虛擬儀器技術在電力系統繼電保護中的應用研究

摘要：本文就虛擬儀器技術在電力系統繼電保護中的應用進行了探討，提出了本人的一些看法，可供同行參考學習。

關鍵詞：繼電保護；虛擬儀器技術；電力系統

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

電能事關國民生產生活的方方面面，電力系統發生故障時若不能快速準確地切除故障而引起擴大甚至系統失穩，會造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。除應采取各種積極措施消除或減少發生故障的可能性以外，還應在一旦發生故障時迅速但有選擇性地切除故障元件。因此，電力系統安全穩定的運行離不開繼電保護。

一、繼電保護技術研究

（一）繼電保護理論的發展。繼電保護科學和技術是隨著電力系統的發展而發展起來的。19世紀90年代，電磁型過電流繼電器。20世紀初，繼電器開始廣泛應用于電力系統保護，是繼保技術的開端。1901年，出現感應型過電流繼電器。1908年，提出比較被保護元件兩端的電流差動保護原理。1910年，方向性電流保護得到應用，將電流與電壓比較的保護原理，導致1920年后距離保護的出現。1927年，高頻載波電流傳送比較輸電線兩端功率或相位的高頻保護裝置。1950年后，利用微波傳送和比較輸電線兩端故障電氣量的微波保護。利用故障點產生的行波實現快速繼電保護的設想。1975年前后，誕生了行波保護裝置。利用光纖通道的繼電保護。1980年，反應工頻故障分量（工頻突變量）原理的保護被大量研究。1990年后該原理的保護裝置被廣泛應用。

（二）繼電保護裝置的發展。1950年前，機電式繼電器:具有機械轉動部件帶動觸點開、合的機電式繼電器。如電磁型，感應型或電動型繼電器。50年代初，靜態繼電保護裝置 第一代：70年代，晶體管繼電保護裝置在我國被大量采用，滿足當時電力系統向超高壓、大容量方向發展的需要。第二代：80年代后期，集成電路式繼電保護裝置，成為靜態繼保裝置主要形式。60年代末，數字式繼電保護--計算機技術構成的繼電保護。上世紀60年代末，對繼電保護計算機算法大量研究。上世紀70年代后半期，比較完善的微機保護樣機開始投入到電力系統中試運行。上世紀80年代，微機保護在硬件結構和軟件技術方面趨于成熟。上世紀90年代，微機保護在我國得到大量的應用，主運算器發展到32位，DSP采用。上世紀90年代后半期，變電站自動化技術和無人值班運行模式得到迅速發展。微機保護代表著電力系統繼電保護的未來，將成為未來電力系統保護、控制、運行調度及事故處理的統一計算機系統的組成部分。

二、虛擬儀器技術在電力系統的應用

（一）電力系統仿真技術。隨后經濟的發展對電能的需求越來越大，特別是國外幾次大的停電事故，使人們更加關注繼電保護裝置的可靠性。為了促進生產和科學技術的發展，人們需要進行各種試驗以便對不同系統進行研究、分析和設計。最初是在系統原型上做試驗，但由于種種原因在原型上做試驗有困難時，只能按原型的特征構造一個系統模型(物理的或數學的)，然后在該模型上試驗。人們把建模和在模型上做試驗的過程就稱為系統仿真。

電力系統數字仿真是系統仿真的一個分支。由于電力系統高可靠性的要求，人們很早就采用系統仿真的方法對電力系統進行研究，并經歷了從直、交流計算試驗臺、電力系統動態模型和模擬式儀器儀表等物理仿真到電力系統數字仿真的發展過程。電力系統科學技術的研究和試驗與系統仿真緊密相連，從某種意義上來說，電力系統仿真技術的發展水平代表了電力系統科學研究水平。

（二）虛擬儀器技術淺析。（1）虛擬儀器技術。“虛擬儀器”是由美國國家儀器公司附I，NationalInstrument)于1986年推出 的概念，是指以通用計算機為核心，根據用戶對儀器的設計定義，用軟件實現虛擬控制面板設計和測試功能的一種計算機儀器系統。虛擬儀器技術的廣泛應用起源于各行各業的測量和測試系統，無論是對電氣量，還是對非電氣量都可以進行測量。隨著虛擬儀器于上個世紀九十年代引入中國，以美國國家儀器公司為代表的虛擬儀器技術由于其強大的功能、高效的編程方法、無縫集成、擴展性強且具有較高的性價比等優點，在電力系統的監控、測試、測量、仿真、教學實驗等方面得到了很多應用，并取得一定成果[1]。（2）虛擬儀器技術的研究成果。華中科技大學以LabVIEW作為軟件開發平臺，利用其強大的信號處理功能、方便的編程方式，開發了符合IEC 61850通信體系的電力設備在線監測系統，為提高設備故障診斷的預見性和準確率，為電力設備維修決策系統提供依據[2]。

廣東順特電氣有限公司采用LabVIEW開發平臺及RT嵌入式處理器和數據采集卡研發的基于串行通信的消弧線圈控制器，該系統成功應用于西北某企業電站中，經實踐該控制器測量準確、控制可靠，相比于原有控制器，性能上有了較大提高，綜合成本上也有相當優勢。

湖南大學與廣東奇正電氣有限公司合作開發的高低壓斷路器智能控制器，其基于LabVIEW的遠程監控系統，很好的實現了系統網絡化、智能化的要求，且可以很好的嵌入到其他工控網絡中。

三、繼電保護仿真實驗系統

微機保護仿真系統可用于建模、仿真、分析在各種電網故障和異常情況下，微機保護系統的動作特性。該系統既可用于研究新型保護算法或原理，也可用于評測已有保護原理對于特定電網的適應性，還可用于電網事故后的保護動作行為分析。由于其重要性，國內華北電力大學、上海交通大學、燕山大學、山東大學、武漢大學等均已開發多個仿真系統。國外實驗系統功能豐富，但價格較昂貴，且因國內外電網結構的差別，并不完全適合中國國情，很難應用于國內的教學研究；國內微機保護物理仿真裝置功能單一，數字仿真大多實現的是故障錄波數據回放式仿真，并不完全同現實繼電 保護裝置工作過程一致。

隨著建設智能電網，對繼電保護提出新的要求，這需要一個良好的平臺來研究開發新原理、新算法，該平臺應具有很好的網絡化功能。因此引入虛擬儀器技術到繼電保護中，正采用虛擬儀器技術開發繼電保護裝置具有如下優點：硬件系統通用化、硬件功能軟件化、繼電保護裝置網絡化、參數整定與修改實時化、繼電保護裝置智能化、保護、控制、測量和數據通信一體化，這些技術上的特點順應了繼電保護發展趨勢。

參考文獻：

[1]艾欣，楊以涵，周孝信.虛擬儀器技術及其在電力系統中的應用[J].電力系統自動化，2001(08):54-57.

[2]劉建鋒.基于虛擬儀器和IEC61 850標準的變電站設備在線監測系統的研究[D].華中科技大學，2008.