具有可调返回系数和动作时间的通用继电器rtds仿真建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法，发明人基于RTDS自定义编程技术，利用RTDS的实时性，依靠程序代码顺序执行的固定性并结合变量数据定义的灵活性，用静态变量寄存历史数据的方式来保证所建模型各状态变量当前时刻与前一时刻数值上正确的步进递推关系，从而使所建模型满足实际继电保护装置返回系数小于1和动作时间不为0这两项基本物理性质的仿真要求。应用该法得到的通用继电器RTDS模型能够准确模拟实际继电器物理性质，具有与实际继电保护装置相同的物理效应，有效解决了RTDS现有模型库缺乏高仿真度继电器模型的问题。
【专利说明】具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统实时数字仿真建模【技术领域】，尤其涉及一种具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法。
【背景技术】
[0002]实时数字仿真器RTDS (Real-Time Digital Simulator)是一种数字化的物理模拟实验系统，它综合了数字仿真的高效灵活性和物理模拟的直观可靠性两种实验形式的特长，因而在我国电力科研和工程领域得到越来越广泛的应用，特别是在电力系统故障保护方案的实效性验证方面，RTDS以其模型参数的精确性和仿真过程的实时性而逐渐取代传统的物理动模实验装置或/和离线软件计算工具。
[0003]随着仿真要求的提高，RTDS标准元件模型库(RSCAD/Master)中现有元件模型已不能完全满足系统建模的需求。继电器是电力系统故障保护最基本的元件，实际继电器及其控制的断路器具有两个物理性质:一是继电器动作后的返回值小于动作整定值，即返回系数小于I ;二是继电器达到动作整定值后到断路器完成分断动作存在一个固有时间延迟，此期间无论继电器感测量为何值，断路器都不会动作。继电器(包括其所控制的断路器)的这两个物理性质决定了其数字仿真模型必然具有相当复杂的动作时序和逻辑关系，然而目前尚无法用RTDS标准元件构建，该项空白导致数字仿真置信度的降低并严重影响RTDS的应用效能。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法，以构建高仿真度继电器模型，丰富RTDS现有模型库，满足电力系统建模的实际需求。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法，包括以下步骤:
[0006]<1>创建继电器仿真模型RTDS图形用户界面
[0007]用CBuilder编辑器创建RTDS继电器模型的图形用户界面，包括模型图形界面图标和模型参数设置对话框，并且定义模型输入/输出变量及动作整定值、返回系数、动作时间等三个模型参数的数据类型；模型取名RELAY1.def，该模型界面以数据文件形式存储于RTDS联网PC机或工作站的用户模型库RSCAD/Ulib目录下；
[0008]<2>定义模型内部程序的数据类型
[0009]主要包括实施步进寄存的静态变量和实时步进更新的临时变量；用CBuilder编辑器生成模型的两个内核数据文件分别取名relayl.h和relayl.c并存储于RTDS联网PC机的用户自定义模型源程序代码文件库RTDS_USER\BIN\CMODEL_SOURCE目录下；relayl.h对应于模型图形界面中输入变量、输出变量、模型参数等人机交互数据的类型定义，这些数据在将relayl.h与图形界面文件RELAYl.def链接时即可自动完成类型定义；relayl.c对应于模型的实时步进执行程序，该程序按步骤〈3>手工编制完成；
[0010]<3>编制模型内部的实时步进执行程序
[0011]包括比较器、计时器、循环计数器、与-或-非逻辑门等一系列部件的C语言源代码；用文本编辑器Notepad或TextPad打开relayl.c文件并在其中以C语言编制模型的实时步进程序代码；relayl.C文件分为两个程序代码区:一是静态变量设置区，用于定义并寄存状态变量历史值；二是实时步进执行程序区，用于编写当前时刻的模型执行程序，包括定义临时变量和中间变量；程序编制依据数值差分理论，实现方法是形成状态变量的时间递推式；
[0012]〈4>构建模型整体步进流程
[0013]包括内部数据交换和程序执行顺序编排以及外部输入/输出动态关联性校核。
[0014]步骤〈4>中步进流程按以下进行:实时跟踪比较输入值In和动作整定值SETTING并监测前一步输出值Out的状态，如In≤SETTING条件一旦成立且Out=O,则启动计时器并在动作时间thold期间内闭锁当前时刻输出Out的状态变化，当计时器达到thold时，如果In > SETTING条件依然满足，则计时器复位并使此刻输出Out=I ；当In〈SETTINGXresetcoff且Out=I并不处于计时器闭锁状态时，此刻使输出Out=O ;当SETTINGXresetcoff ( IrKSETTING时，此刻使输出Out维持原状不变。
[0015]针对现有RTDS标准库中各元件模型执行时序难以确定的问题，发明人基于RTDS自定义编程技术，利用RTDS的实时性，建立了一种具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法， 依靠程序代码顺序执行的固定性并结合变量数据定义的灵活性，用静态变量寄存历史数据的方式来保证所建模型各状态变量当前时刻与前一时刻数值上正确的步进递推关系，从而使所建模型满足实际继电保护装置返回系数小于I和动作时间不为O这两项基本物理性质的仿真要求。应用该法得到的通用继电器RTDS模型能够准确模拟实际继电器物理性质，具有与实际继电保护装置相同的物理效应，有效解决了 RTDS现有模型库缺乏高仿真度继电器模型的问题。
[0016]本发明具有如下突出优点:1)用计算机软件编程的方式获得具有物理时空效应的仿真试验模型；2)所建模型的输入及其动作整定值可以是任何物理变量或无量纲变量，因而仿真对象可以是各种类别的继电器，具有广泛的通用性；3)所建模型能够准确体现实际继电保护装置的物理时序动态特性，提高了 RTDS电力系统故障保护的仿真置信度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明通用继电器RTDS仿真建模方法创建的模型的图标示意图。
[0018]图2是本发明通用继电器RTDS仿真建模方法创建的模型的参数设置对话框示意图。
[0019]图3是本发明通用继电器RTDS仿真建模方法中程序实时步进流程示意图。
[0020]图4是应用本发明的实例效果示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下通过实施例并结合附图，进一步对本发明作详细说明。[0022]实施例1
[0023]<1>创建继电器仿真模型RTDS图形用户界面
[0024]用CBuilder编辑器创建RTDS继电器模型的图形用户界面，包括模型图形界面图标和模型参数设置对话框(如图1和2)，并且定义模型输入/输出变量及动作整定值、返回系数、动作时间等三个模型参数的数据类型；模型取名RELAY1.def，该模型界面以数据文件形式存储于RTDS联网PC机或工作站的用户模型库RSCAD/Ulib目录下；
[0025]<2>定义模型内部程序的数据类型
[0026]主要包括实施步进寄存的静态变量和实时步进更新的临时变量；用CBuilder编辑器生成模型的两个内核数据文件分别取名relayl.h和relayl.c并存储于RTDS联网PC机的用户自定义模型源程序代码文件库RTDS_USER\BIN\CMODEL_SOURCE目录下；其中，relayl.h对应于模型图形界面中输入变量、输出变量、模型参数等人机交互数据的类型定义，这些数据在将relayl.h与图形界面文件RELAYl.def链接时即可自动完成类型定义；relayl.c对应于模型的实时步进执行程序，该程序按步骤〈3>手工编制完成；
[0027]<3>编制模型内部的实时步进执行程序
[0028]包括比较器、计时器、循环计数器、与-或-非逻辑门等一系列部件的C语言源代码；用文本编辑器Notepad或TextPad打开relayl.c文件并在其中以C语言编制模型的实时步进程序代码；relayl.C文件分为两个程序代码区:一是静态变量设置区，用于定义并寄存状态变量历史值(前一步或前多步时刻的计算值)；二是实时步进执行程序区，用于编写当前时刻的模型执行程序，包括定义一些必要的临时变量和中间变量；程序编制依据数值差分理论，实现方法是形成 状态变量的时间递推式；
[0029]<4>构建模型整体步进流程
[0030]包括内部数据交换和程序执行顺序编排以及外部输入/输出动态关联性校核。步进流程按以下进行(如图3):实时跟踪比较输入值In和动作整定值SETTING并监测前一步输出值Out的状态，如In≥SETTING条件一旦成立且Out=O,则启动计时器并在动作时间thold期间内闭锁当前时刻输出Out的状态变化，当计时器达到thold时，如果In > SETTING条件依然满足，则计时器复位并使此刻输出Out=I ；当In〈SETTINGXresetcoff且Out=I并不处于计时器闭锁状态时，此刻使输出Out=O ;当SETTINGXresetcoff ( IrKSETTING时，此刻使输出Out维持原状不变。
[0031]按上述步骤创建的模型图形界面的输入In/输出Out接口、模型参数设置对话框基于CBuilder编辑器开发，其数据处理流程的时序正确性及人机交互风格与RTDS标准元件模型库(RSCAD/Master)保持一致；所建模型的动作整定值SETTING、动作后返回系数resetcoff、断路器动作时间thold等模型参数均由用户根据实际继电保护装置标称参数设置，以保证模型适用仿真对象的通用性和灵活性；通过设置模型的断路器动作时间参数可模拟实际中各种继电保护装置固有的短暂抗扰动性质；通过设置模型的返回系数参数可将模型广泛应用于各种继电保护设计方案的RTDS仿真验证实验；所建模型的输入为double实数型双精度变量、输出为int整数型0_1开关变量，其输入/输出的逻辑关系如下:
[0032]
【权利要求】
1.一种具有可调返回系数和动作时间的通用继电器RTDS仿真建模方法，其特征在于包括以下步骤: <1>创建继电器仿真模型RTDS图形用户界面 用CBuilder编辑器创建RTDS继电器模型的图形用户界面，包括模型图形界面图标和模型参数设置对话框，并且定义模型输入/输出变量及动作整定值、返回系数、动作时间等三个模型参数的数据类型；模型取名RELAY1.def，该模型界面以数据文件形式存储于RTDS联网PC机或工作站的用户模型库RSCAD/Ulib目录下； <2>定义模型内部程序的数据类型 主要包括实施步进寄存的静态变量和实时步进更新的临时变量；用CBuilder编辑器生成模型的两个内核数据文件分别取名relayl.h和relayl.c并存储于RTDS联网PC机的用户自定义模型源程序代码文件库RTDS_USER\BIN\CMODEL_SOURCE目录下；relayl.h对应于模型图形界面中输入变量、输出变量、模型参数等人机交互数据的类型定义，这些数据在将relayl.h与图形界面文件RELAYl.def链接时即可自动完成类型定义；relayl.c对应于模型的实时步进执行程序，该程序按步骤〈3>手工编制完成； <3>编制模型内部的实时步进执行程序 包括比较器、计时器、循环计数器、与-或-非逻辑门等一系列部件的C语言源代码；用文本编辑器Notepad或TextPad打开relayl.c文件并在其中以C语言编制模型的实时步进程序代码；relayl.C文件分为两个程序代码区:一是静态变量设置区，用于定义并寄存状态变量历史值；二是实时步进执行程序区，用于编写当前时刻的模型执行程序，包括定义临时变量和中间变量；程序编制依据数值差分理论，实现方法是形成状态变量的时间递推式； <4>构建模型整体步进流程 包括内部数据交换和程序执行顺序编排以及外部输入/输出动态关联性校核。
2.根据权利要求1所述的通用继电器RTDS仿真建模方法，其特征在于步骤〈4>中步进流程按以下进行:实时跟踪比较输入值In和动作整定值SETTING并监测前一步输出值Out的状态，如In≤SETTING条件一旦成立且Out=O,则启动计时器并在动作时间thold期间内闭锁当前时刻输出Out的状态变化，当计时器达到thold时，如果In ^ SETTING条件依然满足，则计时器复位并使此刻输出Out=I ;当In〈SETTINGXresetcoff且Out=I并不处于计时器闭锁状态时，此刻使输出Out=O ;当SETTINGXresetcoff ( In<SETTING时，此刻使输出Out维持原状不变。
【文档编号】G06F17/50GK103810347SQ201410070495
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】孙志媛, 钱珞江, 刘默斯, 丁涛, 宁文辉, 李黎, 赵晓慧, 李明珀, 刘鹏 申请人:广西电网公司电力科学研究院, 武汉大学