基于解析计算的虚拟变压器保护装置的制作方法

本发明涉及电力系统三维仿真领域，特别涉及基于解析计算的虚拟变压器保护装置。

背景技术：

1、变压器保护可快速识别被保护变压器的单相接地、三相短路等故障，并且可快速切除故障，防止故障扩大。对其定期进行全面调试、校验，是其正常运行的重要保证。随着电网规模的不断扩大以及新型变压器保护装置不断投入使用，保护人员的设备调试任务和技能学习任务越加繁重，各地都在积极探索一种新的“数字化培训”模式，满足广大继电保护人员岗位技能“快速学习、深度学习”的需要。

2、目前市场上的虚拟变压器保护装置，只包含面板的按键、功能菜单、液晶屏、指示灯操作过程仿真以及接线端子的仿真，仅能够满足运维技能培训的需要，但不能满足任意设置故障，不能满足学员对“实际变压器保护装置”故障诊断技能培训的需要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于解析计算的虚拟变压器保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于解析计算的虚拟变压器保护装置，所述虚拟变压器保护装置包括扫描拍照单元、三维建模单元和电气特性仿真单元；

3、所述扫描拍照单元用于变压器保护装置的扫描和拍照，所述拍照的特征包括电流变压器特征、电压变压器特征、保护继电器特征、控制面板特征、数据采集系统特征、通信接口特征、报警系统特征和控制逻辑特征；

4、所述三维建模单元通过三维建模软件3dmax将扫描拍摄得到的变压器保护装置的特征进行三维建模；

5、所述电气特性仿真单元先通过变压器保护装置的电气特性，创建其回路状态特性方程，之后通过状态量初值设定和状态特性方程求解，进行正常和故障状态下，变压器保护装置电气特性的全仿真。

6、优选的，所述三维建模的特征包括变压器保护装置面板的按键、液晶屏、指示灯操作过程以及装置背后端子排。

7、优选的，所述变压器保护装置的电气特性仿真基于变压器保护的差动保护和过流保护功能，通过仿真算法设计，模拟变压器保护装置在各种故障电流电压信号作用下的动作行为。

8、优选的，所述变压器保护装置的仿真操作是通过建立虚拟继电保护测试仪面板、虚拟变压器保护屏柜和虚拟断路器对三维建模的变压器保护装置进行仿真检测。

9、优选的，所述仿真检测是先通过虚拟继电保护测试仪的面板，模拟输出故障电流和电压信号至虚拟变压器保护屏柜，之后通过观察虚拟断路器是否断开，用以判断虚拟变压器保护屏柜及二次回路是否存在虚接、断线和压板未投的故障。

10、优选的，所述变压器保护装置的特性仿真是在虚拟变压器保护屏柜处设置任意故障，系统基于解析特性方程，进行变压器保护装置动态特性仿真。

11、优选的，所述解析特性方程表示为；

12、yj＝f(x1,x2,…xn)               (1)

13、其中，x1，x2，...xn表示输入的变量，f＝(x1,x2…xn)表示变压器保护装置针对各变量的逻辑和算法。

14、优选的，所述输入的变量包括电流、电压、温度、油位和气压，且所述变量是用于监测变压器状态的传感器测量值或其他输入。

15、优选的，所述变压器保护装置的特性算法包括过载保护算法、短路保护算法、油温保护算法、气压保护算法、油位保护算法、电压保护算法、差动保护算法和过电流保护算法。

16、优选的，所述过载保护算法用于监测变压器的输入电流，所述短路保护算法用于检测输入电流和电压的瞬时变化，以识别短路情况，所述油温保护算法用于监测绝缘油的温度，所述气压保护算法用于监测气体压力，所述电压保护算法用于监测输入和输出电压，所述差动保护算法通过比较输入和输出电流之间的差异来检测变压器内部故障，所述过电流保护算法用于监测变压器内的电流。

17、本发明的技术效果和优点：

18、本虚拟变压器保护装置通过变压器保护装置的电气特性，创建其回路状态特性方程，之后通过状态量初值设定和状态特性方程求解，进行正常和故障状态下，变压器保护装置电气特性的全仿真，有效地解决了实际变压器保护装置及外部二次回路的动态特性仿真问题，从而可很好地满足学员对“实际变压器保护装置”故障诊断技能培训的需要。

技术特征：

1.基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述虚拟变压器保护装置包括扫描拍照单元、三维建模单元和电气特性仿真单元；

2.根据权利要求1所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述三维建模的特征包括变压器保护装置面板的按键、液晶屏、指示灯操作过程以及装置背后端子排。

3.根据权利要求1所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述变压器保护装置的电气特性仿真基于变压器保护的差动保护和过流保护功能，通过仿真算法设计，模拟变压器保护装置在各种故障电流电压信号作用下的动作行为。

4.根据权利要求1所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述变压器保护装置的仿真操作是通过建立虚拟继电保护测试仪面板、虚拟变压器保护屏柜和虚拟断路器对三维建模的变压器保护装置进行仿真检测。

5.根据权利要求4所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述仿真检测是先通过虚拟继电保护测试仪的面板，模拟输出故障电流和电压信号至虚拟变压器保护屏柜，之后通过观察虚拟断路器是否断开，用以判断虚拟变压器保护屏柜及二次回路是否存在虚接、断线和压板未投的故障。

6.根据权利要求4所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述变压器保护装置的特性仿真是在虚拟变压器保护屏柜处设置任意故障，系统基于解析特性方程，进行变压器保护装置动态特性仿真。

7.根据权利要求6所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述解析特性方程表示为；

8.根据权利要求7所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述输入的变量包括电流、电压、温度、油位和气压，且所述变量是用于监测变压器状态的传感器测量值或其他输入。

9.根据权利要求7所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述变压器保护装置的特性算法包括过载保护算法、短路保护算法、油温保护算法、气压保护算法、油位保护算法、电压保护算法、差动保护算法和过电流保护算法。

10.根据权利要求9所述的基于解析计算的虚拟变压器保护装置，其特征在于，所述过载保护算法用于监测变压器的输入电流，所述短路保护算法用于检测输入电流和电压的瞬时变化，以识别短路情况，所述油温保护算法用于监测绝缘油的温度，所述气压保护算法用于监测气体压力，所述电压保护算法用于监测输入和输出电压，所述差动保护算法通过比较输入和输出电流之间的差异来检测变压器内部故障，所述过电流保护算法用于监测变压器内的电流。

技术总结
本发明公开了基于解析计算的虚拟变压器保护装置，包括扫描拍照单元、三维建模单元和电气特性仿真单元；扫描拍照单元用于变压器保护装置的扫描和拍照；三维建模单元将扫描拍摄得到的变压器保护装置的特征进行三维建模；电气特性仿真单元先通过变压器保护装置的电气特性，创建其回路状态特性方程，之后通过状态量初值设定和状态特性方程求解，进行电气特性的全仿真。本虚拟变压器保护装置通过变压器保护装置的电气特性，创建其回路状态特性方程，之后通过状态量初值设定和状态特性方程求解，进行正常和故障状态下，变压器保护装置电气特性的全仿真，有效地解决了实际变压器保护装置及外部二次回路的动态特性仿真问题。

技术研发人员：范继锋,张艺,张天龙,李中为,张伟,张磊,王柯,陈鹏,陈杰,王群,李智,何世雄,杨坤,张智文,王平,张彦斌,杨建中,苗春,经权,苏日娜
受保护的技术使用者：内蒙古电力（集团）有限责任公司乌海超高压供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6