基于预仿真策略的变电站培训仿真系统

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1、基于预仿真策略的变电站培训仿真系统张炳达，李银芝(天津大学智能电网教育部重点实验室，天津300072)摘要：为降低数字物理混合型变电站培训仿真系统的建设成本，对一次系统仿真模型及其求解算法进行了研究。利用贝瑞隆法将整个仿真模型分成站内仿真模块、线路仿真模块和负荷仿真模块，通过短路故障转移法与电流逻辑分析法使站內仿真模块的规模大幅缩小，采用多项式预条件共觇梯度法提高仿真模型的求解速度。为解决一次系统网络参数突然变化带来的计算风暴，提出了一种计算模块独立于输出模块的预仿真策略。实例测试表明，基于预仿真策略的数字式一次系统能在廉价的多微处理器系统中运行，且能与真实二次设备很好地配合。关键词：变电站；

2、培训；仿真；预条件共铤梯度法；贝瑞隆电路中图分类号：TM743文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.l006-6047.2013.01.0270引言目前,变电站培训仿真系统已成为一种培训变电工人的有效工具,其中数字物理混合型变电站培训仿真系统备受关注口⑷。这种培训仿真系统对一次系统采用全数字仿真，对二次系统使用全部真实设备。为了能使二次系统真实设备正常运行,要求一次系统数字仿真部分提供的电压互感器二次侧电压信号和电流互感器二次侧电流信号具有实时性⑸叫变电站一次系统仿真模型不仅涉及断路器、隔离开关、母线、变压器、地线等设备，而且还要在输电线路部分插入若干个故障模型。为降低数字一次系

3、统的建设成本，本文采用贝瑞隆等值电路描述输电线路，把一次系统仿真模型分解成1个站内仿真模块、若干个线路仿真模块和负荷仿真模块；用逻辑分析法决定电流互感器屮的真实电流，使站内仿真模块仅包含变压器、母线节点和馈线端点；采用易于并行化的多项式预条件共辄梯度(PCC)法进行仿真计算，便于用多微处理器系统加以实现。为避免一次系统网络参数突然变化引起的计算风暴対实时仿真的干扰，提岀了一种计算模块独立于输出模块的预仿真策略。1变电站仿真模型的分块为模拟输电线路不同位登的故障，将输电线路分成若干段，且在段间加入如图1所示的故障模型。在图1中,Ra、Rb、Rc用于模拟断线故障，R获、收稿日期：2011-09-2

4、4；修回日期：2012-11-26基金项目：国家自然科学基金资助项目(50625722,50837001)；国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB-219700)ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoilndationofCliina(50625722,50837001)andtheStateKeyDevelopmentProgramforBasicResearchofChina(973Program)(2009CB-219700)R&l、心1、心和心2、心2、心2、化2用于模拟短路故障,其中各电阻的取值因故障性质而异。

5、若输电线路采用集中参数模型R分成3段，负荷为Y接法，每增加1冋输电线,变电站仿真模型的节点数就增加28个,这严重制约了仿真变电站的规模。对三相输电线路采用小损耗模型，并通过相模变换和相模反变换形成贝瑞隆等值电路"叫如图2所示。图2中的柑间阻抗、对地阻抗分别为：L([/G+2Cm31VL+24/VL-M(1)其中，厶、G分别为各相输电线的自感和对地电容,M、久分别为各相输电线间的互感和电容。图2中各相等效电流源与输电线路首末端⑴和m端)电压、电流之间的关系为：u畑(l习ml)ml)Ait-b=-r>ml)-r,mi)mI)孑nil)Uka(tm2)i/om(t孑泌)y2⑷in2)-r2i加ni2

6、)⑶n2)m2)sR边RT_^ZZF-^4-'iaR1^2aCi」RdoCrL]fYVW，尿、生公一J/•VVWmrww

7、iv—.601丫如一J■1叽R*上fYWY

8、1<—•i』TjTnr0^3oC§图4变压器与母线连接部分的等效电路Fig.4EquivalentcircuitofconnectionsbetweenIransfonnerandbuseshnuIZ”ia(t孑ml)ml)厶vnb=-Ki"咼(£习ml)-r,i诫h(Uml)A/nt-"me(/习ml)imkt(/习ml)Wyna(/ni2)^nAa(£刁ni2)丫2如(”m2)-t2沁)(4)1仏me(/Jm2)irtZ(/—

9、ni2)111111111，Yl3Zz1111111112-1-1[2-1-1-12-1,卩2二——12-1-1-12-1-12Tml=V(Cg+2Cn))(L+2M)JnQ=VG-CJ(厶-M)其中，滋和Z血分别为时间常数丁mI和r迢对应的相间阻抗。由于很难使仿真步长X同时为时间常数rml和r泌的整数倍,采用线性插值法确定等效电流源的数值。山图2可见，线路两端电气量的求解过程是解耦的。利用这一性