繼電保護數(shù)字仿真建模方法與系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、繼電保護裝置的正確動作對于整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的保護測試手段成本高、靈活性差，對于保護裝置內(nèi)部元件的動作過程也無法進行觀察。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，基于純軟件的繼電保護數(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，研究不同原理保護在不同工況下的動作行為，觀察保護的動態(tài)響應(yīng)過程，分析影響保護正確動作的各種因素，對保護的原理進行評價和改進。因此，繼電保護數(shù)字仿真技術(shù)在繼電保護的研究、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)用價值。
　　 本文圍繞繼電保護數(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，主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)提出了基于“極值對”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假設(shè)和磁化曲線的三種分類，提出鐵心磁化軌跡的兩個決定因素：磁場強度所經(jīng)歷極值點和磁場強度的變化趨勢。針對前者，提出了鐵心對于磁場強度“極

3、值對”的記憶與遺忘特性：鐵心會記憶磁場強度所經(jīng)歷的極大值點和極小值點(包括兩種特殊的“極值點”)，這些極值點按照時間由近及遠的順序，一一組合為“極值對”；當所處的磁場強度大于等于(小于等于)原來所記憶的極大值點(極小值點)時，鐵心會遺忘該極值點所對應(yīng)的“極值對”；僅剩一個極值點無法構(gòu)成“極值對”時，不會發(fā)生遺忘現(xiàn)象；鐵心所記住的最近的極值點即是鐵心運行中的一般磁化曲線的起點，如果沒有極值點被記住，則鐵心運行于基本磁化曲線。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)果驗證了該模型以及建模方法的準確性和有效性。
　　 (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)點電壓方程，只需求解簡單的線性方程組即可完成對于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時間段的平均頻率”來實現(xiàn)，不能直接反映系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)。為解決該問題，本文提出了一種基于瞬時頻率的振蕩建模新方法，通過對瞬時頻率的變化在約束條件下進行擬合，能準確地仿真出實際系統(tǒng)的振蕩過程，不

6、受“0-t時間段平均頻率”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對其振蕩以及振蕩中發(fā)生故障的情況進行了仿真。仿真結(jié)果表明，該模型可以準確反映預(yù)先設(shè)置的頻率變化規(guī)律，滿足繼電保護研究的要求。
　　 (4)針對目前繼電保護數(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)建了一個通用繼電保護數(shù)字仿真平臺。該平臺具有三方面的特點：其一，建立了繼電保護仿真元件庫。元件庫由濾波庫

7、、算法庫、啟動元件庫、選相元件庫等子庫組成，包含了繼電保護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模型。其二，設(shè)計了友好的人機交互界面。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、運行狀態(tài)、故障特征、繼電保護工作原理及動作行為。其三，能夠真實地反映電力系統(tǒng)正常及不同故障情況下的物理現(xiàn)象；反映互感器對電壓、電流信號的傳變過程；動態(tài)顯示不同原理繼電器對故障的完整響應(yīng)過程，以“透明”的

8、方式展現(xiàn)繼電保護的工作原理和技術(shù)特點。
　　 (5)在深入分析距離保護基本原理的基礎(chǔ)上，利用通用仿真平臺設(shè)計開發(fā)出微機型距離保護動態(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行仿真，動態(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的啟動、選相、阻抗計算、阻抗比較等環(huán)節(jié)的動作響應(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)，無需任何數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；一次系統(tǒng)仿真與距離保護仿真同步進行，