[发明专利]一种基于PC机平台的过程总线继电保护教学实验方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统保护、控制与自动化领域，尤其涉及一种基于PC机平台的过程总线继电保护教学实验方法。

背景技术

在电力系统中，遵循IEC61850标准的数字化变电站已经成为当前变电站建设的发展趋势。在IEC61850数字化变电站中，整个变电站划分为变电站层、间隔层和过程层三层。间隔层和过程层间通信通过过程总线来完成，间隔层智能电子设备、过程层合并单元和智能开关等设备，通过过程总线通信。传统上用于模拟量信号和开关量信号传输的大量电缆被过程总线所取代。

基于过程总线的继电保护以实时、高效的网络为核心，模拟量和开关量信息经合并单元、智能开关设备实现就地数字化后，通过过程总线将所采集的数据发送到间隔层智能电子设备IED，并接收来自间隔层智能电子设备IED的操作命令；间隔层的继电保护、控制、测量等IED接收来自过程总线的采样数据、进行算法判断后经过程总线向智能开关等发送操作命令。

当前，基于过程总线的继电保护实验基本上采用传统保护测试仪模式，即上位机+嵌入式装置的模式。上位机主要实现实验环境和参数的设置、故障数据的生成以及测试过程和结果的显示。嵌入式装置主要实现故障数据的封装和收发。嵌入式装置作为上位机和保护智能电子设备IED的纽带，在整个过程总线实验系统中充当了中间环节。嵌入式装置需与上位机和保护智能电子设备IED两端都进行通信。

嵌入式装置作为中间环节，需要进行额外的硬件投入，增加了过程总线继电保护实验的成本。同时，嵌入式装置作为中间环节，需要与上位机和保护智能电子设备IED都进行通信，这就增加了整体实验系统的环节，使整个系统较为复杂，降低了系统运行效率。而嵌入式装置的开发涉及到整个硬件平台和软件平台的研究，开发周期长、实现难度大，成品定型后功能基本固定，灵活度受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于PC机平台的过程总线继电保护教学实验方法，降低了硬件成本和提高了系统效率。

本发明的技术方案是：一种基于PC机平台的过程总线继电保护教学实验方法，基于PC机平台，通过EMTDC/PSCAD仿真模拟合并单元MU和智能开关的功能，实现基于IEC61850标准的电力系统网络报文的产生、封装和传输，并经网络驱动程序接口规范NDIS发送和接收报文，与保护智能电子设备IED形成闭环的过程总线实验，过程总线实验方法包括以下步骤：

(1)在PC机上运行Windows系统，通过EMTDC/PSCAD软件提供的模型库，设计电力系统模型和模拟电力系统故障类型；

(2)进行动态仿真生成电力系统运行故障信息，将故障信息通过C语言接口从EMTDC/PSCAD上输出并进行格式转换，然后按照IEC61850通信标准进行SV报文或GOOSE报文以太网帧封装；

(3)通过网络驱动程序接口规范NDIS，把已封装好的SV报文和GOOSE报文经过程总线发送给保护智能电子设备IED；

(4)接收来自保护智能电子设备IED包含故障判别结果的GOOSE报文，提取GOOSE报文中智能开关合、断命令，并传递到EMTDC/PSCAD，使其智能开关模型模拟合断操作。

通过设置电力系统模型和故障类型的运行条件和参数，实现数字化变电站间隔层保护智能电子设备IED的实验项目要求。

步骤(2)电力系统运行故障信息包括电气量故障数据和开关量故障数据，电力系统运行故障信息以文件形式生成。

电气量故障数据动态仿真的采样速率与合并单元MU的采样速率保持一致，在EMTDC/PSCAD设置所需仿真步长，并通过EMTDC/PSCAD软件示波器功能记录所需的电气信息，以生成相对应的电流、电压量数据。

上述C语言接口需要经过EMTDC/PSCAD提供的工具软件GCC将接口源代码(*.c)编译成obj文件(*.o)，再供EMTDC/PSCAD调用。

上述SV报文或GOOSE报文先采用asn.1编解码器进行编码，然后再按以太网帧格式进行封装。

通过网络驱动程序接口规范NDIS实现与网络接口卡实时收、发GOOSE报文和SV报文。

保护智能电子设备IED在接收到包含电力系统故障数据的报文后，进行保护逻辑判断，并把判断结果以GOOSE报文形式发送到过程总线上。

通过ASN.1编解码器解析接收到的GOOSE帧命令，并将这些命令通过与EMTDC/PSCAD接口传递给智能开关模型，完成智能开关的合闭操作。