一种开放式微机继电保护实验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种开放式微机继电保护实验系统及方法，该系统包括供教师使用的远程管理计算机、微机继电保护测试仪、微机继电保护装置、模拟保护执行装置和供实验者使用的实验终端；微机继电保护装置部分设置了包含故障测量电路(信号调理电路)设计和算法程序(故障测量算法和继电保护算法程序)研究编写的自主性实验环节，本发明专利技术的实验系统开放性和扩展性强，其实验过程更接近微机继电保护装置的设计开发和现场调试过程，有助于实验者对抽象知识点的理解和掌握，尤其适用于高校教学。

【技术实现步骤摘要】
一种开放式微机继电保护实验系统及方法
本专利技术涉及电力系统保护、控制与自动化
，具体涉及一种开放式微机继电保护实验系统及方法。
技术介绍
电力系统继电保护是保证电力系统安全稳定运行的第一道防线。电力系统对继电保护装置的基本要求是速动性、选择性、灵敏性和可靠性。电力系统继电保护已经实现了从传统物理继电器组合式保护方式向微机保护方式的转变，呈现数字化趋势。微机保护采用软件程序的运算逻辑代替物理继电器元件的组合逻辑，教学对象抽象化。目前，高校实验室普遍采用教学设备厂家生产的成套设备开展电力系统继电保护实验。传统成套设备中微机继电保护实验装置一般采用封闭式结构设计，实验者按照既定的实验接线和键盘设置参数方式进行操作完成实验，无法介入微机继电保护装置内部的硬件设计、调试和保护算法的设计编程，难以对数字式保护过程及其实现原理有深刻的理解。另外，传统继电保护实验装置采用高度“实验室化”的实验原理模拟设计理念，实验操作与实际工程应用存在较大差距。再者，厂家成套设备通常采用平台式设计，体积大、价格高。综上，行业内急需研发一种采用开放性、设计性实验理念设计的低成本微机继电保护实验系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种开放性、体现学生自主性实验的开放式微机继电保护实验系统。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种开放式微机继电保护实验系统，其特征在于，包括：供教师使用的远程管理计算机、微机继电保护测试仪、微机继电保护装置、模拟保护执行装置和供实验者使用的实验终端；所述远程管理计算机，安装了实验管理程序，用于远程操作微机继电保护测试仪产生模拟电力系统故障的故障信号，接收微机继电保护装置上报的包含故障测量结果和保护指令的实验数据，并按照成绩评价规则自动对其评分；实验结束后进行实验数据分析并生成评估报表；所述微机继电保护测试仪，用于根据远程管理计算机指令产生模拟电力系统故障的故障信号，并将故障信号发送到微机继电保护实验装置；所述微机继电保护装置，用于根据实验者编写故障测量算法测量所述故障信号得到故障测量结果，并根据故障测量结果执行继电保护算法程序得到相应的保护指令，将保护指令发送到模拟保护执行装置，同时将包含故障测量结果和保护指令的实验数据发送到远程管理计算机；所述模拟保护执行装置，用于根据保护指令使用继电器动作模拟电力开关分合闸动作；所述实验终端，用于供实验者根据待实验微机继电保护项目设计信号调理电路，编写、调试故障测量算法和继电保护算法程序。优选地，所述实验终端包括：仿真器和安装嵌入式系统开发软件的现场计算机；现场计算机通过仿真器连接至所述微机继电保护装置。优选地，所述微机继电保护装置包括PT/CT互感器、信号调理电路、AD采样芯片和微控制器，其中PT/CT互感器、信号调理电路、AD采样芯片和微控制器依次连接；所述微机继电保护测试仪通过测试线将故障信号发送到PT/CT互感器；所述信号调理电路为可插拔的模块化电路。优选地，所述微机继电保护装置还设置有以太网接口、开入/出量接口、调试接口、扩展存储器EEPROM、键盘和液晶触摸屏LCD。所述远程管理计算机通过以太网接口和微机继电保护装置进行通信，微机继电保护装置通过开入/出量接口获得现场开关的状态、将保护指令发送到模拟保护执行装置，仿真器通过调试接口和微机继电保护装置通信；所述扩展存储器EEPROM用于存储实验数据等信息；所述键盘用来与液晶触摸屏LCD配合以设置和查阅装置参数，其中实验申请键向远程计算机发送READY实验信号；所述液晶触摸屏LCD用于现场显示实验故障测量结果和保护指令等信息，并提供触控式参数设置和查阅功能。一种基于上述开放式微机继电保护实验系统的实验方法，包括：实验第一阶段：根据待实验微机继电保护项目进行实验设计并完成预习报告；实验第二阶段：根据实验设计和老师配合完成实验，得到实验成绩P1；实验第三阶段：实验者根据实验过程和实验成绩完成实验报告，教师根据预习报告、实验操作情况和实验报告确定成绩P2，根据实验成绩P1和成绩P2得到总成绩Pfin，并自动生成实验教学分析报告。优选地，所述实验设计包括根据待实验微机继电保护项目的实验原理，确定所模拟的电力系统及其故障位置、故障类型；计算所模拟的电力系统的故障特征值，确定继电保护整定值，完成缺省的信号调理电路设计，完成缺省的故障测量算法和继电保护算法程序的编写。优选地，实验第二阶段报包括：S21，实验者插入所设计的信号调理电路至微机继电保护装置，通过实验终端载入编写完成的故障测量算法和继电保护算法程序的并联机调试；S22，教师启动远程管理计算机自检，实验者按照实验系统图接线，上电并执行自检程序，实验者完成自检无误后向远程管理计算机发送READY信号；S23，远程管理计算机下达实验开始指令START，同时远程操作微机继电保护测试仪发出故障信号；S24，微机继电保护测试仪根据远程计算机指令发出相应的故障信号，微机继电保护实验装置接收到START指令后执行故障测量算法和继电保护算法程序；S25，微机继电保护实验装置根据继电保护程序执行结果，发出跳合闸保护指令到模拟执行装置；同时将故障测量数据和保护指令通过以太网发送到远程管理计算机；S26，模拟执行装置根据保护指令执行相应的继电器动作，并以信号灯的亮灭和蜂鸣器警示音的形式发出现场指示信号；S27，远程管理计算机接收微机继电保护实验装置上报的实验数据，记录数据并自动对本次实验结果进行评价，通过以太网下发本次实验成绩并发出宣布本轮实验结束的OVER指令；S28，实验小组根据实验成绩对实验数据进行分析，修改信号调理电路和算法程序，完善实验方案，重复执行步骤S21-S28，完成N次实验之后远程计算机发出实验结束的END指令，实验小组执行退出实验的操作，最后得到实验成绩P1。优选地，实验成绩P1和成绩P2各占50％分值，实验成绩P1由保护动作的正确性、保护动作的快速性和故障测量的准确性三个方面确定，其指标分别为P1(1)、P1(2)和P1(3)，成绩P1的计算公式是成绩P2评分指标分别是P2(1)、P2(2)和P2(3)，成绩P2的计算公式是实验小组最后成绩Pfin是N次实验的最好成绩，计算公式为Pfin＝max{P(1),P(2),…,P(N)}。优选地，所述实验方法还包括：微机继电保护实验装置的LCD液晶显示屏上现场显示本次故障测量结果和保护信息。本专利技术相对于现有技术具有如下优点：1、本专利技术的软、硬件具有高度开放性，有针对性地设置模块式电路(信号调理电路)设计和算法程序(故障测量算法和继电保护算法程序)设计实验环节，实验者可以参与开发、研究和应用微机继电保护装置，促进实验者对抽象知识点的理解和掌握，有助于创新能力培养，尤其适用于高校教学；2、本专利技术制定了多元化的实验评价机制，对继电保护实验的考察具有针对性强、反映度高、考察全面的特点，其中程序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开放式微机继电保护实验系统，其特征在于，包括：供教师使用的远程管理计算机、微机继电保护测试仪、微机继电保护装置、模拟保护执行装置和供实验者使用的实验终端；/n所述远程管理计算机，安装了实验管理程序，用于远程操作微机继电保护测试仪产生模拟电力系统故障的故障信号，接收微机继电保护装置上报的包含故障测量结果和保护指令的实验数据，并按照成绩评价规则自动对其评分；实验结束后进行实验数据分析并生成评估报表；/n所述微机继电保护测试仪，用于根据远程管理计算机指令产生模拟电力系统故障的故障信号，并将故障信号发送到微机继电保护实验装置；/n所述微机继电保护装置，用于根据实验者编写故障测量算法测量所述故障信号得到故障测量结果，并根据故障测量结果执行继电保护算法程序得到相应的保护指令，将保护指令发送到模拟保护执行装置，同时将包含故障测量结果和保护指令的实验数据发送到远程管理计算机；/n所述模拟保护执行装置，用于根据保护指令使用继电器动作模拟电力开关分合闸动作；/n所述实验终端，用于供实验者根据待实验微机继电保护项目设计信号调理电路，编写、调试故障测量算法和继电保护算法程序。/n

【技术特征摘要】
1.一种开放式微机继电保护实验系统，其特征在于，包括：供教师使用的远程管理计算机、微机继电保护测试仪、微机继电保护装置、模拟保护执行装置和供实验者使用的实验终端；
所述远程管理计算机，安装了实验管理程序，用于远程操作微机继电保护测试仪产生模拟电力系统故障的故障信号，接收微机继电保护装置上报的包含故障测量结果和保护指令的实验数据，并按照成绩评价规则自动对其评分；实验结束后进行实验数据分析并生成评估报表；
所述微机继电保护测试仪，用于根据远程管理计算机指令产生模拟电力系统故障的故障信号，并将故障信号发送到微机继电保护实验装置；
所述微机继电保护装置，用于根据实验者编写故障测量算法测量所述故障信号得到故障测量结果，并根据故障测量结果执行继电保护算法程序得到相应的保护指令，将保护指令发送到模拟保护执行装置，同时将包含故障测量结果和保护指令的实验数据发送到远程管理计算机；
所述模拟保护执行装置，用于根据保护指令使用继电器动作模拟电力开关分合闸动作；
所述实验终端，用于供实验者根据待实验微机继电保护项目设计信号调理电路，编写、调试故障测量算法和继电保护算法程序。


2.根据权利要求1所述的开放式微机继电保护实验系统，其特征在于，所述实验终端包括：仿真器和安装嵌入式系统开发软件的现场计算机；现场计算机通过仿真器连接至所述微机继电保护装置。


3.根据权利要求1所述的开放式微机继电保护实验系统，其特征在于，所述微机继电保护装置包括PT/CT互感器、信号调理电路、AD采样芯片和微控制器，其中PT/CT互感器、信号调理电路、AD采样芯片和微控制器依次连接；
所述微机继电保护测试仪通过测试线将故障信号发送到PT/CT互感器；所述信号调理电路为可插拔的模块化电路。


4.根据权利要求2所述的开放式微机继电保护实验系统，其特征在于，所述微机继电保护装置还设置有以太网接口、开入/出量接口、调试接口、扩展存储器EEPROM、键盘和液晶触摸屏LCD；所述远程管理计算机通过以太网接口和微机继电保护装置进行通信，微机继电保护装置通过开入/出量接口获得现场开关的状态、将保护指令发送到模拟保护执行装置，仿真器通过调试接口和微机继电保护装置通信；所述扩展存储器EEPROM用于存储实验数据等信息；所述键盘用来与液晶触摸屏LCD配合以设置和查阅装置参数，其中按下实验申请键向远程管理计算机发送READY实验信号；所述液晶触摸屏LCD用于现场显示实验故障测量结果和保护指令信息，并提供触控式参数设置和查阅功能。


5.一种基于根据权利要求1-4任一项所述的开放式微机继电保护实验系统的实验方法，其特征在于，包括：
实验第一阶段：根据待实验微机继电保护项目进行实验设计并完成预习报告；
实验第二阶段：根据实验设计和教师配合完成实验，得到实验成绩P1；
实验第三阶段：实验者根据实验过程和实验结果完成实验报...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，王晓刚，黄泽锦，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44