摘??要： 介紹了靜態(tài)模擬系統(tǒng)的構成及基本功能，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。提出的設計方案已于靜態(tài)模擬實驗室成功實現，其可行性和有效性得到了初步驗證。
關鍵詞： 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、科研、保護設備整定校驗的得力助手。
當前計算機監(jiān)控技術在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，并成為靜模技術發(fā)展的一個重要方向。靜模系統(tǒng)的數據可以由計算機數據采集系統(tǒng)得到，并通過計算機實時處理，而故障的設置及開關操作等經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)的構成及基本功能[１～2]
靜模系統(tǒng)主要由三大部分構成，即一次模擬系統(tǒng)、智能化監(jiān)控系統(tǒng)和繼電保護裝置，其結構見圖1。
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一次模擬系統(tǒng)主要由雙側電源、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的定時顯示及故障數據的存儲和分析;
(3)監(jiān)視兩側斷路器位置及各開關量位置，監(jiān)視保護動作出口的狀態(tài);
(4)線路兩側斷路器的跳、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，設置故障類型、合閘角及故障時間;
(6)控制短路開關(DLABC)的關斷。
繼電保護裝置為微機實現的數字式超高壓線路成套快速保護裝置。由于裝置以短路開關替代機電開關制造短路，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，其短路角度的任意設置，更為裝置的應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簡單故障的設置、兩側斷路器的開關操作和各種開關量的采集及顯示等功能。靜模系統(tǒng)控制部分硬件結構框圖如圖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新一代產品CQM1，它比較適合于小規(guī)模機器控制，可實現高速輸入輸出應答，包括中斷輸入處理、間隔時間中斷處理，內部高速計數器可實現精確定時、計數以及頻率變換等復雜功能。其網絡聯(lián)接有標準RS232、RS485端口與計算機連接，實現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，將這一命令轉變成可具體實現的時序控制命令，控制相應的接觸器和智能合閘角控制電路，從而完成故障設置或開關操作任務。
2.3 開關量采集板
開關量采集板PC-DIO-24/PnP是一個24位并行數字輸入/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數據總線，具有即插即用功能。在本系統(tǒng)中開關量采集板的24位輸入/輸出數據位均置輸入狀態(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、手動合閘角設置開關、光電隔離、觸發(fā)驅動電路、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合閘角的A、B、C相基準任意選擇。
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合閘角設置定義了手動與自動兩種方式。手動設置通過三段式十進制撥碼開關實現“0～360度”的任意設定，又用兩個單段式十進制撥碼開關分別實現故障類型、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。自動設置由PLC通過RS485總線傳送故障類型、故障相別、合閘角以實現方式設置;傳送校驗采取回送式，即CPU板將接收到的全部指令數據碼傳回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。手動與自動設置的切換采用點按“切換按鈕”切換至手動設置，而用PLC對合閘角電路的每次命令刷新將設置切換到自動狀態(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)開關量采集模塊:實現開關量的采集及顯示;
(4)故障設置模塊:實現在模擬線路上進行任意一種簡單故障的設置;
(5)開關操作模塊:實現兩側模擬斷路器的開關操作。
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置。其中，故障位置選擇參數用于操作者設置故障點。故障類型選擇參數用于選擇故障類型。故障時間選擇參數用于選擇故障持續(xù)時間。
(3)開關操作:用于實現對兩側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”，則開關操作設置窗口退出，彈出“密碼”窗口，確認密碼后，一種開關操作便被設置完畢。
(4)還原:此功能選項用于恢復故障設置和開關操作。當操作者完成一項故障設置或開關操作后，用鼠標單擊“還原”，則系統(tǒng)恢復初始狀態(tài)，等待進行下一項故障設置或開關操作。
(5)幫助:內含關于開關操作和故障設置的幫助信息。
(6)信息欄:用于顯示此次故障設置或開關操作的信息。
(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變位時，如完成了一次故障設置、開關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開關位置上將立即顯示出開關變位情況。
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計與實現。硬件系統(tǒng)結構簡單、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，修改參數方便，對提高靜模系統(tǒng)的實驗水平和教學效果有著十分重要的作用。文中提出的設計方案已于山東電力科學研究院靜態(tài)模擬實驗室成功實現，驗證了其可行性和有效性。
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參考文獻
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