摘??要： 介紹了靜態(tài)模擬系統(tǒng)的構(gòu)成及基本功能，重點討論了靜模系統(tǒng)的控制部分，即微機監(jiān)控、故障設(shè)置、合閘角控制。敘述了整個系統(tǒng)的硬件電路組成和軟件程序編制。提出的設(shè)計方案已于靜態(tài)模擬實驗室成功實現(xiàn)，其可行性和有效性得到了初步驗證。
關(guān)鍵詞： 系統(tǒng)模擬? 試驗裝置? 計算機監(jiān)控? 合閘角控制
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電力系統(tǒng)靜態(tài)模擬簡稱靜模，是根據(jù)相似性原理建立的一種物理模擬。它利用線路等值阻抗模擬實際線路，用等值電源替代發(fā)電機構(gòu)成模擬系統(tǒng)，可以模擬除系統(tǒng)振蕩和發(fā)電機電磁暫態(tài)過程以外的各種運行狀態(tài)，包括正常狀態(tài)和事故狀態(tài)，從而可以對繼電保護和自動裝置動作的可靠性進行實驗，是教學(xué)、科研、保護設(shè)備整定校驗的得力助手。
當前計算機監(jiān)控技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并成為靜模技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。靜模系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以由計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到，并通過計算機實時處理，而故障的設(shè)置及開關(guān)操作等經(jīng)常性的工作可采用計算機進行控制。這就進一步提高了靜模系統(tǒng)的靈活性和自動化水平。
1 靜模系統(tǒng)的構(gòu)成及基本功能[１～2]
靜模系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，即一次模擬系統(tǒng)、智能化監(jiān)控系統(tǒng)和繼電保護裝置，其結(jié)構(gòu)見圖1。
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一次模擬系統(tǒng)主要由雙側(cè)電源、模擬線路、斷路器、PT(電壓互感器)、CT(電流互感器)和控制回路等部分組成，完成一次系統(tǒng)的模擬和手動控制功能。
智能化監(jiān)控系統(tǒng)主要由模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊、586工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、執(zhí)行繼電器箱和打印機等部分組成。主要完成以下功能:
(1)采集和處理模擬線路兩端電壓、電流等模擬量;
(2)模擬線路主接線和運行參數(shù)的定時顯示及故障數(shù)據(jù)的存儲和分析;
(3)監(jiān)視兩側(cè)斷路器位置及各開關(guān)量位置，監(jiān)視保護動作出口的狀態(tài);
(4)線路兩側(cè)斷路器的跳、合閘控制;
(5)在模擬線路的11個短路模擬點上，選定任意一個短路模擬點，設(shè)置故障類型、合閘角及故障時間;
(6)控制短路開關(guān)(DLABC)的關(guān)斷。
繼電保護裝置為微機實現(xiàn)的數(shù)字式超高壓線路成套快速保護裝置。由于裝置以短路開關(guān)替代機電開關(guān)制造短路，所以對于兩相以上的并發(fā)短路故障的同時性，有了更為精確的實現(xiàn)，其短路角度的任意設(shè)置，更為裝置的應(yīng)用提供了寬松的條件。
2 靜模系統(tǒng)控制部分的硬件組成
靜模系統(tǒng)計算機控制部分實現(xiàn)簡單故障的設(shè)置、兩側(cè)斷路器的開關(guān)操作和各種開關(guān)量的采集及顯示等功能。靜模系統(tǒng)控制部分硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
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2.1 工控機
工控機采用研華公司生產(chǎn)的PRETRUMII工業(yè)控制機。
2.2 可編程邏輯控制器[2]
可編程邏輯控制器采用OMRON新一代產(chǎn)品CQM1，它比較適合于小規(guī)模機器控制，可實現(xiàn)高速輸入輸出應(yīng)答，包括中斷輸入處理、間隔時間中斷處理，內(nèi)部高速計數(shù)器可實現(xiàn)精確定時、計數(shù)以及頻率變換等復(fù)雜功能。其網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接有標準RS232、RS485端口與計算機連接，實現(xiàn)與計算機的信息交換。
在本裝置中，工控機的控制命令通過RS-232C串口，按照約定好的通訊協(xié)議，以串行通訊的方式傳送給可編程邏輯控制器(PLC)，利用PLC具有邏輯控制、時序控制、計時控制的特點，將這一命令轉(zhuǎn)變成可具體實現(xiàn)的時序控制命令，控制相應(yīng)的接觸器和智能合閘角控制電路，從而完成故障設(shè)置或開關(guān)操作任務(wù)。
2.3 開關(guān)量采集板
開關(guān)量采集板PC-DIO-24/PnP是一個24位并行數(shù)字輸入/輸出接口板，可對其進行8位、16位或24位編程，它接于計算機ISA數(shù)據(jù)總線，具有即插即用功能。在本系統(tǒng)中開關(guān)量采集板的24位輸入/輸出數(shù)據(jù)位均置輸入狀態(tài)使用。
2.4智能合閘角控制裝置
智能合閘角控制裝置由TK-51CUP板、電壓鑒相電路、RS485串行通信接口、手動合閘角設(shè)置開關(guān)、光電隔離、觸發(fā)驅(qū)動電路、雙向可控硅等7部分組成，如圖3所示。裝置的啟動合閘方式，可由故障類型、故障相別、合閘角等參數(shù)決定。其中故障類型定義為單相、雙相、三相接地短路;故障相別分為A、B、C相。由于電壓鑒相采用3個獨立回路，因此可以方便地實現(xiàn)合閘角的A、B、C相基準任意選擇。
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合閘角設(shè)置定義了手動與自動兩種方式。手動設(shè)置通過三段式十進制撥碼開關(guān)實現(xiàn)“0～360度”的任意設(shè)定，又用兩個單段式十進制撥碼開關(guān)分別實現(xiàn)故障類型、故障相別的選擇，通過手動觸發(fā)按鈕可直接觸發(fā)雙向可控硅，制造短路故障。自動設(shè)置由PLC通過RS485總線傳送故障類型、故障相別、合閘角以實現(xiàn)方式設(shè)置;傳送校驗采取回送式，即CPU板將接收到的全部指令數(shù)據(jù)碼傳回PLC，以便由PLC決定是否重發(fā)，如校驗無誤，即發(fā)出觸發(fā)指令。手動與自動設(shè)置的切換采用點按“切換按鈕”切換至手動設(shè)置，而用PLC對合閘角電路的每次命令刷新將設(shè)置切換到自動狀態(tài)。
3 軟件系統(tǒng)
計算機控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是在Win98環(huán)境下，運用 Lab Windows/CVI工具軟件平臺開發(fā)的，全部程序用C語言編制而成。Lab Windows/CVI具有良好的圖形用戶界面開發(fā)工具，具有ANSI C編譯器和方便的調(diào)試環(huán)境。主程序框圖如圖4所示。下面介紹各模塊的具體功能。
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(1)初始化模塊:完成接口板的初始化、人機界面的初始化設(shè)置等功能;
(2)界面模塊:完成界面文件的編寫以及電氣主接線的繪制;
(3)開關(guān)量采集模塊:實現(xiàn)開關(guān)量的采集及顯示;
(4)故障設(shè)置模塊:實現(xiàn)在模擬線路上進行任意一種簡單故障的設(shè)置;
(5)開關(guān)操作模塊:實現(xiàn)兩側(cè)模擬斷路器的開關(guān)操作。
4 系統(tǒng)操作
短路故障控制器軟件系統(tǒng)的主窗口如圖5所示。它由模擬線路電氣主接線示意圖、短路母線接線示意圖、功能菜單、信息欄和通訊狀態(tài)幾部分組成。在主窗中，操作者可以通過鼠標或鍵盤選擇其中任意一個功能選項，并通過下拉菜單選擇該功能選項中的任意一個功能條。
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(1)退出:用于退出系統(tǒng)主窗口，并返回到主控系統(tǒng)。
(2)故障設(shè)置:此功能選項用于在系統(tǒng)主窗口中顯示的模擬線路上進行任意一種簡單故障的設(shè)置。其中，故障位置選擇參數(shù)用于操作者設(shè)置故障點。故障類型選擇參數(shù)用于選擇故障類型。故障時間選擇參數(shù)用于選擇故障持續(xù)時間。
(3)開關(guān)操作:用于實現(xiàn)對兩側(cè)模擬斷路器的跳合閘操作。操作者用鼠標滾動功能條，選擇任意功能選項，用鼠標單擊“確定”，則開關(guān)操作設(shè)置窗口退出，彈出“密碼”窗口，確認密碼后，一種開關(guān)操作便被設(shè)置完畢。
(4)還原:此功能選項用于恢復(fù)故障設(shè)置和開關(guān)操作。當操作者完成一項故障設(shè)置或開關(guān)操作后，用鼠標單擊“還原”，則系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)，等待進行下一項故障設(shè)置或開關(guān)操作。
(5)幫助:內(nèi)含關(guān)于開關(guān)操作和故障設(shè)置的幫助信息。
(6)信息欄:用于顯示此次故障設(shè)置或開關(guān)操作的信息。
(7)通訊狀態(tài):用于顯示計算機與可編程邏輯控制器(PLC)之間的通訊狀態(tài)。若通訊狀態(tài)良好，則在通訊狀態(tài)欄中顯示“正確接收”;若通訊有誤，則在通訊狀態(tài)欄中顯示通訊錯誤的種類。
另外，當模擬線路上有開關(guān)變位時，如完成了一次故障設(shè)置、開關(guān)操作或保護動作跳閘后，在系統(tǒng)主窗口電氣主接線圖的相應(yīng)開關(guān)位置上將立即顯示出開關(guān)變位情況。
以上介紹了靜模系統(tǒng)控制部分的硬件、軟件組成和主要功能的設(shè)計與實現(xiàn)。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、軟件系統(tǒng)運用 Lab Windows/CVI工具軟件開發(fā)，具有良好的圖形用戶界面，操作簡單靈活，修改參數(shù)方便，對提高靜模系統(tǒng)的實驗水平和教學(xué)效果有著十分重要的作用。文中提出的設(shè)計方案已于山東電力科學(xué)研究院靜態(tài)模擬實驗室成功實現(xiàn)，驗證了其可行性和有效性。
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參考文獻
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