微機保護試驗系統之開放式之研制

1　引言

　　隨著計算機技術之發展，計算機保護在我國電力系統中之應用越來越廣泛。陽光電子學校維修專家分析認為：目前微機繼電保護仍是電力系統及其自動化領域之 重要之研究方向之一，因此，各院校也相應開設了微機保護課程，但是微機保護之教學工作以及保護裝置之測試工作無論是在教材或實驗室建設還是保護測試具體裝置方面都明顯滯后于微機保護在現場之應用工作。陽光電子學校維修專家分析認為：這一現象如果不能得到及時之改變，必將影響微機保護之運行維護管理及進一步之開發完善工作，從而將影響到微機保護之推廣應用工作。陽光電子學校維修專家分析認為：為了配合微機保護之教學和科研工作，我們決定開發這一基于圖形界面之微機保護實驗平臺。陽光電子學校維修專家分析認為：這樣既可以用于科研仿真調試，又可以作為一個實驗平臺，使得學生在學習微機保護之過程中，了解微機保護之實際操作運行過程，形象地學習微機保護裝置之構造、原理以及運行方式。陽光電子學校維修專家分析認為：該系統在實際應用中取得了良好之效果。陽光電子學校維修專家分析認為： 

2　系統結構

　　整個系統結構如圖1所示。陽光電子學校維修專家分析認為：按照其實現之功能可分為如下幾個主要部分。陽光電子學校維修專家分析認為：

2．1　系統管理界面

　　該部分實現了對電力系統之圖形界面之管理，括友好之人機對話界面；系統結構和參數之維護；在對系統進行仿真時，基于圖形界面之被仿真保護方案之選擇；電力系統短路點之設定；可以方便地調用系統之各個功能模塊。陽光電子學校維修專家分析認為：

2．2　信息數據庫及其接口

　　信息數據庫存儲整個系統之結構，元件，參數以及圖元參數。陽光電子學校維修專家分析認為：通過ODBC接口，數據庫很容易與管理界面連接，可以在平臺界面上實時完成對數據庫數據之增加、刪除、和修改。陽光電子學校維修專家分析認為：

2．3　短路電流計算和整定計算

　　該部分是整個仿真實現之基礎。陽光電子學校維修專家分析認為：在確定需要仿真之保護后，就可以通過菜單調用該模塊，利用一系列之對話框，可由用戶指定短路之類型，系統運行方式，保護整定原則等，然后自動完成短路電流之計算和保護之整定。陽光電子學校維修專家分析認為：





2．4　整定值修改和保護監控

　　在完成對保護之整定之后，可以在平臺界面上通過菜單調用該模塊，通過對話框上設置之按鈕可以很容易地取得保護中原來之整定值，然后根據短路電流計算和整定計算單元得到之定值對其進行修改。陽光電子學校維修專家分析認為：啟動該模塊之后，該模塊就開始對保護裝置實現監控。陽光電子學校維修專家分析認為：若保護裝置有事件報告上送，可以及時進行處理。陽光電子學校維修專家分析認為：

2．5　EMTP暫態仿真及D／A轉換

　　在完成對保護整定值之預設之后，就可以啟動EMTP程序對系統故障暫態過程進行仿真。陽光電子學校維修專家分析認為：該模塊將EMTP程序作為一個子進程掛接在管理平臺上，實現了對EMTP之自動調用。陽光電子學校維修專家分析認為：在EMTP仿真完成后，該模塊從EMTP之輸出文件中利用操作流將采樣數據取出，根據一二次側變比進行折算后直接送入D／A轉換裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：D／A轉換將模擬量輸出接入保護裝置，就完成了整套繼電保護仿真之閉環。陽光電子學校維修專家分析認為： 

3　軟件實現

3．1　底層數據庫之設計

　　數據庫結構之設計是整個設計過程之關鍵。陽光電子學校維修專家分析認為：根據系統設計之需要，通過詳細分析電網之繼電保護之各種信息，可將系統繼電保護之各種信息分為下面幾大類：（1）電力系統元件參數；（2）保護設備信息；（3）網絡參數。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　通過對電力網之各種信息進行詳細之分析，根據系統設計之需要，在數據庫結構設計時對信息進行進一步之分類組合，可將ACCESS數據庫之表歸為三類：元件參數表；保護設備信息表；電網參數表。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　1）元件參數表：括線路參數表，變壓器參數表，發電機參數表，電動機參數表等。陽光電子學校維修專家分析認為：各個參數表中含了各類元件之參數信息和一部分網絡拓撲信息，如元件之連接信息等。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2）保護設備信息表：括線路設備信息表，變壓器設備信息表，發電機設備信息表等。陽光電子學校維修專家分析認為：保護設備信息實際上也是對應系統中之各類元件之。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　3）網絡參數信息表：主要括節點信息表，支路信息表，線路之互感信息表等。陽光電子學校維修專家分析認為：此外，數據庫中還含了一些通用之索引表，如標準導線參數表，變壓器銘牌參數表等。陽光電子學校維修專家分析認為：

3．2　圖形界面管理和數據庫接口

　　軟件之操作界面是用戶與軟件內核交互之橋梁，一個設計友好、操作簡便之圖形化界面對于改善應用軟件之人機交互性至關重要。陽光電子學校維修專家分析認為：為了獲得一個簡潔直觀、操作方便之圖形界面，本系統采用了國際流行之面向對象之程序設計（OPP，Object－Oriented Programming）技術。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　首先對系統進行了對象分解，從中抽象出對象，類，子類，建立系統之對象模型。陽光電子學校維修專家分析認為：然后又設計了各個電力設備圖元類之內部數據結構之表示和這些類之操作方法。陽光電子學校維修專家分析認為：其中，CelecObject是所有子類之基類，是一個抽象類。陽光電子學校維修專家分析認為：它定義了其派生類之一些共有之屬性和公共接口，主要括圖形界面中之一些屬性和操作，如元件在圖形界面中之坐標和選中、刪除、旋轉等基本操作。陽光電子學校維修專家分析認為：ClineObject類之定義主要是為了方便圖元之繪制時之坐標存儲。陽光電子學校維修專家分析認為：而Cbreaker、CairLine、Ctran2等則是電力系統中具體元件之抽象，都是可實例化之類。陽光電子學校維修專家分析認為：這些類在數據庫中都有對應之表，每個具體之元件信息在表中對應一個記錄，而元件之屬性則與記錄中之字段一一對應。陽光電子學校維修專家分析認為：應用程序與數據庫之間之這種連接與接口，正好可以通過開放式之數據庫互聯（ODBC）來實現。陽光電子學校維修專家分析認為：

3．3　短路電流計算和整定計算

　　短路電流計算分為兩部分：相間故障時之短路電流計算和接地故障時之短路電流計算。陽光電子學校維修專家分析認為：對于相間短路，電源為系統電源；而對于接地短路之零序電流，電源為故障處之零序電壓Ud0，因此我們必須計算出該電壓，計算公式為：



相接地）

式中，UФ，Z1，和Z0分別為系統相電壓，故障點之等值正序阻抗和零序阻抗。陽光電子學校維修專家分析認為：計算這兩個阻抗時，為了在計算中避免比較復雜之矩陣求解運算，采取了遞歸路徑搜索之辦法。陽光電子學校維修專家分析認為：計算分為兩個階段，第一個階段是進行相對于故障點之等值阻抗之計算；第二個階段是根據等值阻抗來計算線路上流過之短路電流。陽光電子學校維修專家分析認為：電流計算設計了一個遞歸程序，其主要之迭代式設計為：



　　采取遞歸搜索之辦法計算短路電流之 大之好處就在于編程思想非常簡單，易于實現，而且不需要進行極耗內存之矩陣運算；缺點是只適用于輻射型網絡，因此應用有一定之局限。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　對于保護之整定，由于整定原則繁多，相鄰線路之間之配合關系復雜，在具體整定之時候需要根據電網之配置來判斷應采取什么樣之整定原則進行整定。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，在這里提供了一組對話框界面，以便操作人員能方便之進行選擇保護配置，整定原則和計算系數（如可靠系數，配合系數等）。陽光電子學校維修專家分析認為：本系統能夠讓操作人員選擇多種整定原則來進行計算，分別列出整定結果和計算過程。陽光電子學校維修專家分析認為：如果有必要，操作人員還可以選擇或修改整定結果，用該整定值進行靈敏度校驗。陽光電子學校維修專家分析認為：

3．4　保護通訊模塊

　　為了真正實現對系統保護整個過程之仿真，必須要實現系統平臺與保護裝置之間實時之通訊。陽光電子學校維修專家分析認為：這一部分模塊主要括了兩個方面之功能：1）對保護整定值之修改；2）對保護狀態之隨

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