基于ADPSS数模仿真的安全稳定控制装置测试方法研究

郝旭东，程佩芬，杨 冬，张 冰，马 欢，常延朝

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，山东 济南 250021；3.国网山东省电力公司，山东 济南 250001；4.山东大学电气工程学院，山东 济南 250061）

0 引言

随着社会经济的发展，人类社会对电力供应的需求越来越大，对系统运行可靠性的要求也越来越高。特高压交直流、新能源接入等导致电力系统趋于复杂，电网安全稳定运行的问题得到学术界和工业界的广泛研究和探讨［1-3］。安全稳定控制装置，作为一种提高电力系统稳定性的有效手段［4］，在电力系统中的应用越来越多，并取得了一定的成效［5］。

与此同时，由于安全稳定控制装置的重要性，亟须开展安全稳定控制装置的全面测试方法研究，以验证安全稳定控制装置能否可靠动作。文献［6］提出了一种基于实时数字仿真器的安全稳定控制装置仿真测试方法，并验证了该方法的有效性。文献［7］分析了LabVIEW 在安全稳定控制装置测试中的应用场景，并验证了基于LabVIEW 的安全稳定控制装置测试系统能够满足相关需求。文献［8］总结了以往测试方法的优缺点，并提出了一种数字化稳控系统的测试平台，以提高稳控系统测试效率。

电力系统全数字仿真装置（Advanced Digital Power System Simulator，ADPSS）［9］是由中国电力科学研究院研制的、具有我国自主知识产权的仿真装置，能够实现交直流混联系统的全过程实时仿真，在直流输电系统机电-电磁混合仿真［10］、线路保护建模［11］、新能源仿真［12］等方面得到了学术界和工业界的广泛研究和应用，能够实现实时数字仿真仪（Real Time Pigital Simulator，RTDS）［13-16］、RTLAB［17-19］等 软件的相关功能。文献［9］就ADPSS的主要功能、技术特点、系统结构、应用现状和前景等方面对ADPSS进行了详细介绍，并总结得出ADPSS 在相关领域具有较强的优势和较好的效果，拥有巨大的发展潜力。文献［20］基于ADPSS开展了交直流电网的全电磁暂态数模混合仿真，并通过算例验证了ADPSS的良好效果。

基于ADPSS 数模仿真测试平台，结合安全稳定控制装置的应用工程场景，订制化搭建适用于相关工程投运安全稳定控制装置的整套数模仿真测试模型，并研究制订配套的测试方案和测试内容，以实现对安全稳定控制装置功能逻辑的全面检测，为电力系统安全稳定运行保驾护航。

1 安全稳定控制装置

作为电力系统第二道防线的重要组成部分，安全稳定控制装置在提高系统稳定性、保障电力系统安全运行方面具有重要的作用［21］。安全稳定控制装置能够正确动作对电力系统运行可靠性至关重要，若出现安全稳定控制装置拒动、误动等情况，可能会对系统供电的可靠性造成影响，甚至导致局部电网停电事故的发生。以过负荷联切稳控装置为例，分析安全稳定控制装置的功能逻辑，为安全稳定控制装置测试工作奠定基础。

过负荷联切稳控装置由主机、从机及相关辅助设备组成，各设备之间相互配合，从而实现装置功能的正常运转。山东地区较为常见的过负荷联切标准稳控装置，其主要功能为采集相关线路的电压、电流等参数，判断其是否超过线路的限制，并设置多轮次的切负荷动作，根据切负荷矩阵对相应负荷进行切除。对于远方设备，可接收或发送过载切负荷的信号，并进行切负荷操作或遥切远方负荷。

根据工程实际需要，一般情况下过负荷定值一般设置为夏季定值和冬季定值两套参数，同时，不同轮次的切负荷操作间设置相应的延时，通过时间配合来保证不同轮次切负荷先后动作，以尽量减少证线路所带负荷受到的影响。

同时，过负荷联切稳控装置应设置相应的功能压板，以实现过负荷联切功能的投退控制。

2 基于ADPSS数模仿真系统的测试平台

ADPSS数模仿真系统，主要由ADPSS软件及服务器、物理接口箱、功率放大器等组成。为了提高仿真计算的速度，服务器一般选择为高性能计算机的机群。物理接口箱提供模拟量输入/输出（AI/AO）通道、开关量输入/输出（DI/DO）通道，安全稳定控制装置通过物理接口箱与服务器进行开关量的信息交互，通过功率放大器与物理接口箱及服务器进行模拟量的交互。

基于ADPSS数模仿真系统的稳控装置测试平台的结构如图1所示。

图1 测试平台结构

基于ADPSS数模仿真系统的稳控装置测试平台通过安装柜进行集成，以尽可能便于接线，减少占地面积，测试平台安装完成现场如图2所示。

图2 测试平台现场

为了实现对安全稳定控制装置功能逻辑的全面检测，应基于前文的测试平台，在ADPSS软件中定制化搭建适用于安全稳定控制装置的整套数模仿真测试模型。以某型号过负荷联切装置为例，搭建了相应的仿真测试模型，其中涉及稳控装置部分系统的构架如图3 所示，BRK 表示线路的断路器，通过三相串联RLC负荷元件来模拟电网负荷。

图3 仿真测试模型

基于测试平台搭建的仿真测试模型，可以将仿真系统中断路器的开关量及线路电流量等与过负荷联切装置的信息进行交互，从而保证仿真测试模型能够充分体现过负荷联切装置的动作效果，以验证装置功能逻辑的准确性。

3 安全稳定控制装置测试方法

3.1 一般性检测项目

为保证安全稳定控制装置能够正常投运，首先需进行一般性检测，对装置信号采集、告警等功能进行测试，主要包括以下几项。

1）模拟量采样：检测在安全稳定控制装置上查看电压、电流、功率等与计算的开入数据是否一致；

2）异常告警功能：模拟安全稳定控制装置TV、TA二次回路断线，检测装置告警信息是否正确报送。

若安全稳定控制装置具备远方功能，则需对其以下几项内容进行检测。

1）站间通道：两套装置的通道压板均投入情况下检测两套装置是否报警，两套装置通道压板投退不一致情况下检测两套装置是否报警，两套装置通道压板均退出情况下检测两套装置是否报警；

2）信息交互：两套装置均按正常方式投入压板情况下检测在两套装置上交互的信息是否一致，依次检测通道压板退出、过载功能压板退出、总功能压板退出及物理通道收发断开情况下检测在两套装置上交互的信息。

另外，可根据安全稳定控制装置的特性及应用工程实际对一般性检测项目进行调整，以保证测试结果的全面性。

3.2 逻辑功能检测项目

安全稳定控制装置一般设置夏季定值和冬季定值，且根据线路过载情况配置多轮切机或切负荷动作，以最大程度保证安全自动装置可将线路功率维持在安全限值以内。

与此对应，安全稳定控制装置的逻辑功能检测项目需在夏季定值和冬季定值条件下进行分别检测，且多轮的动作能否依次可靠动作也属于安全稳定控制装置测试工作的重点内容之一。

夏季定值条件下的检测项目主要包括以下几项。

1）夏季动作一轮：退出装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值，检测装置是否动作；投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值，但潮流方向不满足规定的方向，检测装置是否动作；投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值、一轮动作后电流未达到夏季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

2）夏季动作二轮：投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值、一轮动作后电流达到夏季过载动作电流定值，二轮动作后电流未达到夏季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

3）夏季动作三轮：投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值、一轮动作后电流达到夏季过载动作电流定值，二轮动作后电流达到夏季过载动作电流定值，三轮动作后电流未达到夏季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

4）夏季动作四轮：投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值、一轮动作后电流达到夏季过载动作电流定值，二轮动作后电流达到夏季过载动作电流定值，三轮动作后电流达到夏季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

冬季定值条件下的检测项目与夏季定值条件的基本相同。

1）冬季动作一轮：退出装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过冬季过载动作电流定值，检测装置是否动作；投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过冬季过载动作电流定值，但潮流方向不满足规定的方向，检测装置是否动作；投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过冬季过载动作电流定值、一轮动作后电流未达到冬季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

2）冬季动作二轮：投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过冬季过载动作电流定值、一轮动作后电流达到冬季过载动作电流定值，二轮动作后电流未达到冬季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

3）冬季动作三轮：投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过冬季过载动作电流定值、一轮动作后电流达到冬季过载动作电流定值，二轮动作后电流达到冬季过载动作电流定值，三轮动作后电流未达到冬季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

4）冬季动作四轮：投入装置功能压板，在计算数据中调整方式，使得设备超过冬季过载动作电流定值、一轮动作后电流达到冬季过载动作电流定值，二轮动作后电流达到冬季过载动作电流定值，三轮动作后电流达到冬季过载动作电流定值，且潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作。

夏、冬季定值切换方面，在投入冬季定值压板情况下，调整计算数据的方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值、未达到冬季过载动作电流定值，潮流方向满足规定的方向，检测装置是否动作；再退出冬季定值压板，重复上述计算。

此外，需要检测安全稳定控制装置在总功能压板投入/退出情况下发生过载后是否动作。

4 测试算例

对于一般性检测项目，需要核对安全稳定控制装置的采样值与计算的开入数据是否一致，合格的装置应保证二者相同。同时，在TV、TA 断线情况下，合格的安全稳定控制装置应发出报警信号。

对于逻辑功能检测项目，需在装置功能投入情况下，在计算数据中调整方式，使得设备超过夏季过载动作电流定值，检测装置各轮动作是否运行，不同检测项目下开关动作信号的录波结果如图4 所示，信号值由1变0表示对应短路器动作，其中图4（a）中发生变化的信号值对应动作一轮的断路器，图4（b）发生变化的信号值分别对应动作一轮、二轮的断路器，图4（c）发生变化的信号值分别对应动作一轮、二轮、三轮的断路器，图4（d）发生变化的信号值分别对应动作一轮、二轮、三轮、四轮的断路器。

图4 开关动作信号录波结果

通过图4 可以看出，各轮开关均可按照指定时间内由1（闭合）置0（断开），安全稳定控制装置能够可靠动作，符合相关测试要求。此外，为进一步确保测试的可靠性，可同时对相关线路电压电流进行录波，以确保线路开关可靠跳开。动作四轮情况下电压电流录波结果如图5所示。

图5 动作四轮情况下电压电流录波结果

通过图5可以看出电流在每轮动作后都会由于负荷线路被切断而相应减小，这一定程度上验证了开关动作的可靠性，提高了装置检测的可信度。冬季定值条件下的测试结果基本相同，对此不再进行展开叙述。

5 结语

针对安全稳定控制装置可能发生的不正确动作现象，提出了一种基于ADPSS 数模仿真的安全稳定控制装置测试方法，建设数模仿真测试平台，结合安全稳定控制装置的功能逻辑及应用场景，定制化搭建适用于安全稳定控制装置的整套仿真测试模型，并制定配套的一般性检测项目和逻辑功能检测项目，以实现对装置动作可靠性的全面检测。通过测试算例，所提方法的有效性和可靠性可以得到充分验证。