CN110672945A - 一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,用于自动对线路保护装置进行测试,包括RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块,所述的RTDS故障波形仿真模块根据不同的试验类型执行不同的脚本程序,遍历多个故障类型,进行故障波形仿真,生成固定格式的故障波形文件,所述的MATLAB故障波形分析模块读取该故障波形文件的曲线数据和名称,对比波形变化信息和波形名称信息,判断保护动作是否正确并输出测试结果,所述的RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块之间通过TCP/IP通信协议的接口实现故障波形文件的数据传输,与现有技术相比,本发明具有效率高、适用性好和使用方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护领域,尤其是涉及一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***。
背景技术
随着电网规模的不断扩大,新设备及设备升级入网试验的数量逐年增加,特别是对于线路保护试验,操作次数多、任务量大,而且多为重复性试验,操作人员读取试验结果的精度往往不高,使得试验的效率降低。以往的试验手段已经越来越难以满足配电自动化装置及保护装置测试的需要,实现入网测试海量任务的自动测试,获取自动测试结果,提高实时数字仿真***的利用效率和试验的精确度已成为当务之急。
当前,各科研院所、高校、企业单位围绕电网实时数字仿真技术及其应用开展了很多卓有成效的工作,取得了众多技术成果。但是已有的自动测试***测试项目比较单一,模型内考虑的因素较少,具有一定的局限性,适用度有限,而且,软件功能具有一定的局限性。测试***不是真正意义上的自动化,仍需要大量的人工操作,不能充分提高实时仿真***的利用效率。因此,开发出一套真正意义上的自动测试***具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于实时数字仿真的线路保护测试***及实现方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,用于自动对线路保护装置进行测试,包括RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块,所述的RTDS故障波形仿真模块根据不同的试验类型执行不同的脚本程序,遍历多个故障类型,进行故障波形仿真,生成固定格式的故障波形文件,所述的MATLAB故障波形分析模块读取该故障波形文件的曲线数据和名称,对比波形变化信息和波形名称信息,判断保护动作是否正确并输出测试结果,所述的RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块之间通过TCP/IP通信协议的接口实现故障波形文件的数据传输。
在确定试验类型下,所述的故障波形仿真步骤包括:
1)锁录波;
2)根据所处故障类型循环,设置对应故障类型参数,对滑块和拨盘赋值,变换故障类型;
3)重置开关位置,并解锁录波;
4)触发故障产生,开始故障波形仿真,将所得波形保存为固定格式的故障波形文件;
5)判断是否遍历该试验类型下的故障类型循环,若是,则结束本次试验,若否,则进入下一次循环,并返回步骤1);
所述的试验类型包括单一故障试验和转移故障试验。
在单一故障试验类型下,所述的故障类型循环包括故障持续时间的循环、故障点的循环和故障相别的循环,所述的故障类型参数包括故障持续时间、故障相别和故障点;在转移故障试验类型下,所述的故障类型循环包括故障点的循环、第一次故障相别的循环、第二次故障相别的循环和故障间隔时间的循环,所述故障类型参数包括故障持续时间、第一次故障相别、第二次故障相别、第一次故障位置、第二故次障位置和故障间隔时间。
在单一故障试验类型下,所述的故障持续时间包括永久性故障和瞬时性故障;在转移故障试验类型下,所述的故障持续时间为瞬时性故障。
所述的故障波形文件的曲线数据包括波形上升沿和下降沿以及信号量的突变和突变发生时间,所述的波形上升沿和下降沿用于判断故障的触发、保护信号的发出和断路器的跳合,所述的信号量的突变用于判断保护是否动作,所述的突变发生时间用于判断保护动作的时间。
所述的固定格式的故障波形文件为COMTRADE格式文件,所述的COMTRADE格式文件包括“*.cfg”和“*.dat”两个子文件,所述的“*.cfg”子文件内部存***形名称、生成时间和数据格式,所述的“*.dat”子文件内部存储故障波形文件的曲线数据。
所述的单一故障试验的波形名称包括试验序号、故障持续时间、故障位置和故障相别,所述的转移故障试验的波形名称包括试验序号、故障持续时间、第一次故障位置、第一次故障相别、间隔时间、第二次故障位置和第二次故障相别。
所述的测试结果为MATLAB生成的“.word”文件,若试验结果为正确动作,则所述的“.word”文件中输出结论为“合格”,若试验结果为拒动、误动或保护时间不在设定合格范围内,则所述的“.word”文件中标记“错误”,并输出相应的错误项目提示。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)测试精确度高、效率高:通过RTDS和MATLAB的联合使用,完成故障波形仿真和故障波形分析的自动化,实现了对设备的入网自动测试功能,相比于人工试验效率更高,对实验结果的读取精度也更高;
2)测试项目多样:可测试包括单一故障和转移故障两种试验类型,且每种类型中的故障类型多样,单一故障试验下有100种故障类型,转移故障试验下有320种故障类型,模型内考虑多种因素,适应性高;
3)使用方便:自动测试***针对试验过程中生成的波形分析开发了基于MATLAB的波形分析程序,利用MATLAB与实时数字仿真***脚本程序文件的接口实现了MATLAB程序包与脚本程序的数据传输,完成了对波形的分析判断,此外,该自动测试***以WORD的形式可以自动生成试验报告,使用方便。
附图说明
图1为本发明的***结构图;
图2为本发明***工作流程图;
图3为单一故障试验下自动测试流程图;
图4为转移故障试验下自动测试流程图;
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图所示,本发明提供一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,用于自动对线路保护装置进行测试,包括RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块,RTDS故障波形仿真模块根据不同的试验类型执行不同的脚本程序,进行故障波形仿真,生成固定格式的故障波形文件,MATLAB故障波形分析模块读取该故障波形文件的曲线数据和名称,对比波形变化信息和波形名称信息,判断保护动作是否正确并输出测试结果,RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块之间通过TCP/IP通信协议的接口实现故障波形文件的数据传输。
脚本语言是RTDS编译批处理文件,进行自动仿真试验的基础,可以实现仿真模型自动运行。通过运行脚本语言程序,RTDS可以按照既定的动作步骤完成仿真过程。执行脚本文件的过程中,不需要试验人员的干预,RTDS就可以自动保存试验需要记录的波形等信息,从而为线路保护的自动测试奠定了基础。RTDS脚本语言的编辑主要是在RTDS的Runtime界面中进行的,其目的是为了方便进行继电保护设备及其自动化设备的测试。其编辑的方式有两种:一种是新建的脚本语言的文本框中利用脚本语言进行自主编写;另一种是利用批处理工具框中的功能对试验人员的操作步骤进行记录并生成脚本语言文件。本发明中采用的是第一种方法,即新建一个脚本文件,根据所要完成的试验项目编写代码。
针对不同的故障试验类型,编程代码不同,设计相应的流程图可以提高编程效率和精度。如图3和图4两种试验类型流程图,图3为单一故障试验下自动测试流程图,从图中可知,先需要进行锁录波,防止受到干扰,接着进行故障参数的录入和开关复位,然后就可以进行测试,解锁录波,运行仿真保存结果等操作。图4为转移故障试验下自动测试流程图,转移故障与单一故障不同点在于每次循环都需要设置转移故障,并且在参数录入时,由于转移故障从持续时间来看只需要考虑瞬时故障,所以在流程图中需要加入设置转换性故障和设置故障间隔时间两步,最后形成的结果如图4所示。
在确定试验类型下,故障波形仿真步骤包括:
1)锁录波;
2)根据所处的故障类型循环,设置对应故障类型参数,对滑块和拨盘赋值,变换故障类型;
3)重置开关位置,并解锁录波;
4)触发故障,开始故障波形仿真,将所得波形保存为固定格式的故障波形文件;
5)判断是否遍历该试验类型的故障类型循环,若是,则结束本次试验,若否,则进入下一次循环,并返回步骤1);
试验类型包括单一故障试验和转移故障试验。
一、单一故障试验
单一故障自动测试内容为当测试***中某点发生接地短路时,保护应满足:发生区内故障时,保护不拒动,发生区外故障时,保护不误动。对于瞬时性故障,动作时间应当小于30ms,否则视为不合格;对于永久性故障,第一次动作时间应当小于30ms,重合闸后保护应当能跳开断路器。
单一故障试验从故障持续时间上来分可分为瞬时性故障和永久性故障,从故障地点来分有5个故障点,从故障相别上来分可分为10种短路故障,共有100种故障类型需要完成试验。根据上面三种分类方式构造三个循环来实现单一故障的遍历,包括故障持续时间的循环、故障点的循环和故障相别的循环,实现永久性故障和瞬时性故障的循环,故障位置f1到f5的循环,A相故障,B相故障等故障相别的循环。
每个循环中,在改变试验类型之前,应当锁录波,在故障类型参数完全设置好之后,再打开录波,进行仿真,以保证在改变参数的过程中不会影响到波形的记录。
锁录波之后,进行对滑块、拨盘的赋值,在每次循环中改变变量的值,设置单一故障类型参数,实现试验类型的变换,单一故障类型参数包括故障持续时间、故障相别和故障点。
设置完故障时间、故障点和故障相别后,利用“PushButton”命令,按下reset按钮,将开关位置重置,保证试验初始状态。按下故障触发按钮“flt”,就可以完成对故障的模拟。
完成对单一故障的模拟及故障波形仿真,利用“ComtradePlotSave”命令,可以将故障波形保存为COMTRADE格式。需要注意的是,在保存波形之前,要停顿一段时间,使波形稳定后再保存。利用ComtradePlotSave语句存波形,第二个引号中为将要存储的路径及文件名,命名规则为“试验序号+故障持续时间(瞬时或是永久)+故障位置+故障相别”,以F1处发生瞬时性A相接地故障为例,文件名是“1.InstantSWF1AN.cfg”。
二、转移故障试验
转移性故障是指线路上某点发生短路后,经过一段时间,故障由原来的位置,发展到了他处,通常需要测试的是区外故障经一段时间转为区内故障或者区内故障经一段时间转为区外故障时保护的动作情况。此时,保护应当在区内故障发生后动作。
转移故障试验从持续时间来看只需考虑瞬时性故障,从故障点来分有4种,分别是F1转F4、F4转F1、F3转F5、F5转F3,从故障相别上来分一个故障中的两个故障点分别有10种短路故障,从故障间隔时间上来分共有4个过渡时间,这样共有320种故障类型需要完成试验。根据上面所述四种分类方式构造四个循环来实现转移故障的遍历,包括故障点的循环、第一次故障相别的循环、第二次故障相别的循环和故障间隔时间的循环。
每个循环中,在改变试验类型之前,应当锁录波,在故障类型参数完全设置好之后,再打开录波,进行仿真,以保证在改变参数的过程中不会影响到波形的记录。
锁录波之后,实现对滑块、拨盘的赋值,在每次循环中设置转移故障类型参数,包括故障持续时间、第一次故障相别、第二次故障相别、第一次故障位置、第二故次障位置和故障间隔时间。
其余操作,如开关位置复归,故障触发等与单一故障试验中的设置方法相同,在此不再赘述。
转移故障波形文件的命名规则为“试验序号+故障持续时间(瞬时还是永久)+第一次故障位置+第一次故障相别+delay+故障间隔时间(单位为ms)+to+第二次故障位置+第二次故障相别.cfg”,以F1处发生瞬时性A相接地故障经10ms转换为F4处发生B相接地故障为例,文件名是“1.InstantSWF1ANdelay10toSWF4BN.cfg”。
使用MATLAB对RTDS的仿真结果进行分析就必然要涉及到脚本与MATLAB的数据传输问题,RTDS提供了一种与MATLAB接口的方法:通过MATLAB中的jtcp函数,在RTDS与MATLAB中建立一个基于TCP/IP通信协议的接口,使数据可以在RTDS与MATLAB之间双向传输。
通过脚本中的ListenOnPort()命令,RTDS可以与MATLAB建立基于TCP/IP通信协议的接口。在脚本中执行这个命令,RSCAD就变成了一个虚拟TCP服务器,会开放一个端口等待外部的命令,这个端口是在ListenOnPort()语句中自定义的。作为虚拟客户端的MATLAB程序利用jtcp函数请求与这个端口的通信,若端口一致,则通信建立。一旦通信建立起来,数据就可以以一定的格式在RTDS与MATLAB之间传输。
在自动测试的脚本文件中,RTDS已经将每次试验的波形保存在了“波形文件”文件夹中,通过MATLAB中的“dir”语句,读取保存的COMTRADE格式的波形文件。COMTRADE格式文件包括“*.cfg”和“*.dat”两个子文件,“*.cfg”子文件内部存***形名称、生成时间和数据格式,“*.dat”子文件内部存储故障波形文件的曲线数据。因此,在分析波形数据时,只需要读取“*.dat”文件内的数据即可。
故障波形文件的曲线数据包括波形上升沿和下降沿以及信号量的突变和突变发生时间,波形上升沿和下降沿用于判断故障的触发、保护信号的发出和断路器的跳合,信号量的突变用于判断保护是否动作,突变发生时间用于判断保护动作的时间。
测试结果为MATLAB生成的“.word”文件,以文本的形式输出到“波形文件”下的“波形分析.word”文档中,若试验结果为正确动作,则“.word”文件中输出结论为“合格”,若试验结果为拒动、误动或保护时间不在设定合格范围内,则“.word”文件中标记“错误”,并输出相应的错误项目提示。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,用于自动对线路保护装置进行测试,其特征在于,包括RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块,所述的RTDS故障波形仿真模块根据不同的试验类型执行不同的脚本程序,遍历多个故障类型,进行故障波形仿真,生成固定格式的故障波形文件,所述的MATLAB故障波形分析模块读取该故障波形文件的曲线数据和名称,对比波形变化信息和波形名称信息,判断保护动作是否正确并输出测试结果,所述的RTDS故障波形仿真模块和MATLAB故障波形分析模块之间通过TCP/IP通信协议的接口实现故障波形文件的数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,在确定试验类型下,所述的故障波形仿真步骤包括:
1)锁录波;
2)根据所处故障类型循环,设置对应故障类型参数,对滑块和拨盘赋值,变换故障类型;
3)重置开关位置,并解锁录波;
4)触发故障产生,开始故障波形仿真,将所得波形保存为固定格式的故障波形文件;
5)判断是否遍历该试验类型下的故障类型循环,若是,则结束本次试验,若否,则进入下一次循环,并返回步骤1)。
3.根据权利要求2所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,所述的试验类型包括单一故障试验和转移故障试验。
4.根据权利要求3所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,在单一故障试验类型下,所述的故障类型循环包括故障持续时间的循环、故障点的循环和故障相别的循环,所述的故障类型参数包括故障持续时间、故障相别和故障点;在转移故障试验类型下,所述的故障类型循环包括故障点的循环、第一次故障相别的循环、第二次故障相别的循环和故障间隔时间的循环,所述故障类型参数包括故障持续时间、第一次故障相别、第二次故障相别、第一次故障位置、第二故次障位置和故障间隔时间。
5.根据权利要求4所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,在单一故障试验类型下,所述的故障持续时间包括永久性故障和瞬时性故障;在转移故障试验类型下,所述的故障持续时间为瞬时性故障。
6.根据权利要求1所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,所述的故障波形文件的曲线数据包括波形上升沿和下降沿以及信号量的突变和突变发生时间,所述的波形上升沿和下降沿用于判断故障的触发、保护信号的发出和断路器的跳合,所述的信号量的突变用于判断保护是否动作,所述的突变发生时间用于判断保护动作的时间。
7.根据权利要求2所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,所述的固定格式的故障波形文件为COMTRADE格式文件,所述的COMTRADE格式文件包括“*.cfg”和“*.dat”两个子文件,所述的“*.cfg”子文件内部存***形名称、生成时间和数据格式,所述的“*.dat”子文件内部存储故障波形文件的曲线数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,所述的单一故障试验的波形名称包括试验序号、故障持续时间、故障位置和故障相别,所述的转移故障试验的波形名称包括试验序号、故障持续时间、第一次故障位置、第一次故障相别、间隔时间、第二次故障位置和第二次故障相别。
9.根据权利要求1所述的一种基于实时数字仿真***的线路保护自动测试***,其特征在于,所述的测试结果为MATLAB生成的“.word”文件,若试验结果为正确动作,则所述的“.word”文件中输出结论为“合格”,若试验结果为拒动、误动或保护时间不在设定合格范围内,则所述的“.word”文件中标记“错误”,并输出相应的错误项目提示。
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