国内外继电保护与安全自动装置仿真建模现状

2015-01-28经验人朱旭凯

中国科技信息 2015年8期

经验人：高磊苏迪杨楠江涵孙健朱旭凯

本文对继电保护与安全自动装置建模的方法进行分类，同时总结了国内外常见仿真软件对继电保护与安全自动装置建模的支持情况，详细介绍了装置用户自定义建模的方法，并对固定建模方法进行评价。

建模方法分类

对于继电保护与安全自动装置的建模，主要有两种考虑方式：一种方式是模拟继电保护与安全自动装置带来的效果，即并不对具体的装置进行建模，只是处理确定故障发生以后断路器的动作特性，采用预置时间和动作状态的方式；第二种方式是根据实际的继电保护与安全自动装置进行建模，建模过程中考虑动作时延、动作配合等。因此，根据装置的原理进行模型搭建，灵敏度要求通过模型本身来体现，模型引入定值信息，通过定值比较确定动作特性，这种方式相对准确，能够真实反映装置特性，但计算量较大。

常见仿真软件现状

到目前为止，得到广泛应用的大型电力系统仿真程序，大都未提供继电保护与安全自动装置的模型，仅仅依赖上述方法中的第一种；部分软件，具备简化的继电保护与安全自动装置模型，能够实现部分简单的继电保护功能。常见的仿真程序包括国内的PSASP、BPA，国外的PSS/E、NETOMAC、EUROSTAG。其中PSASP 中没有包含继电保护装置的具体模型，发生故障后靠预定时间动作跳闸来模拟继电保护装置的动作效果；BPA 程序中的继电保护模型比较简单；NETOMAC 与PSS/E 中的模型相同，二者与EUROSTAG 一样都仅能模拟简单的保护功能。

继电保护与安全自动装置的自定义建模

用户自定义建模是解决大量继电保护和安全自动装置建模仿真的有效手段之一，其已广泛应用于电力系统仿真计算。

最早对用户自定义模型的研究，是1977 年应用于电磁暂态仿真中，用于建立调节系统的控制，Dube 和Dommel 联合完成。之后，1985 年，为定义和研究高压直流输电系统的影响和继电保护装置特性，魁北克水电局采用用户自定义模型的方式，实现了各种基本传递函数和函数之间的连接。ABB 公司于1988 年在其开发的仿真软件SIMPOW 中，实现了一种用户自定义支持语言SIMPOW_DSL，用来编写一些特殊系统元件的模型程序，模型编写后通过编译，形成可执行代码。

国内的电力系统分析综合程序（PSASP）已有几十年的历史，在我国电力系统中得到了广泛的应用。借鉴国外的经验，该仿真软件中支持用户自定义建模功能。该用户自定义建模功能，能够模拟继电保护与安全自动装置的特性，而且可对一次设备的动态行为进行模拟。并且，用户自定义模型可与已存在的固化模型联合仿真，给发展的电网仿真建模带来极大便利。该方法具有灵活、快速、方便的特点，采用数据文件的方式，程序读入文件后，与原有程序联合完成基于梯形隐式积分法的暂态稳定求解。形成数据文件前，需要统计构成用户自定义模型的基本功能模块、模块链接方式、模型与外部交换的信息及涉及的参数等。

在仿真程序NETOMAC 中，包含了80 多种基本功能框，用于建立用户自定义模型来模拟元件或控制功能，该功能采用了采用面向模块的仿真语言，与传递函数框图的流程图相仿，只是对一些固话模型定义了相应的数据卡。该程序虽功能强大，具有很强的灵活性，但不容易被用户所掌握，需要具备较高的模型原理与编程语言的专业水平。

南瑞稳定所与加拿大PLI 公司合作开发的快速安全评估工具同样提供了50 多种基本的功能框，能够灵活方便的搭建系统元件、控制逻辑、控制策略等，用于对暂态或中长期过程进行仿真。该工具采用宏语言建模和预先设置严谨的建模规则。在工具中，为满足直流输电系统的仿真（包括启动过程、紧急控制、逻辑功能判断等），定义了用于直流建模的基本功能模块，满足稳定计算的要求。

鼎鼎大名的MATLAB，是MatheWorks 公司研发具有强大的科学计算功能、多领域应用的数学工具，其中Simulink 模块中包含了完善的基本功能模块，堪称用户自定义建模的典范，该模块具有良好的可视化建模环境，易于用户掌握。

为了更好地实现对继电保护与安全自动装置的仿真建模，很多仿真软件采用了多种方式，例如在用户自定义模型基础上，同时具备编程语言接口功能。当然，各种方式都各有优缺点，在易用性、准确性、灵活性、可靠性、高效性、可扩展性等都达到很好的效果还需要更多的工作。

固定建模方法

国内外也有一些电力系统仿真软件具备模拟继电保护与安全自动装置的固化模型，用户在选择时需要根据实际情况，有时选择近似的模型。但是电网是不断发展进步的，电网智能化的发展趋势已经改变了传统的继电保护方式，仿真中模型不适用新型自动控制和保护装置的情况，是经常会遇到的，对已有的程序进行修补和改进总是比较被动的做法，用户掌握起来也就更加不容易。