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电力系统模型 作者： 日期：7 电力系统模型（PSM）电力系统模型应当与实际电力系统相似，其目的是模拟电力系统的机电特性，它包括网络模型和设备模型。电力系统模型模拟了输变电系统、保护及自动装置。DTS能够正确描述电网主控室中所观察到的现象，关键在于电力系统模型。 动态潮流DTS中的潮流是EMS中调度员潮流的拓展。DTS中的潮流利用了EMS中的调度员潮流的基本模型外，还要实现与网络模型的联合求解。准确的模拟系统的响应过程。这种算法的基本思想是：1 1 忽略电网中机组的震荡，仅描述事故后的稳态，假定全网频率统一。2 2 忽略原动机出力变化，假定发电机机械力矩按原动机特性变化，或机械力矩不变。3 3 不模拟快速的机电暂态过程及计及锅炉、核反应堆等的中长期过程。在一般情况下，常规潮流中功率平衡条件不能得到满足，系统中总存在净加速功率。动态潮流就是将总的净加速（净减速）功率按一定分配因子分配给各台机组，而不是由平衡母线完全承担。分配因子可以根据用户需要定为惯性常数、机组容量或某种分配因子。对于动态潮流，在计算过程中采用牛顿拉夫逊法进行求解，系统中包含若干个平衡节点，但只有一个节点。动态潮流中包含N-1个有功功率方程，N-1-个无功平衡方程，N为系统节点数，为P节点数。 继电保护和自动装置的仿真 保护仿真电力系统保护设备是保证电网安全运行、保护电气设备的主要装置。共分为两类：一类称为继电保护设备；另一类称为安全自动装置设备。在电力系统运行中，可能发生两种对系统产生危害的运行状态：一类是设备发生短路和线路断线等故障；另一类是电气元件的正常工作遭到破坏，单没有发生故障，属于不正常运行状态，如电压和频率过高、过低和设备过载等。继电保护的作用是快速判断故障类型和地点并及时切除故障元件，主要作用于单一的电气设备；安全自动装置则是根据电压、频率和设备的异常情况，按照事先设定的方案投切某些元件和负荷，消除设备异常现象。继电保护设备元件主要用于暂态过程分析、短路、断线故障计算等软件。安全自动装置设备元件主要用于暂态过程分析、稳态过程仿真、中长期动态过程分析、电压稳定性分析等软件。 保护仿真内容短路和断线故障是电力系统的事故范畴，继电保护用于快速的判断系统发生故障的位置、类型并高速切除故障设备，缩小事故的范围，或者快速的复原系统，对于系统的不正常运行状态，通过报警或动作开关予以提示或切除。在继电保护仿真中，继电保护的仿真方法逻辑判断和定值比较两种。切除系统故障的断电保护有两类，一类是主保护，另一类是后备保护。主保护失灵时，后备保护将故障切除。根据继电保护应用的电气设备的不同，继电保护仿真分为以下几种保护的仿真：线路保护高频保护（方向高频、相差高频、高频闭锁）、距离保护（接地距离、相间距离，分三段）、电流保护（反映电流正序、零序的各种电流保护，分三段）、纵差保护等。母线保护固定连接式母差、相位比较式母差、快速比相式。变压器保护瓦斯保护、差动保护、过流保护、电压闭锁过流保护、复合电压闭锁过流保护、方向复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、低阻抗保护、过电压保护等。发电机保护纵差保护、横差保护、定子接地保护、过电流保护、负序过电流保护、失磁保护。 保护仿真处理方法（根据系统选定）继电保护仿真采用定值法和逻辑法相结合的方法进行仿真，对于保护的仿真要根据保护的具体情况决定采用何种方法，对于电压保护、电流速断保护、过载保护等采用定值比较法，对于相位差动保护、线路高频保护、开关失灵保护等采用逻辑法进行仿真。逻辑比较法用逻辑表达式表示保护的动作条件，根据系统所发生的故障性质、类型判定保护的动作情况，在逻辑表达式中，保护动作除了要考虑与其他保护的配合关系，还要考虑运行方式变化对保护动作特性的影响。对于动作时间近似为0秒的主保护和动作时间很短的后备保护采用逻辑判断的方法，可以保证保护动作的实时性。可以人为修正保护的判定规则，可满足保护动作的正确性。定值比较法定值判断就是经过故障计算，算出各保护的测量值，根据护监测到的电压、电流等参数和保护定值进行比较，确定保护是否动作，其原理清楚、动作判据统一，便于程序处理，又利于进行保护定值较核。需配合以故障分析模块进行。目前通用的保护仿真方案以故障计算为基础，以仿真保护原理和保护模型的计算为依据，以定值和延时时间为判据，准确的仿真保护的动作特性，并通过修改定值和延时时间，调整保护的配合关系。对保护拒动误动的处理对于培训人员设置的设备保护拒动误动按相应的规则进行处理，对于拒动的保护装置，无论是逻辑判断或定值比较方法处理时，避开该保护装置，按动作时间或保护动作条件搜寻下一级保护装置，并对该保护装置的拒动情况输出。对于保护误动，根据误动的时间，对所控制的开关设备做相应处理。采用定值比较发进行继电保护仿真将给用户增加巨大的数据维护工作量，由于调度只关心故障后的结果，因此对于一般的省网调和地调DTS而言，用逻辑判断法进行继电保护仿真就可以满足要求，但对于接线复杂和具有大量T接线的省网调，定值比较法更为精确。自动装置仿真安全自动装置对于保证现代电网的安全、稳定运行起着重要的作用，研究和模拟自动装置的实际运行机理及其对电网运行方式的影响，是DTS的重要内容。安全自动装置是按定值比较结果来判别其动作情况，自动装置可分为两类，一类是与系统频率有关的自动装置，另一类是与系统频率无关的自动装置设备。需要模拟的自动装置主要包括：低频减载、低压减载、解列装置、自动切机、发电机自动压出力、联切装置、备用设备自动投切、自动重合闸、合环同期检测等。各种自动装置可以进行修改定值、投运状态和复位等各种操作。 低频减载仿真当电力系统失去平衡时，将会引起频率下降，系统频率的下降，可能会引起一系列严重后果，危及电力系统的安全运行。按频率自动减负荷装置就是在电力系统频率严重下降到威胁系统安全运行时，自动切除部分次要负荷，制止频率下降，防止事故扩大，使系统迅速恢复到正常运行允许水平的一种自动装置。它包括减负荷的级数、动作时间及切除负荷的数量等等。主要包括低频减载的级数、动作时间、动作开关等。 低压减载仿真当电力系统中有联络线时，当联络线传输负荷占受电地区总负荷的30%时，在联络线跳闸后，会引起系统频率下降，当当联络线传输负荷占受电地区总负荷的50%以上时，联络线跳闸后，可能引起两种情况，一是系统频率下降；另一种可能引起系统电压严重下降，这样系统频率下降不大，有时甚至升高，这就需要低压减载装置。 解列装置仿真解列装置包括线路过载解列，震荡解列，低频、低压解列等几种，当系统运行安全受到威胁时，将由解列装置将系统解列为两个或多个系统，分裂运行。当小系统与大系统并网时，小电源所在的地区系统正常时有大系统供给一部分负荷，以满足系统平衡，当联络线中断时，将使地区系统造成功率匮乏，当系统有功功率缺乏时，表现为系统频率下降，当系统无功功率缺乏时，表现为系统电压下降，因此，在功率平衡点装设低频、低压解列装置，是当联络线中断后，保证小系统的安全运行。 自动切机装置在水电比重大的地区，通常远距离向主电网送电，当有事故和主电网联系中断时，地区系统将出现高频率运行，频率的偏移会对用电产生不良影响，故在水电厂大容量机组上装设高频切机装置。 联切装置仿真联切装置是普遍采用的一种安全措施，主要应用于发电厂，当输送能力受到暂态稳定限制时，可在出线之一跳闸时，自动切除部分发电机组，以提高发电厂暂态稳定水平。该联切装置分为重合闸前切机和重合闸不成功切机两种方式。联切继电器由保护出口启动或重合闸三跳继电器启动。 备用电源自投在电力系统中，为了节省投资，简化电力网的接线及其继电保护装置配置方式，在低压网（35KV以下）或中高电压等级非主干线等辐射性网络，为提高供电可靠性采用备用电源自投装置。备用电源自投装置可以与线路自动重合闸配合使用，采用重合闸前自投和重合闸后自投两种方式。重合闸后自投是当供电线路发生故障后，先有自动重合闸装置动作，如不成功，则启动备自投装置。备用电源自投装置需要与保护装置进行配合，以防止开关重合到永久性故障设备的问题。 自动重合闸电力系统中采用自动重合闸，是实际运行的需要，电力系统中采用自动重合闸有两个目的，一是当系统瞬时性故障时，进行重合闸，恢复系统供电。二是保证系统稳定。自动重合闸分为单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸等重合方式。频率计算模块频率是衡量电能质量的重要指标，保证系统频率合乎要求是系统运行调整的一相基本任务。频率变化范围一般要求在0.20.5赫兹，即0.4%1%间。该模块用于计算系统在稳态运行情况下，由于外界扰动后，系统频率的变化过程。假定在任何时间内在同一电岛的发电机都是同摆运行。开始时，机械功率等于电磁功率。随后负荷的变化将会引起功率的不平衡，这样导致频率的改变，其变化幅值受到整个系统的惯性常数和负荷的自然阻尼系数的影响。动态模拟是通过求解描述发电机转子的微分方程，来模拟机组及有关控制系统的动态响应，得到机组的机械输出功率和岛上频率，动态模拟的步长一般为1秒。由于频率越限会引起频率继电器的动作，因此对频率继电器的模拟也在动态循环中进行。暂态稳定分析*暂态稳定性分析软件是电力系统全过程动态仿真模型的一个重要组成部分。电力系统的暂态稳定分析指的是在系统给定的某一运行方式下，系统在受到预想故障集中的故障作用且相应的继电保护动作的情况下，系统能否保持稳定的能力，给出会造成系统失稳的故障元件的极限清除时间（Critical Clearing TimeCCT）、系统的稳定裕度和相应的暂态稳定域，并对筛选出的严重故障进行相应继电保护的整定和制定故障解除的应对方案。也可以说，暂态稳定分析是模拟电力系统在经历大扰动后几秒钟的响应，主要模拟机组间的功角摇摆，以确定在特定运行条件及故障条件下系统能否保持稳定运行的能力。暂态稳定的时间域是05秒。根据计算速度和应用场合的不同，暂态稳定性分析分为离线暂态稳定分析和在线暂态稳定分析。离线暂态稳定分析仅用于事故后的故障分析和继电保护整定值、安全自动装置动作特性的校验，由于仿真的速度要求不高，因而发电机、励磁机和调速器可采用精确的数学模型，其计算方法为龙格-库塔法、隐式梯形积分法。离线暂态稳定分析软件是网省调DTS必备模块之一。在线暂态稳定分析对调度运行人员快速的分析当前某一运行状态的暂态稳定性有重要的实用意义，目前能够用于在线暂态稳定分析的方法均为基于李亚普诺夫稳定性理论的直接法，它们是：相关不稳定平衡点法（I型UEP）、势能界面法（PEBS）、扩展等面积法（EEAC、CATAS）和BCU法。DTS中的在线暂态稳定分析软件是为其在线应用提供一种环境。暂态稳定性分析软件分离线和在线两种类型，离线型的暂态稳定分析软件主要被运行调度员和运行方式研究人员用于研究暂态稳定情况下电力系统元件特性对稳定的影响，研究提高大系统暂态稳定性的措施；在线的暂态稳定分析软件主要用于运行调度员在线判断系统的稳定性，并提供当前运行系统的稳定裕度和严重故障下的稳定性措施。导航