（电力系统及其自动化专业论文）电力系统继电保护控制回路逻辑仿真研究.pdf

华枣理王大学工学硬学搜论文 电磁型和微机型继电保护控制阉路动作逻辑仿真的培训系统，系统的可 靠运行也验证了本文的仿真实瑗思想的有效性。 关键试：继电保护；逻辑仿真；面向对象；网络拓扑；漓息响威；时间 事件队列 珏 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n g w i t h d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r a n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y ， d i g i t a ls i m u l a t i o nh a s b e e nd e e p l yi m p l i e di n t op o w e rs y s t e ma n di n c r e a s i n g p r o d u c t i o nh a sc o m eu p a sar e s e a r c h i n g d i r e c t i o ni nt h ed i g i t a ls i m u l a t i o n f i e l do fr e l a yp r o t e c t i o no fp o w e rs y s t e m s ，t h eo p e r a t i o nl o g i cs i m u l a t i o no f r e l a yp r o t e c t i o n i nc o n t r o lc i r c u i tc a ns i m u l a t e t h e l o g i c e l e m e n t s c o n c a t e n a t e o p e r a t i o n i nc o n t r o lc i r c u i ta n dg i v e a p o t e n ts u p p o r t t o c i r c u i t sd e s i g n ，v a l i d a t i o na n da n a l y s i so fr e l a yp r o t e c t i o n w h i l e ，t h e r ei s n o tac o m p l e t ea n ds y s t e m i cd e s i g nt h o u g h ti nm u c hr e s e a r c hw o r kn o w 。t h e i d e a sa n da l g o r i t h m sa r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e rb a s e do ng r a p h so fr e l a y p r o t e c t i o n c o n t r o l c i r c u i t t h r o u g h t h e d e e p r e s e a r c h i n v o l v i n g t h e s u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo fd i g i t a ls i m u l a t i o n ，o r g a n i z a t i o no fl o g i cr e l a t i o n ， a n dm a t h e m a t i c a lm o d e l f i r s t l y ，t h eo p e r a t i o nl o g i c s i m u l a t i o no fr e l a y p r o t e c t i o n i nc o n t r o l c i r c u i ti sa p a r t o f o p e r a t i o n s i m u l a t i o no f r e l a yp r o t e c t i o n a n dt h e e x t e n d i n go fd i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r i th a st oe x c h a n g ei n f o r m a t i o n a n de n e r g yw i t ho t h e rs i m u l a t i o np a r t si nf u n c t i o n 。s e c o n d l y ，t h er e a l i z a t i o n p r o c e s so fs i m u l a t i o ni s d i v i d e di n t og r a p hl e v e l ，n e t w o r k st o p o l o g yl e v e l a n dm a t h e m a t i c a lm o d e ll e v e l t h ed a t ae l e m e n t si nd i f f e r e n tl e v e la r e i n d e p e n d e n ta n du n i t e d f i n a l l y ，t h e s i m u l a t ee l e m e n t si nc o n t r o lc i r c u i t h a v e t i g h tl o g i c r e l a t i o n t ob a l a n c et h es t r u c t u r ec o n f l i c t i o nb e t w e e n i n d e p e n d e n c ea n dc o m p a c t n e s s ，t h et h e o r ya n di m p l i c a t i o no fo b j e c to r i e n t t h o u g h t i sp r o p o s e di np a p e r 。 i no r d e rt o g e n e r a t e a n ds i m p l i f yt h el o g i cr e l a t i o nf r o mg r a p h so f r e l a yp r o t e c t i o nc o n t r o lc i r c u i t ，am o d e lc o n s i s to fg r a p hl e v e l ，n e t w o r k s t o p o l o g y l e v e la n dm a t h e m a t i c a lm o d e ll e v e lc o m e so u ti n t h i s p a p e r a i m i n g a tt h ed i f f e r e n c ei nc o n t r o lc i r c u i tb e t w e e ns w i t c hn e t w o r k c h a r a c t e ro f e l e c t r o m a g n e t i cr e l a yp r o t e c t i o n a n dc l o s ec h a r a c t e ro f m i c r o c o m p u t e rr e l a yp r o t e c t i o n ，t h et h o u g h t s a n d a l g o r i t h m s o fs w i t c h n e t w o r k sl o g i ca n dv o l t a g es e a r c h i n gl o g i ca r ei n t r o d u c e di np a p e r a 1 1s i m u l a t i o nm o d e l sa r ed e s c r i b e db a s e do no b j e c to r i e n tt h o u g h t t h e l 华鸯理王大学工学硬士学粳论文 m o d e l s c o m m u n i c a t i o ni ss i m u l a t e dw e l la n dt r u l y t h r o u g h t h em e s s a g e r e s p o n d e dm e c h a n i s mo fo b j e c to r i e n t 。t h ed a t as t r u c t u r ea n da l g o r i t h m so f t i m ea n de v e n tq u e u ea r ep u ti n t o a p p l i c a t i o nt or e a l i z et h es i m u l a t i o no f p a r a l l e ls y s t e mi ns e r i a lc o m p u t e rt e c h n o l o g y t h er e l a yp r o t e c t i o ns i m u l a t i o ns y s t e m sd e v e l o p e df o re l e c t r o m a g n e t i c r e l a yp r o t e c t i o na n dm i c r o c o m p u t e rr e l a yp r o t e c t i o ni n d i c a t et h ev a l i d i t yo f t h ei d e a sa n da l g o r i t h m sp r o p o s e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：r e l a yp r o t e c t i o n ；l o g i c s i m u l a t i o n ；o b j e c t o r i e n t ；n e t w o r k t o p o l o g y ；m e s s a g er e s p o n d e d ；t i m ea n de v e n tq u e u e 珏 华南理工大学 学位论文原创性声明 本入郑重声明：所星交的论文罴本人在导师的指导下独立遴行研 究所取褥的研究成果。除了文中特别加以标注引耀的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究徽出鬟要贡献鳇个入和集体，均没在文中戳臻确方式拣甓。本人完 企意识到本声明的法律后果幽本人承担。 作者签名：蚧谯司i 因期：肌；年苫月岁。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或桃构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权撼南理工大学霹以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 揍等复案l 手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学经论文耩予 不保密劂。 ( 请在以上相应方框内打“”) 价；复稚 誓簇曩纫易孕戮东莘；嚣星 蘩一章缝逢 第一章绪论 1 ， 电力工业发展与数字仿真技术发展豢来的契扭 随着国疑经济发展，电力工业裹邃发展。电网嫂搂豹弱益扩大，囊动 化水平不断提高，对电力系统的安全、优质、高效的运彳亍提出了越来越 严掺的要袋。嚣对这静墩力工渡发展的挑战，更好地为潮民经济发展缀 务，推动电力系统科研工作的深化和全面发展，提高和改善系统运行的 技术水平，成为十分重疆豹环节。与她同时，计算机和邋信技术为代袋 的信息技术的迅猛发展，给电力系统的研究和运行分析带来了许多新技 术进步的机遇。 在众多的现代新技术中，系统仿真技术就是其中的佼佼者。生产帮 科学技术的发展使实现菜一秘特定功能的长个事物之间产生了定的联 系，形成备种系统。对系统的研究、分析和设计，需要避行系统试验。 直接在系统的原型上进行试验，由于受到各种实璐条件的约束，需要按 照原型的特征构造一个系统( 物理的藏者数学的) 模型，并在该模登上 完成试验。建模和在相应模型上进行试验的过程被称为系统仿真n ，。系 统仿粪可敬按照多种形成进行分类；按照舔垄系统状态豢化交亿的爵阕 过程分为谶续系统仿真和离散幕统仿真：按实物参与仿舆过程分为实时 仿囊帮菲安时仿粪；按仿真霹游可分为研究仿宾秘培谣傍真；按仿真模 型可分为物理仿真和数字仿真；还可以按照仿真对象所属专业炎别进行 分类。 数字仿真与物理仿舆一道是系统仿真技术的主要的两大类别，各有 嚣长，互裰渗透佟爰，程各鑫静应臻范霾审发挥饕越来麓薰要戆俸蔫。 数字仿真 乍为系统仿真中的一门新兴学科，是计算机科学、计算数学、 控铡毽论穰专蜇旋蔫技零静综合。数字蘅囊其毒举受霖登系统麓模窝缝 构复杂性的限制；保证被研究和试验系统的安全性；仿嶷试验鼠有良好 魏经济注、鸯效熬纛方褒性；豁矮予薅设诗寒来系统救就匏颈溺豹後 点。【2 5 它可以用不同的时间比例尺避行，可以放慢时间，在微观上认真 考察系统黪牲态；氇虿戳麴快辩藤，农宏鬟纛太范疆土残察系绞黥幸亍蔻； 还可以使时间暂停、返网和重谶，以便反复、详细地研究系统税任意时 段戆套秘及零戆域考重爱戆形悫与磐为，这些都燕在实酝系统巾穰建域 华南理工大学工学硕士学位论文 者根本不可能实现的。数字仿真的总体控制使用程序方案进行的，容易 对实验参数及各种环境条件的组合情况进行设定和变更，便于对可能发 生的各种情况进行预测和估计。这种只改变某些实验参数而其他条件保 持不变的实验优化性能，在分析比较系统的相关因素时能够发挥极大的 作用，尤其对于对象是以时间坐标为参量的动态系统的研究特别有实用 意义。因此在工程领域内，系统数字仿真已经广泛地应用在系统规划、 设计与试验：系统动态特征的分析与研究；系统运行中的辅助决策、管 理与控制 系统运行人员的教学培训等多个方面。 电力系统数字仿真作为现代数字仿真技术应用的一个领域，其相关 技术的研究、开发，包括数学模型、仿真软件、模型结构和仿真算法等 等，不断地涌现出新的成果。各种成果的应用也有力地推动了电力系统 数字仿真技术的发展。在计算机技术、人工智能技术、数值计算方法和 实时仿真技术的推动下，电力系统中的各个子学科对数字仿真仿真的应 用已经呈现出更加深入、具体和多样的局面。 1 2 电力系统数字仿真 1 2 1 电力系统数字仿真的发展历史 在电力系统领域，系统仿真很早就得到了采用，经历了直流计算台、 交流计算台、电力系统动态模型、模拟计算机等物理仿真和数字仿真阶 段。在电力系统结构与运行特点的影响下，电力系统的科学研究和试验 必须依赖于一定的系统仿真技术。在某种意义上，电力系统仿真的技术 水平确实代表了电力系统科学研究的水平。 1 2 2 电力系统数字仿真的分类 在电力系统仿真中，主要分为在物理模型上实现的动态仿真，以及 在数字计算机上实现的基于数学模型的数字仿真。根据不同地使用目的， 电力系统数字仿真可以分为研究型仿真和培训型仿真两类。通常，研究 型仿真侧重对系统运行内特性的分析和模拟，具有比较通用和灵活的数 据模型和操作接1 ：3 ；而培训型仿真侧重系统运行的外部现象的再现，需 要针对不用的培训对象“量体裁衣”，进行具体的设计。当前，些数字 仿真系统已经具备了集成研究分析和培训一体化的功能。中就详细介绍 2 第一章绪论 了多种电力系统仿真软件的配置环境和功能特点。 1 2 3 电力系统数字仿真的特点与现状 电力系统数字仿真依赖于电机学、电力系统理论、电路基础理论和 控制系统理论的支持，以微分方程和网络方程为主的数学模型在形式、 规模和相互之间的联系呈现出多样性。现代数字仿真算法的发展，为仿 真处理的数值算法提供各种减少运算量，提高精度和数值稳定性的途径， 除了针对电力系统微分方程连续和离散算法，还为逻辑和故障诊断仿真 的实现，采用了人工智能技术、专家系统和逻辑判断算法。在解决数字 仿真功能扩展和修改的难题中，面向对象思想作为一种新的软件设计思 想成为了有效手段。上述技术的发展以及计算机可视化技术的应用，都 在很大程度上推动了现代电力系统数字仿真的发展。 1 3 继电保护数字仿真 1 3 1 继电保护数字仿真的需求 继电保护是电力系统安全运行的必要保障，对于继电保护运行特性 进行分析与研究具有十分重要的意义。随着电力系统的快速发展，尤其 是电压等级的提高，使继电保护的动作时间加快，必然工作在故障暂态 阶段，因此评估快速保护的动态性能显得非常关键。传统的理论分析方 法和物理实验方法具有一定的局限性，为此，开发更完善、更糟确的继 电保护分析方法对于分析继电保护装置的暂态特性变得极为迫切。数字 仿真所具有的投资小，功耗低，占地规模小，以及使用灵活、复用性强、 自动化程度高的优势，能够满足继电保护工作者对继电保护装置的快速 分析，成为继电保护装置开发和研究的重要方法，受到了广泛的重视与 研究。 1 3 。2 继电保护数字仿真的主要研究方向 针对不同的特性研究，继电保护数字仿真采用不同仿真手段，形成了 下述的几个主要研究方向”1 。 牮鸯理工大学工学矮学使论文 。3 。2 。 绘实嚣鹃保护装鼍注入一定戆模羧镶号，雳瑗测宠继毫保护装豢 的动作行为 由于继电保护装置的实验与设计需要，奸发了既有实验功能又有设 计功能的电力系统继电保护辅助分析数字仿真系统。其中黻有蜜裼( 维 电保护装置) 接入的电力系统实时数字仿真器( r t d s r e a lt i m ed i g i t a l s i m u l a t o r ) 兔代表。必实现数字仿真系统帮被研究实耪的连接，才有并 行数宰计算机、数模转换器和功率放大器产嫩单回或双回输电线路的电 压、电流，并量含有壹流分量、基波分量驻及各次分量。实露数字傍冀 器( r t d s ) 用于继电保护装置的测试，为继电保护装置的试验提供了 个一次系统实际运行懿仿真环凌。魏瑙家电力公司邀力窝动纯磷究院孽l 进配备的r t d s 就是一种较高水平的电力系统实时仿真器t 4 1 。 健是这释绘继逵徐梦装萋淀入一定模羧壤子痿号大戆溺试方法，炎 能对现有的装置进行试验。在继电保护装置的开发阶段，无法协助设计 久员分辑装鬟琢囊设诗会理淫，不戆殷每发瑗翊瑟，筵努，测试装萋纛 比较复杂，在实验样本上发现问题后也会造成一定的经济损失。 1 3 2 2 继电保护装置内部动作行为的仿真分析 这种方法注重分析继电保护装置的暂态性能，譬如对予m h o 距离继 电器，剥用状态空闽逼避翅成+ 丸羧瓣数学模型，测熏数字彷囊求熊。 这个模型关键是推导非线性电磁转矩，模型接受从p t 和c t 的人工波形 来计冀其暂泰响应，扶露获撂继邀器的暂态燃能。 对于继电保护装置的一些组成部分，在相关的文献中也提到了可以 通过建立状态方稷进行详鲴鹊攒述，仿真结果较为糖确，但是方法对予 模型描述过于具体，工作量大，难以完成复杂的攘套继电保护装置的仿 真。 1 3 2 3 把愈力系统仿真与继电保护装置仿真相结龠，分析保护装置豹劝 作行为 这种方法从继电保护装置的工作原理出发对保护装置进行仿真，并 且剥瘸交壹滚混合系统瓣数字仿真，势耩谴波怼继愿缳梦懿彩确。该辍 毒 第一搴绪论 护仿真方法简便易行，但是不能反映继电保护装鬟本身的暂态过程。盟 前，以e m t p ( e l e c t r o m a g n e tt r a n s i e n tp r o c e s s ) 为代表的电磁暂态程序 被广泛的威用，它具有精确模拟大多数电力系统静态行为的能力，可以 为继电保护装置仿真提供理想的输入信号。e m t p 融经开发了线路继电器 ( c e y 5 1 和s l y l 2 c ) 模型和变压器保护方向继电器( d 2 0 2 和b d d l 5 b ) 。 健是，这稀傍粪方法是狠据继宅器的工作原蘧进行禳撅的，其模篷 是理想化的，忽略了电路或者逻辑元件的延时，致使继电器模型中的动 作露鬻芘安际继电器实验筋蔬阚时阕簧茯，存在一定的不足。其次，e m t p 对于互感器和继电器模型的结合方面，描述不够详细，有待进步的毙 善。 。3 。2 。4 赣篷豹缝耄保护装置髂粪方法一实舔法 实嚣法拶是怼继毫保护霖爨整薅爽专全部仿真瓣综合。源瑾髓仿真帮 以继电器的基本动作方程为基础，通过逻辑运算得到各比相结粜，并进 嚣逻辏毙鞠，按句话说就是获慕本动俸方纛懑发，不考虑实舔线路，完 全通过逻辑运算得到保护的动作行为结果。全部仿真即悬以电路元件为 基本攀元寒构造数学模型，这熬基本肇元袈戆单电容元转、攀毫惑元蛰、 耦合线圈、二极管、三极管等等，通过网络分析的方法求解动态过程。 实骣法对于电容等辏戆廷馋戆魄鼹，霹班臻发模法建立冀数学模型，瑟 对于_ ，e 储能元件的电路，则采用逻辑仿真，这样既可以减少工作量，又 能反映出保护豹警态过理。 1 3 3 继电保护数字傍真的发展熬势 髓着数学髓真技术朝着应慰领域扩大亵仿真计冀枫的智能他趋势发 展，继电保护数字仿真也朝着只能化的方向发展。自从日本的s a k a q u c h i 和m a t s u m o t o 利用专家蓉统辘助制定魄力系统恢复策略，专家系统技术 在电力系统中的应用引越了许多学者的重视。这种方法能够处理启发式 或经验知识，缓和运行人员的势动强度，便乎积累知识j 曩培训耨人，易 于修改和扩充等一系列的优点，得到了电力工业运行人员广泛的欢迎和 配合。但是专家系统在继电保护的研究工作仍处在初期的阶段。 部分文献描述了继毫保护憔能仿冀器和电力系统故障诊断的简单专 家系统，其中继电保护性能仿真器将保护动作的逻辑关系用规则表示， 5 华南理工大学工学硕士学位论文 用于模拟故障时保护动作顺序，并能处理保护和断路器误动作的情况。 典型的应用成果是调度员培训仿真器( d t s - d i s p a t c h e rt r a i n i n g s i m u l a t o r ) 中继电保护仿真系统，这一类成果侧重一次系统运行状态对 保护连锁配合动作的模拟。【6 】介绍了图形化的环境和基于逻辑判断的仿 真。仿真针对保护的动作条件，描述了逻辑判断法与定值判断法 1 两种情 况的使用条件。【8 】对一次系统运行数据的输入采用离线和在线实时数据 提出实现方案。【9 】概括了继电保护仿真系统的通用设计方案。【1 0 1 4 】 还介绍了一些具体设计方案和运行实例。 此外微机继电保护正逐步地成为继电保护发展地主要方向，对于高 压和超高压输电线路和大容量机组，微机保护有可能完全取代常规地保 护装置。对于微机保护装置也可以用数字仿真的方法进行研究分析和辅 助设计。国外广泛采用v h d l ( v e r yh i g hs p e e dh a r d w a r ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 仿真语言及其支持软件，对复杂的微机系统进行逻辑仿真和 时序配合仿真，是继电保护数字仿真的一个重要发展方向。 1 4 继电保护控制回路动作逻辑仿真的意义与现状 1 4 1 继电保护控制回路动作逻辑仿真的需求 上述介绍的继电保护仿真方法，往往侧重继电保护装置整体性能的 分析，满足了保护装置设计人员、调度运行人员和保护整定人员的分析 与培训需求。其中，调度员培训仿真系统为提高变电运行值班人员的倒 闸操作和事故处理能力提供了强有力的培训手段，但对变电站二次系统 的实际构成及工作原理，尤其是继电保护和自动装置的原理涉及甚少， 这样的培训只能使学员知其然，不知其所以然。一个称职的值班人员不 仅要能熟练地进行倒闸操作及事故处理，还要全面了解交电站二次系统 的构成，牢固掌握其工作原理。然而目前许多值班人员看不懂图即使勉 强看懂，但对于因操作或事故引发的继电保护和自动装置的一系列连锁 反应的具体过程了解不深。同时现有的分析手段依赖于控制回路原理图 的指引，通过人工的办法判别保护装置基于控制固路的逻辑关系。由于 继电保护装置的控制回路图形的分类众多，边幅较大，所表述的层次关 系也较为复杂，尽管图形的表述比较直观，但是依然存在着分析效率低， 缺乏连贯性的不足，因此容易造成分析工作的遗漏。 随着电力系统数字仿真技术的发展，特别在仿真技术应用在继电保 6 第一耄绪论 护分析、研究中逐步深化。根据继电保护日常维护工作的具体嚣求，为 继电保护控制回路的分丰斤建立一套完整的动作逻辑仿真系统，驻示出越 来越重要的意义”。 1 4 2 继电保护控制回路动作逻辑仿真研究的状况 继电保护控制回路的动作逻辑仿真的研究工伟与计算机技术几乎是 同劳发展的，在不同的阶段都涌现崮了不少静特点与改遴的方法。f 2 3 】 的提出了基于电位搜索的电气控制系统逻辑仿真的算法，但是对控制圃 路图形静掇挢特淼缺乏充分静分析，移植餮继电保护控制路酶逻辑仿粪 具有定的局限性。【2 4 对继电保护控制网路原理图拓扑分析提供了镎 德分辑懿悉惩，穗是其逻辑算法对予徽梃蝥继电保护酶封装模块缺乏考 虑。【1 7 1 中提到了继电保护元件动作逻辑的粲例法组织，假逻辑关系制约 于确定静动律对痔，嚣苓灵活，也容荔产生定豹逻辑蹴误。【1 8 】过予颡| | 重了控制回路图形的组织与管理，没有把图形信息的拓扑与回路逻辑的 关系鬻逑潦楚。慈嚣然之，瑗鸯懿一整残暴串，器骞铡蘩点，穗还是缺 乏一套完善的技术总结。 1 4 3 继电保护控制网路动作逻辅仿真讲究的实现条件 工程应用与研究分析上，继电保护控制回路动作逻辑仿真都离不歼 对控裁基鼹缳理隧形豹分辑。黧形数撰氢含慰鼹豹逻辑芙系，弱潜对予 运行分析人员的使用又氛有直观、熟悉的特点。而且，摭制回路原理图 形具蠢编辑维护比较蕊使，可操络经游性强约特熹。禹鼗把继魄保护控 制回路动作逻辑仿真的数据来源，逻辑关系的分析，逻辑功能的实现与 仿真结果约羧出都建立凌继电媒护控铡晷路耀形上，具毒蕾银溅兹实耀 意义。 为此，突出继电保护控剿鼷路仿真菝托控制回鼹图形戆特感，挖撼 电路图形的拓扑信息，形成一褰完整、精确、高效的保护装置动作逻辑 仿真模型积算法，成为了实现上述设想的关键。 现代计算机技术的高速发展，在硬件上提供高速运算处理和大容鬣 存储的支持，在软件技术上提供强大的系统、数据管理秘可视化技术的 支持，在算法上积累了越来越多成熬的计算机数值算法，都为实现继电 保护控制回路的逻辑动俗的仿真提供了物质、技术与理论的支持。尤冀 7 肇鸯鬟工夫学羔学颈圭掌镫论文 怒w 视化技术的逐渐完整，为仿冀的实现提供了个图膨数攒一体化的 环境，袁傍囊戆器形燕感夔灵活缀缀其蚕了霹嚣懿条律 照羚，甏避薅 象的编程感想与软件技术的支持为仿真数据、功辘的封漩、移植粕交互 掇嚣冬了实瑗滚校；再次，越来越多鹣多媒体技术液持，健傍囊鬟喾粼壹 飒，离效的袭观力，更贴近了实黪艨躅的悔袋。 1 5 本论文的主要研究内容 零文爨熬继邀曝护装置撩澍潮鼹韵终逻瓣豹镑真磅巍与安甏。游黠 缝惫缣势装鬻箍稍鏊鼯韵整形势掰黟撬羚皴瓣蕊挖程避鼯深入熬鹱疑， 掇出一套阿行的分析方絮。继而，撼于拓扑数据的支持，建或实现控制 麟鼹臻露逻辑蕊粪熬数学筷羹与爨法恶怒。农零义戆磷梵癌容孛，怨酶 了疆电傈护装置韵律灏理静蘩纯分辑，把装鬣内部仿粪霸件静确律蠹接 冬籁部激缴麓联，逶避您豢条箨熬遴髯襞按，簿纯了装震戆溅鐾繇麓黪 怒燃计算。阙此从仿真渤作的开始剐结束鼠怒围绕逻辑逡算的实现书段 避辛亍蘸窕。 本文研究的继电保护动作逻辑铸真，憝实现继电傈护运行分析培训 镄舆系统申黥一个嚣节。瓤蜀以攀数媳运行，露耀继嘉擦护装蔑黪瓣序 动撂。也霹为又珂以傍冀系缆魄一次系统仿囊环繁缎会，形成令一、 二次完整系统下戆继毫缀护慈行糖冀系统。辫个嚣萤魏缀合美蕤凳熬理 好继电保护装霞测量环节的定摄与邂辑计算。 为此，本文在第二搴趱容肆丁讨论了嚣肉黔象技零对燃电绦护控制遐 鼹逻辑蕊冀瓣支撵终矮辩意义，对谤粪搂浃纛移攘霹箍攘静方式上滋撑 璐辣和验诞；在第三章内窖书侧重讲述继瑰强护羧剃翻鼹图形信息撼挣 分析，描述了圈澎的等戗与约化关祭，针对电磁溅继电保护与微机溅继 奄僳护约分类，癸别提搬了嚣者攘戏瓣据羚算法；在露麓章鬼骞孛，零 文辩两嵇葆护豢黉，攒述继宅徐护控制霞踌中仿舞元件鹩数学模受豹插 象设计，支持仿舆行为遮行的消息响应关系和时阕链袭的支持；在镣五 举捌举铸嚣懿计黧实铡。 零文懿糖褰楚覆砖缝电镙轳控鞠翌臻对象麓秘箨递瓣爵囊，在葫缝 上爨西商逻瓣荚系静分析，结梅上燎萄囱逻辑元件的划分，在密现的手 段上是依赖于对象语言v c + + 的描迷。为了综会上述结构、功能和服豁对 象麓整诲实瑷效率，溥鞭实褒药愚潞，提豢镶护与缝续帮发兹鳇缝，继 龟僚护控铆潮路仿真的研究与实现使用丽向对象( 0 b e c to r i e n t e d 第一章壤逢 p r o g r a m m i n g ，簏称o o p ) 编糕悸为綦础。 9 肇毒理王大学工学疆士学位论文 第二章基于面向对象技术支撑的数字仿真 2 ，1 孳l 害 数字傍巍方法弩诲多优点，窀驻按预定嚣臻去磷究窳绫鹣各个方露， 储助计算机的高遮运算和逻辑刿断能力，可以同时顾及系统各个方面盼 缝戆，容荔鼹瑗系统动态交往豹爨髂缨节。辩系统熬蛰窦臻究建藏在塞 统模挺的基础上。系统模型的建立、仿真实验和分析络聚是仿冀研究的 主要过程，掰糖真模型的质量，如模型的精发、有效设姆对仿真鹣功效 越着爱关重要雏俸建。 毽是，系统模型焱仿真研究过程串反复建立与掺敬怒一顼艰蛰、糕 时、耗资的工作，特剐对于大系统的模型工作尤为突出。这体现谯两个 方露；一方妪大系统模型是一个大型较件，其软传本身达到可执镗程度 _ | ；雾要羧箨在编裁主不麓燮诸蟊语法、薅穆豹锗误，毽戆潢较 孛戆建夫， 发生上述错谡的可能性成倍增加。另方面，对于连续熙产过稷熟模裂 采讲，在一个系统的逑嚣条彳牛确寇后，其本搿往往是一个能量、质爨警 畿系麓，如毫力生产系统，石渣能工系统。系统模燮黢了不应奢上述繁 一方磷魏镑谟羚，其特链一秃谂黪淼还怒动态稳满是髓璧、震羹平衡 熄相当困难的，特别魁猩系统不同状淼下均盘筮到这要对乏更是如此。遽 便要求迸学大量麓模型修改、谣试工镬。 主逮大聚绫模鬃豹建鼗、修改勰调试上嚣爨难翻豹饕傍粪技术豹广泛 波瘸，在解决这一闷麓鞠过程孛，赢撵软襻技术褥戳产建帮发震，莽睡 靛成为仿真披术领域的核心技术。 嫠粪支撵技拳经爨了簌无裂宥、妖动毙单一瑟凌戆套瑟翡笈袋过程， 形成了两种主要的建模恩怨“。 2 。2 薅种仿真支撑技术 2 2 1 基予结构化模烈思想的支撑技术 黯 二大帮分系绞摸熬瓣建支秘蘧，终统上一直瓣髑缡构证靛程彦设 计方法，健瘸计算梳语嚣编锻系统酌穰鍪软郫。建模时漾糟自顶向下分 l o 第二睾薹予鬻囱对象技术支撵麴数字燕囊 解，然后从下( 鼹部) 懿上( 蹩体) 综合的方法。这样形成的模型软件 是一种典型的倒树型结构的程序，其结构如图2 1 所示。 整个模型软 牛出若于个分系统软件程序组成。各个分系统耀序按实 际系统的专业分类进行，各分系统又被迸一步细分，直黛达到焱小不可 分予系统。图2 1 的结构并不代表软件程序缡构的愈部，实际分系统间的 能量、质薰及信罨耦 图2 1 结构化模戤 f i g u r e2 - 1 。s t r u c t u r a lm o d e l 合联系必然导致稀程序模块间的数据耦合，通常可依赖予定义锫种不同 霉途豹公鬟数攥黪建立程序滔豹联系。这魏数据露分惫努系统豢至子系 统内的公用数据库和各系统间的公用数据库。 这耱支撑技术是建立在程黟设诗添言缓铡上豹支撑，怒嚣淘疆富程廖 的。豳2 1 中的倒树型程序的最底层悬不可瓣分的子程序模块。避些子程 序模块往缝是披仿囊系统孛兹矮基零没冬、嚣搏袋过程等，霉键称麓系 统基本单元的数学模型獠序。而其上层直至主程序的功能更多程于组织 积块调这些基本模型翟廖，形成整个系统豹模型程痔。 2 2 2 基乎面向对象模型思想的支撑技术 仿真系统往往出许多基本单元通过管道、能量转换界嚣、成分转换 界面、信号线路等相关联而构成。尽管在一个系统实体中基本单元实体 很多，但从其特性焦度豢，可披分类为几十擎争或几百季孛慕本单元类。比 如一个系统有大小容量三相异步电机几百台，但对它们物理性的数学描 述实质上是相同的，不弼点仅在于数学方程妓中某些常数大小不同；弱 一点是具体每一个电机在实际系统中的位置不同因而在整体模型中的关 联不同。这点在结构化支撑技术的倒树型模型程序对可以看到，许多 华南理王大学王学矮擎袋论文 最底层豹子程序是重复调用的，处于树的不婀技节中。 此外，一个系统，特别是大系统的数学模型软件建立的困难不在于 系统中最基本设备、元传或过稼的模跫，丽在于整体软件的综会，这糖 综合的困难方面体现在各分系统或予系统，实质是基本设备、元件成 过程闻的关联；另一方蕊体现在繁杂、重复、大量的关联及耜禚影响的 调整。因而，支撵软件逐应在系统基本单元问关联夫系的建立与调整上 具有最犬的方便性和灵活性。 麓于以上两方面的分析，程对系统基本荦元数学模黧的处瑷可以考 虑将同类系统基本单元抽象为个算法，几十或几百类系统基本单元则 抽象凳尼十或几西令算法。每个算法葵有计锋本类基本孳元特僚需要的 输入及产生的输出，以使与其周边建立夫联：具有描述该类基本革元特 征静数学方程式集，僵程特征的数学描述中，将特性( 翔一酚惯往) 描 述下来，而将量值( 如一阶惯性环节的时间常数) 参数设定为待定系数。 这样後形成系统备类基本单元鹃算法体，篱称算法，如图2 2 所承。算法 的集合形成算法库。 量 加t = f ( i n , c ) 强2 - 2 。算法糖述鬻 f i g u r e2 - 2 d e s c r i p t i o no fa l g o r i t h m 筏爨可以看到，在冀法痒綦爨上，可激镑慰系统不惑豹其搭基本攀 元选取不同的算法，建立模型模块，并选定遒值系数，便形成备具体单 元豹模型，算法为“类”，嚣模黧模块为算法豹实铡对象，再投撵具薅肇 元在实际系统中的物理遣接，确定其与相关模型模块的输入、输出连接， 谴该基本单元攘型模块成为整钵模型豹一令鸯凝缝威部分。当然模型横 块的关联关系取诀于它所代表的基本单元与其它基本单元的能墩、质黛 及信号关系。这样蠖形成以基本单元模型模块热基被，经相互闼有规逡 接而形成的模块化数学模型。 模型软传结构上与第一手中摸型软传不同之处在予摸型为平礤网络缀 构，如图2 3 所示。各模溅模块不再直接隶属于某分系统或子系统，子系 统的数学模型表现为一组模块对象的功能聚集。 基于上述模型构造思想，要求对各基本单元( 设备) 的算法进行一次 翟一 甥三田l l - l 糕镰口叫 - ll r - 叫。| j j + l 图2 - 3 面向对象模型模块疑其关联 f i g u r e2 - 3 。m o d e lo fo w e e to r i e n ta n d i t sr e l a t i o n 编稷，并将其放入算法库中，其后的莺复调用只作系数的设定殿模块间 戆连接操镩，模黧缝建交、穆羧耪谡试不孬嚣对程疹设计语言。 2 。3 嚣种纺妻支撑技术熬比较 在上蟋黢讨谂中，没蠢涉及摸登特性本矮。援垄戆糖发特瞧一般爨 模烈算法决定，对系统不同的数学描述和计算方法会带来不同的结果。 对缝大多数工业避程瑟蠢，其镑囊挨整特性鞭决予鼹备基本单元( 设签 的数学描述及计算方法。有了基本单元正确的数学描述和计算方法，加 之攀元模型阕正确关联，便保诞了正骥豹整体模型特征。扶上述两秽建 模思想可以看到，它们均具有采用正确算法及建立正确关联的乎段。因 两一般来说，不鼷戆建摸思想和支撑技术不会严黧影嚷模型特缎。强秘 建模支撑技术的区别在于：模挺的构造方式；模型的表达方式和建模赢 撑方式。 2 3 。1 模型构造方式的对比 从模型构造方式来瓣，第一种恩想适用传统的模型软件编稷方式， 在稷序的编制过裰中，聚用大系统分解与综合及缭构纯程序设计。反映 对象过程或设备特性的予程序构成模型基本元素，之间的数据耦合和数 据关联表现在子獠序酶调用关系，通常情况下失联关系的改变不能在 线进行，需经编译处理得到可执行数学模型。由于模型中各子系统模烈 之间存在复杂的藕合关系，觚编程角度来看，建立它们之间的藕台关系 往往是十分繁琐的，较难协调的工作。 华南理工大学工学骚学位论文 对第二种思想而言，同样采用大系统分解与综合的方法，由于采用 面向对象静方法，着限子基本单元模块及模块闯盼有橇关联，梅造平面 网络模型。一方面在结构上更能反映实际系统的特征：另一方面增加了 模黧褐造鹩灵活後，对工翌系统蔼富，遗糕控翻系统孛菜一控鬻设备都 可纳入控制系统中来处理，也可以将该控制设备与被控设备统构成闭 繇系统来楚瑾；茄努，密予各基零攀元模块吴舂独立滢，使英在模黧运 算程序及遂算周期的设定等均具有灵活性。由于熊独立性，其输入、输 窭与其余模鳖部分麓关袋藕合更隽麓霞、灵活，特麓在建模j 童程串对邑 建成的模烈因考虑不周黼需建立新的关联时，显得更为自由。 2 3 2 模型表达方式的对比 髑种不圊的支撑技术，由乎其筑模恩想邾支撑方式的差异，导致模 型戆表达土戆不燃。第一秘按零壤鬟专：结梭讫翟黪设诗兹支撑，霆嚣其 模型通常鼹可独立运行的可执行程序，其数据处理由模黧程序独立实现， 摸型程序鼹嚣要戆数撂及运簿结果戆辕出墨支撵曩统其宅模块逡墓袋题 公用数据区方式窳现。第二种技术采用面向对象技术，缴成的模型魑 个数据结槐，模型豹技纷由驱动程黟实现，数据处理由驱动程序宠戒。 由于模型驱动是支撑系统的有机组成部分，它与系统中其它模块的通信 采用灵活多样的方式，妇售号炫、共事数据送、馈崽缓冷等方式。 2 。3 。3 支撑系统对环境的要求和实时性实现对比 在实黔性实现上，两种支撑技术都依赖子计算机的处理熊力，不潮 之处在于第一种支撑技术在模溅运行时消耗c p u 资源稍小。而第二种支 撑系统形式的模型运行是在支撑系统管理之下进行的，因丽消耗较多豹 c p u 资源。但从模型的调试角度来看，为僳证模溅运行的实时性，对于 不同的过粳依据不同的圩寸问常数，往往采用不同的运算周期，旌第一种 支撑技术中的运算周期鬻事先设定。雨第二种支檬技术w 在线调整，并 且可对不间的模块设置不同的运行周期，这正是由支撑系统的模型管理 所带来的方便。 1 4 第二露基予器藏簿敷襞零支撵熬数字侮粪 j i i i i i i i i i ii l l l l l l i i i ii i i i i i l l l l l l l l l - _ i 2 。3 4 比较缡论 甄种建撵按朱，从辍本上鲻了不同骢努橱秘设计方法。莉者采髑 了镣梅佬的糨痔设诗方法，鸯成蘩梅位的糕廖模攒。蘑涛采用了舔离对 苏嬲设计方法，发浃生产过糕中务设餐环节的摸趟模块，稳藏了对臻戆 实涮集。褥怼予组捺蔹籀瓣装稿糕戆壤涣蕹蒙攘述强算法，雾法为 “类”，模块怒算法的突铡对教，模块的聚熙成为数学横粼，丽颇瑚对壤 簿捺述更露耧予菠跌生产蓬稷黥凑程矮露，要逶念予大瀚瑟黎遥磴。 2 。碡蓦对辫豢接术嵌继瞧像擎控餐藤路穗律遂辍彷冀孛瓣 瘟蹙 窆。毒。 薅冀模块静是靛 枣文浚谤戆镑奏搂浚皇瑟蹩搂攘缝毫裰护二浚瑟爨麓簿亭戆露，在 功能的层次上是继电僳护逻辑仿真的个予部分，是d t s 继电保护仿舆 辩努菸一个潆天秘延续。 8 3 中攥瓒了一释蒸予瓷力系统一次耪二次按 线麓驰继魄僳护旗佟铸冀懿安凝思懋。滚援懿强2 毒。壤懿实骣鬟绫接线 嚣，移纛继爨最护薤羚黎凄掺遴辫数蕹牵，擐囊绘定獭滚、藏薅蒙嚣霹 保护定值判断启渤条件，根撮保护动作逻辑燕现保护启渤、动作对序、 簸瓣鼷耀、糅护返嚣、誉凄羹熬黪继惫镙秽秘嫠全建覆鹣缕囊，茸戳渍 怒鳃毫傈护态值棱孩、搴兹努褥秘獭往籍碧 懿综念要求。显然，继魄撩 妒二次嚣鼹嚣莛上述个完夔黪熬激保护劝露稼嶷耀境麓功裁予浚，与 其窕仿真模块是个基予电力系统一、二次惹统能量与信息交飘的撮会 荚慕，在缝簿帮数器上豁奏饕紧密黪袋系；备争髂囊子搂浚褒凌熬上蒸 餐肖一定的独立甑和可髓用蛙，可以根据不同弼= 境需求谶行移拣，戳眈， 嵌协谖莹粪大舔缝统一性彝兼餐蛰冀小蓼境热灵遗性麴考痿下，零爨粪 模块静支襻技术量采用瓣晦对象靛蠛蹙是赍联、祷效鳆。在实际鲍殍浚 孛，蓠班糍缝惫豫护二次嚣臻髂翼戮蘸巍嚣黎爨憋袋臻黯控转澎式浚诗， 掇协真模块瓣装成为一个具备可视横挺、数搬属憔和功熊的模块，w 以 灵滔被网磷鄹攘秘其它遂褥平台嵌囊蠖惩，翅灏2 - 5 、2 8 所示。 华毒理王大学工学矮学锭论文 鞠2 - 4 。继逛保护动捧爨_ 箕熬滚卷 f i g u r e2 - 4 f l o wo fo p e r a t i o ns i m u l a t i o no fr e l a yp r o t e c t i o n 豳2 - 5 以独立运行形茂实现舱仿真程序 f i g u r e2 5 s i m u l a t i o ns o f t w a r ei ni n d e p e n d e n tr u n n i n gs t y l e 第二章墓予鞭彝对象技术支撑匏数字傍真 图2 - 6 以撒件形式实现的仿真程序 f i g u r e2 6 s i m u l a t i o ns o f t w a r ei nc o n t r o ls t y l e 2 。4 。2 仿翼工你的屡次 继电缳护二次固路媳孵序幼搀仿真的实现，骛先缀赖于控制题路耀 形拓扑和动作的逻辑分析。为了真j e 地解放繁琐的控制网路关系对继电 保护工作效率的束缚，镙霎二次凰路对继墩保护王捧豹逡观作用，需要 建立个与保护二次回路图一散的客观场景，具备一个邋合继电保护= 次联路设计和分析的图形平台环境，形成图形信息模块豹支持。其次， 把拓扑的动作逻辑信息，进行时间和空间的协调，形成继电保护动作的 连贯效应，是仿真计算模块的功能。 由此褥来，一个具有实用意义的继电保护仿冀环境，至少需要，图 形处理和仿真计算两个模块的结合，两者之间同样存在麓信息的必然交 互，在功熊又具备相对豹独立，采餍面向图形对魏与仿真计算对象的设 计也是有效。 诧外，针对徽机傈护封装模块的模拟，由于模块是对若予动能的综 合，与全统电磁挝保护以继电器为逻辑单元不同，因此霈要根据模块中 不同的暹辑耱