微機(jī)保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)之開放式之研制

1　引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)之發(fā)展，計(jì)算機(jī)保護(hù)在我國電力系統(tǒng)中之應(yīng)用越來越廣泛。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：目前微機(jī)繼電保護(hù)仍是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化領(lǐng)域之 重要之研究方向之一，因此，各院校也相應(yīng)開設(shè)了微機(jī)保護(hù)課程，但是微機(jī)保護(hù)之教學(xué)工作以及保護(hù)裝置之測試工作無論是在教材或?qū)嶒?yàn)室建設(shè)還是保護(hù)測試具體裝置方面都明顯滯后于微機(jī)保護(hù)在現(xiàn)場之應(yīng)用工作。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：這一現(xiàn)象如果不能得到及時(shí)之改變，必將影響微機(jī)保護(hù)之運(yùn)行維護(hù)管理及進(jìn)一步之開發(fā)完善工作，從而將影響到微機(jī)保護(hù)之推廣應(yīng)用工作。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：為了配合微機(jī)保護(hù)之教學(xué)和科研工作，我們決定開發(fā)這一基于圖形界面之微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：這樣既可以用于科研仿真調(diào)試，又可以作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)微機(jī)保護(hù)之過程中，了解微機(jī)保護(hù)之實(shí)際操作運(yùn)行過程，形象地學(xué)習(xí)微機(jī)保護(hù)裝置之構(gòu)造、原理以及運(yùn)行方式。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好之效果。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為： 

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：按照其實(shí)現(xiàn)之功能可分為如下幾個(gè)主要部分。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

2．1　系統(tǒng)管理界面

　　該部分實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)之圖形界面之管理，括友好之人機(jī)對話界面；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)之維護(hù)；在對系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，基于圖形界面之被仿真保護(hù)方案之選擇；電力系統(tǒng)短路點(diǎn)之設(shè)定；可以方便地調(diào)用系統(tǒng)之各個(gè)功能模塊。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

2．2　信息數(shù)據(jù)庫及其接口

　　信息數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)之結(jié)構(gòu)，元件，參數(shù)以及圖元參數(shù)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：通過ODBC接口，數(shù)據(jù)庫很容易與管理界面連接，可以在平臺(tái)界面上實(shí)時(shí)完成對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)之增加、刪除、和修改。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

2．3　短路電流計(jì)算和整定計(jì)算

　　該部分是整個(gè)仿真實(shí)現(xiàn)之基礎(chǔ)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：在確定需要仿真之保護(hù)后，就可以通過菜單調(diào)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(tǒng)運(yùn)行方式，保護(hù)整定原則等，然后自動(dòng)完成短路電流之計(jì)算和保護(hù)之整定。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：





2．4　整定值修改和保護(hù)監(jiān)控

　　在完成對保護(hù)之整定之后，可以在平臺(tái)界面上通過菜單調(diào)用該模塊，通過對話框上設(shè)置之按鈕可以很容易地取得保護(hù)中原來之整定值，然后根據(jù)短路電流計(jì)算和整定計(jì)算單元得到之定值對其進(jìn)行修改。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：啟動(dòng)該模塊之后，該模塊就開始對保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：若保護(hù)裝置有事件報(bào)告上送，可以及時(shí)進(jìn)行處理。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

2．5　EMTP暫態(tài)仿真及D／A轉(zhuǎn)換

　　在完成對保護(hù)整定值之預(yù)設(shè)之后，就可以啟動(dòng)EMTP程序?qū)ο到y(tǒng)故障暫態(tài)過程進(jìn)行仿真。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：該模塊將EMTP程序作為一個(gè)子進(jìn)程掛接在管理平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了對EMTP之自動(dòng)調(diào)用。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)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(shù)據(jù)取出，根據(jù)一二次側(cè)變比進(jìn)行折算后直接送入D／A轉(zhuǎn)換裝置。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：D／A轉(zhuǎn)換將模擬量輸出接入保護(hù)裝置，就完成了整套繼電保護(hù)仿真之閉環(huán)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為： 

3　軟件實(shí)現(xiàn)

3．1　底層數(shù)據(jù)庫之設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)之設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過程之關(guān)鍵。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之需要，通過詳細(xì)分析電網(wǎng)之繼電保護(hù)之各種信息，可將系統(tǒng)繼電保護(hù)之各種信息分為下面幾大類：（1）電力系統(tǒng)元件參數(shù)；（2）保護(hù)設(shè)備信息；（3）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　通過對電力網(wǎng)之各種信息進(jìn)行詳細(xì)之分析，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之需要，在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對信息進(jìn)行進(jìn)一步之分類組合，可將ACCESS數(shù)據(jù)庫之表歸為三類：元件參數(shù)表；保護(hù)設(shè)備信息表；電網(wǎng)參數(shù)表。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　1）元件參數(shù)表：括線路參數(shù)表，變壓器參數(shù)表，發(fā)電機(jī)參數(shù)表，電動(dòng)機(jī)參數(shù)表等。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：各個(gè)參數(shù)表中含了各類元件之參數(shù)信息和一部分網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ缭B接信息等。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　2）保護(hù)設(shè)備信息表：括線路設(shè)備信息表，變壓器設(shè)備信息表，發(fā)電機(jī)設(shè)備信息表等。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：保護(hù)設(shè)備信息實(shí)際上也是對應(yīng)系統(tǒng)中之各類元件之。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　3）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息表：主要括節(jié)點(diǎn)信息表，支路信息表，線路之互感信息表等。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：此外，數(shù)據(jù)庫中還含了一些通用之索引表，如標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線參數(shù)表，變壓器銘牌參數(shù)表等。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

3．2　圖形界面管理和數(shù)據(jù)庫接口

　　軟件之操作界面是用戶與軟件內(nèi)核交互之橋梁，一個(gè)設(shè)計(jì)友好、操作簡便之圖形化界面對于改善應(yīng)用軟件之人機(jī)交互性至關(guān)重要。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：為了獲得一個(gè)簡潔直觀、操作方便之圖形界面，本系統(tǒng)采用了國際流行之面向?qū)ο笾绦蛟O(shè)計(jì)（OPP，Object－Oriented Programming）技術(shù)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　首先對系統(tǒng)進(jìn)行了對象分解，從中抽象出對象，類，子類，建立系統(tǒng)之對象模型。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：然后又設(shè)計(jì)了各個(gè)電力設(shè)備圖元類之內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之表示和這些類之操作方法。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：其中，CelecObject是所有子類之基類，是一個(gè)抽象類。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)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(biāo)和選中、刪除、旋轉(zhuǎn)等基本操作。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：ClineObject類之定義主要是為了方便圖元之繪制時(shí)之坐標(biāo)存儲(chǔ)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：而Cbreaker、CairLine、Ctran2等則是電力系統(tǒng)中具體元件之抽象，都是可實(shí)例化之類。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：這些類在數(shù)據(jù)庫中都有對應(yīng)之表，每個(gè)具體之元件信息在表中對應(yīng)一個(gè)記錄，而元件之屬性則與記錄中之字段一一對應(yīng)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫之間之這種連接與接口，正好可以通過開放式之?dāng)?shù)據(jù)庫互聯(lián)（ODBC）來實(shí)現(xiàn)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

3．3　短路電流計(jì)算和整定計(jì)算

　　短路電流計(jì)算分為兩部分：相間故障時(shí)之短路電流計(jì)算和接地故障時(shí)之短路電流計(jì)算。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：對于相間短路，電源為系統(tǒng)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(jì)算出該電壓，計(jì)算公式為：



相接地）

式中，UФ，Z1，和Z0分別為系統(tǒng)相電壓，故障點(diǎn)之等值正序阻抗和零序阻抗。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：計(jì)算這兩個(gè)阻抗時(shí)，為了在計(jì)算中避免比較復(fù)雜之矩陣求解運(yùn)算，采取了遞歸路徑搜索之辦法。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：計(jì)算分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是進(jìn)行相對于故障點(diǎn)之等值阻抗之計(jì)算；第二個(gè)階段是根據(jù)等值阻抗來計(jì)算線路上流過之短路電流。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：電流計(jì)算設(shè)計(jì)了一個(gè)遞歸程序，其主要之迭代式設(shè)計(jì)為：



　　采取遞歸搜索之辦法計(jì)算短路電流之 大之好處就在于編程思想非常簡單，易于實(shí)現(xiàn)，而且不需要進(jìn)行極耗內(nèi)存之矩陣運(yùn)算；缺點(diǎn)是只適用于輻射型網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)用有一定之局限。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　對于保護(hù)之整定，由于整定原則繁多，相鄰線路之間之配合關(guān)系復(fù)雜，在具體整定之時(shí)候需要根據(jù)電網(wǎng)之配置來判斷應(yīng)采取什么樣之整定原則進(jìn)行整定。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)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(jìn)行選擇保護(hù)配置，整定原則和計(jì)算系數(shù)（如可靠系數(shù)，配合系數(shù)等）。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：本系統(tǒng)能夠讓操作人員選擇多種整定原則來進(jìn)行計(jì)算，分別列出整定結(jié)果和計(jì)算過程。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：如果有必要，操作人員還可以選擇或修改整定結(jié)果，用該整定值進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

3．4　保護(hù)通訊模塊

　　為了真正實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)保護(hù)整個(gè)過程之仿真，必須要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)與保護(hù)裝置之間實(shí)時(shí)之通訊。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：這一部分模塊主要括了兩個(gè)方面之功能：1）對保護(hù)整定值之修改；2）對保護(hù)狀態(tài)之隨

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