電力系統(tǒng)故障時繼電保護裝置動態(tài)特性的數(shù)字仿真分析

1、<p>　　電力系統(tǒng)故障時繼電保護裝置動態(tài)特性的數(shù)字仿真分析</p><p>　　摘要：本文提出了一種計算機軟件，它可以對任何繼電保護裝置的結構進行模擬，該軟件和電力系統(tǒng)的動態(tài)模擬或者是其它的故障再現(xiàn)設備相比就有很多的優(yōu)點，比如成本低、省時以及靈活性好等。文中主要對該計算機軟件的仿真原理、結構、功能以及特點等進行了分析。 </p><p>　　關鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護；動態(tài)特性

2、；數(shù)字仿真 </p><p>　　中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，其運行的安全性以及可靠性在很大程度上會受到繼電保護動態(tài)特性的影響，但是在實驗室里面卻無法準確的將真實情況表現(xiàn)出來。當前解決此類問題的方法主要有兩種，一種是通過電力系統(tǒng)動態(tài)模擬裝置對故障進行模擬，校驗繼電保護，該種方法是最傳統(tǒng)的方法具有靈活性差、費時費力、成本

3、高等不足；另外一種是通過故障再現(xiàn)設備實現(xiàn)故障期間電壓以及電流數(shù)字量向模擬量的轉換，并在博愛和繼電器中將其輸入進而對它的動作行為進行觀察。該種方法必須要與故障再現(xiàn)以及測試設備，其是非常昂貴的，而且對裝置內(nèi)部程序的邏輯以及元件配置情況無法觀察，只對已有的設備具有適用性。文中所提出軟件對可以實現(xiàn)任何繼電保護裝置元件及其組成系統(tǒng)的模擬，使用EMTP對故障期間的相關數(shù)據(jù)進行仿真，對其動態(tài)特性進行校驗。該種方法可以隨意改變保護裝置的結構、電力系統(tǒng)的

4、結構、故障地點以及故障類型等。對現(xiàn)有的或者是正在研制中的保護裝置都具有適用性，它幾乎有成本低以及效率高等優(yōu)點。文中的軟件采用了Wisual C++6.0語言作為開發(fā)工具。 </p><p>　　軟件的動態(tài)仿真原理分析 </p><p>　　使用程序模塊來實現(xiàn)繼電保護裝置包括電壓元件、電流元件、阻抗元件、功率方向元件、時間元件、差動元件以及各種邏輯元件在內(nèi)的各種功能元件。仿真時將這些功能元件

5、通過圖形操作來組成軟件框圖；對正在研制的保護裝置或者是即將投入運行的保護裝置進行校驗時，根據(jù)投入運行電力系統(tǒng)的結構以及參數(shù)，通過EMTP仿真獲得相關的參數(shù)值并將其輸入到保護軟件框圖的測量元件當中，對保護元件的動作以及它們之間的時間配合關系進行觀察，最后就可以觀察到保護裝置整體的動作情況；對于已經(jīng)投運的保護裝置，對故障的原因分析分方法和以上的方法是一樣的。一般動態(tài)仿真可以通過連續(xù)仿真、斷點方針以及單點仿真這三種方式來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)實際情況

6、對仿真度的速度進行調(diào)節(jié)。 </p><p><b>　　保護元件的結構 </b></p><p>　　文中所設計的軟件如圖1所示，該軟件采用了面向對象的編程技巧，保證了其的層次性以及易擴展性。該種結構也和面向對象的特性是相符的。首先進行基類元件類的構造，它集所有元件的特性于一身，可對其進行復制、移動以及刪除等操作。時間元件、邏輯元件、測量元件以及其它元件就是由基類派生

7、的來的，其中測量元件主要包括電壓、電流、功率方向以及阻抗元件，要將電壓以及電流采樣點諧波分析結果輸入到這些元件當中；在邏輯元件中應輸入與之相關元件的動作情況。其它元件主要包括啟動元件、電流以及電壓互感器斷線檢測元件等。對于所有測量元件得到的測量值均可視為一個數(shù)學公式的計算值。 </p><p>　　圖1保護元件結構圖 </p><p>　　軟件的結構、功能以及特點 </p>

8、<p><b>　　3.1軟件的結構 </b></p><p>　　下圖圖2為軟件的結構圖，在進行動態(tài)仿真之前用戶應通過軟件的編輯功能將保護的邏輯框圖繪制出來，且選取一組故障電流和電壓的數(shù)據(jù)，根據(jù)保護的實際要求做好濾波計算，將處理之后的數(shù)據(jù)輸入到測量軟件當中進保護仿真。在仿真是對每按照順序對每一軟件進行查詢，對于測量元件應該根據(jù)其電壓、電流、公路方向以及阻抗等來確定出合適的公式將測

9、量值計算出來，然后將其和定值放在一起進行比較，如果滿足要求就發(fā)生動作；邏輯元件是否動作主要是根據(jù)和它輸入端連接在一起的元件的動作情況決定的。為了提示用戶，發(fā)生動作之后的元件出口位置會變成紅色。所以元件每循環(huán)一次時鐘會隨著向前走一個步長，其是可以可以進行調(diào)節(jié)的，為了確保仿真的正確程度，對循環(huán)一次后的時間步長應進行檢查看它是否比兩個采樣點之間的間隔大，以免造成忽略掉某些采樣點造成元件狀態(tài)的變化，導致仿真結果不準。在查詢完所有的元件之后才能撥

10、動仿真時鐘，所以仿真結果不會受到程序快慢的影響。 </p><p><b>　　圖2軟件結構圖 </b></p><p>　　3.2軟件的功能特點 </p><p>　　3.2.1圖形化操作 </p><p>　　文中所開發(fā)的是一個圖形化的仿真軟件，繼電保護邏輯框圖的編輯功能作為軟件的基本功能。為了使得所開發(fā)的圖形編輯功

11、能可以很容易的和各種分析功能的接口相連接，向它們提供統(tǒng)一的圖形用戶界面，所以要確保所開發(fā)系統(tǒng)的獨立性較高，同時確保其具有易擴充性。文中所開發(fā)的保護框圖編輯系統(tǒng)具有的功能和特點有：第一，給各種不同的保護元件提供了相應的繪圖工具，通過其可繪制各種元件，操起起來簡單方便；第二，可以對各種元件進行包括移動、復制、刪除等在內(nèi)的操作，亦可對整塊對圖形進行操作，所以的操作和Windowsz的標準操作相一致；第三，具有和AutoCAD一樣的對敏感點的捕

12、捉功能。其可依據(jù)各個元件在圖形中所處的位置將它們之間的關系確定出來，這樣在繪圖中就可以省掉很多工作，由于無需輸入網(wǎng)絡拓撲連接關系的工作，也就不會有出錯情況出現(xiàn)。軟件還可以實現(xiàn)對保護框圖連接線的錯誤進行自動檢測。 </p><p>　　3.2.2其它功能 </p><p>　　第一，濾波的各種算法均可提前編好，所以用戶可以根據(jù)實際需求來選擇算法，這樣就很容易對各種原理的保護進行仿真；第二，在

13、數(shù)據(jù)庫里面存有繼電保護的定值，這樣在框圖上可直接檢查和修改保護定值，對其的校驗也顯得很簡單了。對元件進行雙擊在彈出的對話框中可以對元件的編號以及特性進行修改；第三，該軟件中，用戶只需將數(shù)條簡單的直線和圓弧給出任意種類的動作特性就會形成，也就是說其實現(xiàn)了阻抗元件的自定義特性；第四，通常在保護框圖中對邏輯元件使用的比較多，在繪制時經(jīng)常需要對其屬性以及輸入端的個數(shù)進行變更，基于此種情況，該軟件開發(fā)除了具有自定義功能的邏輯元件，這樣就使得用戶繪

14、制更加方便；第五，此軟件所使用的數(shù)據(jù)符合我國電力行業(yè)的相關標準，是我國故障動態(tài)記錄設備暫態(tài)數(shù)據(jù)交換的標準格式，因此其具有較強的適用性；第六，通過該軟件可以獲得很多的圖形和曲線；第七，可根據(jù)需要選擇仿真到底是單步進行還是連續(xù)進行，這樣用戶就可以很清楚的對故障時包含匯總所以元件的動作情況以及它們之間的時間配合關系進行觀察，以實現(xiàn)運行過程中保護發(fā)生誤動作原因的查找。除此之外，軟件還可以讀設計階段保護的性能進行分析，在很大程度上可以新型保護研制

15、所需</p><p><b>　　接口問題分析 </b></p><p>　　通常真實感受故障的數(shù)據(jù)位于A/D變換后的數(shù)據(jù)線上，故障數(shù)據(jù)是通過保護定時中斷獲取的，但是在故障錄波器中的數(shù)據(jù)是數(shù)字量，這時出現(xiàn)的問題就是二者的采樣率不同，若需要使用這些數(shù)據(jù)就需要對其進行轉換，使得采樣率保持一致，具體的解決方法可以參考Comtrade格式標準。 </p><

16、;p><b>　　結束語 </b></p><p>　　綜上所述，文中提出的軟件具有使用方便、功能齊全、成本低以及適用性強等優(yōu)點，可將其用于對繼電保護裝置的設計開發(fā)以及故障分析中，在人員的培訓以及調(diào)試方面也可以使用。在這里需要說明的是，該軟件作為對保護裝置進行分析的軟件，硬件還是需要通過動態(tài)模型以及故障再現(xiàn)設備進行測試。文中已經(jīng)分析了該軟件的整體框架，還需要進行濾波計算以及各種功能軟件

17、的編制，其正在進行。在很大程度上軟件仿真的真實性這準確性都會受到各種元件實現(xiàn)算法和真正保護裝置之間的一致性程度的影響，因此希望各個生產(chǎn)廠家積極配合，向用戶和相關廠家提供質(zhì)量性能更好的工具。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]郭征,賀家李,楊洪平,柳煥章,盧放.電力系統(tǒng)故障時繼電保護裝置動態(tài)特性的數(shù)字仿真[J].電力系統(tǒng)自動化.