電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中的繼電器保護(hù)建模

國網(wǎng)四川省電力公司攀枝花供電公司 劉 勇

目前，我國對(duì)于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中的繼電保護(hù)模型的研究還處于初級(jí)階段，由于研究的不夠深入，對(duì)繼電保護(hù)元件的控制規(guī)律不能很好的掌握，對(duì)出現(xiàn)的故障也不能很好的處理。因此，為了提高動(dòng)態(tài)仿真的真實(shí)性和可靠性，需要建立一組繼電保護(hù)模型，它要與實(shí)際繼電保護(hù)具有一致性的特征。這樣就能夠準(zhǔn)確的分析電力系統(tǒng)中的穩(wěn)定性問題，以提高電力系統(tǒng)的可靠性。本文建立的繼電保護(hù)模型降低了建模的復(fù)雜性，同時(shí)能夠真實(shí)的反映出電力系統(tǒng)受到干擾后的動(dòng)態(tài)特征，對(duì)電力系統(tǒng)的分析研究具有重要的意義。

1 繼電器保護(hù)建模的方法

1.1 繼電器保護(hù)建模的思路

對(duì)于一個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)來說，它具有若干種繼電保護(hù)器件，并且具有較清晰的層次結(jié)構(gòu)。這樣看來，對(duì)每個(gè)元器件進(jìn)行建模，要比對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)建模更加容易。另外，每個(gè)繼電保護(hù)元器件的保護(hù)原理都比較成熟，采取保護(hù)措施的時(shí)間也很短，可靠性較高，在實(shí)施繼電動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，同時(shí)也不會(huì)影響到仿真的精度。因此，可以按照設(shè)定好的時(shí)間，使用斷路器對(duì)主保護(hù)進(jìn)行模擬，這樣就能保證仿真的準(zhǔn)確性。

但是，在實(shí)際情況中，電力系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有差異，運(yùn)行的習(xí)慣也會(huì)有所不同，為了能夠更準(zhǔn)確的描述保護(hù)系統(tǒng)，可以采用邏輯判斷的方式更好的描述每個(gè)過程。可以將每個(gè)邏輯判斷的過程都看做是一個(gè)繼電器，但是這些繼電器并不是真實(shí)存在的，所以稱之為虛擬繼電器。

1.2 虛擬繼電器介紹

電流繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的保護(hù)，是一種較為簡單的繼電器，它的工作原理是：如果輸入的電流較大，大于動(dòng)作電流時(shí)，電流繼電器就會(huì)自動(dòng)閉合觸點(diǎn)；在其閉合觸點(diǎn)后，只有電流減少，當(dāng)其小于返回電流時(shí)，繼電器的觸點(diǎn)才能重新打開。也就是說，電流繼電器的觸點(diǎn)的閉合與電流的大小有直接的關(guān)系。這里將動(dòng)作電流或者返回電流稱作電流繼電器的參考源。其他的繼電器與電流繼電器的工作原理是一致的。虛擬繼電器與常規(guī)的繼電器是一樣的，它的觸點(diǎn)也分為常開和常閉兩種。當(dāng)輸入大于參考源時(shí)，觸點(diǎn)就會(huì)閉合，當(dāng)輸入小于參考源時(shí)，觸點(diǎn)就會(huì)斷開。下面將虛擬繼電器分為以下幾種。

1.2.1 輸入繼電器

輸入繼電器是一種針對(duì)輸入量進(jìn)行保護(hù)的虛擬繼電器，它能夠描述輸入量在繼電保護(hù)中的特征，反映仿真的動(dòng)態(tài)變化。輸入量可以包括仿真程序中的電壓、電流，這些屬于直接輸入量，除了直接輸入量，還包括一些狀態(tài)量和間接輸入量，如方向、差流、阻抗等。另外，輸入繼電器會(huì)對(duì)輸入量進(jìn)行一定的計(jì)算，然后根據(jù)參考源對(duì)其動(dòng)作行為特性進(jìn)行判斷。比如說可以判斷阻抗元件有沒有落入動(dòng)作區(qū)，這是保護(hù)算法在動(dòng)態(tài)仿真中的具體應(yīng)用。另外，輸入的對(duì)象不同，輸入繼電器也分為不同的種類，包括狀態(tài)繼電器、電流繼電器、電壓繼電器等。

1.2.2 時(shí)間繼電器

時(shí)間繼電器是對(duì)計(jì)時(shí)器的模擬，它的觸點(diǎn)是否閉合取決于輸入值是否為1，如果輸入值一直為1，觸點(diǎn)就會(huì)保持閉合，一旦輸入信號(hào)消失，觸點(diǎn)也會(huì)隨即斷開。在此過程中，時(shí)間常數(shù)或者時(shí)間定值就是虛擬繼電器的參考源。

1.2.3 脈沖繼電器

脈沖繼電器的參考源與時(shí)間繼電器的參考源一致，也是時(shí)間定值和時(shí)間常數(shù)，但是它的觸點(diǎn)和時(shí)間繼電器是不同的，它的保持時(shí)間是可以設(shè)置的，當(dāng)輸入條件消失時(shí)，它的觸點(diǎn)可以繼續(xù)保持閉合的狀態(tài)。

1.2.4 輸出繼電器

輸出繼電器是對(duì)邏輯結(jié)果進(jìn)行控制的，對(duì)控制的對(duì)象進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它能夠反映出真實(shí)的繼電器，將仿真的結(jié)果能夠返回到仿真的環(huán)境中。輸出繼電器的參考源就是輸入的本身，或者說，它就不需要參考源，這一點(diǎn)與輸入繼電器是完全不同的。

1.2.5 中間繼電器

虛擬的中間繼電器與實(shí)際中的中間繼電器是相同的，將信息輸入到繼電器中，就會(huì)得到相應(yīng)的輸出。它只進(jìn)行內(nèi)部的邏輯轉(zhuǎn)換，不會(huì)直接參與系統(tǒng)的輸入和輸出。

1.3 配置表

一般來說，參考源是定值或者常數(shù)，而通過配置表可以確定虛擬繼電器的動(dòng)作特性，描述它與參考源之間的映射關(guān)系。

配置表能夠描述繼電器的名稱、屬性、序號(hào)等，另外，在配置表的右側(cè)則展現(xiàn)了繼電器的單位、名稱、數(shù)值等。當(dāng)輸入的電流較大時(shí)，大于定制值時(shí)，就會(huì)使繼電器的觸點(diǎn)發(fā)生閉合。

2 邏輯操作

在繼電器的保護(hù)模型中，輸入繼電器的邏輯關(guān)系包括“或”“與”兩種，但是其他類型的繼電器則具有不同的邏輯關(guān)系，包括自保持、輸出、復(fù)位、跳轉(zhuǎn)這幾項(xiàng)。

2.1 自保持操作

自保持操作在啟動(dòng)后，就不會(huì)受到其他任何輸入的影響，使繼電器保持原有的狀態(tài)不變，想要更改這種狀態(tài)，只有進(jìn)行復(fù)位操作。

2.2 復(fù)位操作

復(fù)位操作是與自保持操作配對(duì)的一種操作，它能夠在輸入自保持操作之后，對(duì)其進(jìn)行復(fù)原，使其回到可以更改的狀態(tài)。它必須與自保持操作同時(shí)存在，不能單獨(dú)進(jìn)行操作。

2.3 輸出操作

輸出操作就是負(fù)責(zé)輸出的，它受到輸入狀態(tài)的影響，只有具有輸入時(shí)，才能具有輸出，如果輸入消失的話，輸出也會(huì)隨之消失。

2.4 跳轉(zhuǎn)操作

跳轉(zhuǎn)操作是對(duì)不同的邏輯條件進(jìn)行選擇，它屬于系統(tǒng)的挑戰(zhàn)語句，通過該操作，可以跳轉(zhuǎn)到不同的邏輯條件?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的情況，合理的使用該操作，以反映出真實(shí)的仿真狀態(tài)。

3 總結(jié)

綜上所述，本文研究了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中的繼電保護(hù)器模型，簡述了建模的思路和方法，通過該方法可以真實(shí)的反映實(shí)際情況，對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)施有力的保護(hù)，對(duì)突發(fā)事故的原因進(jìn)行合理的分析并采取相應(yīng)的措施，具有一定的現(xiàn)實(shí)操作意義。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)的仿真計(jì)算，對(duì)該模型的拓展與補(bǔ)充提供了一定的參考。

[1]孫元章,楊軍,張曉東等.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中的繼電保護(hù)模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009,33(20):47-51.

[2]吳國旸,宋新立,湯涌等.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中的繼電保護(hù)建模[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010(23):64-70.

[3]廖曉暉.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可視化開發(fā)平臺(tái)的研究[D].上海交通大學(xué),2008.