王国新1 张宗伟2 任宝海3 张甲远1
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摘要：本文涉及的一种闭环仿真测试法，基于智能变电站中智能设备进行闭环仿真的测试方法，属于电力系统智能变电站继电保护测试领域的一项技术。
关键词：智能设备；闭环仿真；继电保护 ；防护与通信
1 引言
继电保护设备的测试是变电站验收的一项重要工作。传统的保护测试输入输出均通过物理连接线连接的，相对于传统变电站的继电保护测试，符合IEC61850标准的智能保护装置与传统保护装置在装置结构和接口上有很大的区别，传统输出电流、电压等模拟量信号的继电保护测试装置无法完成对采集数字量信号的智能保护装置的测试工作。
2 具体内容
基于智能变电站防护与通信系统中对智能设备进行闭环仿真的测试方法，能够建立真实电力系统模型进行闭环测试，并且，通过模拟合并单元和智能终端设备，真实还原智能变电站中保护的工作环境。该方法包括以下内容：(1)通过测试平台对电力系统进行仿真建模，可自定义故障点位置及故障性质；(2)测试平台按照预先设置的故障情况仿真出故障电流电压波形，通过模拟合并单元将一次系统电压、电流信号按照IEC61850的标准进行打包，送入待测智能保护装置；(3)数字保护驱动保护动作，发出保护动作报文；(4)模拟智能终端收到保护动作报文后，驱动模拟断路器动作，并将变位信息反馈给测试平台。本方法结构简单、便于使用，适用于单间隔继电保护设备和多间隔继电保护设备的闭环仿真测试。属于电力系统智能变电站继电保护测试领域。
3 具体实施方式
基于智能变电站防护与通信系统中对智能设备进行闭环仿真的测试方法，其原理如图1所示，包括以下步骤：
（1）通过测试平台对电力系统进行仿真建模，可自定义故障点位置及故障性质。测试平台提供固定接线方式和开放接线方式两种建模手段。
（a）固定接线方式所提供的典型方案均根据《继电保护动模试验技术条件》（SD286－88）和实际工作的需要，按照继电保护测试的要求所提出的。实验方案中的典型系统结构和系统参数均参照中国电力科学研究院使用的方案，以下试验系统的模拟方法和技术性能均满足SD286-88标准的要求，模拟系统中各元件的参数指标也与SD 286-88标准的基本要求相符。
本方法中固定接线方式的典型系统包括：110kV发电机单回线系统、110kV单回线系统(单电源)、110kV单回线系统(双电源)、110kV环网、110kV双回线系统(单电源)、110kV双回线系统(双电源)、110kV三环网系统、220kV发电机双回线系统、220kV变压器保护、220kV变压器空投实验、220kV单回线系统(单电源)、220kV单回线系统(双电源)、220kV环网、220kV母线保护、220kV双回线系统(单电源)、220kV双回线系统(双电源)、220kV低频振荡系统、220kV低频减载系统等。
提供的典型系统具有如下特点：1）供选择的典型系统可以灵活根据需要增加；2）提供缺省参数，并可以自定义系统参数；3）在每个系统中可自定义故障点位置及故障性质，可以模拟被保护线路的区内外金属性故障、带电阻故障、转换性故障、跨线故障以及振荡中故障等各种故障情况，对继电保护装置进行测试。
附图是几种典型系统的结构示例，图2是220kV双回线系统。
（b）开放接线方式提供丰富的电力系统元件模型，主要有发电机、励磁机及励磁调节装置、调速器、电动机、变压器、负荷、断路器、输电线、电抗器、串补元件等，能够根据系统的实际接线结构、元件参数对一次系统的运行情况进行精确的建模，并能灵活地改变系统一次接线方式，设置各种典型故障，包括故障的类型和接地阻抗等参数，从而对系统运行情况进行完整的仿真模拟，不仅计算系统的工频电量，而且考虑非周期和高频分量以及快速的动态过程。
（2）测试平台按照预先设置的故障情况仿真出故障电流电压波形，通过模拟合并单元将一次系统电压、电流信号按照IEC61850的标准进行打包，送入待测智能保护装置。
（a）测试平台生成故障波形采样值。其流程如图3所示。根据预设的故障，按照电力系统理论对模型进行动态计算，得到故障发生后的三相曲线以及三序网 分量。为实现计算机代码实现故障分析的快速性和规范性，在分离故障元件时，需要保持原电力网络结构不变。如图4所示，为保持网络结构的一致性，设待分离的故障元件为y，以并联负阻抗支路的方式进行模拟。和是故障前电力系统的等效参数，y元件集对节点导纳阵的影响是，当=y时，aa’右侧总导纳为零，表示没有故障发生。故障发生后，aa’右侧则代表因故障引起的变化部分电力模型，由于受故障影响的元件属于少数，此时方程易于求解。
（b）打包故障信号。将测试平台输出的电流电压信号通过PCI总线送至模拟合并单元，模拟合并单元按照IEC61850标准进行打包并发送。
（3）智能保护根据GOOSE报文中的采样值对动作条件进行判定，发出保护动作报文。
（4）模拟智能终端收到保护动作报文后，驱动模拟断路器动作，并将变位信息反馈给测试平台。模拟智能终端通过高速光纤接口接受、解析GOOSE报文，并驱动模拟断路器的动作。模拟断路器采用分相操作，并可将位置信号实时返回智能终端和测试主机，测试主机根据开关变位情况，实时计算开关变位后的采样电流电压。实现整个故障后保护动作的闭环测试。
4 结束语
闭环仿真测试法在智能变电站防护与通信系统中的应用主要作为一种基于模拟智能变电站智能设备进行闭环仿真的智能保护设备的测试方法，该方法能够建立真实电力系统模型进行实时闭环测试，并且，通过模拟合并单元和智能终端设备，真实还原智能变电站中保护的工作环境。本方法结构简单、便于使用，适用于单间隔继电保护设备和多间隔继电保护设备的闭环仿真测试。属于电力系统智能变电站继电保护测试领域。
论文作者:王国新1,张宗伟2,任宝海3,张甲远1
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/15
标签：故障论文; 测试论文; 智能论文; 系统论文; 闭环论文; 变电站论文; 继电保护论文; 《防护工程》2018年第14期论文;