【正文】 意義。 合理的模型不僅可 用于常規(guī)暫態(tài)穩(wěn)定 仿真 程序進(jìn)行計(jì)算，而且 可 對(duì) 嚴(yán)重事故的 復(fù)雜過程進(jìn)行 分析 或重演 ， 找出 事故 發(fā)生 的 根本 4 原因， 為制定 正確的反事故措施 提供幫助 。 PSDBPA 穩(wěn)定程序中的安全自動(dòng)裝置除了常規(guī)的低周低壓減載外，雖然新增加了部分符合實(shí)際失步 解列、低壓低頻解列等模型，但種類很少，仍不能滿足我國(guó)電網(wǎng)仿真需求。 調(diào)度員培訓(xùn)系統(tǒng)的安全自動(dòng)裝置仿真方面，在繼保模型中可以包含安自裝置模型，如國(guó)外常用高 /低壓繼電器、高 /低頻繼電器等代替各種解列和切機(jī)裝置；動(dòng)態(tài)仿真中的電源控制系統(tǒng) 模型中可以考慮一些反映動(dòng)態(tài)響應(yīng)的自動(dòng)裝置如失步解列、高頻切機(jī)、連鎖切機(jī)等；通過模型拼裝和決策表比較可以實(shí)現(xiàn)對(duì)部分反映穩(wěn)態(tài)量的一些裝置如低頻 /低壓減載、解列裝置、備自投和重合閘等的模擬 [1113]。 2) 模式搜索法。 目前 ，各種模式搜索法考慮的因素主要包括線路潮流過載、系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定狀況、保護(hù)誤動(dòng)作情況、電壓過低等?？傊?，能被廣泛接受并真正實(shí)用的連鎖故障模型還沒有實(shí)現(xiàn)。利用該種工具建模提出了不少方法，例如利用可編程 的 PTPN對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)建模、保護(hù)抽象混雜 Petri網(wǎng)分層建模等，但總體而言這些研究還是初步的，很多問題尚待進(jìn)一步研究 [2224]。繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置主要包含常規(guī)發(fā)電機(jī)組保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路保護(hù) 、自動(dòng)重合閘、切機(jī)減載 等裝置 。 6 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 繼電保護(hù)的基本任務(wù)和動(dòng)作原理 繼電保護(hù)裝置是指能反映電氣元件或電力系統(tǒng)本身故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，能夠發(fā)出警告信號(hào)或者跳閘命令的一種自動(dòng)裝置。保護(hù)裝置由測(cè)量環(huán)節(jié)獲得對(duì)保護(hù)對(duì)象的所需相關(guān)電氣量，將其與所設(shè)定值進(jìn)行比較以確定保護(hù)是否啟動(dòng)及是否發(fā)出邏輯信號(hào)，若是則信號(hào)經(jīng)過邏輯環(huán)節(jié)的邏輯判斷將動(dòng)作信號(hào)最終傳給執(zhí)行環(huán)節(jié)進(jìn)行執(zhí)行。 基本元件模型通過基本功能框完成，將這些基本 功能框封裝起來形成一個(gè)具有相對(duì)完整功能的模型塊，作為新的基本功能框使用。文中對(duì)常用的電流互感器和電壓互感器分別進(jìn)行了建模。不同的繼保模型和安自裝置模型構(gòu)成繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置模型庫(kù)。下面給出本文建立的基本元件模型。 2. 增量元件 該元件主要用于線路保護(hù)的負(fù)序、零序增量閉鎖環(huán)節(jié)中，其模型結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。輸入量經(jīng)過定值 t（在框 DLY1 設(shè)定）時(shí)間延時(shí)后原樣輸出。 5. 欠量元件 該元件主要用于低電壓保護(hù)、低頻保護(hù)等裝置中，其動(dòng)作邏輯原理如圖 26 所示。當(dāng)判斷電流方向?yàn)閺哪妇€指向線路（正向）時(shí)元件動(dòng) 作，當(dāng)判斷電流方向?yàn)閺木€路指向母線（反向）時(shí)元件不動(dòng)作。第一個(gè)定值 ??? 90Y ，第二個(gè)定值 ??Y 。 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 13 相位比較方式： 27 0 arg 90J zdJ zdZZZZ???? (24) 等價(jià)于： 270 arg 90J J zdJ J zdU I ZU I Z???? (25) 方向阻抗繼電器動(dòng)作特性： 幅值比較方式： 1122J zd zdZ Z Z?? (26) 等價(jià)于： 1122J J zd J zdU I Z I Z?? (27) 建模過程中主要考慮了常用的低阻抗元件和方向阻抗元件，根據(jù)上 述繼電器的動(dòng)作特性，可得到阻抗元件的模型結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。振蕩閉鎖元件主要包括檢驗(yàn)負(fù)序或零序電流 /電壓（或電流 /電壓增量）和檢驗(yàn)阻抗變化兩種 類型。當(dāng) 輸入量的計(jì)算差值Δ X（框 SQR2 輸出）大于定值 Y 時(shí)，元件輸出 1，否則輸出 0。輸入量的相位角 ANG ANG2之差在處于 1? 、 2? （框 CSW1 設(shè)定）之間一段時(shí)長(zhǎng)后，元件輸出量為1，否則為 0。補(bǔ)償電壓計(jì)算公式為（ A 相為例）： LAAA kZnIIUU 10 )( ???? ?? (29) 圖 213 中，其中 n—— 零序補(bǔ)償系數(shù)，通過框 2 設(shè)定。 變量的制動(dòng)量由框 RAMP 設(shè)定。因此，為能得到較為精確的測(cè)量量，在構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)該計(jì)及 CT 飽和因素 ，從而在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中較真實(shí)的反應(yīng)電流互感器的工作特性。[)()(1)(21210022222sIsINNsIsIgsUsUsLRsI (213) 令222 RLT ? ，21RK? ，12NNTK? ，21139。[)()(1)(21002222sIsITsIsIgsUsUsTKsIK (214) 電流互感器角差計(jì)算式為： )s in ()s in (a r g 2022120221012 ????? ?????? ??kkTI TIINI NIII (215) ???????????????????????????????????????12222111202121002222)()()sin(]1)()(39。[)()(1)(sIIsIIsIsITsIsITsIsIgsUsUsTKsIKK (216) 式 216 即為上面各式的綜合。 電磁式電壓互感器的一、二次側(cè)繞組都有一定的阻抗，因此電流流過時(shí)會(huì)有電壓降和相位偏移，使電壓互感器 測(cè)量電壓出現(xiàn)幅值誤差及相位誤差。)()(39。021111122122222201202122201ifudtdiLiRuuNNudtdiLLiRRuiNNiiNNiiiiBB? (217) 寫出電磁式電壓互感器的傳遞函數(shù)關(guān)系式如下： 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 23 ??????????????????)(39。)(21111221222212221sUsIsLRsUsUNNsUsGIsUsINNsIsIsI (218) 令111 RLT? ，111RK ? ，21NNTK ? ，則有： ??????????????)]()([1)()()()()(211112221sUTsUsTKsIsGIsUsIsITKK (219) )(1111)( 12112112 sUGTKTsGTKGTKsUKKK????? (220) 令2111 KKGTKGTKK ??，2111 KGTKTT ??，則有 )(1)( 12 sUsTKsU ?? (221) 在忽略勵(lì)磁電流 0i 的情況下，電壓互感器的角差計(jì)算公式為： ]c o ssin[|39。 邏輯判別法沒有具體的保護(hù)模型，故障時(shí)通過預(yù)設(shè)故障發(fā)生處及相鄰區(qū)域保護(hù)和安自裝置的開關(guān)動(dòng)作行為和動(dòng)作時(shí)間來模擬保護(hù)的第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 25 實(shí)際情況，此種方法優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，易于實(shí)現(xiàn)保護(hù)的速動(dòng)性要求。 仿真計(jì)算時(shí)系統(tǒng)和保護(hù)模型是通過模型的輸入輸出端口進(jìn)行聯(lián)系的。 電磁式互感器在將一次側(cè)電氣量轉(zhuǎn)換到 二次側(cè)時(shí)，由于存在磁飽和的問題，會(huì)出現(xiàn)二次側(cè)電氣量失真的現(xiàn)象，以至于影響到繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作準(zhǔn)確性，所以搭建了電磁式電流互感器和電磁式電壓互感器的模型， 從而能夠較真實(shí)的模擬電流互感器在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)所表現(xiàn)出的暫態(tài)過程。繼電保護(hù)裝置按照保護(hù)對(duì)象的不同可以分為線路 保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)等，將每一類保護(hù)一起建模，使得建模過程中某些通用部分共享。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 29 O R12負(fù) 序 電 壓 過量 元 件過 電 流 元 件方 向 元 件A N D12低 電 壓 元 件負(fù) 序 電 壓 過量 元 件過 電 流 元 件方 向 元 件A N D12低 電 壓 元 件負(fù) 序 電 壓 過量 元 件過 電 流 元 件方 向 元 件A N D12低 電 壓 元 件O R12O P 3 圖 31 電流電壓保護(hù)模型圖 本保護(hù)為具有階梯特性的分段式電流電壓保護(hù)，分為三段，每段除延時(shí)時(shí)間不同外基本相同，包括過流元件、方向元件、低電壓元件、負(fù)序電壓元件，每段可單獨(dú)投切。在本保護(hù)的基礎(chǔ)上添加方向元件即為方向性零序電流保護(hù)。 相間距離保護(hù) 阻抗元件通過測(cè)量故障位置到保護(hù)裝設(shè)地點(diǎn)之間阻抗值的大小來區(qū)分電網(wǎng)的故障和正常狀態(tài)。每段主保護(hù)為阻抗元件，每段都可單獨(dú)投切。 在三段式距離保護(hù)中，由于存在著 IIIIII ZZ ??? 的關(guān)系，通過振蕩時(shí)保護(hù)各段啟動(dòng)的順序可以實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖。即若 IZ ~ IIIZ 一起起動(dòng)則允許 IZ 、 IIZ 動(dòng)作于跳閘，若 IIZ 、 IZ 啟動(dòng)在 IIIZ 之后，則把 IZ 和 IIZ 閉鎖，不允許它們動(dòng)作于 跳閘。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 33 12+X 1 / X 212*12S Q R 212Y = A*12D L Y 21D L Y 11C S W 212O R12I A R II A I II 0 R II 0 I IX0R0S Q R 212V A RV A IR LX L12+D L Y 21D L Y 11C S W 212D L Y 21D L Y 11C S W 212*12S Q R 21212+X 1 / X 21212+12+12+Y = AY = AO R12S Q R 212111O P 3 圖 35 接地距離保護(hù)模型圖 接地距離保護(hù)的輸入阻抗為 |3|0????? IKIUZAtJ (31) 其中 1103ZZZK ?? (32) 式中各參數(shù)： Z0—— 線路零序阻抗； ZJ—— 線路測(cè)量阻抗； K—— 零序電流補(bǔ)償系數(shù)（復(fù)數(shù)）； ?tU —— 保護(hù)安裝處母線電壓； ?AI —— 線路相電流（以 A 相為例）； ?03I —— 三倍線路零序電流。 高頻閉鎖方向保護(hù) 高頻閉鎖方向保護(hù)是通過比較線路兩端的短路功率方向來確定故障發(fā)生區(qū)域。還可將起動(dòng)元件與方向元件兩功能綜合在一起，選用阻抗繼電器完成。兩個(gè)方向元件分別為線路兩側(cè)的功率方向元件，檢測(cè)線路兩側(cè)功率方向確定故障點(diǎn)位置，作為高頻閉鎖方向保護(hù)的主保護(hù)元件。另一類是轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)，亦包括定時(shí)限和反時(shí)限兩種，保護(hù)的動(dòng)作元件仍采用過電流元件，轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)的定時(shí)限保護(hù)動(dòng)作于發(fā)出減勵(lì)磁信號(hào)，其反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作于發(fā)出滅磁跳閘信號(hào)。 1. 定子鐵心過勵(lì)磁保護(hù) 該保護(hù)通過采集發(fā)電機(jī)機(jī)端運(yùn)行電壓及頻率，利用 gngnn ffUUBBN //?? (33) 計(jì)算過勵(lì)磁倍數(shù) N，當(dāng) N 超過整定值時(shí)保護(hù)相應(yīng)動(dòng)作。該保護(hù)在與低頻減載裝置共同作用時(shí)要注意配合。 在過負(fù)荷、過勵(lì)磁、失磁等異常運(yùn)行方式下，用于程序跳閘的逆功率保護(hù)作為閉鎖元件動(dòng)作于信號(hào)。 本模型為發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行保護(hù)，包括定子鐵心過勵(lì)磁保護(hù)、頻率異常保護(hù)、逆功率保護(hù)、定子過電壓保護(hù)。低壓元件 1（ 2）為逆功率保護(hù)中低定值（高定值）低電壓元件（模擬逆功率元件），為動(dòng)作元件。在缺乏無功的電網(wǎng)中，本判據(jù)可以防止由發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁故障導(dǎo)致的電壓崩潰，避免 出現(xiàn)嚴(yán)重的停電事故。 由于現(xiàn)階段發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型自身的特點(diǎn)，該保護(hù)的發(fā)電機(jī)側(cè)主判據(jù)還無法通過建模實(shí)現(xiàn)，因此，低勵(lì)失磁保護(hù)的模型將重點(diǎn)體現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)判據(jù)，并加入必要的輔助判據(jù)。 負(fù) 序 電 壓 過量 元 件