电力系统动态仿真中的继电保护建模

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1、万方数据第34卷第23期2010年12月10日电力系统自动化AutomationofElectricPowerSystemsV01．34No．23Dec．10。2010电力系统动态仿真中的继电保护建模吴国吻，宋新立，汤涌，仲悟之，刘涛(中国电力科学研究院，北京市100192)摘要：针对目前电力系统动态仿真分析中缺乏准确的继电保护模型、不能准确反映保护动作特性的问题。提出基于虚拟继电器的继电保护通用建模方法。虚拟继电器是对真实继电器的一种模拟，并可进行特定逻辑操作。文中采用分层次、面向对象的建模思路。建

2、立起开放、透明的继电保护模型库，实现了含继电保护模型的动态仿真计算。该方法逻辑清晰，建模方便，可用于自定义建模，便于用户对所建模型进行修改和功能扩充。仿真结果表明：舍继电保护模型的动态仿真程序能更加准确地反映实际电力系统发生扰动后的动态过程，可用于保护不正确动作引发的连锁事故分析、进行扰动后较长时间的事故重演、研究事故发生的本质原因以及正确的反事故措施等。关键词：动态仿真；继电保护；建模；虚拟继电器0引言目前，国内外广泛应用的电力系统分析工具对继电保护模型的研究和应用较少，且不够深入，无法真实地反映继

3、电保护元件的控制规律，特别是对保护误动或拒动引发的级联故障，缺乏有效的仿真处理方法。在电力系统动态仿真程序中建立与实际应用的继电保护装置动作特性相一致的模型。将大大提高仿真的真实性和准确性，无论对于研究非线性超大规模电力系统动态特性机理，还是对于准确分析电力系统动态过程的稳定性问题，都具有重要的意义。在国内外常用的电力系统暂态稳定仿真程序中，有的软件没有提供继电保护模型，仅靠预定时间后断路器的开断来实现保护功能；也有一些软件提供了一些简单的继电保护模型，但种类不够丰富，且都是以国外的继电保护装置为原型

4、，不能反映国内电力系统中继电保护装置的动作特性[1]。作为电力系统应用最为广泛的暂态仿真程序，EMTP(Electro-MagneticTransientsProgram)和EMTDC(Electro-MagneticTransientinDCSystem)主要用于电磁暂态分析，运算量大，计算速度慢，不适合大规模电力系统机电暂态和中长期动态过程。调度员培训系统(DTS)中的继电保护模型，由于实时性的限制，往往比较粗略，仿真结果与实际情收稿日期：2010—05—18；修回日期：2010-09-19。国家

5、电网公司科技项目“继电保护和安全自动装置的建模研究与开发”。况出入较大[2_8]。近年来，有国内外学者相继提出将柔性仿真技术、混杂Petri网等理论引入继电保护建模研究，但目前多处于理论研究阶段，尚不能在广泛使用的仿真软件中得到实际应用凹-15J。本文提出一种基于虚拟继电器的继电保护建模方法，采用面向对象的建模思想，分层次地对保护设备进行建模，大大降低了建模的复杂程度。仿真结果表明，包含继电保护模型的动态仿真程序可以更准确地反映电力系统受到扰动后的动态特性。1继电保护的建模方法1．1建模思路常规继电保

6、护系统的结构层次如图1所示。从中可以清楚地看到，整个继电保护系统可以逐层分解为有限的若干种基本保护功能元件。显然，对功能元件进行建模比直接针对继电保护系统或者保护装置建模要容易得多。．陌雨硒翮线路保护装置ll变压器保护装置ll母线保护装置Il其他保护装置虱国图⋯团图圉⋯团圆园⋯团圆⋯匪图1继电保护结构层次F喀1Hierarchicalchartofrelayprotectionsystem另一方面，系统中各类元件的主保护主要是差动保护和高频保护。这类保护的原理成熟，可靠性高。况且，主保护的动作时间很短

7、，对于机电暂态和中长期动态仿真来说，可以在不影响仿真精确度的前提下，进行适当简化。采用断路器按照预先设定万方数据·研制与开发·吴国呖，等电力系统动态仿真中的继电保护建模的时间动作对主保护进行模拟的方式，对动态仿真程序来说，其准确性已经足够。高压线路和主设备的后备保护，动作时间相对较长，对机电暂态和中长期动态仿真影响较大，这类保护的建模将是本文需要着重讨论的内容。但是，由于电力系统中网架结构的差异、运行习惯的不同和系统需求的变化，实际系统中存在着大量的继电保护非标准产品。为实现对实际保护系统的准确描述，

8、探索一种能够适应不同要求、可以方便“搭建”保护功能的建模方法是十分必要的。一般而言，保护装置采集输入量，并与相关整定值进行比较，输出“0”，“1”性质的逻辑信号，在进行相应的逻辑判别之后确定是否动作。为了将逻辑过程描述得更加清楚，可以将每一个逻辑判别环节都看成一个继电器。由于这些继电器并不是实际存在的真实继电器，因此称之为虚拟继电器。使用虚拟继电器可以方便地实现对复杂逻辑的描述，清晰、直观，便于建立通用的继电保护建模方法。为映射虚拟继电器与定值之间的关系