二次回路的图形仿真方法和系统

技术领域

本发明涉及二次回路的图形仿真方法和系统，属于二次回路仿真培训领域。

背景技术

现代电力系统的复杂性、实时性以及与之相伴的脆弱性、电力事故后果的恶劣性，都要求电力系统发生故障时，能够快速检测故障、准确判断故障、合理排除故障，缩小停电范围，以维护整个电网的稳定运行。监控员面向海量监控信息的数据缺乏相应的辅助分析技术手段，容易造成对故障异常的误判、漏判，不利于电网安全稳定运行。为相关从业人员提供关于变电站保护功能和二次回路各环节的详细仿真分析技术自然应运而生。

目前对于二次回路仿真建模主要专注于还原二次设备的三维模型，侧重于外形的模拟与还原，对实际元器件的物理状态进行高度还原。所以其缺点主要在于对最关键的二次回路图纸研究甚少，尚未实现对保护功能和二次回路的各个环节的详细仿真，涉及到的底层细节不够。因此在对相关从业人员的变电站仿真培训中的帮助不大，无法进一步提升继电保护和变电运维人员对二次设备及系统的认知。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的以上不足，提供二次回路的图形仿真方法和系统。本发明采用以下技术方案。

第一方面，本发明提供了二次回路的图形仿真方法，包括：

根据仿真项目中设备各部分逻辑和逻辑联系，利用预设的图元，构建监控信号产生的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图；

基于二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，进行图计算，得到逻辑功能和信号传输过程，及各图元的运行状态结果，从而实现对系统二次回路的仿真。

进一步地，所述方法还包括：预先使用图形编辑软件，绘制二次回路图元。

进一步地，构建监控信号产生的二次设备原理接线图用到的逻辑功能相关图元，包括：逻辑功能连接线图元、逻辑功能连接点图元、逻辑功能连接字图元、压板图元、与图元、或图元、非图元、模拟量输入图元、开关量输入图元、开关量输出图元、延时元件图元、逻辑功能模块图元、逻辑功能模块输入图元和逻辑功能模块输出图元。

进一步地，构建二次原理接线图的设备相关图元，包括：设备线路连接线图元、设备线路连接点图元、断路器图元、隔离开关图元、接地开关图元、变压器图元、电容器图元、电抗器图元、母线图元、电压互感器图元和电流互感器图元。

进一步地，构建二次回路图用到的回路相关图元包括：回路连接线图元、回路连接点图元、二次设备开出接点图元、继电器触点图元、继电器图元、交流接触器图元、熔断器图元、接地符号图元、直流母线图元、连接片图元和文字说明图元。

进一步地，构建通信传输图用到的通信相关图元包括：通信节点连接线图元、通信节点连接点图元、通信设备示意图图元、屏柜正面视图图元、屏柜背面视图图元、屏柜端子图元、屏柜接地图元、电源开关图元、接地点图元。

进一步地，所述方法还包括：对获得的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图进行解析，获得原理逻辑图纸文件，所述原理逻辑图纸文件包括逻辑功能模块的定义、二次回路运行参数以及连接关系。

进一步地，基于二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，进行图计算，得到逻辑功能和信号传输过程，及各图元的运行状态结果，从而实现对系统二次回路的仿真，包括以下步骤：

二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图编辑完成后，生成图元拓扑连接关系，拓扑搜索功能根据图元的拓扑连接属性描述，经过搜索得到各个回路的图元；

根据图元的输入，计算图元的动作逻辑，判断图元输出是否处于动作状态；

上一级图元的输出作为下一级图元的输入，顺序计算该回路的各个图元当前状态。

再进一步地，所所述方法还包括：定期计算所有回路的运行状态，并保存图元动作状态，作为下一次计算的历史状态。

第二方面，本发明提供了二次回路的图形仿真系统，包括：图模型构建模块和图计算模块；

所述图模型构建模块，用于根据仿真项目中设备各部分逻辑和逻辑联系，利用预设的图元，构建监控信号产生的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图；

所述图计算模块，用于基于二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，进行图计算，得到逻辑功能和信号传输过程，及各图元的运行状态结果，从而实现对系统二次回路的仿真。

本发明所取得的有益技术效果：本发明通过图形编辑器建立典型变电设备的二次回路，包括构建变电站设备集中监控信号产生的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，实现二次回路的图形展示与仿真项目的关联。采用图形化编辑实现，对各种图元进行组合，并通过图元的参数设置，实现具体图元与实际设备的对应。

附图说明

图1为具体实施例中二次回路各图纸间关系图；

图2为具体实施例提供的二次回路的图形仿真方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1二次回路的图形仿真方法，包括：

根据仿真项目中设备各部分逻辑和逻辑联系，利用预设的图元，构建监控信号产生的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图；

基于二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，进行图计算，得到逻辑功能和信号传输过程，及各图元的运行状态结果，从而实现对系统二次回路的仿真。

本发明进行变电站设备集中监控信号仿真，包括设备建模和回路建模两部分。设备建模依据设备自身实现原理构建，回路建模包括通信传输回路和二次回路。首先进行图形化编辑，应用图元构建设备各部分逻辑和逻辑联系图。接着进行图形解析，对已形成的设备或回路逻辑图进行编译分析，得到最终的原理逻辑图纸文件。该图纸文件包括逻辑功能模块的定义、二次回路运行参数以及连接关系。然后进行图计算，对所构建的变电站保护设备及二次回路图纸进行图计算，推导设备的逻辑功能和信号传输过程。最后判断运行状态，根据图计算结果，解析变电站监控信号产生和传输的过程，从而实现对系统及回路的运行状态的分析诊断功能。

本发明方法通过图形编辑器建模，绘制二次回路原理图纸，并利用变电站设备集中控制信号产生的原理与处置仿真计算对变电站保护设备、二次回路和变电站通信传输设备及网络进行全范围建模仿真，实现保护功能和二次回路的图形可视化展现、通路跟踪与拓扑着色、动作过程动态演示、识图培训缺陷仿真等功能。

具体实施例中还包括：预先使用图形编辑软件，绘制二次回路图元。

图形编辑的图元设置如下所述：

针对变电站内可产生监控信息的二次设备相关图元，见表1，如保护、测控、自动装置等，构建与实际二次设备一致的逻辑功能原理图：

表1构建监控信号产生的二次设备原理接线图用到的逻辑功能相关图元

将一二次设备画在一起，可显示PT、CT安装位置，以及可控制的断路器、刀闸等设备。

描述变电站各个间隔的设备配置、二次装置接线的简要示意图。包括间隔一次设备、互感器的次级绕组、二次设备以及断路器控制等通过控制电缆联成的电路。二次原理接线图在间隔主接线图设备相关图元如图下表2：

表2二次原理接线图的设备相关图元

二次原理展开图按回路展开为交流电流回路、交流电压回路、直流回路、操作控制回路等。描述二次回路各元件，包括元件的线圈、触点，连接片等。

在展开图中依电流通过的方向，画出按钮、触点、线圈和端子编号，在图右侧还有文字说明回路的作用。回路包括交流电流、电压回路图、控制及信号回路图等。如下表3所示：

表3二次回路图用到的回路相关图元

全站系统图描述变电站通信网络、通信设备、通信电源以及通信屏柜等，均与实际关联。如下表4所示：

表4通信传输图用到的通信相关图元

图纸(即原理逻辑图纸文件)之间的关系本质上与图纸所模拟物理设备之间的关系一致。对于单个变电站图纸，图纸之间关系如图1所示。

二次图中，图的基本元素是节点、边和属性，其中节点被用来表示实体，边缘表示节点之间的连接关系，属性是对边缘的方向定义，可以是定向的，也可以是非定向的。

图计算负责计算二次回路拓扑状态、各个节点电压、各支路电阻等用来表征二次回路工作状态的特征量。

二次图纸中模拟图元、输入输出等各环节均与变电站二次设备及二次回路的实际功能实现关联。结合图计算理论，运用图纸中的图元功能逻辑和拓扑连接模拟保护功能实现逻辑，计算保护逻辑图中图元工作状态的变化，并判断保护逻辑图拓扑关系的变化，其次结合直流节点电压法计算断路器控制回路各节点电压的变化过程，以判断断路器控制回路的各继电器的动作状态。

本发明通过图形编辑器建立典型变电设备的二次回路，包括构建变电站设备集中监控信号产生的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，实现图形展示与仿真项目的关联。采用图形化编辑实现；图形化编辑可应用图形编辑软件，对各种图元进行组合，并通过图元的参数设置，实现具体图元与实际设备的对应。

在以上实施例的基础上，具体实施例中，基于二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，进行图计算，得到逻辑功能和信号传输过程，及各图元的运行状态结果，从而实现对系统二次回路的仿真，包括以下步骤：

按照预配置动作策略，运用图仿真计算方法，计算时考虑继电器等元件的时间动作特性，顺次计算一条电路的图元动作逻辑，判断图元动作状态，判断回路通断，给出各图纸中图元的运行状态结果，方法包括：

①图编辑完成后，生成图元拓扑连接关系，拓扑搜索功能根据图元的拓扑连接属性描述，经过搜索得到各个回路的图元；

②根据图元的输入，计算图元的动作逻辑，判断图元输出是否处于动作状态；

③上一级图元的输出作为下一级图元的输入，顺序计算该回路的各个图元当前状态；

④定期计算所有回路的运行状态，并保存图元动作状态，作为下一次计算的历史状态；进一步的，根据图计算的结果，更新二次回路图纸状态，将二次回路产生的现象在原理级层面上进行直观的展示。

实施例2

与以上实施例相对应地，本实施例提供了二次回路的图形仿真系统，包括：图模型构建模块和图计算模块；

所述图模型构建模块，用于根据仿真项目中设备各部分逻辑和逻辑联系，利用预设的图元，构建监控信号产生的二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图；

所述图计算模块，用于基于二次设备原理接线图、二次回路图以及通信传输图，进行图计算，得到逻辑功能和信号传输过程，及各图元的运行状态结果，从而实现对系统二次回路的仿真。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统/模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。