【正文】 ????????????????)c o s( s i n1)()()(1)(1211222211112BBKTGTKsUUsUUsUsTKsU????????? (223) 由此，可以得到電磁式電壓互感器模型如下圖所示。 Ds1K?1Y m a xY m i nS O R 212V 2 IV 1 IA N G12*12C O S1S I N1Y = AY = A*12*12*1212+X 1 / X 21212+C O S1S I N1*12*121V 1 R111123456V 2 R 圖 219 電磁式電壓互感器模型圖 其中， 1 框定值是 B? ， 2 框是 G， 3 框 1T ， 5 框是 2KT ， 6 框是 1K 。 繼電保護(hù)模型仿真實(shí)現(xiàn)方法 現(xiàn)有電力系統(tǒng)仿真程序中的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置仿真一般分為兩種：邏輯判別法及定值判斷法。 第 2 章 繼電保護(hù)建模與仿真實(shí)現(xiàn)方法 19 邏輯判別法沒有具體的保護(hù)模型，故障時(shí)通過(guò)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(lái)模擬保護(hù)的實(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。本文建立的模型在電力系統(tǒng)程序的仿真多采用定值判斷法，即根據(jù)系統(tǒng)故障狀態(tài)下發(fā)生變化的各電氣量是否達(dá)到保護(hù)和安自裝置的定值要求來(lái)決定保護(hù)動(dòng)作與否，若達(dá)到要求則保護(hù)啟動(dòng)并向系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)驅(qū)動(dòng)相 關(guān)繼電器動(dòng)作。該種方法能夠真實(shí)反映電力系統(tǒng)故障的全過(guò)程，仿真結(jié)果比邏輯判別法更準(zhǔn)確。同時(shí)在已經(jīng)知道保護(hù)動(dòng)作行為時(shí)可以結(jié)合邏輯判斷法原理對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化或直接進(jìn)行繼電器的預(yù)先設(shè)定。 仿真計(jì)算時(shí)系統(tǒng)和保護(hù)模型是通過(guò)模型的輸入輸出端口進(jìn)行聯(lián)系的。系統(tǒng)為模型提供充足的輸入信息，如潮流計(jì)算中的功率、電壓等已知量或者暫穩(wěn)計(jì)算中的母線、正序網(wǎng)絡(luò)等變量，模型將信息處理結(jié)果反饋回系統(tǒng)，反饋信息有潮流、暫穩(wěn)計(jì)算中的待求量或者是切機(jī)、重合閘等操作信號(hào)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)、交互式的整體。模型與系統(tǒng)側(cè)的聯(lián)系如圖 220 所示，其 中 X 為輸入信息， Y 為輸出信息： 電 力 系 統(tǒng)模 型1模 型2模 型m. . .XXXY YY 圖 220 模型與電力系統(tǒng)的聯(lián)系 本章小結(jié) 本章介紹了繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)和動(dòng)作原理，介紹了本文繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的建模方法。 根據(jù)繼電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的通用性，建立了基本元件模型，包括過(guò)量元件、欠量元件、延時(shí)元件等類型，將這些模型進(jìn)行與或組合或者通過(guò)輸入輸出端口的連接進(jìn)一步組成具體的保護(hù)模型，模型通過(guò)與仿真軟件的端口進(jìn)行信息傳遞，仿真時(shí)多采用定值仿真法 實(shí)現(xiàn)模型仿真計(jì)算。 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， 20 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(guò)程。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 21 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 繼電保護(hù)的動(dòng)作正確與否直接影響到電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。在電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算中其動(dòng)作行為直接關(guān)系到故障的發(fā)展過(guò)程，因此對(duì)仿真結(jié)果有直接影響。本章在上文基本元件模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)繼電保護(hù)的原理進(jìn)行具體繼電保護(hù)裝置的建模。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(guò)程中某些通用部分共享。繼電保護(hù)的參數(shù)通過(guò)用戶自定義模型的自帶參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體整定按照繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算原理等規(guī)定進(jìn)行，文中不再詳細(xì)說(shuō)明。 線路保護(hù)的建模 電流電壓保護(hù) 根據(jù)相間短路基本特征如電流突增、電壓突降等可以構(gòu)成電流電壓保護(hù)。每段保護(hù)的主保護(hù)元件為過(guò)電流元件或低電壓元件（多為過(guò)電流元件），閉鎖元件包括方向元件、低電壓元件、過(guò)電流元件以及負(fù)序電壓元件。 O R12負(fù) 序 電 壓 過(guò)量 元 件過(guò) 電 流 元 件方 向 元 件A N D12低 電 壓 元 件負(fù) 序 電 壓 過(guò)量 元 件過(guò) 電 流 元 件方 向 元 件A N D12低 電 壓 元 件負(fù) 序 電 壓 過(guò)量 元 件過(guò) 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(guò)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。 過(guò)流元件、低電壓元件是電流保護(hù)的主保護(hù)；方向元件當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù) 22 區(qū)域內(nèi)時(shí)啟動(dòng)，故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)域外時(shí)，發(fā)出閉鎖信號(hào)；延時(shí)元件用于電流電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的設(shè)置。 保護(hù) I 段為瞬時(shí)速動(dòng)保護(hù)， II 段為延時(shí)速動(dòng)保護(hù)，它們構(gòu)成主保護(hù)， III 段為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，構(gòu)成后備保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限除了 保護(hù)繼電器固有反應(yīng)時(shí)間還要加上一定的延時(shí)。 零序電流保護(hù) 零序電流保護(hù)所依據(jù)的原理是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在接地短路時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的零序電流，其廣泛應(yīng)用在 110kV 和更高電壓等級(jí)線路中。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)。 零 序 過(guò) 流 元 件零 序 方 向 元 件A N D12零 序 過(guò) 流 元 件零 序 方 向 元 件A N D12零 序 過(guò) 流 元 件零 序 方 向 元 件A N D12O R12O R12O P 3 圖 32 零序電流保護(hù)模型圖 本保護(hù)為三段式方向性零序電流保護(hù)，每段包括零序過(guò)流元件、零序方向元件和延時(shí)元件，每段可單獨(dú)投切。 零序電流元件 為該保護(hù)的動(dòng)作元件 。 零序方向元件是根據(jù)零序阻抗角度進(jìn)行方向判別，當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)域內(nèi)時(shí)啟動(dòng)。 相間距離保護(hù) 阻抗元件通過(guò)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(lái)區(qū)分電網(wǎng)的故障和正常狀態(tài)。距離保護(hù)主要部分是阻抗元件，在此基礎(chǔ)上添加方向元件和時(shí)間元件即為階梯式的距離保護(hù)，一般裝設(shè)三到四段， I、 II 段是主保護(hù)， III、IV 段為后備保護(hù)。 距離保護(hù)優(yōu)點(diǎn)很多，它相比電流電壓保護(hù)更加適應(yīng)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者運(yùn)行方式多變的電網(wǎng)。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 23 過(guò) 電 流 元 件負(fù) 序 電 流 增量 元 件零 序 電 流 增量 元 件零 序 電 壓 增量 元 件負(fù) 序 電 壓 增量 元 件零 序 電 壓 過(guò)量 元 件負(fù) 序 電 壓 過(guò)量 元 件O R12O R12O R12O R12O R12A N D12零 序 電 流 過(guò)量 元 件負(fù) 序 電 流 過(guò)量 元 件O R12O R12A N D12阻 抗 元 件阻 抗 元 件阻 抗 元 件振 蕩 閉 鎖元 件O R12O R12O P 3 圖 33 相間距離保護(hù)模型圖 本保護(hù)為分段式相間距離保護(hù)，分為三段。每段主保護(hù)為阻抗元件，每段都可單獨(dú)投切。模型中負(fù)序電流（零序電流、負(fù)序電壓、零序電壓）過(guò)量元件為起動(dòng)、振蕩閉鎖元件。過(guò)流元件為起動(dòng)元件。負(fù)序電流（零序電流、負(fù)序電壓、零序電壓）增量元件為振蕩閉鎖元件。 在三段式距離保護(hù)中，由于存在著 IIIIII ZZ ??? 的關(guān)系，通過(guò)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。 *12*12*12*1212( X 1 + X 2 )212( X 1 + X 2 )2( X 1 + X 2 )212S O R 212S O R 212X 1 / X 212V B RV B II B R II B I I1111V A RV A II A R II A I I12( X 1 + X 2 )2 圖 34 相間距離保護(hù)阻抗元件模型圖 在系統(tǒng)的振蕩中心進(jìn)入保護(hù)區(qū)域時(shí)，測(cè)量阻抗在逐漸減小階段，保護(hù)各段的啟動(dòng)順序依次是 IIIZ 、 IIZ 、 IZ 。但在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，測(cè)量阻抗將突然降低，導(dǎo)致保護(hù)的 IZ ~ IIIZ 一起啟動(dòng)。本文基于上述分析，實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖元件。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 24 IIZ 閉鎖，不允許它們動(dòng)作于 跳閘。 接地距離保護(hù) 零序電流保護(hù)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多變的電力系統(tǒng)靈敏度低而且保護(hù)范圍有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不夠的情況，此時(shí)在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中應(yīng)采用接地距離保護(hù)。接地距離保護(hù)多以測(cè)量正序阻抗為基本原理，一般設(shè)兩、三段，每段保護(hù)的主保護(hù)元件為低阻抗元件。接地距離保護(hù)接線簡(jiǎn)單可靠，但受接地電阻影響較大，所以當(dāng)線路裝設(shè)接地距離保護(hù)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行需要還應(yīng)裝設(shè)階段式零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。 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 1103Z ZZK ?? (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。 第 3 章 繼電保護(hù)裝置的建模設(shè)計(jì) 25 本保護(hù)為 分段式接地距離保護(hù)，分為三段。保護(hù)包括低阻抗元件、測(cè)量阻抗計(jì)算部分和延時(shí)元件，其中低阻抗元件為接地距離保護(hù)的主保護(hù)。 測(cè)量阻抗計(jì)算部分取線路電流、零序電流信號(hào)、線路零序阻抗計(jì)算線路的測(cè)量阻抗， 并根據(jù)測(cè)量阻抗的變化區(qū)分系統(tǒng)正常與故障狀態(tài)。 高頻閉鎖方向保護(hù) 高頻閉鎖方向保護(hù)是通過(guò)比較線路兩端的短路功率方向來(lái)確定故障發(fā)生區(qū)域。在保護(hù)線路內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)短路功率均為母線指向線路，保護(hù)動(dòng)作，滿足線路全長(zhǎng)任一點(diǎn)故障瞬時(shí)切除。在保護(hù)線路之外故障時(shí)，兩側(cè)短路功率反向，其中線路指向母線側(cè)保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)閉鎖線路 兩側(cè)保護(hù)。 高頻閉鎖方向保護(hù)通常由起動(dòng)元件和方向元件構(gòu)成，它們可接全電壓和全電流，此時(shí)要配置振蕩閉鎖裝置，或接相序電壓和相序電流，例如負(fù)序、零序此時(shí)不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩。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。 負(fù) 序 電 流 增量 元 件零 序 電 流 增量 元 件零 序 電 壓 增量 元 件負(fù) 序 電 壓 增量 元 件零 序 電 壓 過(guò)量 元 件負(fù) 序 電 壓 過(guò)量 元 件負(fù) 序 電 流 過(guò)量 元 件零 序 電 流 過(guò)量 元 件方 向 元 件方 向 元 件O R12O R12O R12O R12過(guò) 電 流 元 件過(guò) 電 流 元 件O R12O R12O R12A N D12A N D12A N D12O R12O P 3 圖 36 高頻閉鎖方向保護(hù)模型圖 本保護(hù)為高頻閉鎖方向保護(hù)，由起動(dòng)元件、功率方向元件、閉鎖元件組成。 負(fù)序電流過(guò)量元件、零序電流過(guò)量元件和負(fù)序電壓過(guò)量元件、過(guò)流元件、低壓元件為起動(dòng)元件。零序電壓過(guò)量元件、負(fù)序電流（零序電流、 負(fù)序電壓、零序電壓）增量元件為振蕩閉鎖元件。兩個(gè)方向元件分別為線路兩側(cè)的功率方向元件，