開關(guān)模擬器接收智能變電站二次系統(tǒng)中智能操作箱輸出的斷路器分、合閘控制命令，并將接收到的智能操作箱命令以無線方式上傳到智能變電站仿真系統(tǒng)，同時(shí)檢查繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為，利用二次系統(tǒng)配置的網(wǎng)絡(luò)分析儀、故障錄波器及監(jiān)控系統(tǒng)的記錄功能檢查合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)信息組織、分配功能正確性，完成對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)功能正確性的檢驗(yàn)。
本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于上述智能變電站整體性能試驗(yàn)方法的測(cè)試裝置，包括智能變電站仿真系統(tǒng)包括筆記本電腦和安裝于筆記本電腦內(nèi)的圖形化建模單元、仿真計(jì)算單元、波形顯示單元以及實(shí)驗(yàn)控制單元組成；其特征是，還具有，與筆記本電腦連接的無線控制主機(jī)；無線控制主機(jī)由GPS同步單元、高穩(wěn)定主時(shí)鐘單元、無線1588授時(shí)單元、無線收發(fā)控制單元組成；GPS同步單元與高穩(wěn)定主時(shí)鐘單元連接，接收GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘信號(hào)，并向高穩(wěn)定時(shí)鐘單元授時(shí)；高穩(wěn)定主時(shí)鐘單元與無線1588授時(shí)單元連接，根據(jù)GPS授時(shí)信號(hào)完成對(duì)時(shí)，為試驗(yàn)系統(tǒng)提供同步時(shí)鐘；無線1588授時(shí)單元將高穩(wěn)定時(shí)鐘單元時(shí)鐘信號(hào)以無線1588方式向采集器模擬器以及開關(guān)模擬器授時(shí)；無線收發(fā)控制單元接收智能變電站仿真系統(tǒng)的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和控制命令，以無線方式發(fā)送時(shí)域仿真數(shù)據(jù)包和試驗(yàn)控制命令；采集器模擬器用于接收來自無線控制主機(jī)的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)控制命令，按照試驗(yàn)控制命令向合并單元發(fā)送試驗(yàn)用數(shù)據(jù)流；采集器模擬器包括無線收發(fā)單元、高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元、輸出控制單元；無線收發(fā)單元接收無線控制主機(jī)的時(shí)鐘同步信號(hào)、仿真數(shù)據(jù)包以及試驗(yàn)控制命令，將時(shí)鐘同步信號(hào)轉(zhuǎn)送到高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元，將仿真數(shù)據(jù)包和試驗(yàn)控制命令轉(zhuǎn)送到輸出控制單元；高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元接收無線收發(fā)單元的時(shí)鐘同步信號(hào)，與輸出控制單元連接；為輸出控制單元提供輸出控制的時(shí)鐘信號(hào)；輸出控制單元從無線收發(fā)單元獲取時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)控制命令，按照試驗(yàn)控制命令和高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元的時(shí)鐘信號(hào)，用時(shí)域仿真數(shù)據(jù)形成符合國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20840. 8 Q/ GDW426-2010的輸出數(shù)據(jù)流，經(jīng)光纖發(fā)送到智能變電站的合并單元；開關(guān)模擬器與變電站智能操作箱連接；檢測(cè)變電站智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令，將開關(guān)操作命令打上時(shí)間標(biāo)記，并將帶時(shí)標(biāo)的開關(guān)操作命令以無線方式發(fā)送到智能變電站仿真系統(tǒng)；接收智能變電站仿真系統(tǒng)下發(fā)的開關(guān)狀態(tài)，將開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)，并將開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)送至變電站的智能操作箱實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站開關(guān)狀態(tài)的模擬； 開關(guān)模擬器包括無線收發(fā)單元、高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元、輸入輸出單元； 無線收發(fā)單元接收來自無線控制主機(jī)的時(shí)鐘同步信號(hào)以及智能變電站仿真系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)；將時(shí)鐘同步信號(hào)轉(zhuǎn)送到高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元，將開關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)送到輸入輸出單元；檢測(cè)智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令并打時(shí)間標(biāo)記，將帶時(shí)標(biāo)的開關(guān)操作命令以無線方式上傳無線控制主機(jī)；高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元與開關(guān)模擬器連接；接收無線收發(fā)單元的時(shí)鐘同步信號(hào)，為開關(guān)模擬器提供時(shí)鐘信號(hào)；輸入輸出單元將開關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)變成開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)；與智能操作箱連接；檢測(cè)智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令，將其打上時(shí)間標(biāo)記并經(jīng)無線收發(fā)單元上傳至無線控制主機(jī)和智能變電站仿真系統(tǒng)。
本發(fā)明提出一種基于變電站仿真和無線傳輸技術(shù)的智能變電站整體性能試驗(yàn)方法以及實(shí)現(xiàn)該方法所需要的變電站仿真系統(tǒng)、無線發(fā)射裝置、采集器模擬器和開關(guān)模擬器。
本方法的要點(diǎn)是1、將智能變電站二次系統(tǒng)(包含繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置、計(jì)量裝置、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備)視為檢驗(yàn)對(duì)象。試驗(yàn)時(shí)，被試二次系統(tǒng)保持聯(lián)接完整性。
2、采用圖形化建模軟件以變電站一次主接線及與之直接相聯(lián)的線路、電源為對(duì)象，建立“變電站仿真模型”，采用變電站仿真軟件仿真被試二次系統(tǒng)工作所需要的全部電氣信號(hào)。
3、根據(jù)變電站電子式電流(電壓)互感器配置及試驗(yàn)需求，配置“采集器模擬器”。
4、根據(jù)智能變電站開關(guān)設(shè)備配置和試驗(yàn)需求，配置“開關(guān)模擬器”。
5、根據(jù)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)裝置及二次系統(tǒng)整體性能檢驗(yàn)需要，確定仿真條件，建立仿真對(duì)象的動(dòng)態(tài)微分方程組，采用隱式梯形法將微分方程組離散為差分方程組，采用數(shù)值迭代方法得到對(duì)象系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果。
6、利用無線傳輸技術(shù)，將變電站時(shí)域仿真結(jié)果分別送到各個(gè)“合并單元”。在統(tǒng)一時(shí)鐘控制下，各合并單元同步輸出“變電站仿真系統(tǒng)”的時(shí)域仿真結(jié)果。試驗(yàn)人員檢查二次系統(tǒng)信息組織、分配、傳輸正確性，檢查二次設(shè)備(繼電保護(hù)、測(cè)量控制裝置、計(jì)量裝置、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等)行為正確性。
本發(fā)明的特點(diǎn)是將智能變電站二次系統(tǒng)視為一個(gè)整體，將完成智能變電站信息組織、分配功能的合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢驗(yàn)范圍。在對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行性能檢驗(yàn)時(shí)保持其接線完整性和輸入信息完整性，從而達(dá)到檢驗(yàn)智能變電站整體性能的目的。
本發(fā)明提供了一種對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)信息組織、分配、傳輸正確性及功能實(shí)現(xiàn)正確性進(jìn)行檢驗(yàn)的方法。利用本發(fā)明提供的“變電站仿真系統(tǒng)”可以模擬變電站內(nèi)部和直連線路的的各種故障，利用無線傳輸方法將時(shí)域仿真結(jié)果下傳至“采集器模擬器”并向被試二次系統(tǒng)同步注入試驗(yàn)信號(hào)，利用“開關(guān)模擬器”檢測(cè)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為，利用智能變電站配置的網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備、信息記錄設(shè)備完成對(duì)二次系統(tǒng)功能和技術(shù)性能的測(cè)試。利用本發(fā)明提供的方法也可為智能變電站通訊網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試提供條件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是目前，用于智能變電站繼電保護(hù)檢驗(yàn)的方法均未將合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢測(cè)范圍，這些試驗(yàn)方法為能對(duì)繼電保護(hù)裝置輸入信號(hào)的組織、分配及傳輸環(huán)節(jié)以及保護(hù)裝置輸出信號(hào)的分配、傳輸、執(zhí)行環(huán)節(jié)進(jìn)行完整檢驗(yàn)， 使智能變電站繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)在方法上存在缺陷。檢驗(yàn)方法的缺陷可能導(dǎo)致智能變電站在建設(shè)階段即存在技術(shù)缺陷，使智能變電站運(yùn)行安全受到威脅，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致重大設(shè)備事故發(fā)生。
本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步是將智能變電站二次系統(tǒng)視為一個(gè)整體，將完成智能變電站信息組織、分配功能的合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢驗(yàn)范圍。在對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行性能檢驗(yàn)時(shí)保持其接線完整性和輸入信息完整性，從而達(dá)到檢驗(yàn)智能變電站二次系統(tǒng)整體性能的目的。
本發(fā)明提供了一種對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)信息組織、分配、傳輸正確性及功能實(shí)現(xiàn)正確性進(jìn)行檢驗(yàn)的方法。利用本發(fā)明提供的“變電站仿真系統(tǒng)”可以模擬變電站內(nèi)部和直連線路的的各種故障，利用無線傳輸方法將時(shí)域仿真結(jié)果下傳至“采集器模擬器”并向被試二次系統(tǒng)同步注入試驗(yàn)信號(hào)，利用“開關(guān)模擬器”檢測(cè)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為，利用智能變電站配置的網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備、信息記錄設(shè)備完成對(duì)二次系統(tǒng)功能和技術(shù)性能的測(cè)試。
(1)開創(chuàng)性引入信號(hào)無線傳輸技術(shù)構(gòu)建智能變電站測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了含蓋智能變電站二次系統(tǒng)信息組織、分配到保護(hù)控制邏輯判斷、再到功能實(shí)現(xiàn)的完整的性能測(cè)試。
(2)采用數(shù)字仿真技術(shù)模擬變電站一次系統(tǒng)的行為，為二次系統(tǒng)測(cè)試提供真實(shí)可信的系統(tǒng)環(huán)境。
(3)采用1588無線對(duì)時(shí)技術(shù)保證信號(hào)的同步性，確保測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。


圖1是智能變電站一次系統(tǒng)、二次系統(tǒng)關(guān)系示意圖。
圖2是智能變電站二次系統(tǒng)整體性能試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。
圖3是智能變電站仿真系統(tǒng)組成示意圖。
圖4是無線控制主機(jī)示意圖。
圖5是模擬量終端示意圖。
圖6是開關(guān)量終端示意圖。
圖7是智能變電站二次系統(tǒng)整組性能測(cè)試流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的方法和實(shí)施步驟 本發(fā)明的工作原理本發(fā)明的核心思想是將被試智能變電站二次系統(tǒng)視為一個(gè)整體，將合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢測(cè)范圍，在試驗(yàn)中保持二次系統(tǒng)接線完整性。利用“變電站仿真系統(tǒng)”模擬被試變電站及直連線路運(yùn)行狀態(tài)，利用無線傳輸方法將仿真結(jié)果傳送到“采集器模擬器”，利用分散布置的多臺(tái)“采集器模擬器”向被試變電站合并單元同步注入試驗(yàn)信號(hào)，利用“開關(guān)模擬器”檢查繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為，利用二次系統(tǒng)配置的網(wǎng)絡(luò)分析儀、故障錄波器及監(jiān)控系統(tǒng)的記錄功能檢查合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)信息組織、分配功能正確性，完成對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)功能正確性的檢驗(yàn)。
圖5. 1是一個(gè)由電子式電流互感器、電壓互感器提供工頻信號(hào)的智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中“二次系統(tǒng)”包含了“合并單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置、計(jì)量裝置、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)”等二次設(shè)備。變電站的電子式電流、電壓互感器通過“合并單元”向其它二次系統(tǒng)設(shè)備提供其工作需要的工頻信號(hào)，繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置、計(jì)量裝置、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)利用經(jīng)合并單元和交換機(jī)組織、分配后的工頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)變電站一次設(shè)備保護(hù)、控制、測(cè)量、計(jì)量功能。
圖中Ll…Ln 連接到變電站的輸電線路； M 變壓器；ΒΚ\···ΒΚ , BKh 分別是線路￡1·_·￡ 和變壓器51的斷路器； ΡΤ\···ΡΤη, PTm 分別是線路的電子式電壓互感器和母線電壓互感器； ση···στη, cm, cihi 分別是線路ζι···￡ 和變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)的電子式電流互感器；MU 合并單元，完成電子式電流、電壓互感器信號(hào)的組織、分配，將組織后的數(shù)字化電流電壓信號(hào)經(jīng)光纖發(fā)送到其它二次設(shè)備；智能操作箱將來自繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置的操作命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)斷路器完成分、合閘操作。
圖2是利用本發(fā)明提出方法檢驗(yàn)智能變電站二次系統(tǒng)性能的示意圖。利用圖2所示試驗(yàn)系統(tǒng)可以完成智能變電站二次系統(tǒng)整體性能的測(cè)試和繼電保護(hù)行為的檢驗(yàn)。
圖中智能變電站仿真平臺(tái)(即系統(tǒng))由筆記本電腦和置于筆記本電腦內(nèi)的圖形化建模軟件、變電站仿真軟件、模擬量波形顯示軟件和試驗(yàn)控制軟件組成，完成智能變電站仿真平臺(tái)建模、時(shí)域仿真以及仿真結(jié)果的波形顯示以及試驗(yàn)過程控制，顯示由“開關(guān)模擬器”檢測(cè)的“智能操作箱”分、合閘命令發(fā)生時(shí)刻。
無線控制主機(jī)完成試驗(yàn)系統(tǒng)的GPS對(duì)時(shí)，完成“無線控制主機(jī)”與“采集器模擬器”和“開關(guān)模擬器”的時(shí)間校準(zhǔn)，接收“智能變電站仿真平臺(tái)”的時(shí)域仿真結(jié)果并以無線傳輸方式將時(shí)域仿真結(jié)果下裝到“采集器模擬器”，完成試驗(yàn)的同步控制。
采集器模擬器1 ■_■采集器模擬器m:接收“無線控制主機(jī)”發(fā)送的仿真數(shù)據(jù)，在 “無線控制主機(jī)”控制下，將多臺(tái)“采集器模擬器”信號(hào)同步輸出到合并單元。
開關(guān)模擬器1 ·■ 開關(guān)模擬器k 接收“智能操作箱”輸出的斷路器分、合閘控制命令，并將接收到的“智能操作箱”命令以無線方式上傳到“智能變電站仿真系統(tǒng)”，供試驗(yàn)人員確定二次系統(tǒng)行為正確性。
本發(fā)明的實(shí)施方案本發(fā)明提出的智能變電站試驗(yàn)方法包括利用筆記本電腦實(shí)現(xiàn)的“智能變電站仿真平臺(tái)”、“無線控制主機(jī)”、“采集器模擬器”和“開關(guān)模擬器”。
1)智能變電站仿真平臺(tái)(即智能變電站仿真系統(tǒng)):“智能變電站仿真平臺(tái)”由圖形化建模軟件、電力系統(tǒng)仿真軟件(即變電站仿真軟件)、模擬量波形顯示軟件、試驗(yàn)控制軟件及筆記本電腦組成。
各部件功能如下圖形化建模軟件含電力系統(tǒng)設(shè)備模型庫，完成智能變電站及直連線路、電源的建模。
電力系統(tǒng)仿真軟件根據(jù)“圖形化建模軟件”建立的智能變電站仿真模型建立微分方程組，根據(jù)設(shè)定的故障對(duì)象和時(shí)序確定動(dòng)態(tài)仿真過程，完成時(shí)域仿真。
模擬量波形顯示軟件仿真結(jié)果的輔助分析軟件。以波形方式顯示模擬量的時(shí)域仿真結(jié)果。
試驗(yàn)控制軟件支持試驗(yàn)條件、時(shí)序參數(shù)設(shè)置，完成試驗(yàn)控制功能。
筆記本電腦提供功能軟件運(yùn)行的硬件條件。
2)無線控制主機(jī)無線控制主機(jī)由GPS同步模塊、高穩(wěn)定主時(shí)鐘模塊、基于無線方式的IEEE 1588授時(shí)模塊、無線收發(fā)控制模塊組成。
各模塊功能如下GPS同步模塊接收GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘信號(hào)，并向“高穩(wěn)定時(shí)鐘模塊”授時(shí)。
高穩(wěn)定時(shí)鐘模塊根據(jù)GPS授時(shí)信號(hào)完成對(duì)時(shí)，為試驗(yàn)系統(tǒng)提供同步時(shí)鐘。
無線1588授時(shí)模塊將“高穩(wěn)定時(shí)鐘模塊”時(shí)鐘信號(hào)以無線1588方式向“采集器模擬器”、“開關(guān)模擬器”授時(shí)。
無線收發(fā)控制模塊接收“智能變電站仿真平臺(tái)”的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和控制命令，以無線方式發(fā)送時(shí)域仿真數(shù)據(jù)包和試驗(yàn)控制命令。
3)采集器模擬器采集器模擬器用于接收來自“智能變電站仿真平臺(tái)”的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)控制命令，按照試驗(yàn)控制命令向合并單元發(fā)送試驗(yàn)用數(shù)據(jù)流。采集器模擬器包括無線收發(fā)模塊、高穩(wěn)定從時(shí)鐘模塊、輸出控制模塊、曼徹斯特編碼轉(zhuǎn)換模塊。
各模塊功能如下無線收發(fā)模塊接收“無線控制主機(jī)”的時(shí)鐘同步信號(hào)、仿真數(shù)據(jù)包、試驗(yàn)控制命令。將“時(shí)鐘同步信號(hào)”轉(zhuǎn)送到“高穩(wěn)定從時(shí)鐘模塊”，將“仿真數(shù)據(jù)包”和 “試驗(yàn)控制命令”轉(zhuǎn)送到“輸出控制模塊”。
高穩(wěn)定從時(shí)鐘模塊接收“無線收發(fā)模塊”的時(shí)鐘同步信號(hào)，為“輸出控制模塊”和 “曼徹斯特編碼模塊”提供輸出控制的時(shí)鐘信號(hào)。
輸出控制模塊根據(jù)“仿真數(shù)據(jù)包”和“試驗(yàn)控制命令”形成“輸出數(shù)據(jù)流”，并將 “輸出數(shù)據(jù)流”送至“曼徹斯特編碼模塊”。
曼徹斯特編碼模塊接收“輸出控制模塊”送出的“輸出數(shù)據(jù)流”，將“輸出數(shù)據(jù)流” 轉(zhuǎn)換成曼徹斯特編碼，經(jīng)光纖發(fā)送到智能變電站的合并單元。
4)開關(guān)模擬器 開關(guān)模擬器實(shí)現(xiàn)下述功能(1)檢測(cè)變電站智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令，將開關(guān)操作命令打上時(shí)間標(biāo)記，并將 “帶時(shí)標(biāo)的開關(guān)操作命令”以無線方式發(fā)送到“無線控制主機(jī)”；(2)接收“無線控制主機(jī)”轉(zhuǎn)發(fā)的“智能變電站仿真系統(tǒng)”開關(guān)狀態(tài)，將開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成 “開關(guān)接點(diǎn)”信號(hào)，并將開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)送至變電站的“智能操作箱”實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站開關(guān)狀態(tài)的模擬。
開關(guān)模擬器包括無線收發(fā)模塊、高穩(wěn)定從時(shí)鐘模塊、輸出模塊、輸入模塊。
各模塊功能如下無線收發(fā)模塊接收“無線控制主機(jī)”的時(shí)鐘同步信號(hào)、“智能變電站仿真系統(tǒng)”的“開關(guān)狀態(tài)”信號(hào)；將“時(shí)鐘同步信號(hào)”轉(zhuǎn)送到“高穩(wěn)定從時(shí)鐘模塊”，將“開關(guān)狀態(tài)信號(hào)”轉(zhuǎn)送到 “輸出模塊”。檢測(cè)智能操作箱發(fā)出的“開關(guān)操作命令”并打時(shí)間標(biāo)記，將“帶時(shí)標(biāo)的開關(guān)操作命令”以無線方式上傳“無線控制主機(jī)”。
高穩(wěn)定從時(shí)鐘模塊接收“無線收發(fā)模塊”的時(shí)鐘同步信號(hào)，為“開關(guān)模擬器”提供時(shí)鐘信號(hào)。
輸出模塊將“智能變電站仿真系統(tǒng)”的“開關(guān)狀態(tài)”信號(hào)轉(zhuǎn)變成“開關(guān)接點(diǎn)”信號(hào)。
輸入模塊檢測(cè)“智能操作箱”發(fā)出的開關(guān)操作命令，將其打上時(shí)間標(biāo)記并經(jīng)“無線收發(fā)模塊”上傳至“無線控制主機(jī)”和“智能變電站仿真系統(tǒng)”。
上文中“模塊”和“軟件”均為相應(yīng)單元。
使用本發(fā)明的步驟使用本發(fā)明提出的測(cè)試方法完成變電站二次系統(tǒng)整組性能測(cè)試的流程如圖7所示。
智能變電站仿真系統(tǒng)是用以計(jì)算變電站和輸電線路的電磁暫態(tài)過程，目前已有 ATP、PSCAD等商業(yè)軟件可以進(jìn)行電磁暫態(tài)計(jì)算，將仿真中動(dòng)態(tài)元件進(jìn)行建模，即用微分方程組表示。利用隱式梯形法將微分方程組轉(zhuǎn)化為差分方程組，此時(shí)動(dòng)態(tài)元件是用一種由純電阻和等值電流源構(gòu)成的電路來代替，即得到了電磁暫態(tài)等值計(jì)算電路。轉(zhuǎn)換后的差分方程組是線性代數(shù)方程組，采用三角分解法進(jìn)行求解。
文獻(xiàn)可參看[1] :H. W. Domel.著，李永莊、林集明、曾昭華譯，《電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算理論》，水利電力出版社，1991年。
[2]夏道止，電力系統(tǒng)分析(下冊(cè))，中國電力出版社，1995。
權(quán)利要求
1.一種智能變電站整體性能試驗(yàn)方法，其特征是，包括以下步驟1)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拇_定試驗(yàn)方案；2)以智能變電站一次主接線及與之直接相聯(lián)的線路、電源為對(duì)象，建立變電站仿真系統(tǒng)，以仿真被試智能變電站二次系統(tǒng)工作所需要的全部電氣信號(hào)；3)將智能變電站二次系統(tǒng)視為檢驗(yàn)對(duì)象，并將承擔(dān)智能變電站信息組織、分配功能的合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢驗(yàn)范圍，試驗(yàn)時(shí)，保持被試二次系統(tǒng)接線的完整性；4)根據(jù)智能變電站電子式電流互感器和電子式電壓互感器的配置以及試驗(yàn)需求，布置采集器模擬器；根據(jù)智能變電站開關(guān)設(shè)備的配置及試驗(yàn)需求，布置開關(guān)模擬器；5)根據(jù)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)裝置及二次系統(tǒng)整體性能檢驗(yàn)需要，確定仿真條件，利用數(shù)值仿真方法，得到對(duì)象系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果；6)采用無線控制主機(jī)完成試驗(yàn)系統(tǒng)的GPS對(duì)時(shí)，完成無線控制主機(jī)與采集器模擬器和開關(guān)模擬器的對(duì)時(shí)，接收智能變電站仿真系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果并以無線傳輸方式，將該時(shí)域仿真結(jié)果下裝到采集器模擬器，完成試驗(yàn)的同步控制；7)采集器模擬器接收無線控制主機(jī)發(fā)送的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)，在無線控制主機(jī)控制下，將時(shí)域仿真數(shù)據(jù)同步注入到智能變電站的合并單元；8)開關(guān)模擬器接收智能變電站二次系統(tǒng)中智能操作箱輸出的斷路器分、合閘控制命令，并將接收到的智能操作箱命令以無線方式上傳到智能變電站仿真系統(tǒng)，同時(shí)檢查繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為，利用二次系統(tǒng)配置的網(wǎng)絡(luò)分析儀、故障錄波器及監(jiān)控系統(tǒng)的記錄功能檢查合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)信息組織、分配功能正確性，完成對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)功能正確性的檢驗(yàn)。
2.一種用于如權(quán)利要求1所述試驗(yàn)方法的智能變電站二次系統(tǒng)整體性能測(cè)試裝置，包括智能變電站仿真系統(tǒng)包括筆記本電腦和安裝于筆記本電腦內(nèi)的圖形化建模單元、仿真計(jì)算單元、波形顯示單元以及實(shí)驗(yàn)控制單元組成；其特征是，還具有，與筆記本電腦連接的無線控制主機(jī)；無線控制主機(jī)由GPS同步單元、高穩(wěn)定主時(shí)鐘單元、無線1588授時(shí)單元、無線收發(fā)控制單元組成；GPS同步單元與高穩(wěn)定主時(shí)鐘單元連接，接收GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘信號(hào)，并向高穩(wěn)定時(shí)鐘單元授時(shí)；高穩(wěn)定主時(shí)鐘單元與無線1588授時(shí)單元連接，根據(jù)GPS授時(shí)信號(hào)完成對(duì)時(shí)，為試驗(yàn)系統(tǒng)提供同步時(shí)鐘；無線1588授時(shí)單元將高穩(wěn)定時(shí)鐘單元時(shí)鐘信號(hào)以無線1588方式向采集器模擬器以及開關(guān)模擬器授時(shí)；無線收發(fā)控制單元接收智能變電站仿真系統(tǒng)的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和控制命令，以無線方式發(fā)送時(shí)域仿真數(shù)據(jù)包和試驗(yàn)控制命令；采集器模擬器用于接收來自無線控制主機(jī)的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)控制命令，按照試驗(yàn)控制命令向合并單元發(fā)送試驗(yàn)用數(shù)據(jù)流；采集器模擬器包括無線收發(fā)單元、高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元、輸出控制單元；無線收發(fā)單元接收無線控制主機(jī)的時(shí)鐘同步信號(hào)、仿真數(shù)據(jù)包以及試驗(yàn)控制命令，將時(shí)鐘同步信號(hào)轉(zhuǎn)送到高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元，將仿真數(shù)據(jù)包和試驗(yàn)控制命令轉(zhuǎn)送到輸出控制單兀；高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元接收無線收發(fā)單元的時(shí)鐘同步信號(hào)，與輸出控制單元連接；為輸出控制單元提供輸出控制的時(shí)鐘信號(hào)；輸出控制單元從無線收發(fā)單元獲取時(shí)域仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)控制命令，按照試驗(yàn)控制命令和高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元的時(shí)鐘信號(hào)，用時(shí)域仿真數(shù)據(jù)形成符合國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20840. 8 Q/ GDW426-2010的輸出數(shù)據(jù)流，經(jīng)光纖發(fā)送到智能變電站的合并單元；開關(guān)模擬器與變電站智能操作箱連接；檢測(cè)變電站智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令，將開關(guān)操作命令打上時(shí)間標(biāo)記，并將帶時(shí)標(biāo)的開關(guān)操作命令以無線方式發(fā)送到智能變電站仿真系統(tǒng)；接收智能變電站仿真系統(tǒng)下發(fā)的開關(guān)狀態(tài)，將開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)，并將開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)送至變電站的智能操作箱實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站開關(guān)狀態(tài)的模擬； 開關(guān)模擬器包括無線收發(fā)單元、高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元、輸入輸出單元； 無線收發(fā)單元接收來自無線控制主機(jī)的時(shí)鐘同步信號(hào)以及智能變電站仿真系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)；將時(shí)鐘同步信號(hào)轉(zhuǎn)送到高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元，將開關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)送到輸入輸出單元；檢測(cè)智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令并打時(shí)間標(biāo)記，將帶時(shí)標(biāo)的開關(guān)操作命令以無線方式上傳無線控制主機(jī)；高穩(wěn)定從時(shí)鐘單元與開關(guān)模擬器連接；接收無線收發(fā)單元的時(shí)鐘同步信號(hào)，為開關(guān)模擬器提供時(shí)鐘信號(hào)；輸入輸出單元將開關(guān)狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)變成開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)；與智能操作箱連接；檢測(cè)智能操作箱發(fā)出的開關(guān)操作命令，將其打上時(shí)間標(biāo)記并經(jīng)無線收發(fā)單元上傳至無線控制主機(jī)和智能變電站仿真系統(tǒng)。
全文摘要
一種智能變電站整體性能試驗(yàn)方法及其測(cè)試裝置。試驗(yàn)方法是將智能變電站二次系統(tǒng)視為檢驗(yàn)對(duì)象，并將智能變電站的合并單元和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)納入檢驗(yàn)范圍；以智能變電站一次主接線及與之直接相連的線路、電源為對(duì)象，建立變電站仿真模型；根據(jù)智能變電站電子式互感器、開關(guān)設(shè)備的配置及試驗(yàn)需求，布置采集器模擬器和開關(guān)模擬器；利用數(shù)值仿真方法，得到對(duì)象系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果；在試驗(yàn)控制系統(tǒng)的控制下；采集器模擬器的試驗(yàn)信號(hào)同步注入到合并單元，開關(guān)模擬器將接收到的智能操作箱命令上傳到試驗(yàn)控制系統(tǒng)，從而完成對(duì)變電站二次系統(tǒng)功能正確性的檢驗(yàn)。本發(fā)明基于數(shù)值仿真、無線傳輸及網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)證其測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。
文檔編號(hào)H02J13/00GK102510131SQ201110344309
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者井實(shí), 張華 , 王彪, 甄威 申請(qǐng)人:四川電力科學(xué)研究院