《微机继电保护培训试验系统的研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机继电保护培训试验系统的研究.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1微机继电保护培训试验系统的研究李锦锦，焦彦军，郭保伟，刘博，宋晓珍（华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室，河北 保定 071003）摘要：针对目前微机保护技术飞速发展的形势和国内高校微机保护仿真试验的现状，介绍了一套电力系统微机保护仿真试验系统，提出了基于 DSP 和应用 PC/104 总线工控机以及利用集成开发环境 VB6.0 和 SQL Sever 的软硬件结合的设计方案，介绍了软件的功能目标及主要功能的实现方法。本软件既可用于继电保护和微机保护教学培训，也可用于新保护原理的开发试验。关键词：电力系统；微机保护；试验0 引言近十年来，继电保护装置发展十分迅猛，微机保护设
2、备以其维护调试方便、可靠性高、使用灵活方便、具有远方监控特性等独有的优势迅速淘汰了集成电路和晶体管继电保护装置，各种微机保护装置在我国老变电站和新建的高中压变电站得到广泛采用。随着微型计算机及其应用技术的快速发展，新的微机保护装置不断推出，但是大量投入运行的微机保护装置不允许用来进行试验、培训，因此提供一套微机保护仿真试验系统对于高校教学、提高变电站运行人员和技术管理人员的微机保护技术水平、新保护原理开发都具有十分重要的意义。然而目前国内现有的微机保护试验装置存在着功能单一、体积庞大、价格比较贵的缺点，不适于推广使用。1基于这种情况，本仿真试验系统采用 DSP 和PC/104 总线工控机构成硬
3、件，将面向对象的可视化编程工具 Visual Basic 6.0 与分布式关系型数据库 SQLServer 相结合，能够体现良好的开放性、发展性和实用性，提供友好的人机交互界面。系统的界面设计遵循了友好性、交互性、易用性的原则，界面布局合理，操作简单，用户能很快掌握使用方法，体现了其实用性原则。同时，系统的程序设计兼顾了开放性的原则，尝试实现从上位机中下载编译好的可执行程序，实现新保护原理程序的在线运行与测试，给新开发的保护原理提供一个试验平台。1 系统简介本系统主要由三部分构成：基于微机的数字动态实时仿真系统（Digital Dynamic Real-TimeSimulator，简称 DDR
4、TS）、微机保护试验装置、计算机控制与多媒体教学系统，如图 1 所示。D/A功放微机保护试验装置计算机控制与多媒体教学系统DDRTS系统图 1 系统流程图DDRTS 系统是殷图科技发展有限公司在多年研发工作的基础上成功开发的，是基于微机开放式的体系结构和自主开发的全中文图形化大型电力系统仿真软件，可准确模拟电力系统的电磁暂态和机电暂态过程，其提供的数据可以用于微机继电保护培训试验。DDRTS 提供的数据通过D/A 模数转换、功率放大器，转换成微机保护试验装置所需要的模拟量。微机保护试验装置由信号采集模块和嵌入式计算机组成，包含了数据采集、输入、输出、人机交互、网络通讯及各种保护程序。该装置通过
5、与计算机控制与多媒体教学系统的模拟量接口、开关量接口、通信接口相连实现对模拟量、开关输入量和试验信息的接收,，将保护试验的中间状态、试验结果等通过开关量输出和应用程序接口反馈回计算机控制与多媒体教学系统。该装置还可以通过自身配备的人机界面（触摸屏）设置本机试验内容和修改定值，显示保护试验结果。微机保护试验装置可通过控制信息接口（以太网口）下载保护试验程序，实现保护试验装置的功能扩展。计算机控制与多媒体教学系统完成一次系统建立、参数设置，故障位置、类型设置，监控开关量输入信号，选择试验内容和设置试验参数，并和微机保护试验装置进行双向通信，发送试验设置信息并接收试验结果。系统也可以自行产生模拟信号
6、和开关量信号，用于继电保护和微机保护试验。多媒体教学系统能够演示各种保护原理的动作情况，实现保护动作过程再现，并对保护原理进行详解，从而实现高校保护课程教学及微2机保护人员培训的功能。2 系统软件设计计算机控制与多媒体教学系统，采用 VB6.0和 SQL 相结合的开发环境，突出体现了模块化、可视化、开放性的思想，实现电力系统继电保护和微机保护的培训功能，并且为新保护原理开发提供了一个试验平台。2.1 系统功能目标该软件系统通过图形建模、计算及数据库的综合使用即可创建各种保护培训试验。保护培训试验主要分为继电保护试验和微机保护试验。继电保护试验根据教学培训及新保护原理开发要求，设计其主要功能为：
7、（1）绘制电力系统接线图以及正序、零序网络拓扑图；（2）建立电力系统元件设备参数基础数据库，在图形上实现其可视化输入；（3）在建立了电气模型及输入参数后，进行故障分析计算，可以查看单个量或者全部量的计算结果，能够完成一些中间变量的向量图显示；（4）完成各种保护原理的整定计算，并且可以通过添加新的保护原理及整定原则进行新的保护原理的整定计算；（5）当选中某种保护后，就可以从数据库中调出相应的逻辑组合图，使用户更加深刻了解每种保护试验的动作过程，并且可以根据实际需要添加新的保护逻辑组合图；（6）通过保护原理学习功能更加深入地学习和认识继电保护原理知识。微机保护试验根据教学培训及新保护原理开发要求，
8、设计其主要功能为：硬件培训试验、数字滤波培训试验、算法培训试验、整套保护培训试验。通过四部分的配合，用户可以直观了解微机保护的硬件构成、软件设置以及保护原理。微机保护试验将在 2.3 小节中详细阐述。2.2 系统采用的工具程序的编制采用面向对象的可视化程序设计语言 Visual Basic 6.0，力求人机界面友好，具有良好的可视性、开放性、发展性和实用性。利用VB 将数据处理成表单或曲线图的形式，将继电器跳闸、报警等信号利用多媒体控件用图片、声音等方式动态表示出来，可以帮助试验人员获得直观、形象的感性认识，更加清晰地了解保护试验的中间运行过程，加深对抽象的微机保护试验原理的理解。同时，信号分
9、析工具可以显示电气量的向量关系、信号的频谱等，便于研究人员进行深入的离线分析。此外，采用 Visual Basic 开发的软件不是一般意义上的计算程序。一般的计算程序是由用户输入计算条件（如系统结构、设备参数等）就可以输出结果。这里的系统实际是提供一个开放的平台。用户可以根据研究的需要加以扩展，利用这个平台去进行新的试验、算法、程序的设计。数据库是个通用化的综合性数据集合，数据库的设计应用是整个系统的一个重要基础。计算机控制与多媒体教学系统对电力系统中的各个设备、元件、算法等都建立了对应的模型，因此需要一个良好的数据内存组织。系统采用了 SQLServer 2000 数据库系统，设计包括了各个
10、网络架构的所有结构参数，记忆所有图形元件的位置参数，保护的配置，系统状态，系统参数，用户信息等信息的综合性数据库。为了保护数据库的完整性，所有对数据库的操作均在 VB 程序中进行。为防止用户错误操作造成系统的损坏，对原始数据库进行了备份，用户可以方便的对数据库进行还原。该数据库具有数据结构化、最低冗余度、较高的程序与数据独立性，易于编制应用程序等特点。可以将计算结果保存在数据库中，并输出为各种规定格式的报表。2.3 主要功能的实现方法基于微机保护特点，微机保护试验主要分成硬件培训试验、数字滤波器培训试验、算法培训试验、整套保护培训试验四部分。仿真数据既可以采用微机保护试验装置提供的、通过以太网
11、传送的数据，又可以直接采用数据库保存的实际电力系统真实数据，也可以与 MATLAB 等仿真软件通过仿真数据接口传送的数据。用户可根据自己的实际需要选择不同数据来源，体现了软件的实用性和开放性。硬件培训试验部分以 Protel 设计的电路板为依托，分 R-C 模拟低通滤波器、A/D 转换电路、VFC 转换电路、开关量输入电路、开关量输出电路等几部分仿真了微机保护硬件装置。以 R-C 模拟低通滤波器试验为例，如图 2 所示，用户可以设置低通滤波器电阻和电容的值以及采样点数，点击“试验”按钮，查看示波窗口输入信号和滤波后的波形以及幅频特性曲线，单击曲线可以查看每个点的值。另外，还可以进行曲线、背景的
12、颜色设置，使教学培训和试验更为直观。3图 2 低通滤波器试验界面数字滤波器培训试验部分包含了差分滤波、加法滤波、积分滤波等简单滤波器试验以及零极点法设计滤波器试验。系统提供一组默认的参数，可以直接仿真试验进行相关教学培训。对各种滤波器都配备了相关的文字、公式说明，为教学培训带来了极大方便。同时考虑其他用户要求，用户可以根据实际需要，输入实际参数，进行仿真试验或新滤波器的开发。以简单滤波器试验为例，如图 3 所示，用户只要设置滤波类型、输入波形、采样频率、滤波参数等相关参数，即可看到输入量、输出量、滤波效果、幅频特性、滤波器系数等结果。用户也可以通过输入某一谐波频率，查看其幅频特性。同样，也可以
13、进行曲线、背景的颜色设置。图 3 简单滤波器试验界面算法培训试验又分成两个部分：普通的算法试验和微机保护的功能算法试验。普通的算法试验包括两点乘积算法、导数算法、半周积分算法和最大值算法。输入同样的正弦量，通过对比同一界面上四种算法的结果，可以直观的看到四种算法的优缺点，增强了教学培训的直观性。用户可以输入任意正弦量，设置采样时刻、采样频率等参数，查看计算后正弦量的有效值和相位。通过求解电压、电流的有效值和相位或者直接用电压、电流的瞬时值，可以求得阻抗的模值和幅角。微机保护的功能算法试验包括突变量电流算法、选相方法、傅立叶级数算法和解微分方程算法。同样，也针对教学培训系统输入了一组默认值，直接
14、进行仿真试验，学生可以直观看到结果。而其他用户也可以自行输入参数，进行仿真试验。以傅立叶级数算法为例，如图 4 所示，用户可以自定义基波频率、采样频率、模拟信号，系统可以自动显示波形，计算滤波系数，计算电压、电流的实部、虚部、幅值、相角。由于傅立叶级数算法本身具有滤波作用，因此还专门显示其幅频特性。用户还可以输入某一谐波频率，查看其幅频特性。图 4 傅立叶级数算法界面整套保护培训试验基于以上各部分模块构成。在数字滤波器培训试验和算法培训试验两部分中的各种滤波器和算法都采用了模块化设计，并在图形建模中以图元的形式存储。因此，整套保护培训试验部分，用户可通过该模块提供的各种图元和接线绘制流程图，设
15、置系统参数，构成整套保护，进行仿真试验。在此部分，添加了阻抗模块、方向模块、时间模块、逻辑判断模块等模块，使之构成完整的微机保护系统。用户也可以自己构建新的模块，保存到数据库中，构成新的保护试验，用于新的保护原理开发。整套保护培训试验分为线路保护试验、变压器保护试验、发电机保护试验三部分。线路保护试验包括的种类有：三段式电流保护（带方向和不带方向）、三段式零序电流保护（带方向和不带方向）、距离保护中的各种阻抗特性试验、振荡对距离保护的影响、过渡电阻对距离保护的影响、纵联保护试验、重合闸试验。变压器保护试验中可配置的保护种类有：差动保护、相间短路的变压器后备保护、接地短路的变压器后备保护等。发电
16、机保护试验中可配置的保护种类有：差动保护、定子接地保护、失磁保护、转子接地保护、后备保护等。43 结束语针对现有的用于电力系统试验、培训的微机保护试验装置种类少、功能单一的不足，传统的继电保护试验装置逐渐难以满足教学培训和科研的需要的现状，本文介绍了电力系统微机保护培训系统的设计。该系统采用以 DSP 芯片 TMS320F206，嵌入式工控机 PC/104 等为核心的硬件电路，同时利用集成开发环境 VB6.0 和 SQL Server，通过模块化设计和数据库的综合使用，创建各种继电保护和微机保护试验。系统具有通用性、直观性、开放性，顺应了仿真软件的发展趋势，使教学培训使用更加直观生动，用户开发
17、新保护更加方便和实用。致谢在论文工作的相关工程项目开发过程中得到殷图科技发展有限公司的热情帮助和支持，在此深表感谢。参考文献1黄勇，周有庆。微机保护与变电站综合自动化实验系统硬件的开发。湖南大学硕士学位论文，2003 年 4 月。2张志梅，焦彦军。电力系统继电保护实验教学系统的研究。电力系统及其自动化专业第二十一届学术年会论文集，2005 年 11月。3杨奇逊，黄少锋。微机型继电保护基础。北京：中国电力出版社，2005。4刘园，周有庆，彭红海，刘艳荣。基于 DSP 的电力系统多功能微机保护实验装置的设计。继电器，2005，33（6）5658。5张延青，焦彦军，王增平，张举。一种新型数字式继电保
18、护装置的设计方案。继电器，2003，31（7）5860。6李晓吉吉，张晓辉，李祥胜。SQLServer 2000 管理及应用系统开发。人民邮电出版社，2002。7刘刚，杨崇礼，朱珏，王永生，何学仪。Visual Basic 6.0 程序设计实用教程。中国民航出版社，2000。作者简介：李锦锦（1982-），女，河南安阳人，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电力系统微机继电保护。Email：ljj-焦彦军（1963-），男，河北安国人，汉族，副教授，主要研究方向为电力系统微机保护及自动远动技术。Email：jiao_郭保伟（1983-），男，河北承德人，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电力系统微机继电保护。Email：gbm-刘博（1981-），女，河北保定人，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电力系统微机继电保护。Email：宋晓珍（1978-），女，硕士研究生，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电力系统微机继电保护。Email：