一种基于rtds实时仿真的故障录波器动态测试方法
【专利摘要】一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，该方法依托RTDS仿真平台，建立动态测试系统，构建动态测试系统仿真模型，实现动态测试；所述动态测试系统在电网结构模型基础上搭建了检测录波器精度的故障模型。动态测试系统由仿真系统工作站、RTDS、GTAO、GTFPI、功率放大器、线路控保装置及故障录波器构成。本发明动态测试方法合理地将仿真工作站、RTDS、功率放大器及线路控保装置结合在一起实现了故障录波器的数字动态模测试功能。该方法同时适用于常规故障录波器和网络报文记录分析及故障录波一体化装置的测试，对被测试品可根据实际的电网运行情况，进行离线等值的实时校核。
【专利说明】一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，属电力测试【技术领域】。
[0002]【背景技术】
故障录波器能自动记录电力系统故障及运行状态时各种电气量变化。根据录波器图分析，可以迅速而准确地判明故障性质、故障演变过程、核对系统参数、寻找故障点及判别继电控保、自动装置正确动作与否等多种功能。对提高电力系统安全运行及技术管理水平都具有重要的意义。
[0003]RTDS仿真器是实时的，因此它能被直接地连接到电力系统控制和控保装置上。通过RTDS系统搭建与现场实际等值的模型，并输入系统实际运行参数来模拟，这些输出结果真实地代表了在实际网络中的情形。基于RTDS系统的测试比其他测试方法更全面，因为我们能够通过RTDS系统能模拟及搭建不同的故障逻辑，来模拟许多恶劣且在很现实中难以出现的故障，而这对于常规物理系统来说是很难实现的。
[0004]而在常规的故障录波器测试中，录波器的测试项目众多，大部分测试项目都采用静态的测试方法，如用继电控保测试仪对故障录波装置进行静态测试，对于考验故障录波器的长时间大电流录波功能往往不易实现。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是，根据常规的故障录波器测试中存在的问题，本发明提出一种基于RTDS实时仿真的故障录波器测试方法，该方法通过搭建RTDS仿真试验平台来进行测试。
[0006]本发明的技术方案是，本发明测试方法依托RTDS仿真平台，建立动态测试系统，构建动态测试系统仿真模型，实现动态测试。所述动态测试系统在电网结构模型基础上搭建了检测录波器精度的故障模型。
[0007]本发明动态测试系统由仿真系统工作站、RTDS实时仿真器、GTAO板、GTFPI板、功率放大器、线路控保装置及故障录波器连接构成。仿真系统工作站通过局域网与RTDS相连接，RTDS输出的数字信号经过GTAO板卡输出后连接到功率放大器的输入端，功率放大器输出的二次信号同时连接到线路控保装置，故障录波器串联接在回路里。仿真系统工作站输出的跳合闸信号通过GTFPI卡线路控保装置的跳闸继电器相连接，线路控保装置输出的跳合闸信号与故障录波器相连接。动态测试系统连接如图1所示。
[0008]所述功率放大器输出的二次信号包括电压信号及电流信号，经过放大后的电压和电流模拟量信号连接到线路控保及故障录波装置的采样端子上。如果是数字化控保装置，则在功率放大器输出后先连接到线路的合并单元MU装置上，经过合并单元MU装置转换后再连接到控保和故障录波器装置上。
[0009]本发明动态测试系统仿真模型如图2所示。
[0010]本发明根据动态测试系统建立动态测试系统仿真模型(该模型适用于IlOkV及以上电压等级的装置测试)。
[0011]所述动态测试系统仿真模型包括发电机模型、升压变模型、两条线路模型、故障设置模型、负荷模型等、电压互感器模型和电流互感器模型、开关模型和母线模型。两条线路模型设置在母线M和母线N之间；母线M侧连接发电机模型、负荷模型和升压变模型；发电机模型通过第一升压变模型连接母线M侧，负荷模型通过第二升压变模型连接母线M侧；母线N侧设置接等值无限大电源系统；母线M与母线N之间为两条线路模型；线路模型I包括Brkl断路器、ITA电流互感器、2TA电流互感器、Brk2断路器。线路模型2包括Brk3断路器和Brk4断路器。其中M侧母线模型包括ITV电压互感器及相邻的出线，N侧母线模型包括2TV电压互感器及相邻的出线。
[0012]为了检验故障录波器在故障前后的录波数据在各段记录中的准确性和精度，动态测试系统在电网结构模型搭建的基础上，本发明还专门设计搭建了不同类型的故障模型，其中将故障模型分为简单故障模型和复杂故障模型。复杂故障模型包括发展性故障、转换型故障、振荡性故障。其中，图3中搭建的就是简单故障的实现逻辑，图4中搭建的是发展和转换性故障实现逻辑。
[0013]两种故障模型的逻辑共同组成后，可以动态模拟出各种不同类型的故障，这就与静态测试中故障模拟有着本质的区别。常规的静态测试中，模拟故障一般都按照测试仪固有的故障逻辑和程序进行设置，对于复杂的故障和故障的时间控制不利于灵活改变。而动态测试方法能有效弥补这个不足，只要根据本发明中设计搭建的故障逻辑，可以灵活的模拟和控制所需要的故障类型和故障时间。常规测试装置在模拟非金属性和振荡过程中的短路故障时往往不够灵活。而该动态测试方法，将非金属性短路和振荡过程中短路故障的控制利用滑块的方式进行简单设定，通过设置滑块中间变量值的大小来模拟不同程度的非金属性和振荡过程中的短路故障。
[0014]根据动态测试系统仿真模型，可以进行动态测试。
[0015]本发明动态测试包括数据记录方式测试、装置记录容量测试、大短路电流记录能力测试、故障测距测试等。
[0016]本发明的有益效果是，本动态测试方法合理地将仿真工作站、RTDS、功率放大器及线路控保装置结合在一起实现了故障录波器的数字动态模测试功能。该动态测试方法同时适用于常规故障录波器和网络报文记录分析及故障录波一体化装置的测试。该方法对被测试品可根据实际的电网运行情况，进行离线等值的实时校核。在检测过程中，运用该动态测试方法所检验出现的问题是常规的静态测试过程中难以发现的，对于检测故障录波器的动态特性具有广泛的适用性。
[0017]【专利附图】
【附图说明】
图1为动态测试系统连接示意图；
图2为动态测试仿真模型示意图；
图3为动态测试仿真RTDS模型中的简单故障的实现逻辑图；
图4为动态测试仿真RTDS模型中的发展和转换性故障实现逻辑图；
图号:1是仿真器工作站；2是实时仿真器；3是GTFPI板；4是GTAO板；5是功率放大器；6是局域网；7是被测装置；8是I侧线路控保装置；9是I侧故障录波仪；10是J侧故障录波仪；11是J侧线路控保装置；12是RTDS为背板总线；13是RACK2 ；14是RACKl ；15是发电机模型；16是负载模型；17是第一升压变模型；18是第二升压变模型；19是无限大电源系统；20是第一线路模型；21是第二线路模型。【具体实施方式】
[0018]本发明【具体实施方式】如图所示。
[0019]本实施例通过建立动态测试系统，搭建动态测试系统仿真模型来实现动态测试。
[0020]本实施例动态测试系统如图1所示。动态测试系统由仿真系统工作站1、RTDS实时仿真器2、GTA0模拟量输出板卡4、GTFPI高压数字输出接口板3、功率放大器5、I侧线路控保装置8、J侧线路控保装置11、1侧故障录波器9和J侧故障录波仪10构成。仿真系统工作站I通过局域网6与RTDS实时仿真器2相连接，RTDS实时仿真器2输出的数字信号经过GTAO板4输出后连接到功率放大器5的输入端，功率放大器5输出的二次信号分别连接到I侧线路控保装置8和J侧线路控保装置11 ;故障录波器串联接在回路里，故障录波器9与I侧线路控保装置8串联，故障录波器10与J侧线路控保装置11串联。仿真系统工作站I输出的跳合闸信号通过GTFPI板3通过J侧线路控保装置11的跳闸继电器相连接，J侧线路控保装置11输出的跳合闸信号与故障录波器10相连接。
[0021 ] 本实施例的动态测试系统仿真模型如图所示。
[0022]本实施例测试系统仿真模型包括发电机模型、升压变模型、两条线路模型、故障设置模型、负荷模型等、电压互感器模型和电流互感器模型、开关模型、母线模型等内容。两条线路模型设置在母线M和母线N之间；母线M侧连接发电机模型、负荷模型和升压变模型；发电机模型通过第一升压变模型连接母线M侧，负荷模型通过第二升压变模型连接母线M侧；母线N侧设置接等值无限大电源系统；母线M与母线N之间为两条线路模型；第一线路模型20包括Brkl断路器、ITA电流互感器、2TA电流互感器、Brk2断路器。第二线路模型21包括Brk3断路器和Brk4断路器。其中M侧母线模型包括ITV电压互感器及相邻的出线，N侧母线模型包括2TV电压互感器及相邻的出线。
[0023]在测试过程中设置了整个系统的大、小两种运行方式，其对应的短路容量设置为1000MVA及10000MVA。第一线路模型20和第二线路模型21的单位长度线路参数采用具体运行中的实际参数。该测试仿真模型，参数设置简单明了，适用于不同的电压等级。本次测试过程中，模型以第一线路模型20为基本被试验线路，以线路控保装置为依托，将需要测试的故障录波器串入线路控保装置的尾端，形成一个模拟的仿真系统，对装置进行离线的实时仿真测试。测试过程中，为检验故障录波器的故障测距功能的准确性共设置一下几个短路点(以M侧为准):
Kl:区外；
K2:线路全长约10%，10.0公里处；
K3、K6:线路全长约50%，50.0公里处；
Κ4:线路全长约90%，90.0公里处；
Κ5:区外。
[0024]本实施例动态测试过程中的连接如下:
(I)交流电压输入信号:被检测的故障录波器分别安装在被控保线路的M侧和N侦彳，M侧控保的电压信号由M侧母线电压互感器ITV提供，N侧控保的电压信号由N侧母线电压互感器2TV提供。电压互感器变比可根据需要设置。
[0025](2)交流电流输入信号:Μ侧控保的电流信号由ITA的二次电流提供，N侧控保的电流信号由2TA的二次电流提供。电压互感器变比可根据需要设置。
[0026](3)控制信号输入:将M侧和N侧模拟断路器的常开辅助接点接入模型中的两侧线路控保装置和故障录波器相应的位置。
[0027]为了检验故障录波器在故障前后的录波数据在各段记录中的准确性和精度，动态测试在电网结构模型搭建的基础上，本实施例搭建了不同类型的故障模型，其中将故障模型分为简单故障模型和复杂故障模型。复杂故障模型包括发展性故障、转换型故障、振荡性故障等等。图3所示搭建的就是简单故障的实现逻辑，图4所示搭建的是发展和转换性故障实现逻辑。
[0028]两种逻辑共同组成后，可以模拟出各种不同类型的故障，这就与静态测试中故障模拟有着本质的区别。常规的静态测试中，模拟故障一般都按照测试仪固有的故障逻辑和程序进行设置，对于复杂的故障和故障的时间控制不利于灵活改变。而动态测试方法能有效弥补这个不足，只要根据本发明中设计搭建的故障逻辑，可以灵活的模拟和控制所需要的故障类型和故障时间。常规测试装置在模拟非金属性和振荡过程中的短路故障时往往不够灵活。而该动态测试方法，将非金属性短路和振荡过程中短路故障的控制利用滑块的方式进行简单设定，通过设置滑块中间变量值的大小来模拟不同程度的非金属性和振荡过程中的短路故障。 [0029]本实施例动态测试包括数据记录方式测试、装置记录容量测试、大短路电流记录能力测试、故障测距测试等。
[0030]数据记录方式测试:
(I)在图2中，在K3点模拟线路单相永久性故障，其顺序为:0.0秒单相故障一0.1秒切除故障一1.0秒重合于故障一1.1s故障再切除。
[0031](2)要求装置的数据记录时间，记录方式及采样速率应满足如下:
A时段:系统大扰动开始前的状态数据，输出原始记录波形及有效值，记录时间^ 0.04s,米样速率一般不小于5kHz。
[0032]B时段:系统大扰动后初期的状态数据，可直接输出原始记录波形，可观察到5次谐波，同时也可输出每一周波的工频有效值及直流分量值，记录时间> 0.ls，采样速率一般不小于5kHz。
[0033]C时段:系统大扰动后的中期状态数据，输出连续的工频有效值，记录时间^ 1.0s,记录录波的记录时间及采样速率。
[0034]D时段:系统动态过程数据，每0.1s输出一个工频有效值，记录时间> 20s，记录录波的记录时间及采样速率。
E时段:系统长过程的动态数据，每Is输出一个工频有效值，记录时间> lOmin。
[0035]总录波时间；大于3秒；时间零坐标误差? I毫秒，记录录波的记录时间及采样速率。
[0036]装置记录容量测试:
(1)在IOmin内，线路上相继发生两次永久性故障，紧接着系统开始长过程振荡，待振荡平息后线路上又相继发生三次永久故障，每次故障包括如下过程:故障发生一故障切除—重合于永久性故障一再次切除故障；
(2)在IOmin内，线路上相继发生两次永久性故障，紧接着系统开始长过程振荡，在振荡过程中线路上又相继发生三次永久性故障，每次故障过程同(I)
(3)在20s内，线路上相继发生五次永久性故障，紧接一次IOmin长过程振荡，每次故障过程同(I)
(4)以上过程连续进行，要求装置能完整记录全部故障和振荡过程数据，并且数据内容正确，记录方式符合DL/T553-94的要求。检查被测装置是否具有稳态(全天侯)记录功能。
[0037]大短路电流记录能力测试:
(I)在Kl点连续两次模拟三相短路，每次短路持续时间为0.04s，两次短路间隔时间为ls，控制合闸角，使某相短路电流的非周期分量达到最大。
[0038](2)上述试验进行两次，试验时短路电流工频有效值分别为20倍和10倍额定电流，要求装置记录的电流波形不失真，电流瞬时值测量误差不大于10%。
[0039]故障测距测试:
(I)在图2中的K1、K2、K3点模拟单相金属性接地、两相金属性短路、单相经10Ω过渡电阻接地和两相短路再经10 Ω过渡电阻接地。
[0040](2)在图2中的Κ2、Κ3点模拟单相金属性接地、两相金属性短路、单相经10 Ω过渡电阻接地和两相短路再经10Ω过渡电阻接地故障时，要求装置的测距误差不大于5%，无判相错误。在Kl点模拟单相金属性接地、两相金属性短路、单相经10 Ω过渡电阻接地和两相短路再经10Ω过渡电阻接地中故障时，要求装置的测距误差不大于2km，无判相错误。
[0041]本实施例动态测试方法合理地将仿真工作站、RTDS、功率放大器及线路控保装置结合在一起实现了故障录波器的数字动态模测试功能。该动态测试方法同时适用于常规故障录波器和网络报文记录分析及故障录波一体化装置的测试。该方法对被测试品可根据实际的电网运行情况，进行离线等值的实时校核。在检测过程中，运用该动态测试方法所检验出现的问题是常规的静态测试过程中难以发现的，对于检测故障录波器的动态特性具有广泛的适用性。
【权利要求】
1.一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，其特征在于，所述方法依托RTDS仿真平台，建立动态测试系统，构建动态测试系统仿真模型，实现动态测试；所述动态测试系统在电网结构模型基础上搭建了检测录波器精度的故障模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，其特征在于，所述动态测试系统由仿真系统工作站、RTDS实时仿真器、GTAO板卡、GTFPI板、功率放大器、线路控保装置及故障录波器连接构成；仿真系统工作站通过局域网与RTDS相连接，RTDS输出的数字信号经过GTAO板卡输出后连接到功率放大器的输入端，功率放大器输出的二次信号同时连接到线路控保装置，故障录波器串联接在回路里；仿真系统工作站输出的跳合闸信号通过GTFPI卡线路控保装置的跳闸继电器相连接，线路控保装置输出的跳合闸信号与故障录波器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，其特征在于，所述动态测试系统仿真模型包括发电机模型、升压变模型、两条线路模型、故障设置模型、负荷模型等、电压互感器模型和电流互感器模型、开关模型和母线模型；两条线路模型设置在母线M和母线N之间；母线M侧连接发电机模型、负荷模型和升压变模型；发电机模型通过第一升压变模型连接母线M侧，负荷模型通过第二升压变模型连接母线M侧；母线N侧设置接等值无限大电源系统；母线M与母线N之间为两条线路模型；线路模型I包括Brkl断路器、ITA电流互感器、2TA电流互感器、Brk2断路器；线路模型2包括Brk3断路器和Brk4断路器⑷侧母线模型包括ITV电压互感器及相邻的出线，N侧母线模型包括2TV电压互感器及相邻的出线。
4.根据权利要求1所述的一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，其特征在于，所述故障模型分为简单故障模型和复杂故障模型；两种故障模型的逻辑共同组成后，可以动态模拟出各种不同类型的故障，能将非金属性短路和振荡过程中短路故障的控制利用滑块的方式进行简单设定，通过设置滑块中间变量值的大小来模拟不同程度的非金属性和振荡过程中的短路故障。
5.根据权利要求2所述的一种基于RTDS实时仿真的故障录波器动态测试方法，其特征在于，所述功率放大器输出的二次信号包括电压信号及电流信号，经过放大后的电压和电流模拟量信号连接到线路控保及故障录波装置的采样端子上；如果是数字化控保装置，则在功率放大器输出后先连接到线路的合并单元MU装置上，经过合并单元MU装置转换后再连接到控保和故障录波器装置上。
【文档编号】G01R35/00GK103954925SQ201410185272
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】周宁, 程正, 李升健, 段志远, 张妍, 苏永春 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院