專利名稱：采用腳本描述實現的繼電器仿真模型的制作方法
技術領域：
本發明應用于電網故障信息系統、電力系統仿真、故障分析等領域，特別是根據故障錄波數據模擬特定型號保護的動作過程，進行可視化的故障過程回放。
背景技術：
繼電保護是保證電力系統安全運行的關鍵，其技術難度高、工作量大，是一項重要的基礎技術工作。隨著計算機技術在電力系統中應用領域的不斷擴大，各種微機保護、自動裝置、故障錄波器等智能設備的應用越來越多，在發生故障時，這些裝置設備記錄了大量的數據和信息，如何有效利用這些信息，為繼保運行人員提供輔助決策支持和分析工具，判斷故障元件、故障性質，進行故障重演、保護動作分析和錄波分析等，已成為分析電力系統事故和輔助調度員進行故障處理的重要課題。
基于電網故障信息系統的輔助決策功能主要體現在兩個方面其一，電力系統發生故障時，它能夠對保護、錄波等自動裝置上送的信息進行分析判斷，指出故障元件、故障類別、故障位置、保護動作正確與否、斷路器動作正常與否等，如果信息不全，還應該給出置信度分析。其二，故障發生后，繼電保護專業人員需要知道故障的詳細信息和故障過程中各保護和自動裝置的動作過程及斷路器的動作情況等，為了明確事故責任，需要對故障信息系統中保存的故障過程的記錄進行分析，這時需要提供一些輔助工具，幫助用戶更好地分析數據等。這些輔助工具包括波形顯示、諧波分析、矢量分析、繼電器分析等。本發明適用于后者。
此外，電網規模在不斷擴大，電網結構越來越復雜，與之相對應的繼電保護配置也更加復雜，這對現場人員的素質提出了很高的要求。隨著計算機技術的發展，開發繼電保護仿真培訓軟件，進行繼電保護崗位培訓、事故分析、動作邏輯過程仿真等有著重要的意義，可更好地為實際生產的需要服務。
本發明實現了基于繼電器組件的保護裝置動作過程可視化回放與模擬，繼電器模型可靈活定義，既適合于微機保護，也適合于傳統電磁型繼電器，可應用于保護動作行為分析、仿真培訓等方面，有較高的實用性。

發明內容
本發明的目的是提供一種繼電器動作行為分析的實現方法，可模擬各種繼電器的動作特性，根據實際運行時的整定值和故障錄波數據，描繪出繼電器的動作軌跡，如阻抗動作軌跡、阻抗時間圖等。
為了實現上述目的，本發明提出了采用腳本語言定義繼電器模型的實現方法。該方法包括以下步驟建立描述繼電器邊界和動作量的腳本語言，包括變量定義、邊界繪制、計算公式、變量和保護定值項的匹配四個部分；通過腳本語言定義目標繼電器的邊界、區段、動作量等，也可針對特定型號保護內采用的實際繼電器進行定義；建立繼電器邊界及動作量計算公式中的變量和保護裝置定值項的對應關系，讀取現場保護裝置的保護定值，完成繼電器定義的實例化；讀取故障錄波數據，指定繼電器邊界定義和動作量中所需的物理量通道，如電壓、電流等，根據故障錄波數據計算繼電器的動作量，繪制故障過程中繼電器動作量的實際值和變化軌跡，實現動作過程可視化回放；此外，還在軌跡圖的基礎上擴展了動作量時間圖、區段時間圖，方便對故障過程進行分析。
描述繼電器邊界和動作量定義的腳本語言語法定義，包括變量定義、邊界定義、計算公式等部分通過腳本命令來定義保護區段多邊形的形狀，在繼電器實例化的過程中，讀取保護定值或解析腳本以獲取實際的保護區段數據；腳本的繪圖命令中，定義順時針的方向為整個圖形的正方向；腳本語言中繪圖關鍵字有變量聲明、直線、圓弧等。
繼電器變量和裝置定值項的對應方法，包括以下步驟繼電器定義變量劃分為邊界變量和動作變量兩部分；邊界變量包括所屬區段、名稱、對應定值名稱默認值、CPU號、定值ID等；動作變量中不包括所屬區段，其他和邊界變量相同；實際匹配時，以定值ID作為必要條件，名稱作為匹配的輔助條件。
本發明提出了一種通用的動作邊界和動作量計算公式可自定義的繼電器模型，通過與保護定值的關聯，可模擬與特定裝置對應的繼電器。


下面結合附圖及具體實施例對本發明再作進一步詳細的說明圖1多邊形繼電器及其定義；圖2圓特性繼電器及其定義；具體實施方式
實現基于腳本描述的繼電器仿真模型在具體實施上包括以下三部分內容，一是腳本語言及繼電器動作特性邊界定義，二是根據特定型號的保護構建目標繼電器，三是目標繼電器的實現與動作軌跡回放。下面分別就各部分內容的實現加以說明
(一)腳本語言及邊界定義通過腳本命令來定義保護區段多邊形的形狀，在實際的保護區段計算時，將從定值單獲取的定值數據傳遞到腳本中，然后解析腳本，獲取實際的保護區段數據。
腳本的繪圖命令，定義順時針的方向為整個圖形的正方向。
腳本描述的繪圖關鍵字變量定義、直線、圓弧等，繪圖關鍵字可根據實際所涉及的繼電器動作特性進行擴充，下面對常用的直線和圓弧的腳本描述語法介紹如下1)直線LINE(坐標種類，起點參數1，起點參數2，直線傾角)LINE(坐標種類，起點參數1，起點參數2，終點參數1，終點參數2)；參數說明[坐標種類]0表示迪卡爾坐標系統，1表示極坐標系統；[起點參數1，起點參數2]如果坐標種類為0，則用迪卡爾坐標表示直線起點，如果坐標種類為1，則用極坐標表示直線起點；[直線傾角]直線的角度，單位為角度；[終點參數1，終點參數2]如果坐標種類為0，則用迪卡爾坐標表示直線終點，如果坐標種類為1，則用極坐標表示直線終點；2)圓弧ARC(坐標種類，圓心參數1，圓心參數2，半徑，起始角，終止角)；ARC(坐標種類，圓心參數1，圓心參數2，半徑，起點參數1，起點參數2，終點參數1，終點參數2)參數說明[坐標種類]與直線繪制語句中的坐標類別相同；[圓心參數1，圓心參數2]如果坐標種類為0，則用迪卡爾坐標表示圓心坐標，如果坐標種類為1，則用極坐標表示圓心坐標；[半徑]表示圓的半徑；[起始角，終止角]圓弧的起始和終止角度；只用于ARC；[起點參數1，起點參數2，終點參數1，終點參數2]如果坐標種類為0，則用迪卡爾坐標表示圓弧起點和終點坐標，如果坐標種類為1，則用極坐標表示；3)阻抗圓CIRCLE(整定值，靈敏角，偏移量)；參數說明[整定值]表示阻抗幅值； 表示阻抗靈敏角；[偏移量]表示阻抗圓的偏移量；例一，某多邊形繼電器腳本語言描述如下Dim RDZ；Dim XDZ；LINE(0，0，0，15)；LINE(0，0，XDZ，0)；LINE(0，0，XDZ，-7)；LINE(0，RDZ，0，-120)；LINE(0，RDZ，0，270)；LINE(0，0，0，165)；附圖1中給出了該腳本描述所代表的圖形。其中，RSet為電阻整定值，對應腳本描述中的變量RDZ；XSet為電抗整定值，對應腳本描述中的變量XDZ。
例二，某圓特性形繼電器腳本語言描述如下Dim dval；Dim angle；Dim offset；CIRCLE(zdval，angle，offset)；附圖2中給出了該腳本描述所代表的圖形。其中，ZSet為阻抗幅值的整定值，對應腳本描述中的zdval；θSet為阻抗角的整定值，對應腳本描述中的angle；-αZSet為偏移量整定值，對應腳本描述中的offset。
(二)根據特定型號保護定義目標繼電器在完成繼電器的動作邊界定義之后，下一步是進行繼電器動作量和區段的定義。所謂動作量，指的是繼電器啟動或返回所依據的物理量，該物理量隨著繼電器的不同而不同，例如阻抗繼電器的動作量為線路測量阻抗，差動繼電器的動作量則依賴于兩側或多側的差動電流。
動作量和繼電器區段是和特定型號的保護緊密相連的，隨著保護型號和生產廠家的不同而不同。雖然相同類別的繼電器，例如阻抗繼電器，所采用的動作量在計算原理上基本是一致的，但每個具體型號的保護裝置所采用的保護原理、計算方法以及實際的運行要求等還是存在一定的差別的，為了盡可能準確地再現故障過程，這些差別是不能被忽略的，因此，本發明提出了以錄波文件中模擬量通道和保護定值為變量的動作量計算公式定義功能，該公式定義和保護裝置繼電器邊界的定義共同作為保護裝置對應繼電器模型的一部分。故障回放時，程序自動讀取公式定義并解析該公式，在故障錄波文件的基礎上計算裝置的動作量，在繼電器組件程序實現的各類分析圖上繪制動作量的變化過程，有軌跡圖、區段時間圖等。
對動作量定義公式進行解析計算時，可以是基于向量值，也可以是基于采樣值。基于向量值時，首先需要計算錄波通道中各時刻對應的矢量值，計算通道矢量值時，取計算時刻之前一到兩個周波的采樣數據。錄波通道的矢量值計算完成后，用該通道的矢量值去替換動作量公式定義中相應的通道名稱，計算出替換后的純數字量表達式的值即為動作量在某個時刻點的值。基于采樣值進行計算時，則相對要簡單的多，直接用采樣值替換動作量公式中的通道名稱即可。
下面是某型號保護的基于向量運算的接地阻抗繼電器的動作量定義實例Dim Kx，Ka，KrZa＝Ua/(Ia+((Kr×Ka+Kx×j)/(Ka+j))×3Io)Zb＝Ub/(Ib+((Kr×Ka+Kx×j)/(Ka+j))×3Io)Zc＝Uc/(Ic+((Kr×Ka+Kx×j)/(Ka+j))×3Io)其中，Kx、Kr分別是電抗和電阻的零序補償系數，Ka是線路正序電阻與電抗之比。
(三)繼電器實現及動作軌跡繪制在繪制特定保護裝置繼電器的動作軌跡之前，首先要讀取該保護裝置的定值，并根據事先定義的繼電器模型對繼電器進行編譯，以檢查定值項是否完備、是否正確等，經過編譯后才能生成具體繼電器模型。在繼電器的編譯過程中，主要完成以下幾個工作首先是根據繼電器變量確定其對應的保護定值項，包括邊界變量和動作公式中的變量。本發明中在邊界變量定義中附加了所屬區段、名稱、對應定值名稱默認值、CPU號、定值ID等；在動作變量定義中除了不包括所屬區段外，其他和邊界變量相同；在實際匹配時，以定值ID作為必要條件，名稱作為匹配的輔助條件，同時，對不需要關聯定值但又比較適合定義為變量的值，則將其對應定值ID設定為一特定意義的值，以示區分，有些可直接設為固定值，有些可能需要隨動作量進行調整，在模型編譯時以特例處理。
其次是根據保護定值項的值確定繼電器變量的值，并通過編譯程序自動對腳本定義中的變量進行替換，語法檢查通過后，編譯程序就可以根據新的邊界定義腳本組織直接用于繪制特定繼電器動作邊界的內部語言，通過編譯生成的內部語言已經包含了特定繼電器的區段及定值等信息，這樣就完成了繼電器模型的實例化。
接下來的工作是讀取故障過程中保護裝置感受到的故障電壓和電流等物理量，并根據故障電壓和電流來計算故障過程中繼電器動作量的實際值和變化軌跡。在模擬一個具體繼電器的動作軌跡時，電壓和電流等物理量的獲取可以通過讀取保護裝置在電網故障過程中記錄的錄波文件，或是讀取錄波器記錄的錄波文件中相應的模擬量通道而得到，并對選定的繼電器進行計算，描繪出繼電器的動作軌跡圖，可在軌跡圖的基礎上擴展動作量時間圖、區段時間圖等，方便對故障過程的分析。
權利要求
1.基于腳本描述的繼電器仿真模型的實現方法，包括以下步驟a.建立描述繼電器邊界和動作量的腳本語言，通過腳本語言定義繼電器的邊界、區段，結合特定保護裝置，根據目標繼電器的不同類型，確定其動作量計算公式；b.建立繼電器邊界及動作量計算公式中的變量和保護裝置定值項的對應關系，讀取現場保護裝置的定值，完成繼電器定義的實例化；c.讀取故障錄波數據，指定繼電器實例所需的物理量通道，根據錄波數據計算動作量；d.繪制故障過程中動作量的實際值和變化軌跡，實現動作過程可視化回放；e.根據繼電器的動作軌跡圖分析故障過程。
2.根據權利要求1的方法，其中指定繼電器實例所需的物理量通道包括電壓和電流。
3.根據權利要求1的方法，其中步驟d進一步包括繪制軌跡圖、動作量時間圖、區段時間圖。
4.根據權利要求1的方法，其中描述繼電器邊界和動作量所需的腳本語言語法的定義包括通過腳本命令來定義保護區段多邊形的形狀，在繼電器實例化的過程中，讀取保護定值并解析腳本以獲取實際的保護區段數據；腳本的繪圖命令中，定義順時針的方向為整個圖形的正方向；腳本描述的繪圖關鍵字變量聲明、直線、圓弧；
5.根據權利要求1的方法，其中建立繼電器邊界及動作量計算公式中的變量和保護裝置定值項的對應關系包括以下步驟繼電器模型定義中的變量劃分為邊界變量和動作變量兩部分；邊界變量包括所屬區段、名稱、對應定值名稱、默認值、CPU號、定值ID；動作變量中不包括所屬區段，其他和邊界變量相同；實際匹配時，以定值ID作為必要條件，名稱作為匹配的輔助條件。
全文摘要
本發明提出的采用腳本語言描述的保護繼電器仿真模型，應用于電力系統仿真、故障分析等領域，包括以下步驟建立描述繼電器邊界和動作量的腳本語言，包括變量定義、邊界繪制、計算公式、變量和保護定值項的匹配四個部分；通過腳本語言定義目標繼電器的邊界、區段、動作量等；建立繼電器邊界變量以及動作量計算公式中的變量和保護裝置定值項的對應關系，讀取現場保護裝置的定值，完成繼電器定義的實例化；打開故障錄波數據，指定繼電器邊界定義和動作量中所需的物理量通道，如電壓、電流等，根據故障錄波數據計算繼電器動作量，繪制故障過程中繼電器動作量的變化軌跡，實現動作過程可視化回放；此外，還在軌跡圖的基礎上擴展了動作量時間圖、區段時間圖，方便對故障過程的分析。
文檔編號H02H7/26GK1976154SQ200610167800
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者靳現林, 王立鼎, 肖曉春, 秦應力, 張忠理 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司