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        基于實時仿真系統(tǒng)的交流信號狀態(tài)序列發(fā)生器的仿真建模

        2020-06-29 06:27:30
        江西電力 2020年6期
        關(guān)鍵詞:信號

        劉 霡

        (三峽大學(xué)國際文化交流學(xué)院,湖北宜昌 44300)

        0 引言

        電力系統(tǒng)中的測控、保護(hù)裝置均是采集系統(tǒng)電壓、電流并提取特征值實現(xiàn)正常工作的,裝置的研發(fā)和調(diào)試階段,通過電力系統(tǒng)仿真系統(tǒng)模擬電力系統(tǒng)運行工況或采用繼電保護(hù)測試儀模擬電壓、電流狀態(tài)序列,可以為裝置提供一定的試驗環(huán)境,提高產(chǎn)品的開發(fā)周期。電壓電流狀態(tài)序列指的是交流量在若干個時間段內(nèi),依次發(fā)生變化,近似模擬電力系統(tǒng)某一特定的運行工況,如線路區(qū)內(nèi)故障,保護(hù)跳閘,并重合閘。狀態(tài)序列的特征有三相電壓、三相電流同步變化,序列時間精確控制等。電力系統(tǒng)實時仿真器不僅具備電力系統(tǒng)動態(tài)仿真功能,還具有繼電保護(hù)測試儀的狀態(tài)序列模擬功能,但需搭建對應(yīng)的控制觸發(fā)邏輯才能實現(xiàn)狀態(tài)序列的輸出?;陔娏ο到y(tǒng)實時仿真系統(tǒng),開發(fā)一個通用型、高集成度的狀態(tài)序列觸發(fā)邏輯,可以進(jìn)一步增強(qiáng)實時仿真系統(tǒng)的靈活應(yīng)用。

        基于模塊化的設(shè)計思想,基于實時仿真系統(tǒng)分別開發(fā)了初始化配置模塊、通道切換模塊及序列精確控制邏輯模塊等,實現(xiàn)了通用型、高集成度的狀態(tài)序列的精確控制序列的設(shè)計,有助于提升電力系統(tǒng)二次測控設(shè)備的開發(fā)、調(diào)試效率。

        1 系統(tǒng)概述

        交流電壓、電流狀態(tài)序列發(fā)生器,需具備使用便捷、序列控制精確、高集成度等特點。采用模塊化設(shè)計思路,完成狀態(tài)序列發(fā)生器控制邏輯的設(shè)計,如圖1所示為狀態(tài)序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖。

        圖1 狀態(tài)序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖

        序列發(fā)生器主要有四部分組成:初始化、通道切換、信號發(fā)生及序列精確控制邏輯部分。初始化模塊的主要功能為定義狀態(tài)序列個數(shù)、各狀態(tài)序列的電壓電流幅值、各狀態(tài)序列的持續(xù)時間等。通道切換模塊的主要功能為實時接收狀態(tài)序列精確控制模塊的通道切換信號,并執(zhí)行電壓通道、電流通道的順序切換。狀態(tài)序列精確控制模塊,根據(jù)狀態(tài)序列個數(shù)及各狀態(tài)序列持續(xù)時間,執(zhí)行精確時序的順序控制。信號發(fā)生模塊實時接收交流信號的幅值,結(jié)合預(yù)定的相角和頻率,合成交流信號并輸出。

        2 建模設(shè)計

        以具有6個狀態(tài)的電壓電流序列為例,開展設(shè)計思路的介紹。圖2所示的通道切換邏輯圖中,Ux_Init(x=a,b,c)、Ix_Init(x=a,b,c)為電壓電流初始狀態(tài)的幅值;Ux_End(x=a,b,c)、Ix_End(x=a,b,c)為電壓電流結(jié)束狀態(tài)的幅值。Ux_Stan(x=a,b,c)、Ix_Stan(x=a,b,c)為第n(n=1,2,3,4,5,6)個狀態(tài)下,電壓電流的幅值。Seq_Num為狀態(tài)序列序號標(biāo)志位,即,第n個狀態(tài)期間,Seq_Num=n,且通道選擇器將對應(yīng)狀態(tài)的幅值輸出給M_Ux(x=a,b,c)和M_Ix(x=a,b,c)。

        圖2 通道切換邏輯圖

        狀態(tài)序列精確控制邏輯如圖3所示,主要有三部分組成:序列啟動與終止觸發(fā)邏輯、狀態(tài)序列精確控制子模塊、狀態(tài)序列集成邏輯。各序列的幅值與時間初始化完成之后,觸發(fā)序列啟動按鈕,控制邏輯啟動計時器,并觸發(fā)狀態(tài)1啟動信號,狀態(tài)1

        工作標(biāo)志位置1,狀態(tài)1執(zhí)行結(jié)束之后自動閉鎖狀態(tài)1,且該閉鎖信號為狀態(tài)2的啟動信號,依次執(zhí)行各狀態(tài)序列。當(dāng)最后一個狀態(tài)序列執(zhí)行結(jié)束并閉鎖后,觸發(fā)終止序列邏輯,狀態(tài)序列執(zhí)行結(jié)束。

        圖3 狀態(tài)序列精確控制邏輯

        圖3 所示中,En_Sta1為啟動狀態(tài)1信號,Timer為時鐘信號,Sta6為狀態(tài)序列6的運行標(biāo)志位,下降沿觸發(fā)邏輯終止程序。Dis_Sta1為序列1閉鎖信號,Dt_Sta1為狀態(tài)1持續(xù)時間定值。狀態(tài)序列集成邏輯主要負(fù)責(zé)Seq_Num數(shù)值的生成,如狀態(tài)序列3運行階段,其他序列標(biāo)志位均為0,Sta3=1,實現(xiàn)了Seq_Num與正在執(zhí)行序列產(chǎn)生關(guān)聯(lián),該信號經(jīng)過簡答的運算加工,可以靈活的應(yīng)用于通道選擇模塊。

        3 仿真算例

        為驗證所設(shè)計的狀態(tài)序列精確控制邏輯的有效性,在仿真系統(tǒng)中進(jìn)行了控制邏輯的建模,并設(shè)計了仿真算例進(jìn)行試驗驗證。表1所示為初始化模塊各序列階段的電壓幅值、電流幅值及序列持續(xù)時間定值,圖4、圖5分別為試驗錄波圖。

        表1 狀態(tài)序列初始化定值

        圖4中,Timer為狀態(tài)序列中的計時器時鐘信號,仿真算例中6個狀態(tài)序列的時間長度為1.2s,Seq_Num為序列標(biāo)志位,試驗過程中依次從0遞增到6。Start標(biāo)志位貫穿狀態(tài)序列始末。分析各序列標(biāo)志位可知,對應(yīng)序列標(biāo)志位保持時間與設(shè)定值一致。

        圖4 序列標(biāo)志位錄波圖

        圖5中,U1A,U1B,U1C為三相電壓狀態(tài)序列錄波,I1A,I1B,I1C為電流狀態(tài)序列錄波,Rms_U為三相電壓有效值,Rms_I為三相電流有效值。

        圖5 交流狀態(tài)錄波圖

        分析圖5可知,狀態(tài)1(0.0s~0.1s)區(qū)間內(nèi),電壓、電流有效值為0;狀態(tài)2(0.1s~0.3s)區(qū)間內(nèi),電壓、電流有效值為2;狀態(tài)3(0.3s~0.6s)區(qū)間內(nèi),電壓、電流有效值為3;狀態(tài)4(0.6s~0.9s)區(qū)間內(nèi),電壓、電流有效值為4;狀態(tài)5(0.9s~1.1s)區(qū)間內(nèi),電壓、電流有效值為5;狀態(tài)6(1.1 s~1.2s)區(qū)間內(nèi),電壓、電流有效值為6,滿足設(shè)定預(yù)期。

        4 結(jié)語

        所開發(fā)的模塊化、高集成的電壓電流狀態(tài)序列精確控制邏輯,實現(xiàn)了基于實時仿真系統(tǒng)平臺下的狀態(tài)序列的便捷配置、精確發(fā)生,對電力系統(tǒng)測控、保護(hù)裝置的開發(fā)調(diào)試,具有一定的促進(jìn)作用。對各個子模塊的核心原理展開了介紹,基于電力系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)進(jìn)行了仿真建模,并設(shè)計了典型的仿真算例,進(jìn)行邏輯驗證。試驗結(jié)果表明,所提出的控制建模方法是有效可行的,對測控、保護(hù)裝置開發(fā)人員具有一定的參考價值。

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