[发明专利]一种基于模型设计的线路保护实验平台

说明书

本发明描述一种基于模型设计的线路保护实验平台，实验平台包括软件平台和硬件平台，其中软件平台就是由电脑、MATLAB软件、CCS软件所组成的上位机，硬件平台包括DSP控制板，电压、电流互感器测量单元，模拟单元(线路模型)。软件平台搭建了微机保护模型进行仿真验证。线路模型模拟了实际输电线路，测量单元对输电线路模型生成的故障信号进行采集。DSP控制单元控制断路器的关断与导通。学生可以对在不同故障下发生的保护动作行为进行研究，仿真效果好。采用线路模型代替实际输电线路，仿真安全性能高，成本低。

技术领域

本发明涉及一种电力系统继电保护半实物仿真实验教学领域。利用仿真平台可以真实、高效的模拟线路运行状态和继电保护动作情况，使使用者掌握继电保护原理，同时也减小了实验安全隐患。

背景技术

传统保护实验内容侧重继电器特性测试，这样在实验过程中无法了解该继电器在整个保护系统中的具体作用。实验台只能进行较为单一的实验操作，无法充分调动发挥学生学习的主观能动性，已不能满足课程发展对实验的要求。

目前存在的主要问题：

(1)保护实验以单个的验证性实验为主，实验内容和过程相对简单，只是简单记记实验数据，观察动作现象，验证书中介绍的原理，实验本身对学生分析能力的要求不高。

(2)传统继保实验设备大多分为硬件按照实际输电线路比例缩小的物理实物模型，操作固定，直观易用，但是操作单一，无法提供一个培养学生动手能力和创新能力的平台；

(2)实验设备单一、体积大、价格高，不适合大范围推广。

(3)学生现场连接电网操作具有一定的危险性，容易发生人身安全事故；

(4)传统学校中的继保实验平台线路结构固定，输电参数也不可更改，只能进行单一实验，不便扩充各种保护实验。

发明内容

为了应对传统教学中继电保护实验存在的各项问题，本发明设计一套功能完善的、实用性强的基于模型设计的实验平台，该平台采用软硬件结合的方式，软件仿真平台(1)包括由电脑、MATLAB软件、CCS软件所组成的上位机(通过MATLAB中所建立的GUI界面，我们可以选择多种继电保护实验，并可以将实验模型转换为DSP所能识别并使用的程序)，在上位机中我们可以进行继电保护仿真实验，硬件实验平台(2)是运用低电压小电流模拟“高电压大电流”的思想建立了输电线路物理模型(10)，通过电压互感器(6)、电流互感器(7)采集线路模型(10)中处在正常和发生故障时的电压、电流信号；将采集的信号输入到DSP控制板(5)中，结合上位机下达到DSP控制板(5)中的程序，DSP控制板(5)可以对信号进行处理，最终通过处理的结果控制线路保护装置(8)中的线路断路器(11)的开通与关断，进而可以迅速接通或断开输电线路，达到故障保护的目的。这样就可以进行相对安全的操作和实验，该实用新型弥补了传统实验的不足，不仅可以直观生动的展示教学内容，而且可以提供一个让学生主动动手学习的平台，学生可在该平台上实现对输电线路故障的数据采集和保护动作算法修改，达到知其然也知其所以然的目的，可有效提高其专业水平。

本发明解决的上述问题的装置包括：

1.输电线路物理模型(10)：是实验平台硬件部分的核心。该线路模型装置包括：电动机模拟的负载，三相电抗器模拟的输电线。它以低电压小电流模拟实际输电线路的“高电压大电流”，将输电线路模型(10)在实验室中搭建出来。该输电线路能模拟三段式电流保护、方向电流保护、距离保护等继电保护实验。该实验装置通过隔离变压器与电网隔离，不会影响电网的正常运行。

2.上位机：由电脑、MATLAB软件、CCS软件所组成。该部分主要是在计算机中建立继电保护实验的仿真模型，将仿真与实际搭建的输电线路相结合，仿真中进行的实验可以在输电线路上面实际地展示出来。