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1、 微机型差动保护的研究及虚拟保护装置平台的设计与运行仿真第一章 绪论1.1 引言变压器在电力系统中的地位十分重要，同时大容量的电力变压器也是十分昂贵，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的保护装置。差动保护就是变压器最为重要的主保护，而微机型变压器差动保护在减小变压器励磁涌流影响、提高变压器保护的灵敏度及可靠性等方面有着较大优势。本课题对变压器的故障特点进行分析，采用目前较为流行的比例制动及二次谐波制动的变压器差动保护，并对微机型变压器差动保护原理及特点进行详细分析、研究，用MATLAB仿真软件针对各种故障情况进行仿真分析并输出仿真结果。编制微机型变压器差动保护程序的
2、流程框图，并对流程框图进行较详细的说明。流程框图包括主程序模块、采样中断服务程序模块、故障处理程序模块。其中主程序部分包括：定值及开关输入量数据文件的读取、故障数据文件预处理等。采样中断服务程序部分包括：从故障数据文件中采样、故障启动判别等；故障处理程序部分包括：二次谐波制动、比例制动型差动判别、差动速断判别、跳闸出口处理等。按照程序框图的基本流程用Visual Basic语言编制出变压器差动保护装置的虚拟开发平台软件。其中保护的软件部分包括主程序、采样中断服务程序及故障处理程序，并对各程序段进行了适当的程序注释。利用微机保护虚拟开发平台对微机变压器差动保护程序的运行进行仿真调试。通过本课题的
3、研究，我进一步了解了变压器短路的特点和变压器差动保护的原理及特性，熟悉了微机保护的基本算法和应用算法，并使用MATLAB软件对电力系统故障进行仿真，掌握了利用虚拟现实技术设计并开发虚拟微机保护装置的步骤及过程。通过本课题的研究设计，使我们对所学专业知识进行了综合的应用，也使我们的分析问题和解决问题的能力得到了提高。1.2 微机继电保护的发展史和新技术微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者倡导下开始进行研究的。60年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也
4、无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究，为后来的继电保护发展奠定了理论基础。计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的研究出现了高潮。在70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代，它是继电保护技术发展历史过程中的第四
5、代。我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到了80年代末，计算机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。继电保护技术趋势向着计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。第二章 变压器差动保护原理介绍2.1 变压器差动保护2.1.1 变压器纵差动保护的基本原
6、则对于双绕组和三绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如图所示。图2-1 图2-2由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。如图2-1中，应使： (2-1)或 (2-2)式中， 高压侧电流互感器的变比； 低压侧电流互感器的变比； 变压器的变比（即高、低压侧额定电压之比）。由此可知，要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比 1。2.1.2 励磁涌流的产生与特点图2-3当变压器的空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能产生数值很大的励磁电
7、流（又称为励磁涌流）。这是因为在稳定工作情况下，铁心中的磁通应滞后于外加电压，如图2-3所示。如果空载合闸时，正好在电压瞬时值电压0时接通电路，则铁心中应该具有磁通。但由于铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为。这样在经过半个周期以后，铁心中的磁通就达到，如图2-4所示。此时变压器的铁心严重饱和，励磁电流将剧烈增大，如图2-5所示,此电流就称为变压器的励磁涌流，其数值最大可达额定电流的68倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量，如图2-6所示。励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁心中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁心
8、性质等都有关系。例如，正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对三相变压器而言，无论在任何瞬时合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流1。图2-4图2-5图2-6另外，励磁涌流具有以下特点：（1）包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧；（2）包含有大量高次谐波，而以二次谐波为主；（3）波形之间出现间断4。2.2 计算机变压器保护2.2.1 计算机变压器保护的特点 现代大型变压器的特点是容量大，电压等级高，而且价格比较昂贵和修理困难。大型变压器在电力系统中的地位非常重要，一旦发生故障，影响范围很大。为了保证系统和变压器安全运行，减少事故损失，对变
9、压器继电保护提出了更苛刻的要求。(1). 提高灵敏度 要求差动保护能灵敏动作于匝间短路故障，同时亦要求灵敏动作于内部高电阻接地故障。(2). 保证高速度对于接于超高压远距离输电线路的变压器，当发生内部故障时，由于谐振亦会产生谐波电流，可能引起谐波制动的差动保护延缓动作，需要采取有效的加速措施或寻求新原理的励磁涌流鉴别方法。(3). 有效地对付过励磁 大型变压器的工作磁密通常取得较高，短时过压或频率降低，励磁电流会激增。一方面要求此时差动保护不能误动，另一方面为防止变压器流过很大的励磁涌流而发热烧损，需要设置满足过励磁倍数要求和具有反时限特性，并能及时累积效应的过励磁保护2。2.2.2 计算机变
10、压器差动保护的原理和算法(1). 变压器差动保护的要求： 在任何情况下，当变压器内部发生短路性质的故障(包括高阻接地及匝间短路)时应快速动作跳闸。故障变压器空载投入时，可能伴随较大的励磁电流，亦应尽快动作。反之当出现外部故障伴随很大的穿越电流时，应可靠不动作。 无论正常变压器发生任何形式的励磁涌流和过励磁应可靠不动作。因此，与传统保护类似，计算机变压器差动保护的原理和算法主要可分为两部分：一部分是如何区分内、外故障，另一部分则是如何鉴别励磁涌流。(2). 具有折线比率制动特性的差动原理与算法用计算机实现变压器差动保护时，通常也是分相差动接法，故取一相来研究。假定变压器Y型侧CT已经连接成型以补
11、偿相位移，变压器两侧变比误差已由数字计算进行了补偿，并取各侧电流流入变压器为假定正方向。对于双绕组变压器，若规定其两侧分别记为侧和II侧，那么按照大型变压器通常采用的两段折线式比率制动特性要求，其基波向量可表示成下列动作判据或算法： 当时， (2-3)当时， (2-4)式中， 差动电流， 制动电流， K为折线斜率，为折点对应的制动电流。图2-7 图2-8制动特性如图2-8。基波向量的计算方法，目前用的较多的是正余弦函数相关算法和最小二乘法。计算过程可先用采样瞬时值计算差动电流及制动电流的瞬时值，再计算基波向量；亦可先计算各侧的基波向量，再计算差动电流和制动电流2。第三章 MATLAB仿真软件3
12、.1 MATLAB软件介绍：MATLAB是英文Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，最早是由C.Moler用Fortran语言编写的，用来方便地调用LINPACK和EISPACK矩阵代数软件包的程序。后来他创立了MATHWORKS公司，对MATLAB作了大量的、坚持不懈的改进。MATLAB提供的工具箱已覆盖信号处理、系统控制、统计计算、优化计算、神经网络、小波分析、偏微分方程、模糊逻辑、动态系统模拟、系统辨识和符号运算等领域。MATLAB是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。作为强大的科学计算平台，他几乎能够满足所有的计算需求。MATLAB具有以下的
13、优势与优点：1友好的工作平台和编程环境随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机互交性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大地方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时报告出现的错误，进行出错原因分析。2简单易用的程序语言新版本的MATLAB语言是基于最为流行的语言基础上的，因此语法特征与语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、
14、可扩展性极强，这也是MATLAB之所以能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。3强大的科学计算及数据处理能力MATLAB拥有600多个工程要用到的数学运算函数，可以方便地实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新成果，而且经过了各种优化及容错处理，因此使用起来鲁棒性和可靠性非常高。MATLAB函数所能解决的问题包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真。4应用广泛的模块集和工具箱MATLAB对许多专业
15、的领域都开发了功能强大的模块集或工具箱。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、优化算法、神经网络、小波分析、控制系统设计、嵌入式系统开发、电力系统仿真等，都在工具箱家族中有了自己的一席之地。5模块化的设计和系统级的仿真MATLAB提供的SIMULINK工具箱是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。电力系统工具箱(Power System Blockset)在SIMULINK环境下使用,它是针对电力系统而设计的仿真软件模块，它的元件模型比较多,功能也比较全面,目前许多电力系统的研究工作已开始用它作为仿真分析软件。一般来说,SIMU
16、LINK的功能有系统建模和系统仿真两个部分,可以很容易地利用鼠标在模型窗口中建立所需的控制系统模型,然后利用其提供的功能对系统进行仿真与分析,使得一个复杂系统的输入、输出以及控制变得相当的简单和直观。用MATLAB/SIMULINK仿真与分析控制系统的主要步骤为:(1).建立控制系统方块图模型并确定仿真输入和输出； (2).设置仿真参数；(3).进行动态仿真并观看输出结果；(4).针对输出结果进行分析和比较 3。3.2 故障仿真3.2.1 仿真模型及参数设定根据课题任务要求，用MATLAB仿真软件对变压器的各种故障情况进行仿真，仿真结果保存为数据文件供虚拟保护装置的仿真平台调用。首先，用MAT
17、LAB仿真软件建立一个电路模型。如图3-1，本课题的电路模型是由三相电源、变压器、线路和负荷等主要元件组成，用故障模块来模拟变压器的内部和外部故障，故障电流波形通过示波器输出。图3-1中，subsystem是有三个电流测量装置生成的子模块，实现对三相电流的测量，如图3-2；三相电源的电压等级设置为10KV，频率为50赫兹，电源的内阻是0.8929欧姆；变压器的容量设置为25MVA， 一次侧和二次测的电压等级分别为10 KV 、110 KV，电阻均为0.002欧姆，电感均为0.08亨；模拟线路长度为100KM，线路总阻抗为127.3欧姆；模拟负荷为10MW；计时器设置在0.10.4秒时发生故障；
18、通过故障模块设计模拟了单相短路、两相短路和三相短路故障类型。图3-1 整体模型图图3-2 电流测量子模块及其内部结构图3.2.2 故障仿真波形图3.2.2.1 变压器内部故障（以AB两相短路为例）当AB两相发生短路故障时，变压器电源侧（一次侧）A相波形图如图3-3：图3-3 变压器电源侧（一次侧）A相波形图由于变压器负荷侧（二次侧）未加电源，所以负荷侧A相电流几乎为0，由于篇幅限制，这里就不再列出图形了。当AB两相发生短路故障时，变压器电源侧（一次侧）B相波形图如图3-4：图3-4 变压器电源侧（一次侧）相波形图同理，变压器负荷侧B相电流也最终趋近0。3.2.2.2 变压器外部故障（以AB两相
19、短路为例）当AB两相发生短路故障时，变压器电源侧（一次侧）A相波形图如图3-5：图3-5 变压器电源侧（一次侧）A相波形图 变压器负荷侧（二次侧）A相波形图如图3-6：图3-6 变压器负荷侧（二次侧）A相波形图当AB两相发生短路故障时，变压器电源侧（一次侧）B相波形图如图3-7:图3-7 变压器电源侧（一次侧）B相波形图 变压器负荷侧（二次侧）B相波形图如图3-8：图3-8 变压器负荷侧（二次侧）B相波形图同时，也对变压器内、外部单相短路、三相短路故障类型进行了仿真，由于篇幅限制，这里就不再赘述了。3.2.3 仿真故障数据的生成通过MATLAB软件编辑一个小程序，生成一个数据文件来保存故障仿真
20、的数据结果，供VB虚拟仿真平台使用，具体程序见附录。第四章 保护软件算法的介绍4.1 数字滤波4.1.1 数字滤波的优点： 滤波精度高； 稳定性及可靠性高； 灵活性高； 便于分时复用4.1.2 数字滤波器的主要性能指标图4-1时间窗：一个数字滤波器（算法）运算时所用到的最早一个采样点到最晚一个采样点之间的时间跨度，记作Tw。数据窗：时间窗中采样点的个数，当Tw 是Ts 的整数倍时，Dw =(Tw/Ts)+1时延：输入信号发生跃变时刻起，到滤波器获得稳态输出止之间的时间。时延反映了滤波器本身的过渡过程，所以又称为暂态时延，记作c。 数字滤波器的时延与滤波器的结构有关。对FIR滤波器，一般取c =
21、 Tw。计算量：通常都是用乘除法次数表示。4.1.3 简单滤波单元4.1.3.1 简单滤波单元的基本出发点：假定输入信号由稳恒基波加上稳恒直流或稳恒整次谐波构成利用微机长记忆功能对相隔若干个周期的信号进行比较运算只做加减运算，不做乘除运算,最大限度地减少计算量4.1.3.2 基本形式及其特性1相减滤波单元差分方程： y(n)=x(n)-x(n-k) （k0，k+1即为数据窗） （4-1）对上式经Z变换得： Y(z)=X(z) z -kX(z) （4-2）转移函数：H(z)=Y(z)/X(z)=1- z k；幅频特性：|H()|= |2Sin(kTs/2)|； 相频特性：()= (/2)-(kT
22、s/2)。设：每基频周期N点采样：fs=1/Ts=Nf1 （f1为基频）则幅频特性：| H()|= |2Sink2f/(2Nf1)|= |2Sin()| （4-3）当=I（I=0,1,2,）时，|H()|为0。故可滤除的谐波次数为：=I（I=0,1,2,）， 如下图：图4-2注：根据采样定理采用前置滤波后，截止频率fc=fs/2=(N/2) f12相加滤波单元差分方程：y(n)=x(n)+x(n-k) 设：fs=1/Ts=Nf1，则幅频特性：|H()|= |2Cos()| （4-4）当=I+1/2（I=0,1,2,）时，|H()|为0，故可滤除的谐波次数为： =(I+1/2) （I=0,1,2
23、,） （4-5）3 积分滤波单元差分方程：y(n)=x(n)+x(n-1)+x(n-2)+x(n-k) （4-6）设：fs=1/Ts=Nf1，则幅频特性：|H()|= |Sin / Sin()| （4-7）当=I（I=1,2,）时，|H()|为0。故可滤除的谐波次数为：=I（I=1,2,） （4-8）4. 加减滤波单元差分方程：y(n)=x(n)-x(n-1)+x(n-2)-+(-1)kx(n-k) 设：fs=1/Ts=Nf1当k为奇数时幅频特性：|H()|= |Sin(k+1)Ts/2/Cos(Ts/2)| = |Sin / Cos()| （4-9）当=I（I=0,1,2,）时，|H()|为
24、0。故可滤除的谐波次数为：=I （I=0,1,2,）。当k为偶数时幅频特性：|H()|= |Cos(k+1)Ts/2/Cos(Ts/2)| = |Cos / Cos()| （4-10）当=I+1/2（I=0,1,2,）时，|H()|为0。故可滤除的谐波次数为：=(I+1/2) （I=0,1,2,）。5简单滤波单元的特点运算简单梳状频谱（出现较大的旁瓣，存在频率泄漏）时延c反比于谐波次数m有限长冲击响应（只有零点没有极点，故无稳定性问题）24.2 一阶导数算法（Mann-Morrison算法）1971年,Mann和Morrison发表了他们的研究成果，提出可以利用正弦函数导数为余弦函数的特点计算
25、正弦电压、电流的幅值等。设u = UmSin(t) 则：u = UmCos(t) （4-11）故： （4-12） （4-13） （4-14）用采样值进行计算：uk=(uk+1uk-1)/(2Ts) （差分代替微分） （4-15）这里，k为采样值的序号，为第k次采样时的采样值， 则为第k次以后，经过一个Ts时的采样值，则为第k次以前一次，即前一个Ts时的采样值2。下面进行误差分析：设电压幅值的精确值为Um，采样计算值为Ujm，则：Umj2= uk2+(uk+1uk-1)/(2Ts)2= Um2Sin2tk + Sin(tk+Ts)Sin(tkTs)2/(2Ts)2= Um2Sin2(tk) +
26、Cos2(tk)Sin2(Ts)/(Ts)2= Um21Cos2(tk)1Sin2(Ts)/(Ts)2 （4-16）当tk=0时，此时误差最大，取Ts=，则2。 4.3 二阶导数算法（Prodar-70算法）设u = UmSin(t) i = ImSin(t-) 则： 由于 u =UmCos(t) ， u = - 2 UmSin(t) （4-17） i = ImCos(t-) ， i = - 2 ImSin(t-)， （4-18）故： (u/)2 +( u/2)2 = Um2 （4-19） (i/)2 +(i/2)2 = Im2 （4-20） 且： R=(Um/Im)Cos=(u iu i)/
27、(i ii2) （4-21） L=X/=Um/(Im)Sin=( u iu i)/(i ii2) （4-22）用差分代替微分得：u= uk (uk+1uk-1)/(2Ts)u= uk (uk+1uk)/Ts(ukuk-1)/Ts/Ts=(uk+12uk + uk-1)/Ts2 （4-23）下面作误差分析：Umj2=(uk+1uk-1)/(2Ts)2 + (uk+12uk + uk-1)/( Ts)22= Um2Cos2(tk)Sin2(Ts)/(Ts)2 + 4Sin2(tk)Cos(Ts)-12/(Ts)4 （4-24）令 当=0时，A最小，即=0.955当=时，A最大，即=0.977相对最
28、大误差为2。4.4 两采样值积算法 设t1时刻的采样值为：u1 = UmSin(t1) （4-25）i1 = ImSin(t1-) （4-26）另一时刻t2时的采样值为：u2 = UmSin(t1+T)， （4-27）i2 = ImSin(t1+T)- （4-28）其中T = t2 - t1 两采样值的时间间隔。取两采样值的乘积可得： u1 i1=Um Im Cos-Cos(2t1-)/2 （4-29） u2 i2=Um Im Cos-Cos(2t1+2T -)/2 （4-30） u1 i2=Um Im Cos(-T)-Cos(2t1+T -)/2 （4-31） u2 i1=Um Im Cos
29、(+T)-Cos(2t1+T -)/2 （4-32） 则： Um2= u12 + u22 - 2 u1 u2 Cos(T)/Sin2(T) （4-33）Im2 = i12 + i22 - 2 i1 i2 Cos(T)/Sin2(T) （4-34）此算法只需要两个采样值，但运算量较大，为减少运算量，可选取T=T/4，即：T = /2，则：Um2 = u12 + u22 = （4-35）Im2 = i12 + i22 = （4-36）且测量阻抗为：R=(Um/Im)Cos=(u1 i1 + u2 i2)/(i12 + i22) （4-37）X=(Um/Im)Sin=(u1 i2 - u2 i1)/
30、(i12 + i22) （4-38）U与I之间的相角差可有下式计算：tg=(u1 i2 - u2 i1)/(u1 i1 + u2 i2) （4-39）或 2 。 4.5 傅氏算法设周期函数（周期为T）的输入信号为u(t)，则其傅氏级数的形式为：u(t)= （4-40）其中： （4-41） （4-42）所以，第n次谐波的幅值为：Un=； 相角为：n = arctg。这种算法在计算机上实现时，也是对离散的采样值进行运算。首先是计算Un的实部和虚部，然后计算Un和n。将式（4-57）用离散数学计算时，其实部为： （4-43）式中 N 一个周期T中的采样数； 第k个采样值。用同样方法求其虚部 （4-4
31、4） 其中：fs=Nf1，即Ts=T/N2。4.6 比率制动特性的差动原理图4-3当时， （4-45）当时， （4-46）式中， 差动电流， 制动电流， K为折线斜率，为折点对应的制动电流。4.7 利用二次谐波电流鉴别励磁涌流的方法分析表明，励磁涌流中含有较大的二次谐波成分。通过计算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值之比可判断是否存在励磁涌流。当出现励磁涌流时应有 （4-47）式中 与 分别为基波和二次谐波电流模值；二次谐波制动比（可整定）。传统的同类型装置中，通常将二次谐波电流看成制动量而将它与比例制动量相加作为综合制动量，即相当于在上式中每一式右边都加上一项代表二次谐波的量。这种做法
32、用计算机来实现虽然可行，但因内部故障时差电流中多少也包含一些二次谐波分量，从而会对灵敏度产生不利影响，所以计算机保护中则通常直接用上式独立判断励磁涌流的存在与否，以便决定是否闭锁差动保护2。4.8 微机变压器差动保护的差动速断当差动电流大于最大可能励磁涌流时立即出口跳闸。这种常规保护的传统做法也被引用到计算机差动保护中，其判据为 （4-48）式中，为额定电流；为相对于额定电流的励磁涌流倍数，可根据系统阻抗、变压器和CT特性来整定，大约在5- 10之间。4.9 微机变压器差动保护的启动判断相电流差突变量选相位原理：若已判别出为接地故障，则：若：|IbIc| ，判为A相单相接地； 若：|IcIa|
33、 ，判为B相单相接地； 若：|IaIb| ，判为C相单相接地。 实践和分析证明，如果值选择过高，会因灵敏度不够而误判；如果值选择过低，则可能在单相接地时，其他两个条件也满足，从而引起误判。因此，经过近一步分析和计算，得出其实用判据：若：m|IbIc|IaIb|且m|IbIc|IcIa|，判A相接地；若：m|IcIa|IbIc|且m|IcIa|IaIb|，判B相接地；若：m|IaIb|IcIa|且m|IaIb|IbIc|，判C相接地。在大多数电力系统结构情况下，m可根据系统情况选48之间。第五章 虚拟仿真平台5.1虚拟仿真平台的介绍基于虚拟现实技术开发出的虚拟设备或装置以其成本低廉、功能强大、易
34、于更新、维护调试方便、开放性强等特点而受到了人们的普遍关注和青睐。本章所研究的微机型差动保护的研究及虚拟保护装置平台的设计与运行仿真就体现了虚拟现实技术的应用。该虚拟仿真平台是用Visual Basic高级程序设计语言编写开发的，它与实际微机保护装置的软件结构、算法以及运行过程等基本相同，主要区别仅在于实际微机保护装置是通过硬件通道对现场信号进行实时采样，而虚拟仿真平台是从已有的故障数据文件中采集数据，而且虚拟仿真平台对数据文件中数据的采样过程设计得与实际微机保护装置的采样过程相仿。故障数据文件可以完全凭现场运行实测的故障数据来生成，但是考虑到搜集现场实测故障数据往往较为困难，因此利用MATL
35、AB仿真软件来仿真，可较好地解决电力系统中各种故障情况下较为准确地获取故障数据的问题。将MATLAB仿真得到的系统故障数据根据不同的故障情况按相应文件名保存为数据文件，供虚拟仿真平台调用。虚拟平台利用VB强大的调试功能，进行断点设置、单步运行和全速运行，可方便地对所设计和编写的各种微机保护软件功能模块进行运行调试，可仿真整个微机保护装置的运行过程及运行结果。虚拟现实技术VR（Virtual Reality）是基于计算机应用的一门现代新兴技术，是现代科学技术的高度发展在应用领域中的结晶和反映，其应用越来越广泛。微机保护虚拟仿真平台可实现对一些保护的新原理、将要开发的微机保护的软件设计思路、软件流
36、程等预先进行仿真性地检验与调试。 5.2 虚拟仿真平台主界面图1 虚拟仿真平台主界面1、系统示意图放在界面上的图片框picture1中，保护装置设置在变压器的一次侧和二次侧。2、故障位置分为变压器内部故障和外部故障，由两个命令按钮command4、5控件的通、断状态来设置。3、内部故障和外部故障又分别分为单相接地、两相短路和三相短路故障类型，由组合框combo1控件选择。4、出口信息文本框text7用于显示保护动作的出口信息或一些相应的告警信息。5、主程序存放在运行按钮command1控件中，点击该控件后微机保护主程序正式投入运行。6、定时器控件timer1用于模拟实际微机保护装置的定时采样中
37、断服务（该定时器控件在程序运行时处于非显示的隐藏状态），按照设定的定时间隔来中断。7、定值设置按钮command6用于调出定值设置辅助界面，开入量设定按钮command7用于调出开入量设定辅助界面。8、运行灯在点击运行按钮投入运行时点亮，启动灯在程序运行中判断出有故障而启动时点亮。5.3 虚拟仿真平台辅助界面5.3.1 定值设置界面图2 定值设置界面在定值设置界面中设置保护定值并保存在定值文件中供虚拟仿真平台随时调用。5.3.2 开入量设定界面图3 开入量设定界面由于虚拟仿真平台除了通用计算机外无任何硬件设备，因此针对实际微机保护中的开入量，在虚拟仿真平台中是由开入量设定界面设定，并保存在开入
38、量文件中供虚拟仿真平台随时调用。5.4 虚拟保护装置软件流程5.4.1 运行主程序模块图4 运行主程序流程图1、读取定值文件中定值在实际保护中，需要用户来设置定值，以便在保护的动作判断等模块中运用。在虚拟仿真平台中，通过在界面上设置定值，生成定值文件来存放定值，虚拟保护仿真运行时再从定值文件中读取定值。2、读取开入量文件中开入量在实际保护中，可通过压板的投入与否来确定某些保护功能是否投入，并且一些外部的运行状态等是通过一些开关状态来判断。在虚拟仿真平台中，通过在界面上设置开入量来仿真投退压板或外部运行状态，并将开入量存入开入量文件，保护仿真运行时再从开入量文件中读取相应的开入量。3、选择原始故
39、障数据文件在实际微机保护中，电力系统中的实时数据、经过微机系统的模入通道被送至微机，在微机中通过编制定时采样中断服务程序，对实时故障数据进行定时采样。在虚拟仿真平台中，由于没有硬件设备，所以是将实际微机保护定时采样中断服务程序的从硬件中采集数据而改为从文件中采集数据。虚拟仿真平台事先利用MATLAB软件仿真生成各种故障情况下的多个原始故障数据文件（根据不同故障情况以不同文件名存放），虚拟微机保护在仿真运行前，通过在界面上选定故障位置、故障相别，从而确定相应的原始故障数据文件。在时钟控件的定时中断服务程序中，不断地从相应故障数据文件中读取对应时刻的故障数据，并对这些数据进行处理，计算出相间电流工频变化量等，通过查询定值及开入量，判断是否故障，从而确定出口信息。4、经预处理后生成故障数据文件在实际微机保护中，根据所设定的采样频率利用定时器进行定时中断，在定时中断服务程序中完成采样。假设采样周期为5/3ms（即每工频周期采样12个点），也就是说每5/3ms响应一次中断，进入定时采样中断服务程序。而在虚拟仿真平台中，是利用VB的Timer控件来模仿实际的采样过程。当时钟控件Timer记时满时，响应中断，转至Time