一种备自投装置建模仿真方法及存储介质

技术领域

本发明涉及一种备自投装置建模仿真方法及存储介质，属于电力系统仿真培训技术领域。

背景技术

电力不间断供应是生产生活的必要条件，备自投装置的主要作用就是在电网故障时或供电异常时，各种电源间相互切换，以保障持续的电力供应。随着智能电网、分布式电源的发展，电网运行特性正发生深刻变化，分布式电源、新能源大规模并网带来的电网运行的不确定性增强，作为电网的第二道防线的备自投装置能够快速保持发电与用电需求之间的平衡，在电网安全稳定方面起到了举住轻重的作用。

鉴于不能人为制作电网故障，建立电力仿真系统是开展电网运行人员知识、技能培训最有效的手段之一。需要快速提高电网运行专业人员的素质和技能水平，以保证其掌握新型设备运行特性和驾驭电网运行的能力，尤其是在提高受训人员的日常监视、正常操作、异常与事故过程及处理等技能发挥重要的作用。

现有的仿真培训系统对备自投的建模仿真主要有两种：逻辑配置建模和拓扑分析建模。

备自投逻辑配置建模主要按照面向动作结果的方式建模，首先配置备自投类型如分段自投、进线自投、主变自投，然后按照程序固化的逻辑进行判断。如配置为分段自投，就按照I母失电、II有电，跳cb1、合cb3或者II母失电、I有电，跳cb2、合cb3来实现其动作过程，这样的实现的方法简单，但未充分考虑备自投充放电和闭锁条件，在电源自投运行方式发生变化（分段备自投切换至进线自投方式），逻辑上也难以自动切换，备自投装置的动作行为就不对了。

拓扑分析建模是目前采用比较广泛的一种仿真方式，该建模方法采用电网拓扑分析，根据不同的运行方式，自动调整备自投类型（分段、进线、变压器自投），然后按照电压和电流固化判断，实现备自投的动作行为的通用仿真，这种通用实现方法，由于没有考虑到不同备自投装置闭锁条件和充放电、动作条件的差异，以及装置动作信号差异，不能满足现场运行人员对于实际装置的培训的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术“电力仿真培训系统中缺乏备自投装置级仿真”的缺陷，提供一种备自投装置建模仿真方法及存储介质，能够兼顾装置个性化差异，并且配置简单，维护方便，满足变电站运行人员对于备自投装置级培训的需求；本发明不但能够实现备自投装置级仿真的全部功能，并且简单灵活，满足电网对于备自投装置大规模建模仿真的需求，提升调控中心及现场运维人员备自投装置针对性仿真培训的效果。

为达到上述目的，本发明提供一种备自投装置建模仿真方法，包括以下步骤：

步骤1，预先定义获得的备自投装置脚本，订阅主仿真程序的具体装置基本信息、主仿真程序潮流值的信息、主仿真程序开关状态的信息、其他外部闭锁开入、备投开关TWJ异常和备投开关手动操作信息，主仿真程序调用脚本时获取；

步骤2，调用预先定义获得的备自投装置脚本，判断备自投装置是否充电完成，若是则进入步骤3，否则进入步骤4；

步骤3，调用预先定义获得的备自投装置脚本，判断备自投装置的预先定义的备自投装置脚本是否满足设定的动作条件，若满足设定条件则将备自投装置的启动信息加入到启动队列或推动启动队列仿真时钟，进入步骤4，否则从启动队列中清除该备自投设备的启动信息，进入步骤4；

步骤4，判断启动队列是否达到时限，若是则备自投装置动作发跳闸指令；

步骤5，判断跳闸开关是否分闸，若是则备自投装置发合闸指令，进入步骤1或结束运行，若否则进入步骤1。

优先地，预先定义获得备自投装置脚本，通过以下步骤实现：

建立备自投装置脚本，在备自投装置脚本中建立具体装置基本信息；

在备自投装置脚本中订阅需要获取的主仿真程序潮流值的信息，在主仿真程序每个潮流周期中调用该预先定义获得的备自投装置脚本时获取；

在备自投装置脚本中订阅需要获取的主仿真程序开关状态的信息，在主仿真程序发生开关变位时调用该预先定义获得的备自投装置脚本时获取；

在备自投装置脚本订阅要从主仿真中获取其他必要信息，在主仿真程序外部闭锁开入、备投开关TWJ异常和备投开关手动操作信息时调用该预先定义获得的备自投装置脚本时获取；

利用备自投装置脚本函数表达备自投装置的相关条件。

优先地，备自投装置脚本包括备自投装置充电、放电和动作逻辑表达式；

具体装置基本信息包括备自投装置的压板信息、备自投装置的切换信息、告警信息和时限信息。

优先地，备自投装置的启动信息包括开关1跳合指令、开关1跳闸发信、开关1合闸发信、备自投动作发信；开关2跳合指令、开关2跳闸发信、开关2合闸发信、备自投动作发信；开关3跳合指令、开关3跳闸发信、开关3合闸发信、备自投动作发信。

优先地，其他必要信息包括外部闭锁开入、相关开关TWJ异常和相关开关手动操作。

优先地，备自投装置的相关条件包括备自投装置的充电条件、备自投装置的放电条件和备自投装置的动作条件。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明所达到的有益效果：

本发明是提出了一种备自投建模仿真的方法，从备自投装置仿真出发，采用轻量级脚本的仿真方法，为不同型号的备自投装置构建对应的脚本，形成备自投装置脚本库，不但解决了备自投动作逻辑固化、不符合实际、缺乏针对性的问题，还提升了备自投装置大规模建模的效率。

附图说明

图1是电网中常见配置备自投装置的变电站接线方式一的示意图；

图2是电网中常见配置备自投装置的变电站接线方式二的示意图；

图3是本发明的流程图；

图4是本发明的流程图。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种备自投装置建模仿真方法的技术方案：

电网中常见配置备自投装置的变电站接线主要有两种方式：

一、接线方式一。正常运行时，一台主变带两段母线并列运行，另一台主变作为明备用，采用进线（变压器）备自投；若正常运行时，两段母线分列运行，每台主变各带一段母线，两段母线互为暗备用，采用分段备自投。

二、接线方式二，正常运行时，一条进线带两段母线并列运行，另一条进线作为明备用。采用进线备自投；若正常运行时，每条进线各带一段母线，两条进线互为暗备用，采用分段备自投。

不同厂家不同装置型号，在备自投功能的实现方面存在一些差异。

以南瑞RCS9000系列备自投装置为例，如表1所示：

表1

本发明提出一种基于脚本的备自投装置建模方法，发明的具体内容如下：

（1）建立备自投装置脚本，在备自投装置脚本中建立具体装置基本信息，具体装置基本信息包括压板、切换、告警信息和时限。

（2）在备自投装置脚本中订阅需要获取的主仿真程序潮流值的信息；

（3）在备自投装置脚本中订阅需要获取的主仿真程序开关状态的信息；

（4）在备自投装置脚本定义要从主仿真中获取其他必要信息，其他必要信息包括外部闭锁开入、相关开关TWJ异常和相关开关手动操作；

（5）利用备自投装置脚本函数表达备自投装置的相关条件；

备自投装置的相关条件包括备自投装置充电条件、备自投装置放电条件和备自投装置动作条件，备自投装置充电条件、备自投装置放电条件和备自投装置动作条件都改用脚本函数表达、实现。

（6）备自投装置脚本与主仿真程序进行交互调用，实现备自投装置级仿真。

备自投装置脚本与主仿真程序进行交互调用，实现备自投装置级仿真，通过以下步骤实现：

备自投装置脚本从主仿真程序获取具体装置基本信息、主仿真程序潮流值的信息、主仿真程序开关状态的信息、备自投装置充电条件、备自投装置放电条件、备自投装置动作条件、开关跳闸和发信；

主仿真程序调用备自投装置脚本，完成备自投装置级仿真。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

下面以南瑞RSC9652数字式备用电源自动投入装置为例说明一种基于轻量级脚本的备自投仿真建模方法的具体步骤：

电网具体接线方式如下图2所示：

若一条进线带两段母线并列运行，另一条进线作为明备用，采用进线备自投；若每条进线各带一段母线，两条进线互为暗备用，采用分段备自投。这个由程序根据开关位置自动判断。

（1）建立装置基本信息，在RCS9652脚本中建立装置基本信息，包括压板、切换、告警信息、时限等，如下表2所示。

表2

（2）在脚本中订阅主仿真程序潮流计算值信息

备自投装置获取电网仿真潮流计算值，通过脚本订阅具体的输入值，主要配置如下：

1）U1为订阅Ⅰ母相间电压

2）U2为订阅Ⅱ母相间电压

3）Ux1、Ux2 为订阅两进线的线路电压

4）I1、I2 为订阅两进线电流

5）I3为订阅分段或桥开关电流

这些遥测量从仿真电网获取，两段母线电压（U1、U2）是用于有压、无压判别。两段进线电压（Ux1、Ux2）作为自投准备及动作的辅助判据。每个进线开关各引入一相电流（I1、I2），是为了防止PT 三相断线后造成桥开关误投。

（3）在脚本中订阅主仿真程序对应开关位置信息

1）1DL为订阅进线1开关状态

2）2DL为订阅进线2开关状态

3）3DL 为订阅分段或桥开关位置

装置引入 1DL、2DL、3DL 开关位置接点，用于自投方式判别，自投充、放电及自投动作判断。

手动操作1DL、2DL、3DL 开关，从仿真电网开关操作回路，作为各种运行情况下自投的闭锁。

（4）脚本逻辑条件定义，从主仿真程序订阅所需信息，脚本增加备自投装置充电条件、放电条件、动作条件事件：

脚本逻辑条件关键字的定义：

V[U1]—表示仿真中I母电压值

V[U2]—表示仿真中II母电压值

V[Ux1]—表示仿真中1#进线电压值

V[Ux2]—表示仿真中2#进线电压值

I[I1]—表示仿真中1#进线电流值

I[I2]—表示仿真中2#进线电流值

I[I3]—表示仿真中分段或桥开关电流值

CB[1DL]—表示电网中1DL开关分合状态（0-分，1-合）

CB[2DL]—表示电网中2DL开关分合状态（0-分，1-合）

CB[3DL]—表示电网中3DL开关分合状态（0-分，1-合）

HAND[1DL]—表示仿真中1DL开关手动操作分合状态（0-分，1-合）

HAND[2DL]—表示仿真中2DL开关手动操作分合状态（0-分，1-合）

HAND[3DL]—表示仿真中3DL开关手动操作分合状态（0-分，1-合）

LP[备自投投入]—表示仿真中该装置备自投投入压板状态（0-退出，1-投入）

TWJYC—表示仿真中1DL或2DL或3DL开关存在操作闭锁（1-有异常）

BSKR—其他闭锁开入（1-有闭锁），如变压器后备保护

&&—与操作

||—或操作

!=—非操作

() —括号

备自投仿真程序会根据开关位置自动判别RCS-9652备自投方式选择投入。RCS9652有下面四种自投方式：

1）进线自投（方式1）

当前#1 进线运行，#2 进线备用，即1DL、3DL 在合位，2DL 在分位。此时当#1 进线电源因故障或其他原因被断开后，#2 进线备用电源应能自动投入。

1、充电条件（15S完成充电）：

a)Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压， #2 线路有压（Ux2）

b) 1DL、3DL 在合位, 2DL 在分位

c) 备自投功能投入

充电条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Uab1]!=0&&V[Uab2]!=0&&V[Ux2]!=0&&CB[1DL]==1&&CB[3DL]==1&& CB[2DL]==0&&lp[备自投投入]==1

2、放电条件：

a) #2 线路无压（Ux2）

b) 2DL 合上

c) 手跳1DL 或3DL

d) 外部闭锁信号，如变压器内部故障等。

e) 1DL或2DL或3DL 的开关异常，如控制回路断线，弹簧未储能

f) 装置备自投功能退出

放电条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Ux2]==0||CB[2DL]==1||(HAND[1DL]==0||HAND[3DL]==0)||BSKR==1||TWJYC==1||lp[备自投投入]==0

3、动作条件：

当充电完成后,Ⅰ母、Ⅱ母均无压，Ux2 有压，I1 无流，备自投功能投入

动作条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Uab1]==0&&V[Uab2]==0&& V[Ux2]!=0&&I[I1]==0&&lp[备自投投入]==1

备自投装置满足动作条件，达到时限定值跳开1DL，确认1DL 跳开后，合2DL。装置输出信息为：备自投动作、备自投跳进线I、备自投合进线II信息。

2）进线备自投（方式 2 ）。过程同方式1。#2 线路运行，1#线路备用。

1、充电条件（15S完成充电）：

a)Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压， #1线路有压（Ux1）

b) 2DL、3DL 在合位, 1DL 在分位

c) 备自投功能投入

充电条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Uab1]!=0&&V[Uab2]!=0&&V[Ux1]!=0&&CB[2DL]==1&&CB[3DL]==1&& CB[1DL]==0&&lp[备自投投入]==1

2、放电条件：

a) #1线路无压（Ux1）

b) 1DL 合上

c) 手跳2DL 或3DL

d) 外部闭锁信号，如变压器内部故障等。

e) 1DL或2DL或3DL 的开关异常，如控制回路断线，弹簧未储能

f) 装置备自投功能退出

放电条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Ux1]==0||CB[1DL]==1||(HAND[2DL]==0||HAND[3DL]==0)||BSKR==1||TWJYC==1||lp[备自投投入]==0

3、动作条件：

当充电完成后,Ⅰ母、Ⅱ母均无压，Ux1有压，I2无流，备自投功能投入

动作条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Uab1]==0&&V[Uab2]==0&&V[Ux1]!=0&&I[I2]==0&&lp[备自投投入]==1

备自投装置满足动作条件，达到时限定值跳开2DL，确认2DL 跳开后，合1DL。装置输出信息为：备自投动作、备自投跳进线II、备自投合进线I信息。

3）分段（桥）开关自投（方式 3、方式4）：

当1#进线、2#进线分别带两段母线分列运行时，根据开关1DL合位、2DL合位、3DL分位，装置自动选择桥开关自投方式。

充电条件（经 15 秒后充电完成）：

a) Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压；

b) 1DL、2DL 在合位,3DL 在分位。

c) 备自投功能投入

充电条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[Uab1]!=0&&V[Uab2]!=0&&CB[1DL]==1&&CB[2DL]==1&&CB[3DL]==0&&lp[备自投投入]==1

放电条件：

a) 3DL 在合位；

b) Ⅰ母、Ⅱ母均三相无压；

c) 手跳1DL 或2DL；

d) 外部外部闭锁信号，如变压器内部故障等。

e) DL1，DL2，DL3 的TWJ 异常，如控制回路断线，弹簧未储能

f) 备自投功能退出

放电条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

CB[3DL]==1||V[U1]==0&&V[U2]==0||HAND[1DL]==1||HAND[2DL]==1||BSKR==1||TWJYC==1|| lp[备自投投入]==0

a）方式3：Ⅰ母无压、#1 进线无流，Ⅱ母有压，方式3 自投整定控制字允许。

方式3动作条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[U1]==0&&I[I1]==0&& V[U2]!=0&&lp[备自投投入]==1

充电完成后，满足动作条件，达到时限后，跳1DL，确认1DL 跳开后合3DL，并发出备自投动作，备自投跳进线I、备自投合分段信息。

b）方式4：Ⅱ母无压、#2 进线无流，Ⅰ母有压，方式4 自投整定控制字允许，

方式4动作条件在脚本中的逻辑表达式，完整表达如下：

V[U2]==0&&I[I2]==0&& V[U1]!=0&&lp[备自投投入]==1

充电完成后，满足动作条件，达到时限后，跳2DL，确认2DL 跳开后合3DL，并发出备自投动作，备自投跳进线II、备自投合分段信息。

（5）脚本与主仿真程序交互，备自投装置脚本从主仿真程序获取数据、注册充电条件、放电条件、动作条件、开关跳闸、发信等事件，主仿真程序通过调用脚本，完成备自投装置级仿真。

由此可见，不同的装置型号备自投功能还是有较大差别的，必须按照装置的机理进行备自投仿真建模，才能满足电网运行人员针对性培训的需求。

本申请是照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。