新一代地区电网 DTS 系统中的继电保护仿真
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产品简介
 1 引言 在地区电网调度员培训仿真系统（DTS）中［1］，继电保护仿真是一个重要的组成部分，它模拟系统在事故情况下的继电保护装置动作情况，其对于DTS是否能逼真地模拟真实电力系统的实际运行情况有着重要的意义。 目前国内外DTS产品大都实现了对继电保护的逻辑判断仿真，其根据继电保护装置动作判据、安装地点以及故障类型、发生地点进行逻辑判断从而实现继电保护的动作。逻辑判断仿真与电力系统故障计算无关，实时性好，但相比利用继电保护装置的整定值和故障仿真计算［2］所得电量值进行判断的定值判断仿真则不够逼真。但是，由于定值判断仿真需要建立较准确的继电保护模型，且对DTS的故障仿真计算有较高的要求，所以在国内外的DTS中的定值判断仿真都还尚处于研究阶段［3，4］。 随着新一代DTS对实用性、逼真性以及灵活性要求的提高，继电保护仿真也应该加以发展以适应DTS的要求。在调度员培训过程中，继电保护仿真一般要求有两种形式，一种只需能在培训中给出电力系统故障后继电保护装置的动作信息，而不需要详细的故障计算数据信息；另一种则要求必须准确地计算系统在故障后的实际过程并模拟继电保护装置的动作。前一种用逻辑判断仿真即可满足要求；而后一种则必须进行定值判断仿真。所以在新一代地调电网的DTS中，应该有两种方式的继电保护仿真，逻辑判断仿真用于电力系统静态仿真而定值判断仿真用于故障仿真。 另外，由于实际电力系统中继电保护装置形式多样，种类繁多。假如在仿真过程中对每一种装置分别进行模拟，则将引起程序维护量巨大且通用性不好。因此新一代DTS也要求继电保护装置模型有一个较通用的结构。本文提出了一个新的继电保护装置模型，其具有良好的兼容性和适应性；并用此模型进行了逻辑判断仿真以及定值判断仿真。在广西电网调度员培训仿真系统中的实践验证了本文所提模型及仿真方法的正确性。 2 继电保护装置模型 逻辑判断仿真和定值判断仿真对于继电保护装置模型有不同的要求。在逻辑判断仿真中，继电保护装置不需要有详细的模型，只需要知道保护的名称即可。此时是根据具体保护的动作规则来进行模拟的，本文对此时的模型不作详述。而定值判断仿真需要建立详细和准确的模型，其需要满足下列条件：一是和实际装置相一致；二是有良好的通用性和可扩展性。 实际电力系统继电保护装置形式多样，但原理基本一致，其都可以视作由三部分组成：测量环节、判断环节以及动作环节。继电保护装置通过测量环节得到所需的电量值，将其与整定值相比较判断是否启动，若满足条件则动作环节动作、保护启动。因此我们可以将继电保护装置用图1所示模型表示： 可是，由于一个继电保护装置往往不能一下子用图一模型表述，我们经过分析可以将其分成若干个互相具有与或关系的子装置，每一个子装置都满足总体模型。例如方向性电流速断保护，其是由一个电流判据的子装置和方向性判据的子装置通过与关系组成，假如与关系满足动作判据则继电器动作。因此具体的继电保护装置模型可表示为图2的模型结构。继电保护装置基本上都可以被描述为上述的模型结构。如此一来可以只在DTS中建立一个通用的继电保护装置模型结构，每个不同的继电保护装置具有相同的结构，不同的只是结构中的量和子装置之间的与或关系。建立该模型后，定值判断继电保护仿真只需针对此通用模型结构。可以发现此模型对于工程实际应用中的继电保护装置基本都能适用，假如想要在继电保护仿真中添加新的继电保护装置，只需根据此通用模型结构增加新的保护装置模型而不用因为增加新的保护装置而去修改定值判断仿真程序，程序的通用性大大加强。  3 基于逻辑判断仿真的静态仿真 在许多情况下，在对调度员的培训中，只需能够快速地给出系统中继电器和开关在系统某处发生故障后的动作信息即可，并不要求有精确的电气量计算。而且此时往往并不进行故障仿真计算，在这种情况下我们只有利用逻辑判断仿真模拟继电保护装置。 逻辑判断仿真是基于保护规则的。在实际实现中，我们建立了对应每个保护装置的动作规则库，根据故障发生地点、类型查找所相关的电气开关及保护装置，再根据对应的动作规则来判断是否启动保护装置。 例如在图3中，设breaker2、breaker3上安装有方向性电流速断保护。假如在线路AB上发生故障则先根据故障发生的电气元件查找其两端所联的开关，然后根据开关查找与其相关的继电保护。找到继电保护装置后，再根据此保护装置所对应的动作规则来进行判断，若符合条件则启动保护装置。若此开关无保护或保护停运、保护拒动则搜索此线路相临设备所联的开关及其所相关的后备保护，由后备保护跳开故障线路。对应于方向性电流速断保护，我们可以描述规则如下： 方向性电流速断保护： 方向性：YES； 保护距离：85％L （即保护范围为线路的85％长度） 时间：0秒（即瞬时切断） … 因此如果故障发生在线路的50％处，则根据方向性电流速断保护的规则，开关breaker2、breaker3将被启动来跳开故障。 4 基于定值判断仿真的故障仿真 定值判断仿真适用于电力系统故障仿真，其根据系统发生故障情况下系统中各电气量的变化来判别继电保护装置是否满足定值条件，若满足则驱动继电保护动作，因此也就更接近实际电力系统的运行情况。在新一代DTS中要求故障仿真可以模拟继电保护的动作以及由于保护动作对系统故障过程的影响，所以直接在DTS的故障仿真计算中嵌入继电保护的定值判断仿真模块，其可以方便地在故障计算过程中考虑继电保护装置动作，从而可以较精确地模拟电力系统在发生故障后的整个故障过程。 定值判断仿真根据故障仿真的计算结果去比较每一继电保护装置的测量值和条件值，若满足条件则驱动保护装置，具体保护装置动作与否只与保护测量值、条件值以及动作时延等条件有关。在此仿真过程中可设置保护拒动、开关拒动。具体过程如下， （1）第k时步的故障计算； （2）对每一继电保护装置进行条件判断；（由于继电保护装置都是由若干子装置组合而成，因此需要对子装置先进行条件判断，而后根据子装置的结果通过与或关系得到保护的判断结果。） （3）若装置条件满足则计算动作时延，如果时延条件满足，则驱动保护，并发出新的事件，然后转（1）；否则直接转（1）。 由于为了保证DTS仿真的逼真性，在定值判断仿真中是假设并不知道任何故障信息的，这也比较符合实际电力系统的基本情况。因为对继电保护装置进行条件判断都是通过对子装置的判别来进行，而子装置的判别都是简单的大于小于关系，因此虽然需要对所有继电保护装置进行扫描但计算机所花费的时间并不多。 5 仿真结果 基于本文所提出的继电保护装置模型，对肇庆部分实际电网进行了实际的模拟。下面即对实际算例进行介绍。我们取肇庆电网中的一小部分如图4所示。 在断路器XET233、XHS271、XHS272、Xyg254、Xyg255、Xsw243上都装有方向性电流速断保护、过电流保护、相间距离一、二、三段保护。设故障发生在＃2站至＃3站的线路XLHSyg上。 （1）静态仿真 当故障发生在线路的50％长度时，XHS272和Xyg254的方向性电流速断保护和相间距离一段都满足规则驱动断路器跳开故障。此时假设XHS272上的方向性电流速断保护拒动，则由相间距离一段动作跳开故障；在实践中又设XHS272和Xyg254上的所有保护都拒动，此时则XET233和Xsw243上的过电流保护和相间距离三段作为后备保护经过一定延时动作驱动断路器跳开故障。当故障发生在线路距首端＃2站95％长度时，由于超出了XHS272方向性电流速断保护和相间距离一段的保护范围，故Xyg254上方向性电流速断保护和相间距离一段瞬间动作，而XHS272上由相间距离二段经过一定延时跳开。对肇庆电网别的线路也进行了静态故障仿真，结果都验证了逻辑判断仿真可以准确、快速地给出继电保护装置的动作信息。 （2）故障仿真 设由一三相短路永久故障发生在线路的50％长度处，在考虑了继电保护后，由于在发生故障的瞬间，通过故障计算可判断得XHS272和Xyg254上所有的保护都满足定值条件，由方向性电流速断保护跳开断路器XHS272和Xyg254。然后继续进行故障仿真，由于故障已被切除，而且其他保护由于定值条件不再被满足所以也不再动作。此时也可以设XHS272上的保护拒动，则Xyg254仍旧瞬间跳开，而XHS272不动，此时XET233上满足条件的过电流保护经过一定延时后因故障未切除所以开始动作切除故障。通过故障仿真，我们可以看到系统在发生故障后的完整过程，同时我们也能校核某一继电保护装置的整定值是否符合实际。 另外，无论在静态仿真和故障仿真中，我们都模拟了自动重合闸，假如故障为瞬时性故障，自动重合闸成功后保护不再动作；若为永久性故障，自动重合闸后故障依旧存在，保护将再次动作切除故障。 6 结论 （1）本文分析了新一代地区电网DTS对继电保护仿真的要求，提出了一个具有良好适应性的通用继电保护装置模型结构，根据此模型结构我们可以方便快捷地增添修改新的继电保护装置。 （2）在新一代地区电网DTS中，提出用两种不同的仿真方式来模拟继电保护的运行，即对应于静态仿真的逻辑判断仿真和对应于故障仿真的定值判断仿真。 （3）逻辑判断仿真可以在系统图中设定故障后不经过故障计算根据继电保护运行规则快速地给出继电保护装置的动作信息，从而能够快速地给予调度员感性认识，但欠缺真实性；而定值判断仿真可以真实地模拟系统中保护的动作，信息量丰富，培训更加真实可信，但是仿真速度相对前者较慢。 （4）定值判断仿真不仅可以用于培训中的事故演习，而且可以用来进行继电保护整定值校核。 （5）本文的保护模拟方法将应用于肇庆DTS系统中。 |
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