CN105158716A - 基于pscad闭环技术的小电流选线测试***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***，包括有以PSCAD仿真软件为平台建立典型变电站模型、大量故障模型及主动式小电流接地选线装置作用模型的仿真控制模块、数据处理模块、信号传输模块、信号放大模块、测试反馈模块和结果分析模块，该测试***具备仿真结果拟合度高、普及范围广、操作简单、能够进行大量自动仿真测试、能够根据实际需要对测试结果进行分析评价等特点。

Description

基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***及方法

技术领域

本发明涉及一种对小电流接地选线装置进行闭环测试的***及方法，尤其是一种基于PSCAD(电磁暂态仿真软件)闭环技术的小电流选线测试***及方法。

背景技术

我国中低压配电网普遍采用中性点非直接接地方式，其主要优点在于单相接地故障时***中只会产生很小的零序电流，三相线电压依然能够保持对称，在一段时间内不会影响***的正常工作，并且能够在单相接地故障下持续运行1～2h。但是，当配网***在单相接地故障下继续运行时，单相接地相电压降为零，而非故障相电压却升高为正常运行时的倍，故障状态下长期运行，导致升高的电压将非故障相绝缘薄弱处击穿，造成两相接地短路故障或者三相短路的情况，因此，需要快速确定出故障线路，并及时的排除故障，保证电网的安全运行，提高电网运行的可靠性。

小电流接地选线装置是一种电力行业使用的保护设备。该设备适用于3KV-66KV中性点不接地或中性点经电阻、消弧线圈接地***的单相接地选线，用于电力***的变电站、发电厂、水电站及化工、采油、冶金、煤炭、铁路等大型厂矿企业的供电***，能够指示出发生单相接地故障的线路。针对不同的信号分析方法，小电流接地选线装置采用的选线方法也呈现出多样化状态，选线水平参差不齐。目前针对小电流接地选线装置并无专用的国家标准或行业标准，供电企业在选择选线装置时往往无据可依，经常出现产品购入后不能完全发挥作用甚至闲置的情况，

目前，在少量故障情况下，小电流接地选线装置的测试是在RTDS(实时数字仿真仪)上由测试人员手动进行，但是，该方案存在以下几个缺陷：1、RTDS价格昂贵，仅有少量电力研究机构具备购买能力，待测装置必须携带至RTDS实验室进行测试，因此基于该RTDS平台的小电流接地选线装置测试***难以普及；2、目前国内对RTDS的研究水平有限，仅能实现少量故障条件的手动测试，测试人员操作过程繁复；3、RTDS具有实时仿真装置的固有缺陷，即仿真容量有限，导致其仿真波形与电力***配电网实际发生故障产生的波形拟合度不高。

因此，急需一种能够在大量故障条件下完成对小电流接地***选线装置的自动化检测，并对检测结果进行综合分析评价的测试***。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种具备仿真结果拟合度高、普及范围广、操作简单、能够进行大量自动仿真测试的基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***及方法。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***，其特征在于包括有以PSCAD仿真软件为平台建立典型变电站模型、大量故障模型及主动式小电流接地选线装置作用模型的仿真控制模块、数据处理模块、信号传输模块、信号放大模块、测试反馈模块和结果分析模块，其中，仿真控制模块向数据处理模块输送COMTRADE波形文件；数据处理模块接收和处理COMTRADE波形文件，并向信号传输模块输送电压模拟信号，该电压模拟信号为小功率信号；信号传输模块通过工控机DA板卡将相关电压模拟信号输送给信号放大模块；信号放大模块与测试反馈模块相互电性连接，信号放大模块模拟电力***实际故障发生时互感器二次侧的信号强度将接收到的电压模拟信号放大，输出电流电压信号，并输送给测试反馈模块；测试反馈模块由小电流接地选线装置构成，用于处理信号放大模块传输过来的模拟信号，产生相应的反馈信号并通过工控机开关量板卡、信号传输模块和数据处理模块将相关反馈信号送给仿真控制模块；结果分析模块与数据处理模块相互耦合。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

所述信号放大模块由多电流电压通道高频功率放大器构成。

所述工控机DA板卡的输出口为电压输出，幅值范围为-5V～5V。

本发明还提供一种测试方法，其包括如下步骤：

步骤一，以PSCAD仿真软件为平台，根据变电站的现场实际参数搭建PSCAD仿真模型，并在仿真模型中搭建不同故障情况，使搭建的仿真模型能够根据不同的故障情况输出相应的电流波形和电压波形，同时，针对主动型小电流接地选线装置，根据其选线原理在仿真模型中搭建不同的作用模型；

步骤二，编写PSCAD控制脚本，实现不同接地故障条件的大量自动组合调节，同时，针对主动式小电流接地选线装置，编写相应脚本根据反馈信号控制其作用模型的投切；

步骤三，将仿真控制模块与数据处理模块耦合；仿真控制模块对数据处理模块实时输出COMTRADE波形文件；

步骤四，将数据处理模块与信号传输模块耦合；数据处理模块将接收到的COMTRADE波形文件转化为电压模拟信号，并输送给信号传输模块；

步骤五，通过由工控软件控制的工控机DA板卡，信号传输模块将电压模拟信号送给信号放大模块；

步骤六，信号放大模块将接收到的电压模拟信号放大为等同于实际故障线路二次侧的电压电流信号，并输送给测试反馈模块；

步骤七，测试反馈模块对电流电压信号进行综合处理，产生反馈信号，并依次通过由工控软件控制的工控机开关量板卡、信号传输模块和数据处理模块将相关反馈信号实时送给仿真控制模块，仿真控制模块随反馈信号的变化进行不同动作；

步骤八，将结果分析模块与数据处理模块耦合，结果分析模块对测试反馈模块的反馈信号进行记录，在完成所有测试项目后，根据需要对测试结果进行综合分析评价。

优选地，所述步骤一的主动式小电流接地选线装置包括：中阻法小电流接地选线装置、注入法小电流接地选线装置、小扰动法小电流接地选线装置和行波法小电流接地选线装置。

优选地，所述步骤二的接地故障条件包括：故障稳定性、故障接地电阻、故障位置、配线三相电流不平衡度、线路谐波率、故障发生时刻和故障持续时间，其中，故障稳定性包括：稳定接地和弧光接地；故障接地电阻包括：金属性接地故障和高阻接地故障；故障位置包括：架空线中末端、电缆中端末端和架空线电缆混合中端；故障发生时刻包括：30°、60°、75°和90°；故障持续时间包括：1s、5s和10s

相比于现有技术，本发明的优势在于：提供了一种基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***及方法，其具备仿真结果拟合度高，普及范围广，操作简单，能够进行大量自动仿真测试，能够根据实际需要对测试结果进行分析评价等特点，因此对选线装置的选线能力有一个综合性的分析评价，为供电企业选择选线装置提供有力参考依据，提高电力***配电网故障选线的准确性和电网运行的安全稳定性。

附图说明

图1是本发明的测试***的原理结构图。

图2是本发明的测试***的脚本控制程序流程图。

图3是本发明中小扰动法选线装置的选线方法的原理解析图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

本发明提供基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***，该测试***包括仿真控制模块1、数据处理模块2、信号传输模块3、信号放大模块4、测试反馈模块5、结果分析模块6、工控机DA板卡10和工控机开关量板卡11，以上组件共同组成小电流接地选线装置闭环测试平台，并利用PSCAD的脚本控制功能进行大量的自动化仿真测试。本测试***通过PSCAD仿真软件搭建以实际参数为依据的典型仿真模型，读取仿真COMTRADE文件，产生相当于电力***配电网实际故障的电压电流信号，对小电流接地选线装置进行选线测试，并将测试结果反馈至仿真模型，形成闭环测试***，整个***在脚本程序的控制下自动运行。上述名词解释如下，

PSCAD：PowerSystemComputerAidedDesign，电力***计算机辅助设计软件。PSCAD/EMTDC是世界上广泛使用的电磁暂态仿真软件，EMTDC是其仿真计算核心，PSCAD为EMTDC(ElectromagneticTransientsincludingDC)提供图形操作界面。

脚本：脚本，是使用一种特定的描述性语言，依据一定的格式编写的可执行文件，又称作宏或批处理文件。

COMTRADE文件：COMTRADE是英文Commonformatfortransientdataexchange(COMTRADE)forpowersystems的简写，中文一般称为电力***瞬态数据交换的通用格式。

结合图1，本发明的测试***，仿真控制模块1与数据处理模块2相互耦合，并向数据处理模块2输送COMTRADE波形文件；数据处理模块2与信号传输模块3相互耦合，并向信号传输模块3输送电压模拟信号，该电压模拟信号为小功率信号；信号传输模块3通过工控机DA板卡10将相关电压模拟信号送给信号放大模块4；信号放大模块4与测试反馈模块5相互电性连接，信号放大模块4由多电流电压通道高频功率放大器构成，模拟电力***实际故障发生时互感器二次侧的信号强度将接收到的电压模拟信号放大，并向测试反馈模块5传输电流电压信号；测试反馈模块5由小电流接地选线装置构成，用于处理信号放大模块4传输过来的模拟信号，并产生相应的反馈信号；测试反馈模块5通过工控机开关量板卡11、信号传输模块3和数据处理模块2将相关反馈信号送给仿真控制模块1；结果分析模块6与数据处理模块2相互耦合。上述工控机DA板卡10的输出口为电压输出，幅值范围为-5V～5V。

PSCAD闭环测试平台的核心是数据处理模块2，该模块与PSCAD软件和工控软件形成接口，将PSCAD仿真波形转化为工控机DA板卡10模拟信号的输出，同时，也将工控机开关量板卡11接收到的反馈信号转化为PSCAD仿真软件能识别的数据输入。

在结合图2和图3，本发明的测试***的测试方法有以下步骤：

步骤一，根据变电站的现场实际参数搭建PSCAD仿真模型，并在仿真模型中搭建不同故障情况，使搭建的仿真模型能够根据不同的故障情况输出相应的电流波形和电压波形。同时，针对小扰动法小电流接地选线装置，搭建能不断自动调节补偿度的消弧线圈模型，用断路器控制，初始值为断开状态。

步骤二，载入PSCAD控制脚本，设定故障稳定性、故障接地电阻、故障位置、配线三相电流不平衡度、线路谐波率、故障发生时刻和故障持续时间七个可变组合条件，其变量值分别设为：稳定接地、弧光接地；金属性接地故障、高阻接地故障；架空线中末端、电缆中端末端、架空线电缆混合中端；30°、60°、75°、90°；1s、5s、10s。三相电流不平衡度和线路谐波率作为特殊故障，根据电能质量国标GB/T15543-2008和GB/T14549-93分别设置为10％，2％。同时，编写针对反馈信号的判断和动作语句。

步骤三，将仿真控制模块1与数据处理模块2耦合；仿真控制模块1对数据处理模块2实时输出COMTRADE波形文件。

步骤四，将数据处理模块2与信号传输模块3耦合；数据处理模块将接收到的COMTRADE波形文件转化为电压模拟信号，并实时输送给信号传输模块3；

步骤五，通过工控软件的工控机DA板卡10，信号传输模块3将电压模拟信号送给信号放大模块4。

步骤六，信号放大模块4将接收到的电压模拟信号放大为等同于实际故障线路二次侧的电压电流信号，并输送给测试反馈模块5。

步骤七，测试反馈模块5对接收到的电流电压信号进行综合处理，产生反馈信号，并依次通过工控软件的工控机开关量板卡11、信号传输模块3和数据处理模块2将相关反馈信号输送给仿真控制模块1，仿真控制模块1随反馈信号的变化进行不同动作。

仿真控制模型1能够对小扰动法故障选线装置发出的反馈信号进行动作，其对应的消弧线圈仿真模型根据小扰动法故障选线装置的反馈信号的对线路进行自动补偿。如图3所示，当接地故障发生在线路m时，故障线路的零序电流I0为接地点的接地电流If与故障线路对地电容Cm的电容电流10m的矢量和，即：

I₀＝I_f-I_0m＝I_c-I_L-I_0m

其中IC为线路电容对地电流，IL为中性点经消弧线圈接地的接地电流，I0m为故障相所在线路电容的对地电流。

接地后首先保证消弧线圈迅速补偿接地故障，若接地无法自动消失，再通过短时令消弧线圈的补偿深度由IL调节到IL’。此时给故障线路的扰动量为：

ΔI_L＝I′_L-I_L

消弧线圈补偿度对非故障线路零序电流的影响很小，为：

ΔI_0i＝I′_0i-I_0i＝0

对故障线路零序电流的增量为：

ΔI₀＝(I_c-I′_L-I′_0m)-(I_c-I_L-I_0m)

＝-(I′_L-I_L)

＝-ΔI_L

在本发明实施例中，消弧线圈仿真模型根据小扰动法故障选线装置反馈的信号不断迅速改变消弧线圈的补偿度，让补偿度在一定的范围内变化，按照以上原理对零序电流进行扰动，以实现对瞬时性的接地故障实现快速切除、对永久性的接地故障实现快速辅助选线的功能。

对于被动式小电流接地选线装置，当发生接地故障后，选线装置感应到相应的电流电压信号并做出故障判断，其判断结果通过信号传输模块和数据处理模块反馈到仿真故障模型的动作上，若选线正确则切除故障，若错误则等待设定的故障时间，进入下一项测试。对于主动型小电流接地选线装置，则需要经过两次反馈，当发生接地故障后，选线装置感应到相应的电压电流信号，发出开始选线的反馈信号，该信号通过信号传输模块和数据处理模块反馈到仿真模型中，由脚本控制该选线装置对应的作用模型投入；由于新模型的投入，相应输入到选线装置的电压电流发生改变，选线装置判断故障线路并发出选线结果信号，进行第二次反馈，若选线正确则切除故障，若错误则等待设定的故障时间，切除作用模型进入下一项测试。

步骤八，完成所有测试项后，在结果分析模块6中为测试设置适当的评分标准，由软件自动对选线结果进行综合分析评价。

综上所述，本发明能够对需要闭环反馈进行消弧线圈补偿度调节的小扰动法选线装置进行大量故障条件下的全自动测试，全面检测小扰动法的故障选线装置的选线能力，并能够对选线装置的选线能力有一个综合性的分析评价，为供电企业选择选线装置提供有力参考依据，提高电力***配电网故障选线的准确性和电网运行的安全稳定性。具备仿真结果拟合度高、普及范围广、操作简单、能够进行大量自动仿真测试、能够根据实际需要对测试结果进行分析评价等特点。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***，其特征在于包括有以PSCAD仿真软件为平台建立典型变电站模型、大量故障模型及主动式小电流接地选线装置作用模型的仿真控制模块(1)、数据处理模块(2)、信号传输模块(3)、信号放大模块(4)、测试反馈模块(5)和结果分析模块(6)，其中，

仿真控制模块(1)向数据处理模块(2)输送COMTRADE波形文件；

数据处理模块(2)接收和处理COMTRADE波形文件，并向信号传输模块(3)输送电压模拟信号，该电压模拟信号为小功率信号；

信号传输模块(3)通过工控机DA板卡(10)将相关电压模拟信号输送给信号放大模块(4)；

信号放大模块(4)与测试反馈模块(5)相互电性连接，信号放大模块(4)模拟电力***实际故障发生时互感器二次侧的信号强度将接收到的电压模拟信号放大，输出电流电压信号，并输送给测试反馈模块(5)；

测试反馈模块(5)由小电流接地选线装置构成，用于处理信号放大模块(4)传输过来的模拟信号，产生相应的反馈信号并通过工控机开关量板卡(11)、信号传输模块(3)和数据处理模块(2)将相关反馈信号送给仿真控制模块(1)；

结果分析模块(6)与数据处理模块(2)相互耦合。

2.根据权利要求1所述的基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***，其特征在于，所述信号放大模块(4)由多电流电压通道高频功率放大器构成。

3.根据权利要求1所述的基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***，其特征在于，所述工控机DA板卡(10)的输出口为电压输出，幅值范围为-5V～5V。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***的测试方法，其特征在于其包括如下步骤：

步骤一，以PSCAD仿真软件为平台，根据变电站的现场实际参数搭建PSCAD仿真模型，并在仿真模型中搭建不同故障情况，使搭建的仿真模型能够根据不同的故障情况输出相应的电流波形和电压波形，同时，针对主动型小电流接地选线装置，根据其选线原理在仿真模型中搭建不同的作用模型；

步骤二，编写PSCAD控制脚本，实现不同接地故障条件的大量自动组合调节，同时，针对主动式小电流接地选线装置，编写相应脚本根据反馈信号控制其作用模型的投切；

步骤三，将仿真控制模块(1)与数据处理模块(2)耦合；仿真控制模块(1)对数据处理模块(2)实时输出COMTRADE波形文件；

步骤四，将数据处理模块(2)与信号传输模块(3)耦合；数据处理模块将接收到的COMTRADE波形文件转化为电压模拟信号，并输送给信号传输模块(3)；

步骤五，通过由工控软件控制的工控机DA板卡(10)，信号传输模块(3)将电压模拟信号送给信号放大模块(4)；

步骤六，信号放大模块(4)将接收到的电压模拟信号放大为等同于实际故障线路二次侧的电压电流信号，并输送给测试反馈模块(5)；

步骤七，测试反馈模块(5)对电流电压信号进行综合处理，产生反馈信号，并依次通过由工控软件控制的工控机开关量板卡(11)、信号传输模块(3)和数据处理模块(2)将相关反馈信号实时送给仿真控制模块(1)，仿真控制模块(1)随反馈信号的变化进行不同动作；

步骤八，将结果分析模块(6)与数据处理模块(2)耦合，结果分析模块(6)对测试反馈模块(5)的反馈信号进行记录，在完成所有测试项目后，根据需要对测试结果进行综合分析评价。

5.根据权利要求4所述的基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***的测试方法，其特征在于，所述步骤一的主动式小电流接地选线装置包括：中阻法小电流接地选线装置、注入法小电流接地选线装置、小扰动法小电流接地选线装置和行波法小电流接地选线装置。

6.根据权利要求4所述的基于PSCAD闭环技术的小电流选线测试***的测试方法，其特征在于，所述步骤二的接地故障条件包括：故障稳定性、故障接地电阻、故障位置、配线三相电流不平衡度、线路谐波率、故障发生时刻和故障持续时间，其中，

故障稳定性包括：稳定接地和弧光接地；

故障接地电阻包括：金属性接地故障和高阻接地故障；

故障位置包括：架空线中末端、电缆中端末端和架空线电缆混合中端；

故障发生时刻包括：30°、60°、75°和90°；

故障持续时间包括：1s、5s和10s。