[發明專利]一種基于PC機平臺的過程總線繼電保護教學實驗方法

有效

• 申請號: 201110171659.X
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN102201180A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 王智東;楊波;張維
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G09B19/00
• 分類號: G09B19/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明屬于電力系統保護、控制與自動化領域，尤其涉及一種基于PC機平臺的過程總線繼電保護教學實驗方法。

背景技術

在電力系統中，遵循IEC61850標準的數字化變電站已經成為當前變電站建設的發展趨勢。在IEC61850數字化變電站中，整個變電站劃分為變電站層、間隔層和過程層三層。間隔層和過程層間通信通過過程總線來完成，間隔層智能電子設備、過程層合并單元和智能開關等設備，通過過程總線通信。傳統上用于模擬量信號和開關量信號傳輸的大量電纜被過程總線所取代。

基于過程總線的繼電保護以實時、高效的網絡為核心，模擬量和開關量信息經合并單元、智能開關設備實現就地數字化后，通過過程總線將所采集的數據發送到間隔層智能電子設備IED，并接收來自間隔層智能電子設備IED的操作命令；間隔層的繼電保護、控制、測量等IED接收來自過程總線的采樣數據、進行算法判斷后經過程總線向智能開關等發送操作命令。

當前，基于過程總線的繼電保護實驗基本上采用傳統保護測試儀模式，即上位機+嵌入式裝置的模式。上位機主要實現實驗環境和參數的設置、故障數據的生成以及測試過程和結果的顯示。嵌入式裝置主要實現故障數據的封裝和收發。嵌入式裝置作為上位機和保護智能電子設備IED的紐帶，在整個過程總線實驗系統中充當了中間環節。嵌入式裝置需與上位機和保護智能電子設備IED兩端都進行通信。

嵌入式裝置作為中間環節，需要進行額外的硬件投入，增加了過程總線繼電保護實驗的成本。同時，嵌入式裝置作為中間環節，需要與上位機和保護智能電子設備IED都進行通信，這就增加了整體實驗系統的環節，使整個系統較為復雜，降低了系統運行效率。而嵌入式裝置的開發涉及到整個硬件平臺和軟件平臺的研究，開發周期長、實現難度大，成品定型后功能基本固定，靈活度受到限制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種基于PC機平臺的過程總線繼電保護教學實驗方法，降低了硬件成本和提高了系統效率。

本發明的技術方案是：一種基于PC機平臺的過程總線繼電保護教學實驗方法，基于PC機平臺，通過EMTDC/PSCAD仿真模擬合并單元MU和智能開關的功能，實現基于IEC61850標準的電力系統網絡報文的產生、封裝和傳輸，并經網絡驅動程序接口規范NDIS發送和接收報文，與保護智能電子設備IED形成閉環的過程總線實驗，過程總線實驗方法包括以下步驟：

(1)在PC機上運行Windows系統，通過EMTDC/PSCAD軟件提供的模型庫，設計電力系統模型和模擬電力系統故障類型；

(2)進行動態仿真生成電力系統運行故障信息，將故障信息通過C語言接口從EMTDC/PSCAD上輸出并進行格式轉換，然后按照IEC61850通信標準進行SV報文或GOOSE報文以太網幀封裝；

(3)通過網絡驅動程序接口規范NDIS，把已封裝好的SV報文和GOOSE報文經過程總線發送給保護智能電子設備IED；

(4)接收來自保護智能電子設備IED包含故障判別結果的GOOSE報文，提取GOOSE報文中智能開關合、斷命令，并傳遞到EMTDC/PSCAD，使其智能開關模型模擬合斷操作。

通過設置電力系統模型和故障類型的運行條件和參數，實現數字化變電站間隔層保護智能電子設備IED的實驗項目要求。

步驟(2)電力系統運行故障信息包括電氣量故障數據和開關量故障數據，電力系統運行故障信息以文件形式生成。

電氣量故障數據動態仿真的采樣速率與合并單元MU的采樣速率保持一致，在EMTDC/PSCAD設置所需仿真步長，并通過EMTDC/PSCAD軟件示波器功能記錄所需的電氣信息，以生成相對應的電流、電壓量數據。

上述C語言接口需要經過EMTDC/PSCAD提供的工具軟件GCC將接口源代碼(*.c)編譯成obj文件(*.o)，再供EMTDC/PSCAD調用。

上述SV報文或GOOSE報文先采用asn.1編解碼器進行編碼，然后再按以太網幀格式進行封裝。

通過網絡驅動程序接口規范NDIS實現與網絡接口卡實時收、發GOOSE報文和SV報文。

保護智能電子設備IED在接收到包含電力系統故障數據的報文后，進行保護邏輯判斷，并把判斷結果以GOOSE報文形式發送到過程總線上。

通過ASN.1編解碼器解析接收到的GOOSE幀命令，并將這些命令通過與EMTDC/PSCAD接口傳遞給智能開關模型，完成智能開關的合閉操作。