CN113270017A - 一种继电保护仿真***的建模方法 - Google Patents

Abstract

一种继电保护仿真***的建模方法，它包括步骤1：基于面向对象技术以一次设备为主体建立设备模型；步骤2.通过主动拓扑匹配技术，建立起“设备‑保护‑互感器‑断路器”之间的映射关系；步骤3.短路仿真开始后，在主接线图上搜索短路点，确定短路点的物理节点编号，将该编号与设备模型的位置属性逐一比对，确定短路点发生的位置等步骤；本发明的目的是为了解决现有继电保护仿真***，***模型灵活性较差，通用性不足，当主接线的方式和设备配置发生改变时，需要重新开发和配置，在特殊运行方式下还可能会出现仿真结果与实际情况不一致的技术问题。

Description

一种继电保护仿真***的建模方法

技术领域

本发明属于电力***继电保护领域，具体涉及继电保护仿真***的建模方法及建模方法。

背景技术

继电保护是确保电力***安全可靠、稳定运行的关键设备，针对故障及继电保护进行仿真培训可以提升运行人员应对故障的处置能力。变电站的继电保护配置、保护之间的配合逻辑与主接线的方式密切相关。

现有的仿真培训***中，继电保护仿真模型是针对特定主接线，依据保护配置、保护动作原理、保护配合逻辑和装置逻辑定制开发，模型灵活性较差，通用性不足，当主接线的方式和设备配置发生改变时，需要重新开发和配置，在特殊运行方式下还可能会出现仿真结果与实际情况不一致，如果要对一个电网辖区的多个变电站同时进行大规模的仿真培训，模型开发工作量太大，难以满足培训的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有继电保护仿真***，***模型灵活性较差，通用性不足，当主接线的方式和设备配置发生改变时，需要重新开发和配置，在特殊运行方式下还可能会出现仿真结果与实际情况不一致的技术问题。

一种继电保护仿真***的建模方法，包括以下步骤：

步骤1.基于面向对象技术以一次设备为主体建立设备模型；

其中设备模型包括：变压器、母线、线路、断路器、电流互感器、电压互感器、电缆、电抗器。

在步骤1中，建模的对象是被保护的设备，将继电保护的配置、原理和特征作为保护属性，与设备的拓扑属性、状态属性采用面向对象的技术进行封装；设备模型包括：变压器、母线、线路、断路器、电流互感器、电压互感器、电缆、电抗器。

其中，每个模型赋予3类属性：拓扑属性、状态属性和保护属性；

拓扑属性：在仿真的过程中根据计算结果实时更新，反映设备在主接线中的特征，包括：位置属性、连接属性、电气属性。位置属性表征设备在主接线上的位置，以设备的物理端口号进行表示；连接属性表征设备与其他设备的连接关系，以设备的逻辑端口号标识；电气属性表征设备所在电气岛的位置，以序号表示。

状态属性：表示设备的状态量，在仿真计算过程中，根据计算结果实时更新。包括设备的端口电压、端口电流、投退和方向。端口电压和端口电流是该设备在仿真实时计算的电压值和电流值；方向表示电流的方向；投退代表该模型在主接线上的状态是投入还是退出，断路器、电压互感器和电流互感器具有投退属性，其余设备的投退属性默认设置为投入，不需要该属性。

保护属性：反映设备所配置的保护情况，包括：保护装置类型、保护种类、保护定值、启动变量、动作时间、动作出口、动作原理及保护投退。装置类型、保护种类、保护定值及动作时间在构建模型时，在构建模型的时候，通过外部编辑的方式提前设定好，一旦设定好，在仿真的过程中就不会再变；保护投退，在仿真的过程中，可以根据培训的需要，通过仿真***的界面随时修改。电压互感器和电流互感器只需要保护种类的属性，其他的属性不需要。启动变量是保护的变量，与保护对象和保护类型有关，仿真过程中自动更新。动作原理是保护的动作模型，符合最基本的保护动作原理，适合所有的保护，预先设置在模型中。

步骤2.通过主动拓扑匹配技术，建立起“设备-保护-互感器-断路器”之间的映射关系；

在建立映射关系时，包括以下步骤：

1)通过搜索主接线上的连接线可以获知主接线上的设备类型、设备数量及设备的端口号，将连接线融合得到设备的物理端口号，并更新模型的位置属性。

2)通过互感器融合和开关融合形成逻辑端口号，并更新模型的连接属性。

3)对逻辑端口进行融合，形成电气岛，并新设备模型的电气属性。

4)利用电气岛进行潮流计算，得到电流方向、端口电压和端口电流，更新模型的状态属性。

5)分别扫描变压器、母线、线路、电缆、断路器的模型，将变压器、母线、线路、电缆、断路器分别作为“设备主体”，按照“设备主体-互感器-断路器”的策略，对“设备主体”进行逐一进行扫描，根据设备主体、互感器和断路器的连接属性，可以建立起“保护-互感器--断路器”之间的映射关系；

6)按照“保护-互感器--断路器”的映射关系，更新设备的保护属性，包括：保护出口和启动变量，保护出口就是对应的断路器，保护的启动变量就是设备的电流值和电压值。映射一旦建立成功，后面无需再对映射进行修改，只需要对属性进行实时更新就可以；

步骤3.在主接线图上搜索短路点，确定短路点的物理节点编号，将该编号与设备模型的位置属性逐一比对，确定短路点发生的位置；

步骤4.重复步骤2中的步骤2)和步骤3)，同时更新设备模型中的逻辑节点编号、电气岛号；

步骤5.启动短路计算，得到电流方向、端口电压和端口电流，更新所有模型中的方向属性、电气岛、端口电压、端口电流和启动变量；

步骤6.搜索和比对设备的方向属性和拓扑属性，确定该故障涉及到了哪些设备；

步骤7.将步骤6中所确定的设备，按离短路点由近到远，分别执行模型中的的动作；

步骤8.断路器断开后，断路器模型中的投退属性更新，重复步骤2中的步骤3)、步骤4)、步骤5)，并更新所有设备模型中的拓扑信息、保护信息和状态信息；

至此，一次故障仿真结束，如需要进行下一次的故障仿真，可直接从步骤2开始。

在步骤2的步骤5)中，在扫描时，首先扫描“设备主体-互感器-断路器”的连接属性，确定与设备主体所对应的互感器和断路器有哪些，再对这些互感器和断路器中进行扫描，根据位置属性和方向属性确定每个保护所对应的互感器和断路器。

在步骤6中，所采用的策略如下：

如模型具有相同的电气岛和方向属性，则该设备在短路范围内；

检测范围内的设备模型的物理端口号，离短路点端口号越近，则该设备离短路越近。

在步骤7中，执行模型中的动作时，针对保护投入，采用的步骤如下：

检查保护属性中的“保护投退”，如果其值为“保护投入”，则开始以下流程，否则跳出流程；

流程：

检查保护属性中的“保护定值”“启动变量”、“动作时间”、“动作出口”等属性；

比较启动变量和保护定值的大小，

当启动变量(如：电流)大于保护定值时，开始计时；计时大于动作时间时，将保护出口所应断路器断开(将该断路器“状态属性”置为“退出”)，计时清零，并跳出流程；

当启动变量(如：电流)小于保护定值时，计时清零，跳出流程。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)本发明所提供的一种继电保护仿真的模型，把继电保护与被保护的对象合为一体，以面向对象的技术构建出设备模型，并给模型赋予特殊的属性和保护的基本动作原理，通过主动拓扑分析技术对模型的属性进行自动更新，自行构造出与主接线相匹配的继电保护***模型，有效应对大规模仿真培训的需要；

2)本发明所提出的继电保护***可以根据主接线图及主接线的运行方式自动进行配置，保护动作过程严格模拟了继电保护原理，可以自然的实现不同保护之逻辑配合关系，即使出现运行方式、设备状态变化，以及保护未投入等复杂情况，也不会导致出现错误的仿真现象。本发明提出的模型能快速、准确地对多个变电站的进行仿真，不仅可以提高继电保护仿真***开发的效率，减少***开发的成本，还能提高仿真的准确型，提高仿真培训的质量，并能对实际保护之间的配合逻辑进行校验，确保继电保护装置的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为模型的内部原理图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

一种继电保护仿真***的建模方法，在建立时，包括以下步骤：

步骤1.首先建立设备模型，建模的对象是被保护的设备，将继电保护的配置、原理和特征作为保护属性，与设备的拓扑属性、状态属性采用面向对象的技术进行封装，模型的属性及取值，见表1。

1、基于面向对象技术以一次设备为主体建立设备模型，见表1。

表1设备的模型表

步骤2、建立起“保护-互感器--断路器”之间的映射关系。

步骤1)对主接线图进行深度搜索，搜索图中的设备，确定设备的类型和数量，同时给设备端口进行编号，此编号是基本编号，然后将主接线图中设备之间的连接线融合，同时融合端口号，得到物理端口号，并更新所确定设备模型的位置属性。

步骤2)将主接线图中的断路器和电流互感器融合，并融合物理端口号，获得逻辑端口号，更新设备模型的连接属性。

步骤3)将逻辑端口融合，形成电气岛，更新设备模型的电气属性。

步骤4)在电气岛的基础上进行潮流分析，可以计算出电流方向、端口电压和端口电流，更新设备模型的方向属性，端口电压和端口电流。

步骤5)分别描变压器、母线、线路、电缆、断路器的模型，扫描时将变压器、母线、线路、电缆、断路器分别作为“设备主体”，按照“设备主体-互感器-断路器”的策略分别扫描，搜索这些设备模型中的拓扑属性，根据端口之间的连接关系，建立起“保护-互感器--断路器”之间的映射关系。

步骤6)扫描时首先确定与设备所对应的互感器和断路器是哪些，再对这些互感器和断路器中进行扫描，确定每个保护所对应的互感器和断路器。

步骤3、在主接线图上搜索短路点，确定短路点的物理节点编号，将该编号与设备模型的位置属性逐一比对，确定短路点发生的位置。

步骤4、重复步骤2中的步骤2)和步骤3)，同时更新设备模型中的逻辑节点编号、电气岛号；

步骤5、进行短路计算，得到电流方向、端口电压和端口电流，更新模型中的方向属性，端口电压和端口电流。

步骤6、扫描所有模型的方向属性和电气岛，可以确定该故障涉及到了哪些设备，

步骤7、将这些设备按照距离故障点的远近，由近到远分别执行进行动作原理模型。

依次执行模型的动作原理，策略如下：

如保护投入，

比较启动变量和保护定值，

当启动变量大于保护定值时，启动计时；

动计时大于动作时间时，将保护出口所应的断路器断开，模型退出

启动变量大于保护定值，计时清零，模型退出；

保护未投入，模型退出。

步骤8.断路器断开后，再次执行步骤3)、步骤4)、步骤5)，一次仿真结束。

Claims (5)

1.一种继电保护仿真***的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.以一次设备为主体建立设备模型；

步骤2.建立起“设备-保护-互感器-断路器”之间的映射关系；

在建立映射关系时，包括以下步骤：

1)通过搜索主接线上的连接线可以获知主接线上的设备类型、设备数量及设备的端口号，将连接线融合得到设备的物理端口号，并更新模型的位置属性；

2)通过互感器融合和开关融合形成逻辑端口号，并更新模型的连接属性；

3)对逻辑端口进行融合，形成电气岛，并新设备模型的电气属性；

4)利用电气岛进行潮流计算，得到电流方向、端口电压和端口电流，更新模型的状态属性；

5)分别扫描变压器、母线、线路、电缆、断路器的模型，将变压器、母线、线路、电缆、断路器分别作为“设备主体”，按照“设备主体-互感器-断路器”的策略，对“设备主体”进行逐一进行扫描，根据设备主体、互感器和断路器的连接属性，可以建立起“保护-互感器--断路器”之间的映射关系；

6)按照“保护-互感器--断路器”的映射关系，更新设备的保护属性；

步骤3.在主接线图上搜索短路点，确定短路点的物理节点编号，将该编号与设备模型的位置属性逐一比对，确定短路点发生的位置；

步骤4.重复步骤2中的步骤2)和步骤3)，同时更新设备模型中的逻辑节点编号、电气岛号；

步骤5.启动短路计算，得到电流方向、端口电压和端口电流，更新所有模型中的方向属性、电气岛、端口电压、端口电流和启动变量；

步骤6.搜索和比对设备的方向属性和拓扑属性，确定该故障涉及到了哪些设备；

步骤7.将步骤6中所确定的设备，按离短路点由近到远，分别执行模型中的动作；

步骤8.断路器断开后，断路器模型中的投退属性更新，重复步骤2中的步骤3)、步骤4)、步骤5)，并更新所有设备模型中的拓扑信息、保护信息和状态信息；

至此，一次故障仿真结束，如需要进行下一次的故障仿真，可直接从步骤2开始。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，建模的对象是被保护的设备，将继电保护的配置、原理和特征作为保护属性，与设备的拓扑属性、状态属性采用面向对象的技术进行封装；设备模型包括：变压器、母线、线路、断路器、电流互感器、电压互感器、电缆、电抗器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2的步骤5)中，在扫描时，首先扫描“设备主体-互感器-断路器”的连接属性，确定与设备主体所对应的互感器和断路器有哪些，再对这些互感器和断路器中进行扫描，根据位置属性和方向属性确定每个保护所对应的互感器和断路器。

4.根据权利要求1所述的继电保护仿真***的建模方法，其特征在于，在步骤6中，所采用的策略如下：

如果模型具有相同的电气岛和方向属性，则该设备在短路范围内；

检测范围内的设备模型的物理端口号，离短路点端口号越近，则该设备离短路越近。

5.根据权利要求1所述的继电保护仿真***的建模方法，其特征在于，在步骤7中，执行模型中的动作时，针对保护投入，采用的步骤如下：

检查保护属性中的“保护投退”，如果其值为“保护投入”，则开始以下流程，否则跳出流程；

具体流程为：

检查保护属性中的“保护定值”“启动变量”、“动作时间”、“动作出口”属性；

比较启动变量和保护定值的大小，

当启动变量大于保护定值时，开始计时；计时大于动作时间时，将保护出口所应断路器断开，计时清零，并跳出流程；

当启动变量小于保护定值时，计时清零，跳出流程。

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