專利名稱：一種智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力保護技術(shù)，特別涉及一種智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著對能源安全要求的不斷提升，智能電網(wǎng)作為一種國家戰(zhàn)略應(yīng)運而生。智能變電站將逐步取代傳統(tǒng)的變電站綜合自動化系統(tǒng)，成為智能電網(wǎng)完成其職能的基本要素。 IEC61850是TC57發(fā)布的、迄今為止最為完善的變電站系統(tǒng)及通信標(biāo)準，實現(xiàn)基于IEC61850 標(biāo)準的智能變電站對于我國變電站的自動化運行和管理將帶來深遠的影響和變革。近年來，隨著IEC61850標(biāo)準在國內(nèi)的推廣應(yīng)用以及智能變電站相關(guān)技術(shù)研究的逐步深入，智能變電站試點建設(shè)在國內(nèi)迅速推進。國網(wǎng)電科院出臺了《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》，并對智能變電站進行了定義采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動的變電站。從某種意義上講智能變電站主要是指變電站二次系統(tǒng)的“數(shù)字化”。繼電保護作為電力系統(tǒng)的“衛(wèi)兵”，其對維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著不可替代的作用。智能變電站中的繼電保護裝置與傳統(tǒng)的變電站將有很大的不同，現(xiàn)代的變電站內(nèi)采用了微機繼電保護和監(jiān)控設(shè)備等數(shù)字裝置，傳統(tǒng)的電磁式互感器的模擬輸出信號到這些數(shù)字裝置需要經(jīng)過采樣保持、多路轉(zhuǎn)換交換機、A/D變換。而智能變電站中的光電式互感器輸出的是數(shù)字信號，可以直接為數(shù)字裝置所用，簡化了自動化裝置的硬件結(jié)構(gòu)，消除了測量數(shù)據(jù)傳輸過程中所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。傳統(tǒng)變電站中二次電纜非常容易受到電磁干擾的影響，而在智能變電站中簡潔高效不受電磁干擾且價格比較低廉的光纖將取代昂貴的二次電纜。現(xiàn)代微機保護裝置中占體積最大的兩大部分模擬量輸入回路(包括隔離變壓器和模數(shù)變換等)和開關(guān)量輸入輸出回路(包括大量電磁繼電器)都將不復(fù)存在，取而代之的是通過以太網(wǎng)傳輸符合 IEC61850標(biāo)準的包含SV信號和GOOSE信號的報文。隨著智能變電站的推廣和其研究的不斷深入，必然帶來相應(yīng)測試、檢測的設(shè)備、方法以及手段的變革。但是，與數(shù)字化保護設(shè)備的研究熱潮相比，全數(shù)字化繼電保護測試系統(tǒng)的研究報道并不多見。通過對國內(nèi)外科研單位和設(shè)備廠家提出的相關(guān)方案和產(chǎn)品比較， 其中雖然出現(xiàn)了一些符合IEC61850標(biāo)準的測試裝置，其提供商主要是二次設(shè)備生產(chǎn)廠家以及原有的微機繼電保護測試儀生產(chǎn)廠家。這些廠家提供的測試裝置有的沒有仿真計算的功能，只是將事先存儲的信號按照一定次序進行回放，這些測試裝置只能針對單個的二次設(shè)備進行簡單的開環(huán)測試，不能模擬系統(tǒng)的動態(tài)過程(即在線測試)以及對多套裝置進行測試。在智能變電站投運之前尤其是擴建時，需要檢驗繼電保護設(shè)備之間的相互配合是否滿足要求。如果將所有保護裝置聯(lián)調(diào)進行試驗，會耗費大量的人力物力。如果是變電站的擴建，需要將已有保護停運進行試驗，更會造成不必要的停電，而且在保護裝置的拆卸、運輸和重新安裝過程中難免會出現(xiàn)紕漏和查錯，對用電安全造成隱患。開發(fā)一種能夠模擬智能變電站繼電保護設(shè)備外部特性，并且能夠兼容不同變電站配置文件和裝置配置文本的軟件，以檢驗在不同的變電站構(gòu)架下繼電保護之間的互相配合(包括閉鎖、重動)就成為變電站運行和試驗維護人員的一種宿愿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有智能變電站繼電保護測試系統(tǒng)存在的不足問題，提出了一種智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，能夠模擬智能變電站繼電保護設(shè)備外部特性，并且能夠兼容不同變電站配置文件和裝置配置文本的軟件，以檢驗在不同的變電站構(gòu)架下繼電保護之間互相配合(包括閉鎖、重動)的軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)平臺。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，包括如下步驟
1)在RTDS(Real Time Digital Simulator)的建模軟件RSCAD中完成一次系統(tǒng)的建模，建模時，根據(jù)不同的需求分為一次主接線建模和控制模塊建模，其中一次主接線模型和控制模型需要建立在不同的子系統(tǒng)中，而在編譯過程中，系統(tǒng)將子系統(tǒng)#351、#552丨#5511 按照順序在RTDS的RACK (RACK1、RACK2…RACKn)中進行計算和編譯，編譯通過后建立操作面板，完成上述工作后，完成建模工具RSCAD與RACK聯(lián)網(wǎng)，完成與RTDS的連接，組成一個實時數(shù)字動模系統(tǒng)，并對該一次系統(tǒng)進行編譯，編譯通過后與RACK聯(lián)網(wǎng)，完成與RTDS的連接， 組成一個實時數(shù)字動模系統(tǒng)；
2)運用GTNET板卡將模擬量轉(zhuǎn)化成為符合IEC61850格式的GOOSE報文和SMV報文，通過交換機與PCIED聯(lián)機進行試驗，GTNET板卡還可將狀態(tài)信息數(shù)據(jù)由外部輸入到RTDS系統(tǒng)或者由RTDS系統(tǒng)輸出到外部設(shè)備，通過內(nèi)置的IEC61850系統(tǒng)配置工具S⑶Editor來生成 S⑶文件，實現(xiàn)外部IED與GTNET-GSE模塊輸入接口的映射；
3)GTNET板卡通過GPC板卡上的GTIO 口實現(xiàn)與RTDS系統(tǒng)的連接，通過GPC板卡上的 GTDO 口與安裝有基于Windows多線程操作系統(tǒng)的協(xié)同測試系統(tǒng)的PC機連接；
4)啟動RTDS，一次系統(tǒng)送電，模擬各種工況和故障，檢測不同保護之間的配合，運用 ethereal抓包工具通過交換機對網(wǎng)絡(luò)報文進行分析，檢驗各種采樣值SV報文和狀態(tài)量 GOOSE報文是否來自正確的控制塊；
5)在數(shù)臺PC機的協(xié)同測試系統(tǒng)中導(dǎo)入待測的不同廠家生產(chǎn)的繼電保護裝置CID文件， 并選擇繼電保護類型，這些PC機通過交換機與RTDS或?qū)嶋H的IED裝置連接；
6)在交換機上加裝數(shù)字式故障錄波儀用于故障錄波、監(jiān)視跳閘和聯(lián)閉鎖GOOSE信號；
7)通過系統(tǒng)的人機接口輸入保護定值和查看系統(tǒng)運行狀態(tài)；
8)協(xié)同測試系統(tǒng)通過PC機網(wǎng)口實時捕獲過程層SV采樣值報文，并對報文解碼、譯碼完成保護主程序，然后將計算結(jié)果編碼返回GOOSE報文作用于斷路器和實際的保護裝置。所述步驟2) GTNET板卡將信息數(shù)據(jù)，RSCAD組態(tài)軟件平臺的電網(wǎng)操作信息一包括開關(guān)狀態(tài)、變壓器分接頭檔位、發(fā)電機出力參考值輸入到RTDS系統(tǒng)；在線化時，潮流數(shù)據(jù)基態(tài)輸入到RTDS系統(tǒng)。所述步驟8)捕獲報文采用Winpcap編程實現(xiàn)，捕獲數(shù)據(jù)包的流程如下 1)通過接口函數(shù)pcap_findalldevs_ex枚舉所有可用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；2)根據(jù)枚舉返回的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名稱打開一個設(shè)備，對應(yīng)接口函數(shù)為pCap_open;
3)如果需要，設(shè)置數(shù)據(jù)包的過濾條件，對應(yīng)接口函數(shù)為pcapjetfilter；
4)捕獲原始的數(shù)據(jù)包，采用pcap_next _ex的方法，每當(dāng)一個包到達以后，接口 pcap_next_ex就會返回，返回的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中只包含一個包，并且設(shè)置了包過濾的條件。所述步驟8)發(fā)送報文采用Winpcap編程實現(xiàn)，發(fā)送數(shù)據(jù)包的流程如下
1)通過調(diào)用函數(shù)pcapjendpacketO來發(fā)送單個數(shù)據(jù)包，而sendqueues則用來發(fā)送一組數(shù)據(jù)包；
2)通過調(diào)用pCap_SendqUeUe_qUeUe()創(chuàng)建發(fā)送隊列，并可以使用該函數(shù)將數(shù)據(jù)包添加到發(fā)送隊列中；
3)使用pcapjperuofflineO打開一個捕獲報文文件，將文件中的數(shù)據(jù)包移到已分配的發(fā)送隊列，指定同步發(fā)送隊列；
4)當(dāng)隊列不再需要時，我們可以使用pcap_Sendqueue_deStroy()來釋放它所占用的內(nèi)存。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，能夠模擬智能變電站繼電保護設(shè)備外部特性，并且能夠兼容不同變電站配置文件和裝置配置文本的軟件，無需實際的繼電保護裝置即可在線檢驗在不同的變電站構(gòu)架下、不同廠家繼電保護之間的互相配合。相比于采用實際的保護裝置聯(lián)調(diào)進行試驗，本發(fā)明將大大減小人力物力的消耗。智能變電站在改擴建時，本發(fā)明不需要將已有保護停運進行試驗，不會造成不必要的停電，避免了在保護裝置的拆卸、運輸和重新安裝過程中出現(xiàn)紕漏和查錯。


圖1為本發(fā)明智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)軟件流程圖3為本發(fā)明不同的變電站構(gòu)架下、不同廠家繼電保護之間的互相配合圖； 圖4為本發(fā)明智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明應(yīng)用實施例中的故障錄波圖； 圖6為本發(fā)明應(yīng)用實施例中的GOOSE和故障設(shè)置信號圖； 圖7為本發(fā)明應(yīng)用實施例中的報文返回配置信息和合并單元抓取的GOOSE報文。
具體實施例方式如圖1所示智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。RTDS (Real Time Digital Simulator)表示實時數(shù)字仿真器，是目前應(yīng)用廣泛的電力系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，RTDS帶有專門用于將RTDS與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連的GTNET卡， GTNET卡支持IEC-61850的GOOSE信息輸入輸出和基于IEC-61850-9-2的采樣值傳送，組態(tài)PC機為與RTDS相連的建模和控制計算機；合并單元MU用于匯總和分配SV采樣值報文和開關(guān)量GOOSE報文；PC機虛線框表示裝有本系統(tǒng)軟件的各臺計算機，每臺計算機分別裝有IEDL··· IEDn等對應(yīng)于表示不同繼電保護裝置特征的軟件模塊；繼電保護裝置虛線框內(nèi)的IEDPHlEDn則表示不同廠家生產(chǎn)的繼電保護設(shè)備。系統(tǒng)構(gòu)成A:在RTDS (Real Time Digital Simulator)的建模軟件RSCAD中完成一次系統(tǒng)的建模，建模時，根據(jù)不同的需求分為一次主接線建模和控制模塊建模，其中一次主接線模型和控制模型需要建立在不同的子系統(tǒng)中，而在編譯過程中，系統(tǒng)將子系統(tǒng)#351、#552丨#5511 按照順序在RTDS的RACK (RACK1、RACK2…RACKn)中進行計算和編譯，編譯通過后建立操作面板，完成上述工作后，完成建模工具RSCAD與RACK聯(lián)網(wǎng)，完成與RTDS的連接，組成一個實時數(shù)字動模系統(tǒng)，并對該一次系統(tǒng)進行編譯，編譯通過后與RACK聯(lián)網(wǎng)，完成與RTDS的連接， 組成一個實時數(shù)字動模系統(tǒng)；
B:運用GTNET板卡將模擬量轉(zhuǎn)化成為符合IEC61850格式的GOOSE報文和SMV報文，通過交換機與PCIED聯(lián)機進行試驗。GTNET板卡還可以實現(xiàn)潮流數(shù)據(jù)(RSCAD組態(tài)軟件平臺的電網(wǎng)操作信息一包括開關(guān)狀態(tài)、變壓器分接頭檔位、發(fā)電機出力參考值等輸入到RTDS系統(tǒng)；在線化時，潮流數(shù)據(jù)基態(tài)輸入到RTDS系統(tǒng))由外部輸入到RTDS系統(tǒng)或者由RTDS系統(tǒng)輸出到外部設(shè)備。通過內(nèi)置的IEC61850系統(tǒng)配置工具S⑶Editor來生成S⑶文件，實現(xiàn)外部IED與GTNET-GSE模塊輸入接口的映射；
C =GTNET板卡通過GPC板卡上的GTIO 口實現(xiàn)與RTDS系統(tǒng)的連接，通過GPC板卡上的 GTDO 口與安裝有基于Windows多線程操作系統(tǒng)的協(xié)同測試系統(tǒng)的PC機連接。啟動RTDS， 一次系統(tǒng)送電，模擬各種工況和故障，檢測不同保護之間的配合，運用ethereal抓包工具通過交換機對網(wǎng)絡(luò)報文進行分析，檢驗各種采樣值SV報文和狀態(tài)量GOOSE報文是否來自正確的控制塊；
D:在若干臺PC機的協(xié)同測試系統(tǒng)中導(dǎo)入待測的不同廠家生產(chǎn)的某型繼電保護裝置 CID文件，并選擇繼電保護類型，例如選擇母線保護。這些PC機通過交換機與RTDS或?qū)嶋H的IED裝置連接；
F:在交換機上加裝數(shù)字式故障錄波儀用于故障錄波、監(jiān)視跳閘和聯(lián)閉鎖GOOSE信號
等；
G:通過系統(tǒng)的人機接口輸入保護定值和查看系統(tǒng)運行狀態(tài)；
H:協(xié)同測試系統(tǒng)通過PC機網(wǎng)口實時捕獲過程層SV采樣值報文，并對報文解碼、譯碼完成保護主程序，然后將計算結(jié)果編碼返回GOOSE報文作用于斷路器和實際的保護裝置， 實現(xiàn)了閉環(huán)測試和過程層、間隔層各IED之間的聯(lián)閉鎖功能，符合繼電保護調(diào)試要求以及 IEC61850對互操作性和互換性的要求，能替代實際繼保裝置進行變電站相關(guān)的測試與調(diào)試，從而驗證了 SCD文件中的虛端子連線、各控制塊發(fā)送的GOOSE信號的準確性、各IED之間的配合關(guān)系和保護動作邏輯等功能和信息，這樣就在無需實際的IED裝置的環(huán)境中，僅需將反映不同供貨商IED外部特性的CID文件導(dǎo)入到協(xié)同測試系統(tǒng)中，即可檢驗在智能變電站環(huán)境中各IED之間的聯(lián)閉鎖等協(xié)同工作特性。本系統(tǒng)的軟件均在Windows Visual C++ 6. 0的環(huán)境中進行開發(fā)。軟件流程如圖 2所示。具體的實施過程將在應(yīng)用實例中詳述。進程和線程都是操作系統(tǒng)的概念。進程是應(yīng)用程序的執(zhí)行實例，每個進程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成，進程在運行過程中創(chuàng)建的資源隨著進程的終止而被銷毀，所使用的系統(tǒng)資源在進程終止時被釋放或關(guān)閉。線程是進程內(nèi)部的一個執(zhí)行單元。系統(tǒng)創(chuàng)建好進程后，實際上就啟動執(zhí)行了該進程的主執(zhí)行線程，主執(zhí)行線程以函數(shù)地址形式，比如說main或WinMain函數(shù)，將程序的啟動點提供給Windows系統(tǒng)。主執(zhí)行線程終止了，進程也就隨之終止。每一個進程至少有一個主執(zhí)行線程，它無需由用戶去主動創(chuàng)建，是由系統(tǒng)自動創(chuàng)建的。用戶根據(jù)需要在應(yīng)用程序中創(chuàng)建其它線程，多個線程并發(fā)地運行于同一個進程中。一個進程中的所有線程都在該進程的虛擬地址空間中，共同使用這些虛擬地址空間、全局變量和系統(tǒng)資源，所以線程間的通訊非常方便，多線程技術(shù)的應(yīng)用也較為廣泛。多線程可以實現(xiàn)并行處理，避免了某項任務(wù)長時間占用CPU時間。要說明的一點是，目前大多數(shù)的計算機都是單處理器(CPU)的，為了運行所有這些線程，操作系統(tǒng)為每個獨立線程安排一些CPU時間，操作系統(tǒng)以輪換方式向線程提供時間片，這就給人一種假象， 好象這些線程都在同時運行。由此可見，如果兩個非常活躍的線程為了搶奪對CPU的控制權(quán)，在線程切換時會消耗很多的CPU資源，反而會降低系統(tǒng)的性能。這一點在多線程編程時應(yīng)該注意。協(xié)同測試系統(tǒng)的監(jiān)控程序、繼電保護主程序和發(fā)包程序分屬于不同的線程，以滿足繼電保護對實時性的要求。Win32 SDK函數(shù)支持進行多線程的程序設(shè)計，并提供了操作系統(tǒng)原理中的各種同步、互斥和臨界區(qū)等操作。Visual C++ 6.0中，使用MFC類庫也實現(xiàn)了多線程的程序設(shè)計， 使得多線程編程更加方便。性能特征通過Winpcap環(huán)境編程，經(jīng)網(wǎng)口捕獲報文，并利用C語言接口程序直接解析原始報文的十六進制編碼，將譯碼結(jié)果送給保護主程序；自適應(yīng)不同變電站結(jié)構(gòu)和配置；自適應(yīng)不同廠家繼電保護配置(如圖3所示)；可根據(jù)需要完成多種保護功能和邏輯；檢驗同一站內(nèi)不同保護之間的配合(閉鎖、重動)；友好的全中文人機界面；支持新一代變電站通訊標(biāo)準IEC61850。以某220kV母差保護為例，對本發(fā)明做進一步詳細的描述，220kV系統(tǒng)如圖4所示。首先，根據(jù)圖4，建立RTDS —次硬件系統(tǒng)，并設(shè)置故障點Fl。RTDS仿真系統(tǒng)，以廣播的方式向各專用PC機發(fā)送SMV報文、GOOSE報文。其次，采用Winpcap編程捕獲報文。WINPCAP程序有捕獲數(shù)據(jù)包、發(fā)送數(shù)據(jù)包、統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)流量3個主要功能。捕獲數(shù)據(jù)包的基本流程如下
1)通過接口函數(shù)pcap_findalldevs_ex枚舉所有可用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。2)根據(jù)枚舉返回的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名稱打開一個設(shè)備，對應(yīng)接口函數(shù)為pCap_0pen。3)如果需要，設(shè)置數(shù)據(jù)包的過濾條件，對應(yīng)接口函數(shù)為pcapjetfilter。4)捕獲原始的數(shù)據(jù)包，有2種方法一種方法是以回調(diào)函數(shù)的方式由接口 pcap_loop或pCap_diSpatCh完成，其基本方法是底層收集數(shù)據(jù)包，當(dāng)滿足一定的條件( timeout或者緩沖區(qū)滿)，就調(diào)用回調(diào)函數(shù)，把收集到的原始數(shù)據(jù)包通過數(shù)據(jù)緩存區(qū)交給用戶；另一種方法是pcap _next _ex的方法，每當(dāng)一個包到達以后，接口 pcap_neXt_eX 就會返回，返回的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中只包含一個包。本發(fā)明采用pCap_neXt_ex的方法，并且設(shè)置了包過濾的條件。如捕獲類型為GOOSE的數(shù)據(jù)包，即肚&1· Type為0x88的數(shù)據(jù)包。 當(dāng)然，亦可采用Ethereal，Unica等捕獲報文。發(fā)送報文采用Winpcap編程實現(xiàn)，發(fā)送數(shù)據(jù)包的流程如下
1)通過調(diào)用函數(shù)pcapjendpacketO來發(fā)送單個數(shù)據(jù)包，而sendqueues則用來發(fā)送一組數(shù)據(jù)包；
2)通過調(diào)用pCap_SendqUeUe_qUeUe()創(chuàng)建發(fā)送隊列，并可以使用該函數(shù)將數(shù)據(jù)包添加到發(fā)送隊列中；
3)使用pcapjperuofflineO打開一個捕獲報文文件，將文件中的數(shù)據(jù)包移到已分配的發(fā)送隊列，指定同步發(fā)送隊列；
4)當(dāng)隊列不再需要時，我們可以使用pcap_Sendqueue_deStroy()來釋放它所占用的內(nèi)存。第三，解析報文。利用C語言直接解析報文的十六進制進制編碼，根據(jù)IEC61850 中報文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義以及基本編碼規(guī)則(BER)和抽象語法標(biāo)記(ASN. 1)，進行報文解析。 報文解碼與分析分3步
a)幀頭的處理；
b)APDU的處理；
c)數(shù)據(jù)集的解析；
解析SMV報文，獲得經(jīng)電子式互感器的二次側(cè)電流、電壓數(shù)據(jù)。第四，將二次側(cè)電流、電壓數(shù)據(jù)讀入母差保護測試程序中。故障點設(shè)在Fl處，屬于區(qū)內(nèi)故障，保護正常啟動，差動保護動作。第五，根據(jù)GOOSE報文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將保護測試結(jié)果轉(zhuǎn)換為報文的形式存儲，報文中包括斷路器物理地址以及斷路跳閘等信息。第六，將GOOSE報文回送到RTDS，RTDS接到報文后，對應(yīng)地址的斷路器斷開。第七，斷路器斷開后，RTDS中將形成GOOSE報文，該報文中包括斷路器物理地址以及斷路器斷開狀態(tài)等信息。RTDS將該報文以廣播的形式發(fā)出，人機主界面收到報文，主界面顯示斷路器正確動作。為了更好地檢驗本系統(tǒng)和各廠家保護之間的配合行為，特設(shè)置F3C相接地故障且母聯(lián)開關(guān)BRKBB2失靈進行試驗，其中支路1和支路2運行于I母，而支路3運行于II母，發(fā)生區(qū)內(nèi)單一故障時，設(shè)置三條支路不進行倒閘操作，這樣可以更加清晰地分辨各IED之間的配合行為和故障波形。母聯(lián)開關(guān)BRKBB2失靈100ms，系統(tǒng)運行期間啟動RTDS的故障錄波器，記錄系統(tǒng)各母線和支路電流和電壓波形，試驗錄波如圖5所示，各IED所發(fā)出的GOOSE 跳閘信號及故障設(shè)置器FLTWDl和FLTWD2所發(fā)出的故障控制信號如圖6所示。圖6中G00SE1為本系統(tǒng)跳母聯(lián)信號，G00SE2為跳I母信號，G00SE3為跳II母信號。從圖5 (a)支路1開關(guān)BRK5處三相電流波形、圖5 (b)支路2開關(guān)BRK4處三相電流波形和圖5 (c)支路3開關(guān)BRK7處三相電流波形結(jié)合圖6可以看出，故障發(fā)生后，本系統(tǒng)發(fā)出跳II母和跳母聯(lián)的信號，支路3開關(guān)BRK7在14. 06ms跳開，從圖5 (d)中可以看出，由于母聯(lián)開關(guān)失靈以及整定延時，母聯(lián)開關(guān)BRKBB2和I母上的兩條出線支路1和支路2上均有故障電流，圖5 (e)母線I三相電壓波形和圖5 (f)母線II三相電壓波形中可以看出兩條母線電壓的故障特征也非常明顯，即C相電壓均突變?yōu)?。在經(jīng)過整定延時后母聯(lián)開關(guān)和 I母上的兩條出線仍然存在故障電流，保護主程序判為母聯(lián)開關(guān)失靈，在119. 79ms跳開I 母。保護程序計算結(jié)果進行編碼形成的GOOSE跳閘信號如圖7 (b)所示，根據(jù)圖7 (a) 中的報文返回配置信息來確定跳閘信息傳送的地址和間隔，報文返回配置信息是由布爾量表示的開關(guān)位置信息status (StVal)和位串字符表示的品質(zhì)位quality (q)組成。圖7a為反映一次設(shè)備的地址順序，正常情況下所有開關(guān)變位信息全部為“00”，故障時，根據(jù)保護程序的計算結(jié)果將開關(guān)變位信息置為“01”。如下表1示出了在圖4 一次系統(tǒng)中5個故障點設(shè)置故障協(xié)同測試系統(tǒng)的跳閘動作行為。表 權(quán)利要求
1.一種智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，其特征在于，包括如下步驟1)在RTDS(Real Time Digital Simulator)的建模軟件RSCAD中完成一次系統(tǒng)的建模，建模時，根據(jù)不同的需求分為一次主接線建模和控制模塊建模，其中一次主接線模型和控制模型需要建立在不同的子系統(tǒng)中，而在編譯過程中，系統(tǒng)將子系統(tǒng)#351、#552丨#5511 按照順序在RTDS的RACK (RACK1、RACK2…RACKn)中進行計算和編譯，編譯通過后建立操作面板，完成上述工作后，完成建模工具RSCAD與RACK聯(lián)網(wǎng)，完成與RTDS的連接，組成一個實時數(shù)字動模系統(tǒng)，并對該一次系統(tǒng)進行編譯，編譯通過后與RACK聯(lián)網(wǎng)，完成與RTDS的連接， 組成一個實時數(shù)字動模系統(tǒng)；2)運用GTNET板卡將模擬量轉(zhuǎn)化成為符合IEC61850格式的GOOSE報文和SMV報文，通過交換機與PCIED聯(lián)機進行試驗，GTNET板卡還可將狀態(tài)信息數(shù)據(jù)由外部輸入到RTDS系統(tǒng)或者由RTDS系統(tǒng)輸出到外部設(shè)備，通過內(nèi)置的IEC61850系統(tǒng)配置工具S⑶Editor來生成 S⑶文件，實現(xiàn)外部IED與GTNET-GSE模塊輸入接口的映射；3)GTNET板卡通過GPC板卡上的GTIO 口實現(xiàn)與RTDS系統(tǒng)的連接，通過GPC板卡上的 GTDO 口與安裝有基于Windows多線程操作系統(tǒng)的協(xié)同測試系統(tǒng)的PC機連接；4)啟動RTDS，一次系統(tǒng)送電，模擬各種工況和故障，檢測不同保護之間的配合，運用 ethereal抓包工具通過交換機對網(wǎng)絡(luò)報文進行分析，檢驗各種采樣值SV報文和狀態(tài)量 GOOSE報文是否來自正確的控制塊；5)在數(shù)臺PC機的協(xié)同測試系統(tǒng)中導(dǎo)入待測的不同廠家生產(chǎn)的繼電保護裝置CID文件， 并選擇繼電保護類型，這些PC機通過交換機與RTDS或?qū)嶋H的IED裝置連接；6)在交換機上加裝數(shù)字式故障錄波儀用于故障錄波、監(jiān)視跳閘和聯(lián)閉鎖GOOSE信號；7)通過系統(tǒng)的人機接口輸入保護定值和查看系統(tǒng)運行狀態(tài)；8)協(xié)同測試系統(tǒng)通過PC機網(wǎng)口實時捕獲過程層SV采樣值報文，并對報文解碼、譯碼完成保護主程序，然后將計算結(jié)果編碼返回GOOSE報文作用于斷路器和實際的保護裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，其特征在于，所述步驟2)GTNET板卡將信息數(shù)據(jù)，RSCAD組態(tài)軟件平臺的電網(wǎng)操作信息一包括開關(guān)狀態(tài)、變壓器分接頭檔位、發(fā)電機出力參考值輸入到RTDS系統(tǒng)；在線化時，潮流數(shù)據(jù)基態(tài)輸入到RTDS系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，其特征在于，所述步驟8)捕獲報文采用Winpcap編程實現(xiàn)，捕獲數(shù)據(jù)包的流程如下1)通過接口函數(shù)pcap_findalldevs_ex枚舉所有可用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；2)根據(jù)枚舉返回的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名稱打開一個設(shè)備，對應(yīng)接口函數(shù)為pCap_open;3)如果需要，設(shè)置數(shù)據(jù)包的過濾條件，對應(yīng)接口函數(shù)為pcapjetfilter；4)捕獲原始的數(shù)據(jù)包，采用pcap_next _ex的方法，每當(dāng)一個包到達以后，接口 pcap_next_ex就會返回，返回的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中只包含一個包，并且設(shè)置了包過濾的條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，其特征在于，所述步驟8)發(fā)送報文采用Winpcap編程實現(xiàn)，發(fā)送數(shù)據(jù)包的流程如下1)通過調(diào)用函數(shù)pcapjendpacketO來發(fā)送單個數(shù)據(jù)包，而sendqueues則用來發(fā)送一組數(shù)據(jù)包；2)通過調(diào)用pCap_sendqUeUe_qUeUe()創(chuàng)建發(fā)送隊列，并可以使用該函數(shù)將數(shù)據(jù)包添加到發(fā)送隊列中；3)使用pcapjperuofflineO打開一個捕獲報文文件，將文件中的數(shù)據(jù)包移到已分配的發(fā)送隊列，指定同步發(fā)送隊列；4)當(dāng)隊列不再需要時，我們可以使用pcap_Sendqueue_deStroy()來釋放它所占用的內(nèi)存。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能變電站繼電保護協(xié)同仿真測試系統(tǒng)建立方法，基于PC機Windows多線程操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對IEC61850通信及數(shù)字化保護測試相關(guān)需求，通過合理分配任務(wù)優(yōu)先級和任務(wù)間調(diào)度及通信，在PC機上通過導(dǎo)入體現(xiàn)不同生產(chǎn)廠家外部特性的CID(ConfiguredIEDDescription)文件實現(xiàn)該廠家生產(chǎn)的某型IED功能，無需實際的IED裝置即可實現(xiàn)在線檢驗在不同的變電站主接線方式下智能變電站過程層和間隔層中不同廠家提供的IED間的相互配合和聯(lián)閉鎖關(guān)系。大大減小人力物力的消耗，在智能站擴建改建時或更換IED時不需要將已有IED停運，避免了在IED裝置的拆卸、運輸和重新安裝過程中出現(xiàn)紕漏和查錯。
文檔編號G01R31/00GK102565585SQ20121000498
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者吳建坤, 孫嘉, 寧科, 宋杰, 崔德義, 李廣躍, 沈冰, 紀元, 陳建民, 高亮, 鮑偉 申請人:上海電力學(xué)院