地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训方法

暂无

地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及模拟/仿真技术，具体是指一种地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训方法。\n背景技术\n[0002] 随着我国经济的发展，铁路事业也处于高速发展的阶段。多元化，多形式的发展正是我国铁路发展的方向，也是我国国情地理分布的必然产物。随着高速铁路，城市轻轨，城市地铁的不断发展，各种类型的机车车辆也在迅速的发展更新及应用。系统仿真作为一门综合性的学科是计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等高新技术的综合，经历了物理模型仿真，模拟计算机仿真和数字计算机仿真等阶段，它是借助系统模型对实际或设想的系统进行动态试验研究的一门综合技术。随着计算机技术的发展，应用计算机进行系统仿真日益受到人们的重视。计算机仿真技术结合了实验和分析这两种方法，将分析的方法用于模拟实验，充分运用己有的基本物理量及相似性原理，可建立待研究系统的数学模型，采用与对实际的物理系统进行实验相同的基本研究方法，在计算机上运行仿真实验。由于仿真用模型代替实体作实验，因此，它具有经济、安全、实验周期短等特点，这些特点使得仿真技术作为一种分析、设计系统及训练人员的有利工具，已广泛应用于几乎所有的工程与非工程领域。\n[0003] 目前国内城市轨道交通领域尚无完整的OCC电力调度仿真培训系统，但越来越多的行业正在逐步加大对仿真培训的应用，其中对继电保护系统仿真研究也有一定的进展。 [0004] 现有的继电保护仿真方法主要包括有逻辑判断法和定值判断法。\n[0005] 逻辑判断法是基于保护规则的，在实际实现中，它通过建立对应每个保护装置的动作规则库，根据故障发生地点、类型查找相关的电气开关及保护装置，再根据对应的动作规则来判断是否启动保护装置。\n[0006] 逻辑法仿真通过设定从故障点到外围的开关逻辑和继电保护装置动作时延的配合来反映选择性，由于无需进行故障计算，因此能够很好的满足实时性的要求，便于调试。\n但是对于没有事先预想到的事故或保护范围受运行方式影响较大的保护，则会产生错误判断。\n[0007] 定值判断法仿真是指当系统发生故障时，根据电网中各电气量的变化来判断继电保护装置是否满足定值条件，从而判断保护装置能否动作。\n[0008] 定值法仿真能够准确地计算系统电气量的改变，并以数学模型具有的定值配合和动作时延配合来反映选择性，靠自身的模型来反映灵敏性要求。此方法需要建立详细准确的数学模型，同时由于仿真过程中需要进行大量的供电系统规模很大时，需要耗费大量的时间，因此虽然能够很好的满足仿真精确度的要求，但是无法很好的满足实时性要求。\n发明内容\n[0009] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训方法，能够同时满足实时性和准确性的要求，为地铁OCC电力调度员仿真培训系统提供了良好的故障及保护功能。\n[0010] 本发明的目的通过下述技术方案实现：地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训系统，包括用于学员操作的故障处理端、用于教员操作的故障设置端、用于接收和处理学员和教员操作数据的微处理器、存储有地铁OCC电力系统模拟图程序的存储器和存储有支持微处理器运算的数据库服务器，故障处理端、故障设置端、存储器和数据库服务器都连接到微处理器。\n[0011] 所述故障处理端和故障设置端都为普通PC。\n[0012] 所述数据库服务器中的数据包括故障表、保护设备表、保护类型表、保护关系表和输入输出关系表。\n[0013] 所述地铁OCC电力系统模拟图中包括有交流侧设备和直流侧设备，其中交流侧设备包括交流35KV母线、35KV环网进线及出线、备自投、断路器、隔离开关、牵引变压器和降压变压器；直流侧设备包括整流器、直流1500V母线、直流馈线、断路器、隔离开关、接触网和轨道。\n[0014] 地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训方法，包括以下步骤：\n[0015] （1）将地铁OCC电力系统模拟图数据导入存储器，将各种支持数据、故障设置数据和继电保护仿真模型数据导入数据库服务器，微处理器会将地铁OCC电力系统模拟图即时在故障设置端及故障处理端的显示器上显示；\n[0016] （2）教员需要在地铁OCC电力系统中设置故障时，即操作故障设置端发送消息到微处理器，微处理器接收到故障设置端的消息后，进行处理，然后调用数据库服务器中数据进行计算，通过存储器中地铁OCC电力系统模拟图程序对模拟图进行状态改变，即时发送到故障设置端和故障处理端，模拟图的正常位置显示为蓝色、红色或黄色，而故障位置即显示为灰色；\n[0017] （3）学员在显示屏上查看到故障后，根据模拟图显示的报警或信号，发出相对应的调度指令，操作数据发送到微处理器后，微处理器对数据进行处理，判断其正确性，正确则表示该学员调度指令正确，错误则表示该学员调度指令错误。\n[0018] 上述步骤（1）中所述继电保护仿真模型包括交流侧模型和直流侧模型，其中，交流侧模型包括线路保护模型、交流母线保护模型、变压器保护模型；直流侧模型包括接触网保护模型、整流器保护模型、直流母线保护模型、进出线保护模型、轨道保护模型和自动重合闸模型。\n[0019] 上述步骤（2）中所述教员设置的故障包括设备元件短路、断线故障以及保护拒动故障和断路器拒动故障。\n[0020] 本发明的有益效果是：\n[0021] （1）本发明能够准确的模拟现实的各种设备故障，亦可模拟保护及断路器拒动、误动情况；\n[0022] （2）本发明建立模型采用混合仿真法，即在能够使用逻辑判断法的保护尽量使用，不能使用逻辑判断法的使用定值判断法，可以准确的模拟现实中继电保护动作规律，即达到准确性的要求同时，也可以达到实时性的要求；\n[0023] （3）本发明数据库支持系统包含所有设备类型，保护及断路器，在增加其他类型故障及保护时，不必修改代码，只需修改数据库，减小了后期调试的工作量。\n附图说明\n[0024] 图1 为本发明的结构框图；\n[0025] 图2 为地铁的供电系统简易图；\n[0026] 图3 为分层保护模型图。\n具体实施方式\n[0027] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明：\n[0028] 如图1所示，地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训系统，包括用于学员操作的故障处理端、用于教员操作的故障设置端、用于接收和处理学员和教员操作数据的微处理器、存储有地铁OCC电力系统模拟图程序的存储器和存储有支持微处理器运算的数据库服务器，故障处理端、故障设置端、存储器和数据库服务器都连接到微处理器。\n[0029] 所述故障处理端和故障设置端都为普通PC。\n[0030] 所述数据库服务器中的数据包括故障表、保护设备表、保护类型表、保护关系表和输入输出关系表。\n[0031] 地铁OCC电力系统模拟图中设置有交流侧设备和直流侧设备，其中交流侧设备包括交流35KV母线、35KV环网进线、出线，备自投，断路器，隔离开关，牵引变压器，降压变压器等设备；直流侧设备包括整流器，直流1500V母线，直流馈线，断路器，隔离开关，接触网，轨道等设备。\n[0032] 地铁OCC电力调度中继电保护仿真培训方法，包括以下步骤：\n[0033] （1）将地铁OCC电力系统模拟图数据导入存储器，将各种支持数据、故障设置数据和继电保护仿真模型数据导入数据库服务器，微处理器会将地铁OCC电力系统模拟图即时在故障设置端及故障处理端的显示器上显示；\n[0034] （2）教员需要在地铁OCC电力系统中设置故障时，即操作故障设置端发送消息到微处理器，微处理器接收到故障设置端的消息后，进行处理，然后调用数据库服务器中数据进行计算，通过存储器中地铁OCC电力系统模拟图程序对模拟图进行状态改变，即时发送到故障设置端和故障处理端，模拟图的正常位置显示为蓝色、红色或黄色，根据电压不同采用不同的颜色，而故障位置即显示为灰色；\n[0035] （3）学员在显示屏上查看到故障后，根据模拟图显示的报警或信号，发出相对应的调度指令，操作数据发送到微处理器后，微处理器对数据进行处理，判断其正确性，正确则表示该学员调度指令正确，错误则表示该学员调度指令错误。\n[0036] 上述步骤（1）中所述继电保护仿真模型与地铁OCC电力系统模拟图对应，包括交流侧模型和直流侧模型，其中，交流侧模型包括线路保护模型、交流母线保护模型、变压器保护模型；直流侧模型包括接触网保护模型、整流器保护模型、直流母线保护模型、进出线保护模型、轨道保护模型和自动重合闸模型。\n[0037] 上述步骤（2）中所述教员设置的故障包括设备元件短路、断线等故障以及保护拒动故障和断路器拒动故障。\n[0038] 本发明主要是用于培训调度员对平时调度任务，和故障发生时对故障处理的应急操作技能。因为地铁供电系统对地铁的重要性，要保持此供电系统的可靠性，调度员的操作能力，及熟练程度很重要。但在现实的地铁供电系统无法给调度员一个环境来培训，因为现实中地铁供电系统很重要，不能随便的操作。\n[0039] 本发明中教员能够在故障设置端看到学员的操作和调度指令，能够对学员的操作进行实时干预。现实中继电保护系统，主要是发生故障后，继电保护根据测量的数据量（电流、电压等），判断是否把故障元件切除，切除后，其他的供电系统可正常运行，减少供电失电范围。本发明是模拟现实的继电保护行为，模拟继电保护怎样动作的，怎样选择继电保护动作类型的，怎么样选择跳哪个断路器的。主要体现在：现实继电保护系统包括很多保护，如差动、零序、距离等保护，这些保护的动作规律都不相同，这些保护一个一个的模拟，就是建立的保护模型，如差动保护模型，距离保护模型。学员需要对某处故障进行处理时，即可以选择对应的保护模型进行操作。\n[0040] 如图2，为一地铁供电系统简易图，为双端供电系统，在母线的两侧均设置有保护装置1、保护装置2、…、保护装置8，两端的变电所9为供电端，保护装置均应设有功率方向判断元件，故当故障点10处发生故障时，保护装置3、保护装置4为其主保护，保护装置1、保护装置7、保护装置6为主保护的后备保护。根据上述规律，可以建立分层模型，当故障发生时，总有故障点10附近的保护装置对其构成保护，而此主保护拒动情况时，采用较远的后备保护对其构成保护的规律，具有层次分明的情况，故利用此规律，采用分层思想，建立分层保护模型。\n[0041] 如图3，故障层为故障点11，第一层保护为保护装置3、保护装置4，第二层为保护装置1、保护装置6、保护装置7，当故障点11故障时，程序根据线路连通情况，沿连通线路搜索距离故障点11附近的保护装置，因保护两层都拒动的情况极少，可不必考虑，故搜索三层即可。搜索完毕后，建立分层保护模型。根据此模型，开始总体流程处理。\n[0042] 总体处理流程开始时，先进入第一层保护装置，即图3中的保护装置3和保护装置\n4，由此保护装置内的主保护对故障构成保护，如果主保护拒动，则有保护装置3、保护装置\n4内的后备保护对故障构成保护。如果此后备保护亦拒动，程序进入模型第二层，即图3的保护装置1、保护装置7和保护装置6，由此保护装置的远后备保护对故障构成保护。此模型能够准确的模拟保护情况，且因舍弃了其他不可能对故障构成保护的装置，耗费时间少，实时性比较好，适用于大规模地铁供电系统。\n[0043] 本发明在对具体保护模拟的情况，采用混合仿真法，即采用逻辑判断法、定值判断法混用的仿真方法，且提出了一个原则：能够使用逻辑判断法的保护尽量使用，不能使用逻辑判断法的使用定值判断法。这样既可以保证模拟的准确性，亦可减少计算时间，保证实时性。\n[0044] 具体保护模型仿真采用面向对象设计思想，对每个设备设立一个类，对每个类的故障归类，在增加设备时，增加一个类即可，调试方便。采用把设备分为直流侧和交流侧的方法。直流侧有：接触网类，分别仿真了电流变化率（di/dt）和电流增量（DI）保护、大电流脱口保护、定时限过流保护、低电压保护、接触网热反时限保护、双边联跳、自动重合闸。轨道类，分别仿真了轨道过电压、框架类保护等。整流器类，分别仿真了过电流保护、过电压保护、过负荷保护等。牵引变压器类，分别仿真了延时过电流保护、电流速断保护、纵联差动保护、过电压保、过励磁保护、过负荷保护。交流侧有：线路类，分别仿真了光线纵联差动保护、零序保护、定时限过电流保护。母线类，母差保护等。主变压器类，分别仿真了瓦斯保护、纵联差动保护、过励磁保护、过负荷保护、过电流保护、零序保护等。\n[0045] 综上所述，便可较好的实现本发明。