微机保护试验系统之开放式之研制

1　引言

　　随着计算机技术之发展，计算机保护在我国电力系统中之应用越来越广泛。阳光电子学校维修专家分析认为：目前微机继电保护仍是电力系统及其自动化领域之 重要之研究方向之一，因此，各院校也相应开设了微机保护课程，但是微机保护之教学工作以及保护装置之测试工作无论是在教材或实验室建设还是保护测试具体装置方面都明显滞后于微机保护在现场之应用工作。阳光电子学校维修专家分析认为：这一现象如果不能得到及时之改变，必将影响微机保护之运行维护管理及进一步之开发完善工作，从而将影响到微机保护之推广应用工作。阳光电子学校维修专家分析认为：为了配合微机保护之教学和科研工作，我们决定开发这一基于图形界面之微机保护实验平台。阳光电子学校维修专家分析认为：这样既可以用于科研仿真调试，又可以作为一个实验平台，使得学生在学习微机保护之过程中，了解微机保护之实际操作运行过程，形象地学习微机保护装置之构造、原理以及运行方式。阳光电子学校维修专家分析认为：该系统在实际应用中取得了良好之效果。阳光电子学校维修专家分析认为： 

2　系统结构

　　整个系统结构如图1所示。阳光电子学校维修专家分析认为：按照其实现之功能可分为如下几个主要部分。阳光电子学校维修专家分析认为：

2．1　系统管理界面

　　该部分实现了对电力系统之图形界面之管理，括友好之人机对话界面；系统结构和参数之维护；在对系统进行仿真时，基于图形界面之被仿真保护方案之选择；电力系统短路点之设定；可以方便地调用系统之各个功能模块。阳光电子学校维修专家分析认为：

2．2　信息数据库及其接口

　　信息数据库存储整个系统之结构，元件，参数以及图元参数。阳光电子学校维修专家分析认为：通过ODBC接口，数据库很容易与管理界面连接，可以在平台界面上实时完成对数据库数据之增加、删除、和修改。阳光电子学校维修专家分析认为：

2．3　短路电流计算和整定计算

　　该部分是整个仿真实现之基础。阳光电子学校维修专家分析认为：在确定需要仿真之保护后，就可以通过菜单调用该模块，利用一系列之对话框，可由用户指定短路之类型，系统运行方式，保护整定原则等，然后自动完成短路电流之计算和保护之整定。阳光电子学校维修专家分析认为：





2．4　整定值修改和保护监控

　　在完成对保护之整定之后，可以在平台界面上通过菜单调用该模块，通过对话框上设置之按钮可以很容易地取得保护中原来之整定值，然后根据短路电流计算和整定计算单元得到之定值对其进行修改。阳光电子学校维修专家分析认为：启动该模块之后，该模块就开始对保护装置实现监控。阳光电子学校维修专家分析认为：若保护装置有事件报告上送，可以及时进行处理。阳光电子学校维修专家分析认为：

2．5　EMTP暂态仿真及D／A转换

　　在完成对保护整定值之预设之后，就可以启动EMTP程序对系统故障暂态过程进行仿真。阳光电子学校维修专家分析认为：该模块将EMTP程序作为一个子进程挂接在管理平台上，实现了对EMTP之自动调用。阳光电子学校维修专家分析认为：在EMTP仿真完成后，该模块从EMTP之输出文件中利用操作流将采样数据取出，根据一二次侧变比进行折算后直接送入D／A转换装置。阳光电子学校维修专家分析认为：D／A转换将模拟量输出接入保护装置，就完成了整套继电保护仿真之闭环。阳光电子学校维修专家分析认为： 

3　软件实现

3．1　底层数据库之设计

　　数据库结构之设计是整个设计过程之关键。阳光电子学校维修专家分析认为：根据系统设计之需要，通过详细分析电网之继电保护之各种信息，可将系统继电保护之各种信息分为下面几大类：（1）电力系统元件参数；（2）保护设备信息；（3）网络参数。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　通过对电力网之各种信息进行详细之分析，根据系统设计之需要，在数据库结构设计时对信息进行进一步之分类组合，可将ACCESS数据库之表归为三类：元件参数表；保护设备信息表；电网参数表。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　1）元件参数表：括线路参数表，变压器参数表，发电机参数表，电动机参数表等。阳光电子学校维修专家分析认为：各个参数表中含了各类元件之参数信息和一部分网络拓扑信息，如元件之连接信息等。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　2）保护设备信息表：括线路设备信息表，变压器设备信息表，发电机设备信息表等。阳光电子学校维修专家分析认为：保护设备信息实际上也是对应系统中之各类元件之。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　3）网络参数信息表：主要括节点信息表，支路信息表，线路之互感信息表等。阳光电子学校维修专家分析认为：此外，数据库中还含了一些通用之索引表，如标准导线参数表，变压器铭牌参数表等。阳光电子学校维修专家分析认为：

3．2　图形界面管理和数据库接口

　　软件之操作界面是用户与软件内核交互之桥梁，一个设计友好、操作简便之图形化界面对于改善应用软件之人机交互性至关重要。阳光电子学校维修专家分析认为：为了获得一个简洁直观、操作方便之图形界面，本系统采用了国际流行之面向对象之程序设计（OPP，Object－Oriented Programming）技术。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　首先对系统进行了对象分解，从中抽象出对象，类，子类，建立系统之对象模型。阳光电子学校维修专家分析认为：然后又设计了各个电力设备图元类之内部数据结构之表示和这些类之操作方法。阳光电子学校维修专家分析认为：其中，CelecObject是所有子类之基类，是一个抽象类。阳光电子学校维修专家分析认为：它定义了其派生类之一些共有之属性和公共接口，主要括图形界面中之一些属性和操作，如元件在图形界面中之坐标和选中、删除、旋转等基本操作。阳光电子学校维修专家分析认为：ClineObject类之定义主要是为了方便图元之绘制时之坐标存储。阳光电子学校维修专家分析认为：而Cbreaker、CairLine、Ctran2等则是电力系统中具体元件之抽象，都是可实例化之类。阳光电子学校维修专家分析认为：这些类在数据库中都有对应之表，每个具体之元件信息在表中对应一个记录，而元件之属性则与记录中之字段一一对应。阳光电子学校维修专家分析认为：应用程序与数据库之间之这种连接与接口，正好可以通过开放式之数据库互联（ODBC）来实现。阳光电子学校维修专家分析认为：

3．3　短路电流计算和整定计算

　　短路电流计算分为两部分：相间故障时之短路电流计算和接地故障时之短路电流计算。阳光电子学校维修专家分析认为：对于相间短路，电源为系统电源；而对于接地短路之零序电流，电源为故障处之零序电压Ud0，因此我们必须计算出该电压，计算公式为：



相接地）

式中，UФ，Z1，和Z0分别为系统相电压，故障点之等值正序阻抗和零序阻抗。阳光电子学校维修专家分析认为：计算这两个阻抗时，为了在计算中避免比较复杂之矩阵求解运算，采取了递归路径搜索之办法。阳光电子学校维修专家分析认为：计算分为两个阶段，第一个阶段是进行相对于故障点之等值阻抗之计算；第二个阶段是根据等值阻抗来计算线路上流过之短路电流。阳光电子学校维修专家分析认为：电流计算设计了一个递归程序，其主要之迭代式设计为：



　　采取递归搜索之办法计算短路电流之 大之好处就在于编程思想非常简单，易于实现，而且不需要进行极耗内存之矩阵运算；缺点是只适用于辐射型网络，因此应用有一定之局限。阳光电子学校维修专家分析认为：

　　对于保护之整定，由于整定原则繁多，相邻线路之间之配合关系复杂，在具体整定之时候需要根据电网之配置来判断应采取什么样之整定原则进行整定。阳光电子学校维修专家分析认为：因此，在这里提供了一组对话框界面，以便操作人员能方便之进行选择保护配置，整定原则和计算系数（如可靠系数，配合系数等）。阳光电子学校维修专家分析认为：本系统能够让操作人员选择多种整定原则来进行计算，分别列出整定结果和计算过程。阳光电子学校维修专家分析认为：如果有必要，操作人员还可以选择或修改整定结果，用该整定值进行灵敏度校验。阳光电子学校维修专家分析认为：

3．4　保护通讯模块

　　为了真正实现对系统保护整个过程之仿真，必须要实现系统平台与保护装置之间实时之通讯。阳光电子学校维修专家分析认为：这一部分模块主要括了两个方面之功能：1）对保护整定值之修改；2）对保护状态之随

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