电力系统故障时继电保护装置动态特性数字仿真研究

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1、电力系统故障时继电保护装置动态特性数字仿真研究　　摘要：本文提出了一种计算机软件，它可以对任何继电保护装置的结构进行模拟，该软件和电力系统的动态模拟或者是其它的故障再现设备相比就有很多的优点，比如成本低、省时以及灵活性好等。文中主要对该计算机软件的仿真原理、结构、功能以及特点等进行了分析。关键词：电力系统；继电保护；动态特性；数字仿真中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：7在电力系统发生故障时，其运行的安全性以及可靠性在很大程度上会受到继电保护动态特性的影响，但是在实验室里面却无法准确的将真实情况表现出来。当前解决此类问题的

2、方法主要有两种，一种是通过电力系统动态模拟装置对故障进行模拟，校验继电保护，该种方法是最传统的方法具有灵活性差、费时费力、成本高等不足；另外一种是通过故障再现设备实现故障期间电压以及电流数字量向模拟量的转换，并在博爱和继电器中将其输入进而对它的动作行为进行观察。该种方法必须要与故障再现以及测试设备，其是非常昂贵的，而且对装置内部程序的逻辑以及元件配置情况无法观察，只对已有的设备具有适用性。文中所提出软件对可以实现任何继电保护装置元件及其组成系统的模拟，使用EMTP对故障期间的相关数据进行仿真，对其动态特性进行校验。该种方法可以随意改变保

3、护装置的结构、电力系统的结构、故障地点以及故障类型等。对现有的或者是正在研制中的保护装置都具有适用性，它几乎有成本低以及效率高等优点。文中的软件采用了WisualC++6.0语言作为开发工具。软件的动态仿真原理分析使用程序模块来实现继电保护装置包括电压元件、电流元件、阻抗元件、功率方向元件、时间元件、差动元件以及各种逻辑元件在内的各种功能元件。仿真时将这些功能元件通过图形操作来组成软件框图；对正在研制的保护装置或者是即将投入运行的保护装置进行校验时，根据投入运行电力系统的结构以及参数，通过EMTP仿真获得相关的参数值并将其输入到保护软件

4、框图的测量元件当中，对保护元件的动作以及它们之间的时间配合关系进行观察，最后就可以观察到保护装置整体的动作情况；对于已经投运的保护装置，对故障的原因分析分方法和以上的方法是一样的。一般动态仿真可以通过连续仿真、断点方针以及单点仿真这三种方式来实现。可以根据实际情况对仿真度的速度进行调节。保护元件的结构7文中所设计的软件如图1所示，该软件采用了面向对象的编程技巧，保证了其的层次性以及易扩展性。该种结构也和面向对象的特性是相符的。首先进行基类元件类的构造，它集所有元件的特性于一身，可对其进行复制、移动以及删除等操作。时间元件、逻辑元件、测量

5、元件以及其它元件就是由基类派生的来的，其中测量元件主要包括电压、电流、功率方向以及阻抗元件，要将电压以及电流采样点谐波分析结果输入到这些元件当中；在逻辑元件中应输入与之相关元件的动作情况。其它元件主要包括启动元件、电流以及电压互感器断线检测元件等。对于所有测量元件得到的测量值均可视为一个数学公式的计算值。图1保护元件结构图软件的结构、功能以及特点3.1软件的结构7下图图2为软件的结构图，在进行动态仿真之前用户应通过软件的编辑功能将保护的逻辑框图绘制出来，且选取一组故障电流和电压的数据，根据保护的实际要求做好滤波计算，将处理之后的数据输入

6、到测量软件当中进保护仿真。在仿真是对每按照顺序对每一软件进行查询，对于测量元件应该根据其电压、电流、公路方向以及阻抗等来确定出合适的公式将测量值计算出来，然后将其和定值放在一起进行比较，如果满足要求就发生动作；逻辑元件是否动作主要是根据和它输入端连接在一起的元件的动作情况决定的。为了提示用户，发生动作之后的元件出口位置会变成红色。所以元件每循环一次时钟会随着向前走一个步长，其是可以可以进行调节的，为了确保仿真的正确程度，对循环一次后的时间步长应进行检查看它是否比两个采样点之间的间隔大，以免造成忽略掉某些采样点造成元件状态的变化，导致仿真

7、结果不准。在查询完所有的元件之后才能拨动仿真时钟，所以仿真结果不会受到程序快慢的影响。图2软件结构图3.2软件的功能特点3.2.1图形化操作7文中所开发的是一个图形化的仿真软件，继电保护逻辑框图的编辑功能作为软件的基本功能。为了使得所开发的图形编辑功能可以很容易的和各种分析功能的接口相连接，向它们提供统一的图形用户界面，所以要确保所开发系统的独立性较高，同时确保其具有易扩充性。文中所开发的保护框图编辑系统具有的功能和特点有：第一，给各种不同的保护元件提供了相应的绘图工具，通过其可绘制各种元件，操起起来简单方便；第二，可以对各种元件进行包

8、括移动、复制、删除等在内的操作，亦可对整块对图形进行操作，所以的操作和Windowsz的标准操作相一致；第三，具有和AutoCAD一样的对敏感点的捕捉功能。其可依据各个元件在图形中所处的位置将它们之间的关系