一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，包括：邏輯模塊開發子系統實現模塊的分類管理及組態開發；工程組建管理子系統，搭建符合二次設備或二次系統的仿真工程，并編譯最終生成可用于仿真的二次設備仿真工程模型；工程仿真子系統，用于執行二次設備仿真工程并輸出仿真監視結果。本發明可用于智能變電站內，通過系統構建、邏輯信號仿真的方式模擬二次設備及全站二次系統的運行狀態，通過仿真運行可掌握二次系統的動作行為及對故障或缺陷的反應，重現運行或故障時相繼動作過程，為運行檢修提供掌握二次設備和系統特性的手段和便利的二次系統培訓工具，有效提高了變電站運行維護的技術水平和設備的可靠性。
【專利說明】一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，屬于電力系統變電站仿真【技術領域】。
【背景技術】
[0002]變電站在電網中處于核心地位，承擔電力系統測量計算、運行監視、操作控制、繼電保護的重要作用，開展變電站仿真是電力系統仿真領域研究的一個分支和重要方向，具有研究試驗、培訓操作、檢修維護等多種功能，其有效手段是借助數學模型的運算和設備狀態的模擬。在變電站仿真研究方面，目前變電站的仿真操作培訓和微機保護裝置的仿真研究較為深入，但還沒用關于整站二次設備系統的仿真研究。
[0003]智能變電站技術結合IEC61850標準、電子式互感器、網絡化的通訊技術、一次設備狀態監測等多項新技術在國內變電站中開始大量應用，使得信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能也發生了重大變化。智能變電站內部實現機制復雜，涉及常規硬接線、網絡通訊、系統配置、通訊報文處理、裝置采集邏輯運算全過程。現場人員對新設備的性能、工作特性、試驗方法、維護技能在沒有掌握的情況下，進行運行維護和現場檢修，難以做到故障正確排查、缺陷徹底處理。
[0004]根據智能變電站二次系統組成原理及實現特點而設計開發的二次設備，其內部多以模塊化設計、支持可配置的實現，且接口均支持通訊采集和控制。利用其模塊化、系統化的配置、數字化傳輸信號的特點使得用軟件模塊模擬整站二次系統便于實現，用預先設計好的邏輯模塊仿真二次設備的邏輯，易于生成與現實裝置相對應的二次系統仿真模型；即有可能以軟件實現自動“分析”故障過程，如仿真施加的數字量與故障時相似度高，則通過仿真的手段，再現故障過程、內部的相繼動作信息是完全可實現的，完全有可能降低運行檢修維護的難度。當模擬輸入的激勵量變化或調整后，可直觀變電站內部行為過程。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，通過建立與實際二次設備或二次系統相似的模型，以施加激勵量或故障量的方式仿真實際設備的輸出或動作行為，掌握智能變電站二次設備內部的邏輯原理、為相關人員提供培訓工具、為檢修維護提供分析手段。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采取以下的技術方案實現:
一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，包括
邏輯模塊開發子系統:實現模塊的分類管理及組態開發；所述邏輯模塊開發子系統包括基本模塊、用戶模塊、保護模塊和設備組態模塊；
工程組建管理子系統:以邏輯模塊開發子系統提供的模塊或外部導入的仿真工程文件為輸入，通過模塊互聯組合的組建方式搭建符合二次設備或二次系統的仿真工程，并為仿真工程配置輸入輸出接口，對組態編輯生成的仿真工程進行編譯最終生成可用于仿真的二次設備仿真工程模型；所述工程組建管理子系統包括二次設備工程組態模塊，全站系統設備組態模塊和仿真工程編譯調試模塊；
工程仿真子系統:基于工程組建管理子系統開發的二次設備仿真工程模型，在仿真過程中導入與二次設備仿真工程模型匹配的激勵量或故障錄波數據，通過對輸入參數的檢查校驗及根據仿真設定的參數，執行二次設備仿真工程并輸出仿真監視結果；所述工程仿真子系統包括輸入參數檢查模塊，仿真參數設定模塊和仿真調試過程監視模塊。
[0007]前述的基本模塊提供自由組態所需的基本元件，包括簡單邏輯操作模塊、簡單運算模塊以及用于組合、比較、鎖存、延時、捕獲操作的模塊；
所述用戶模塊根據預定的模塊生成規則編輯生成用戶邏輯模塊，或者將基本模塊、夕卜部模塊庫導入的模塊或廠家設備庫提供的專用模塊經邏輯組態、編輯組合生成用戶邏輯模塊；
所述保護模塊根據預定的模塊生成規則編輯生成具有特定邏輯的保護與測控功能模塊，完成保護測控設備中相關的采樣計算、保護邏輯處理、控制輸出、故障錄波、諧波分析；所述設備組態模塊，將基本模塊、用戶模塊和保護模塊經復合組態生成具有符合相應功能特點的二次保護測控設備模塊。
[0008]前述的二次設備工程組態模塊，根據二次設備邏輯仿真要求，將基本模塊、用戶模塊或設備組態模塊按所需仿真的目標變電站二次系統進行搭配組合、實現設備間的信號互聯和傳遞，并為仿真對象配置輸入輸出接口，組態成單設備仿真工程、多設備仿真工程、或按變電站電氣間隔的多設備仿真工程；
所述全站系統設備組態模塊，根據全站二次設備邏輯仿真要求，將基本模塊、用戶模塊或設備組態模塊按需仿真的目標變電站二次系統進行搭配組合、實現設備間的信號互聯和傳遞，并為仿真對象配置輸入輸出接口，組態成多種電壓等級和規模的全站二次設備仿真工程；
所述仿真工程編譯調試模塊，根據仿真工程要求，將已組態的仿真工程經編譯調試、生成執行仿真運算的二次設備仿真工程模型。
[0009]前述的仿真工程編譯調試模塊進行編譯調試包括對組態的設備接口、信號匹配、邏輯對應關系、運算次序進行檢查校驗，對建模中的錯誤給出提示，直到修改正確后生成按特定順序運算執行的二次設備仿真工程模型。
[0010]前述的輸入參數檢查模塊，在執行仿真工程時，對導入的變電站配置或設備配置進行檢查核對，對仿真輸入的采樣值、開關量或控制命令以及故障錄波文件進行核對性檢查，并將符合仿真工程的輸入激勵或信號條件加入到仿真中，否則給出錯誤提示信息；
所述仿真參數設定模塊，根據不同仿真對象的仿真要求，對仿真對象所需的仿真步長、仿真時間、仿真時的設備定值參數或用戶接口的參數進行設定；
所述仿真調試過程監視模塊，對仿真對象執行過程的輸出事件記錄、或二次系統的故障動作信息、跳閘命令及發生保護內部錄波的過程實現監視輸出。
[0011]前述的仿真結果通過專門的監視模塊、顯示窗體或者順序事件記錄器記錄輸出。
[0012]本發明通過建模仿真的方式研究智能變電站的二次系統的動作行為及對故障或缺陷的反應，重現運行或故障時相繼動作過程，為運行檢修提供掌握二次設備和系統特性的手段和便利的二次系統培訓工具，有效提高了變電站運行維護的技術水平和設備的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明智能變電站二次設備邏輯仿真系統功能模塊結構圖。
【具體實施方式】
[0014]為使本發明實現的技術方案、技術特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[0015]圖1是本發明智能變電站二次設備邏輯仿真系統的功能模塊結構圖。智能變電站二次設備邏輯仿真系統，包括:
邏輯模塊開發子系統:具備可根據內部自帶的基本模塊、外部模塊庫的模塊和廠家設備庫的專用模塊，實現模塊的分類管理及組態開發，所有模塊可用于組建仿真工程；邏輯模塊開發子系統由獨立的工作區實現，可自由導入導出邏輯模塊庫，根據模塊庫類別分開管理，對用戶模塊進行開發、組態生成新設備模塊，或對已有的組態模塊進行修改完善，有助于擴展可仿真的二次設備對象，可滿足不同二次設備系統組建的工程要求，達到與實際相一致邏輯性能。
[0016]本發明的邏輯模塊開發子系統采用獨立于硬件系統的軟件功能模塊設計和邏輯組態模塊聚合方法，實現目標模塊功能行為與實際二次設備行為的一致。支持從簡單功能模塊到復合功能模塊及設備級功能模塊的組態開發與管理，即根據基本模塊、外部模塊庫的模塊和廠家設備庫的專用模塊，及目標設備的功能需求，進行模塊的組合開發。
[0017]邏輯模塊開發子系統具備邏輯模塊庫的開發和管理等功能，邏輯模塊庫是指按相應規則組成具有不同邏輯功能的模塊集合。所有模塊遵循同樣的接口與規范，實現模塊與模塊間互聯、模塊與接口間互聯。邏輯模塊開發子系統以功能、接口、邏輯與裝置一致的標準設計模塊、基于跨平臺工具開發實現，采用白盒化的測試方法，完成模塊開發到裝置功能測試、性能完善的全過程純軟件化，使開發的目標模塊可作為二次設備的獨立組件在裝置內應用；提升了二次設備的開發測試效率，真正支持裝置模塊開發與功能測試有機統一。支持開發應用廣泛的二次保護設備模塊，開發的二次保護設備模塊涵蓋電力系統主要元件保護、線路保護模塊，且模塊也支持實現合并單元、智能單元等設備，同一類型保護模塊可擴展為支持不同廠家、不同型號保護測控裝置的邏輯實現。
[0018]本發明的邏輯模塊開發子系統包括基本模塊、用戶模塊、保護模塊和設備組態模塊，其中，
基本模塊:提供自由組態所需的基本元件，主要由簡單邏輯操作模塊、簡單運算模塊以及用于組合、比較、鎖存、延時、捕獲等操作的模塊組成。基本模塊可組合成復雜模塊或用戶模塊，具備組成設備模塊的基本元件。
[0019]用戶模塊:根據預定的模塊生成規則編輯生成用戶邏輯模塊，或者將基本模塊、夕卜部模塊庫導入的模塊或廠家提供的專用模塊經邏輯組態、編輯組合生成用戶邏輯模塊；對于通過編輯生成的用戶邏輯模塊可根據選擇的類型添加至對應子模塊樹，也可導出保存，或更新至邏輯模塊庫。
[0020]保護模塊:根據預定的模塊生成規則可編輯生成具有特定邏輯的保護與測控功能模塊，可完成保護測控設備中的采樣計算、保護邏輯處理、控制輸出、故障錄波、諧波分析等功能，并支持導入根據廠家設備特征而開發的保護邏輯模塊，保護模塊可導出或更新至邏輯模塊庫。所有模塊支持可根據不同類型、不同廠家、不同特性等多種方式進行分類管理。
[0021]設備組態模塊:即將基本模塊、用戶模塊和保護模塊經復合組態生成具有符合相應功能特點的二次保護測控設備模塊，已有設備模塊也可進行重編輯生成相似或升級型號的設備模塊，設備組態模塊支持導出或更新至邏輯模塊庫，二次保護測控設備模塊是仿真建模的關鍵組件。
[0022]工程組建管理子系統:以邏輯模塊開發子系統提供的模塊或外部導入的仿真工程文件為輸入，通過模塊互聯組合的組建方式搭建符合二次設備或二次系統的仿真工程，并為仿真工程配置合適的輸入輸出接口，對組態編輯生成的仿真工程進行編譯最終生成可用于仿真的二次設備仿真工程模型，完成組建的仿真工程可達到與實際系統較好的相似度。
[0023]本發明的工程組建管理子系統包括二次設備工程組態模塊，全站系統設備組態模塊和仿真工程編譯調試模塊，其中，
二次設備工程組態模塊，根據二次設備邏輯仿真要求，將基本模塊、用戶模塊或設備組態模塊按所需仿真的目標變電站二次系統進行搭配組合、實現設備間的信號互聯和傳遞，并為仿真對象配置合適的輸入輸出接口，組態成單設備仿真工程、多設備仿真工程、或按變電站電氣間隔的多設備仿真工程。
[0024]全站系統設備組態模塊，根據全站二次設備邏輯仿真要求，將基本模塊、用戶模塊或設備組態模塊按需仿真的目標變電站二次系統進行搭配組合、實現設備間的信號互聯和傳遞，并為仿真對象配置合適的輸入輸出接口，組態成多種電壓等級和規模的全站二次設備仿真工程。
[0025]仿真工程編譯調試模塊，根據仿真工程要求，將已組態的仿真工程經編譯調試、生成執行仿真運算的二次設備仿真工程模型。其中編譯包括對組態的設備接口、信號匹配、邏輯對應關系、運算次序進行檢查校驗，對建模中的錯誤給出提示，直到修改正確后生成按特定順序運算執行的二次設備仿真工程模型。經編譯調試正確的二次設備仿真工程模型可導出相應文件進行保存，為后續仿真提供方便。
[0026]工程仿真子系統:基于工程組建管理子系統開發的二次設備仿真工程模型，在仿真過程中導入與二次設備仿真工程模型匹配的激勵量或故障錄波數據，通過對輸入參數的檢查校驗及根據仿真設定的參數，執行二次設備仿真工程并輸出仿真監視結果。工程仿真子系統可模擬在故障情況下多個保護等二次設備的相繼動作行為過程，再現多個保護設備故障時動作配合的全過程，實現故障過程重演、事故分析。
[0027]本發明的工程仿真子系統包括輸入參數檢查模塊，仿真參數設定模塊和仿真調試過程監視模塊，其中，
輸入參數檢查模塊，在執行仿真工程時，對導入的變電站配置或設備配置進行檢查核對、對仿真輸入的采樣值、開關量或控制命令等數據、錄波文件進行核對性檢查，并將符合仿真工程的輸入激勵或信號條件加入到仿真中，否則給出錯誤提示信息。
[0028]仿真參數設定模塊，根據不同仿真對象的仿真要求，對仿真對象所需的仿真步長、仿真時間、仿真時的設備定值參數或用戶接口的參數進行設定，便于仿真過程運行。
[0029]仿真調試過程監視模塊，對仿真對象的執行過程中輸出事件記錄、或二次系統的故障動作信息、跳閘命令及發生保護內部錄波的過程實現監視輸出。仿真結果可以通過專門的監視模塊、顯示窗體或者順序事件記錄器記錄。仿真計算中出現異常，可自動終止相應計算，并輸出相應異常信息。
[0030]上述實施例不以任何形式限定本發明，凡采取等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，其特征在于:包括 邏輯模塊開發子系統:實現模塊的分類管理及組態開發；所述邏輯模塊開發子系統包括基本模塊、用戶模塊、保護模塊和設備組態模塊； 工程組建管理子系統:以邏輯模塊開發子系統提供的模塊或外部導入的仿真工程文件為輸入，通過模塊互聯組合的組建方式搭建符合二次設備或二次系統的仿真工程，并為仿真工程配置輸入輸出接口，對組態編輯生成的仿真工程進行編譯最終生成可用于仿真的二次設備仿真工程模型；所述工程組建管理子系統包括二次設備工程組態模塊，全站系統設備組態模塊和仿真工程編譯調試模塊； 工程仿真子系統:基于工程組建管理子系統開發的二次設備仿真工程模型，在仿真過程中導入與二次設備仿真工程模型匹配的激勵量或故障錄波數據，通過對輸入參數的檢查校驗及根據仿真設定的參數，執行二次設備仿真工程并輸出仿真監視結果；所述工程仿真子系統包括輸入參數檢查模塊，仿真參數設定模塊和仿真調試過程監視模塊。
2.根據權利要求1所述的一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，其特征在于: 所述基本模塊提供自由組態所需的基本元件，包括簡單邏輯操作模塊、簡單運算模塊以及用于組合、比較、鎖存、延時、捕獲操作的模塊； 所述用戶模塊根據預定的模塊生成規則編輯生成用戶邏輯模塊，或者將基本模塊、外部模塊庫導入的模塊 或廠家設備庫提供的專用模塊經邏輯組態、編輯組合生成用戶邏輯模塊； 所述保護模塊根據預定的模塊生成規則編輯生成具有特定邏輯的保護與測控功能模塊，完成保護測控設備中相關的采樣計算、保護邏輯處理、控制輸出、故障錄波、諧波分析；所述設備組態模塊，將基本模塊、用戶模塊和保護模塊經復合組態生成具有符合相應功能特點的二次保護測控設備模塊。
3.根據權利要求1所述的一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，其特征在于: 所述二次設備工程組態模塊，根據二次設備邏輯仿真要求，將基本模塊、用戶模塊或設備組態模塊按所需仿真的目標變電站二次系統進行搭配組合、實現設備間的信號互聯和傳遞，并為仿真對象配置輸入輸出接口，組態成單設備仿真工程、多設備仿真工程、或按變電站電氣間隔的多設備仿真工程； 所述全站系統設備組態模塊，根據全站二次設備邏輯仿真要求，將基本模塊、用戶模塊或設備組態模塊按需仿真的目標變電站二次系統進行搭配組合、實現設備間的信號互聯和傳遞，并為仿真對象配置輸入輸出接口，組態成多種電壓等級和規模的全站二次設備仿真工程； 所述仿真工程編譯調試模塊，根據仿真工程要求，將已組態的仿真工程經編譯調試、生成執行仿真運算的二次設備仿真工程模型。
4.根據權利要求3所述的一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，其特征在于:所述仿真工程編譯調試模塊進行編譯調試包括對組態的設備接口、信號匹配、邏輯對應關系、運算次序進行檢查校驗，對建模中的錯誤給出提示，直到修改正確后生成按特定順序運算執行的二次設備仿真工程模型。
5.根據權利要求1所述的一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，其特征在于: 所述輸入參數檢查模塊，在執行仿真工程時，對導入的變電站配置或設備配置進行檢查核對，對仿真輸入的采樣值、開關量或控制命令以及故障錄波文件進行核對性檢查，并將符合仿真工程的輸入激勵或信號條件加入到仿真中，否則給出錯誤提示信息； 所述仿真參數設定模塊，根據不同仿真對象的仿真要求，對仿真對象所需的仿真步長、仿真時間、仿真時的設備定值參數或用戶接口的參數進行設定； 所述仿真調試過程監視模塊，對仿真對象執行過程的輸出事件記錄、或二次系統的故障動作信息、跳閘命令及發生保護內部錄波的過程實現監視輸出。
6.根據權利要求5所述的一種智能變電站二次設備邏輯仿真系統，其特征在于:所述仿真結果通過專門 的監視模塊、顯示窗體或者順序事件記錄器記錄輸出。
【文檔編號】G06F9/45GK104007978SQ201410257739
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】陸玉軍, 李澄, 薛軍, 蔣瑩, 陳顥, 徐勇, 王伏亮, 鄒婷婷, 楊飛, 胡一書 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司揚州供電公司, 江蘇方天電力技術有限公司