一种用于模拟配电网线路故障的波形仿真方法

技术领域

本发明属于配电网故障检测技术领域，更具体的说是涉及一种用于模拟配电网线路故障的波形仿真方法。

背景技术

具备录波功能的故障检测装置在电力传输线各个节点上，需要在产生故障时录取波形数据并将其传送至主站，以供主站根据线路各节点位置的波形来分析定位故障。但在设计之初，主站无法高效便捷地获取真实线路的故障波形信息来做初始设计，而主站需要故障检测装置能够上送故障时线路上电压、电流的波形，用以核验算法，使之能够在真实线路中准确的定位故障。此时就需要一种波形仿真方能够模拟真实线路产生接地故障。

因此，如何提供一种用于模拟配电网线路故障的波形仿真方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于模拟配电网线路故障的波形仿真方法，可以仿真实际线路产生接地故障，模拟各类型接地故障时故障点前后节点的电压电流变化，触发故障检测装置产生录波并上送至主站，为主站开发提供测试环境。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于模拟配电网线路故障的波形仿真方法，使用一上位机串口工具、多只双通道波形发生器和一同步触发器组成的一整个仿真测试环境，所述上位机串口工具通过数据下装、命令发送来下装模拟的故障波形和触发波形发生器输出起止；仿真各类型故障接地时电力传输线电压和电流变化的波形并且将其量化生成数据，波形发生器接收波形数据；同步触发器协同对波形发生器同步对时及触发输出。

优选的，波形曲线做12Bit数据量化后通过波形发生器输出该曲线。

优选的，模拟电力传输线在各类型接地故障时电压及电流的变化表现，波形曲线按50kHz的取样频率做数据量化；在一条电力传输线某个节点发生接地故障时，其线路电流及电场发生瞬时波动变化，此时该传输线上各个节点的故障检测装置均能产生录波；在仿真波形时，模拟故障点上下游多个节点的电压及电流波形。

优选的，PC串口工具下发命令触发所有线路节点的波形发生器同步输。

优选的，同步触发器根据其运行时钟，每整秒固定输出一次脉冲；波形发生器根据该秒脉冲对内部时钟校正，其定时器Timer的计数器Tcount每200个计数值产生一次中断，系统时钟Ts在定时器中断中自增20us；在接收到秒脉冲中断时，进行整秒标准时间T校正：

系统时钟相对标准时间差值：

tc＝T-Ts

差值tc分解为周期的整数倍值与其对整数倍的余数：

tc-tc％1000000

脉冲周期的整数倍直接对系统时钟Ts做加法，Ts＝Ts+(tc-tc％1000000)

此时，Ts与T的差值剩下一个脉冲周期范围内的余数：

to＝tc％1000000

对系统时钟做余数1s内的校正时，为使每次中断时间间隔影响最小，做定时器的计数器微调，以1个计数器Cnt为最小单位，对系统运行的影响最小；调整to微秒时，实际需要调整to*10个计数器，将需要调整的计数器平均分配到1s内，定时器Timer在1s内产生50000次中断，差值to最多做可50000次的校正；

则单次校正的计数器值：

Cnt＝to/50000±1

实际需要校正的次数：

Ncali＝to*10/Cnt

计算完成，在之后每次的定时器中断里，对计数器做调整，每次调整Cnt，共计调整Ncali。

优选的，波形完成下装至波形发生器后，等待被触发输出；同步触发器通过PC串口工具接收起始命令，输出脉冲信号，该脉冲信号同时连接多套波形发生器，波形发生器在接收到该脉冲后开始输出波形；此时所有波形发生器的设备是同时输出，并根据同步对时的方式，保证后续的输出时序也是同步的。

本发明的有益效果在于：

本发明能够仿真实际线路产生接地故障，模拟各类型接地故障时故障点前后节点的电压电流变化。故障检测装置采集模拟产生的故障波形，判断该波形满足故障录波条件则触发故障检测装置产生录波，一个故障点触发其所在的电力传输线路上下游多套故障检测装置同时产生录波，并将该波形上送至主站，为主站开发提供测试环境，主站即可根据线路拓扑图和故障点上下游波形特征判断线路故障接地及确定故障位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明方法的框架图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1，本发明提供了一种用于模拟配电网线路故障的波形仿真方法，使用一上位机串口工具、多只双通道波形发生器和一同步触发器组成的一整个仿真测试环境，所述上位机串口工具通过数据下装、命令发送等功能来下装模拟的故障波形和触发波形发生器输出起止；仿真各类型故障接地时电力传输线电压和电流变化的波形并且将其量化生成数据，波形发生器接收波形数据；同步触发器协同对波形发生器同步对时及触发输出。

本实施例中，波形曲线做12Bit数据量化后通过波形发生器输出该曲线。

本实施例中，模拟电力传输线在各类型接地故障时电压及电流的变化表现，波形曲线按50kHz的取样频率做数据量化；在一条电力传输线某个节点发生接地故障时，其线路电流及电场发生瞬时波动变化，此时该传输线上各个节点的故障检测装置均能产生录波；在仿真波形时，模拟故障点上下游多个节点的电压及电流波形。

本实施例中，PC串口工具下发命令触发所有线路节点的波形发生器同步输。

本实施例中，在实际发生线路接地故障时，短时间内电压电流会发生变化，其发生故障前线路是稳定状态，而故障检测装置也需要一段较长时间的稳定状态后才进入故障的判断。所以在实际被触发输出时，波形发生器将根据下装波形的第一个周期，做长时间的固定输出，该时间Tst在下装波形数据时同时告知波形发生器。

在完成稳态输出持续Tst时间后，再输出故障态波形，即输出接收下装的电流、电压数据。

同步触发器根据其运行时钟，每整秒固定输出一次脉冲；波形发生器根据该秒脉冲对内部时钟校正，其定时器Timer的计数器Tcount每200个计数值产生一次中断(时间周期Tcycle为20us，每个计数器的值为0.1us)，系统时钟Ts在定时器中断中自增20us；在接收到秒脉冲中断时，进行整秒标准时间T校正：

系统时钟相对标准时间差值：

tc＝T-Ts

差值tc分解为周期的整数倍值与其对整数倍的余数：

tc-tc％1000000

脉冲周期的整数倍直接对系统时钟Ts做加法，Ts＝Ts+(tc-tc％1000000)

此时，Ts与T的差值剩下一个脉冲周期范围内的余数：

to＝tc％1000000

对系统时钟做余数1s内的校正时，为使每次中断时间间隔影响最小，做定时器的计数器微调，以1个计数器Cnt(0.1us)为最小单位，对系统运行的影响最小；调整to微秒时，实际需要调整to*10个计数器，将需要调整的计数器平均分配到1s内，定时器Timer在1s内产生50000次中断，差值to最多做可50000次的校正；

则单次校正的计数器值：

Cnt＝to/50000±1(取整计算，最小调整1个计数值，to为正数时加1，负数时减1)

实际需要校正的次数：

Ncali＝to*10/Cnt

计算完成，在之后每次的定时器中断里，对计数器做调整，每次调整Cnt，共计调整Ncali。

本实施例中，波形完成下装至波形发生器后，等待被触发输出；同步触发器通过PC串口工具接收起始命令，输出脉冲信号，该脉冲信号同时连接多套波形发生器，波形发生器在接收到该脉冲后开始输出波形；此时所有波形发生器的设备是同时输出，并根据同步对时的方式，保证后续的输出时序也是同步的。

本实施例中，模拟输出的速率Fd越大(Fd>Fs)，才能在Fs的采样频率下，能够使故障检测装置在采样时较好的还原出真实信号。

故障检测装置的采样频率Fs＝12.8kHz,依据上述并结合平台MCU及DAC输出能力，其原始信号曲线量化输出速率Fd设置为50kHz。故障波形曲线是依据实际线路发生接地故障时，其电力传输线上故障点上下游多个节点的电压及电流变化表现来模拟出的。依据上述，原始信号输出速率Fd设置为50kHz，即间隔20us执行一次DAC输出，波形曲线也按50kHz的频率做数据量化。在一条电力传输线某个点发生接地故障时，其线路电流及电场会发生瞬时波动变化，此时该传输线上各个节点的故障检测装置均能产生录波。

本实施例中，模拟线路故障波形输出，在实际线路波形的产生是同时刻的，模拟输出时波形也需同步输出。同步触发器在每秒输出一次脉冲信号，触发线路上所有的波形发生器时间同步。模拟实际输配电线路，每个节点有A\B\C三相故障检测装置，也即需要3个波形发生器。一条输配电线需要n*3个波形发生器和一个同步触发器。

本实施例中，波形发生器通过PC串口工具接收波形曲线数据，存储该波形数据至内部flash，并且等待触发输出。

数据接收存储过程：

1、擦除Flash；

2、接收波形配置文件：频率、电流电场的长度(点数)、故障前稳态时间；

3、写入电流、电场波形文件至Flash。

本实施例中，PC串口工具发送触发命令至同步触发器，同步触发器输出脉冲触发，波形发生器同步输出波形曲线。

波形输出包括两个过程：

(1)故障前稳态过程；

(2)故障态过程。

本实施例中，故障检测装置检测到该波形曲线，启动录波，多套设备同时触发录波并送至主站，主站根据波形特征确定故障点位置。

本发明用于解决故障监测主站系统在开发过程中没有实际故障环境参考、没有故障波形接入主站监测的问题。本发明能够仿真实际线路产生接地故障，模拟各类型接地故障时故障点前后节点的电压电流变化。故障检测装置采集模拟产生的故障波形，判断该波形满足故障录波条件则触发故障检测装置产生录波，一个故障点触发其所在的电力传输线路上下游多套故障检测装置同时产生录波，并将该波形上送至主站，为主站开发提供测试环境，主站即可根据线路拓扑图和故障点上下游波形特征判断线路故障接地及确定故障位置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。