繼電保護(hù)數(shù)字仿真建模方法與系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的保護(hù)測(cè)試手段成本高、靈活性差，對(duì)于保護(hù)裝置內(nèi)部元件的動(dòng)作過程也無(wú)法進(jìn)行觀察。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于純軟件的繼電保護(hù)數(shù)字仿真技術(shù)受到人們的青睞。利用該技術(shù)，能夠靈活再現(xiàn)電力系統(tǒng)的各種故障過程，研究不同原理保護(hù)在不同工況下的動(dòng)作行為，觀察保護(hù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，分析影響保護(hù)正確動(dòng)作的各種因素，對(duì)保護(hù)的原理進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)。因此，繼電保護(hù)數(shù)字仿真技術(shù)在繼電保護(hù)的研究、開發(fā)

2、、教學(xué)以及工程師的培訓(xùn)中都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文圍繞繼電保護(hù)數(shù)字仿真所涉及的一次系統(tǒng)建模、互感器建模、繼電保護(hù)建模以及仿真系統(tǒng)開發(fā)等方面開展研究工作，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)提出了基于“極值對(duì)”記憶與遺忘特性的電流互感器模型。歸納了基于Preisach理論鐵心建模的兩個(gè)假設(shè)和磁化曲線的三種分類，提出鐵心磁化軌跡的兩個(gè)決定因素：磁場(chǎng)強(qiáng)度所經(jīng)歷極值點(diǎn)和磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。針對(duì)前者，提出了鐵心對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度“極

3、值對(duì)”的記憶與遺忘特性：鐵心會(huì)記憶磁場(chǎng)強(qiáng)度所經(jīng)歷的極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)(包括兩種特殊的“極值點(diǎn)”)，這些極值點(diǎn)按照時(shí)間由近及遠(yuǎn)的順序，一一組合為“極值對(duì)”；當(dāng)所處的磁場(chǎng)強(qiáng)度大于等于(小于等于)原來所記憶的極大值點(diǎn)(極小值點(diǎn))時(shí)，鐵心會(huì)遺忘該極值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的“極值對(duì)”；僅剩一個(gè)極值點(diǎn)無(wú)法構(gòu)成“極值對(duì)”時(shí)，不會(huì)發(fā)生遺忘現(xiàn)象；鐵心所記住的最近的極值點(diǎn)即是鐵心運(yùn)行中的一般磁化曲線的起點(diǎn)，如果沒有極值點(diǎn)被記住，則鐵心運(yùn)行于基本磁化曲線。提出了基于該特

4、性的鐵心建模方法，利用該方法建立了電流互感器數(shù)字仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該模型以及建模方法的準(zhǔn)確性和有效性。
　　 (2)提出了一種基于積分等效和疊加原理的CVT數(shù)值建模方法。利用梯形積分等效變換，將CVT高階等值電路化為t時(shí)刻僅包含電流源、電阻和輸入電壓源的直流電路，然后建立其節(jié)點(diǎn)電壓方程，只需求解簡(jiǎn)單的線性方程組即可完成對(duì)于CVT暫態(tài)過程的模擬；利用疊加原理將CVT一次電壓分解為正常分量和故障分量，解決了算法的初始值問題。根

5、據(jù)提出的數(shù)值建模方法設(shè)計(jì)了一種CVT暫態(tài)誤差修正方案，在CVT參數(shù)已知的情況下，能夠由CVT二次電壓精確地計(jì)算出一次電壓。仿真結(jié)果證明了CVT建模方法和暫態(tài)誤差修正方法的正確性和有效性。
　　 (3)現(xiàn)有振蕩模型的建立都是通過改變“0-t時(shí)間段的平均頻率”來實(shí)現(xiàn)，不能直接反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。為解決該問題，本文提出了一種基于瞬時(shí)頻率的振蕩建模新方法，通過對(duì)瞬時(shí)頻率的變化在約束條件下進(jìn)行擬合，能準(zhǔn)確地仿真出實(shí)際系統(tǒng)的振蕩過程，不

6、受“0-t時(shí)間段平均頻率”的束縛。利用該方法，建立了一種全過程振蕩模型，通過Matlab中的電力系統(tǒng)仿真軟件包PSB對(duì)其振蕩以及振蕩中發(fā)生故障的情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，該模型可以準(zhǔn)確反映預(yù)先設(shè)置的頻率變化規(guī)律，滿足繼電保護(hù)研究的要求。
　　 (4)針對(duì)目前繼電保護(hù)數(shù)字仿真在模型種類、靈活性以及應(yīng)用方面的不足，本文提出并構(gòu)建了一個(gè)通用繼電保護(hù)數(shù)字仿真平臺(tái)。該平臺(tái)具有三方面的特點(diǎn)：其一，建立了繼電保護(hù)仿真元件庫(kù)。元件庫(kù)由濾波庫(kù)

7、、算法庫(kù)、啟動(dòng)元件庫(kù)、選相元件庫(kù)等子庫(kù)組成，包含了繼電保護(hù)研究中最為常用的算法和元件模型，可以方便地搭建不同種類的繼電保護(hù)模型。其二，設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)交互界面。充分借助圖形、波形、數(shù)據(jù)和向量圖等形式，從可視化的角度展現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)、故障特征、繼電保護(hù)工作原理及動(dòng)作行為。其三，能夠真實(shí)地反映電力系統(tǒng)正常及不同故障情況下的物理現(xiàn)象；反映互感器對(duì)電壓、電流信號(hào)的傳變過程；動(dòng)態(tài)顯示不同原理繼電器對(duì)故障的完整響應(yīng)過程，以“透明”的

8、方式展現(xiàn)繼電保護(hù)的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)。
　　 (5)在深入分析距離保護(hù)基本原理的基礎(chǔ)上，利用通用仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)出微機(jī)型距離保護(hù)動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的各種工況，包括正常、不正常以及各類故障進(jìn)行仿真，動(dòng)態(tài)顯示故障發(fā)生后的電磁暫態(tài)過程；能夠較為完整地反映距離保護(hù)的啟動(dòng)、選相、阻抗計(jì)算、阻抗比較等環(huán)節(jié)的動(dòng)作響應(yīng)過程和相互配合情況。整套仿真系統(tǒng)在同一編程環(huán)境下開發(fā)，無(wú)需任何數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；一次系統(tǒng)仿真與距離保護(hù)仿真同步進(jìn)行，