電力系統(tǒng)模型

1、電力系統(tǒng)模型電力系統(tǒng)模型（PSM ）電力系統(tǒng)模型應當與實際電力系統(tǒng)相似， 其目的 是模擬電力系統(tǒng)的機電特性，它包括網(wǎng)絡模型和 設備模型。電力系統(tǒng)模型模擬了輸變電系統(tǒng)、 保 護及自動裝置。DTS 能夠正確描述電網(wǎng)主控室 中所觀察到的現(xiàn)象，關鍵在于電力系統(tǒng)模型。動態(tài)潮流DTS 中的潮流是 EMS 中調(diào)度員潮流的拓展。DTS 中的潮流利用了 EMS 中的調(diào)度員潮流的基 本模型外，還要實現(xiàn)與網(wǎng)絡模型的聯(lián)合求解。準 確的模擬系統(tǒng)的響應過程。這種算法的基本思想是：1.1.忽略電網(wǎng)中機組的震蕩，僅描述事故 后的穩(wěn)態(tài)，假定全網(wǎng)頻率統(tǒng)一。2.2.忽略原動機出力變化，假定發(fā)電機機 械力矩按原動機特性變化，或機械力

2、矩不 變。3.3.不模擬快速的機電暫態(tài)過程及計及鍋 爐、核反應堆等的中長期過程。在一般情況下，常規(guī)潮流中功率平衡條件不能得 到滿足，系統(tǒng)中總存在凈加速功率。動態(tài)潮流就 是將總的凈加速（凈減速）功率按一定分配因子 分配給各臺機組，而不是由平衡母線完全承擔。分配因子可以根據(jù)用戶需要定為慣性常數(shù)、 機組 容量或某種分配因子。對于動態(tài)潮流， 在計算過程中采用牛頓拉夫 遜法進行求解，系統(tǒng)中包含若干個平衡節(jié)點，但 只有一個丫節(jié)點。動態(tài)潮流中包含 N-1 個有功 功率方程，N-1-Y個無功平衡方程，N為系統(tǒng)節(jié) 點數(shù)，丫為PY節(jié)點數(shù)。繼電保護和自動裝置的仿真保護仿真電力系統(tǒng)保護設備是保證電網(wǎng)安全運行、 保護電

3、 氣設備的主要裝置。共分為兩類：一類稱為繼電 保護設備；另一類稱為安全自動裝置設備。 在電 力系統(tǒng)運行中， 可能發(fā)生兩種對系統(tǒng)產(chǎn)生危害的 運行狀態(tài)：一類是設備發(fā)生短路和線路斷線等故 障；另一類是電氣元件的正常工作遭到破壞，單 沒有發(fā)生故障，屬于不正常運行狀態(tài)，如電壓和 頻率過高、過低和設備過載等。繼電保護的作用 是快速判斷故障類型和地點并及時切除故障元 件，主要作用于單一的電氣設備；安全自動裝置 則是根據(jù)電壓、頻率和設備的異常情況，按照事 先設定的方案投切某些元件和負荷，消除設備異 常現(xiàn)象。繼電保護設備元件主要用于暫態(tài)過程分析、短 路、斷線故障計算等軟件。安全自動裝置設備元件主要用于暫態(tài)過程分

4、析、 穩(wěn)態(tài)過程仿真、中長期動態(tài)過程分析、電壓穩(wěn)定 性分析等軟件。保護仿真內(nèi)容短路和斷線故障是電力系統(tǒng)的事故范疇， 繼電保 護用于快速的判斷系統(tǒng)發(fā)生故障的位置、 類型并 高速切除故障設備，縮小事故的范圍，或者快速 的復原系統(tǒng)，對于系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)，通過 報警或動作開關予以提示或切除。在繼電保護仿 真中，繼電保護的仿真方法邏輯判斷和定值比較 兩種。切除系統(tǒng)故障的斷電保護有兩類，一類是主保 護，另一類是后備保護。主保護失靈時，后備保 護將故障切除。根據(jù)繼電保護應用的電氣設備的不同， 繼電保護仿真分為以下幾種保護的仿真：線路保護高頻保護（方向高頻、相差高頻、高頻閉鎖）、距離保護（接地距離、相間距離

5、， 分二段）、電流保護（反映電流正序、零序的各 種電流保護，分三段）、縱差保護等。母線保護固定連接式母差、相位比較式母差、快速比相式。變壓器保護一一瓦斯保護、 差動保護、 過流保護、電壓閉鎖過流保護、復合電壓閉鎖過流保護、方 向復合電壓閉鎖過流保護、零序電流保護、低阻 抗保護、過電壓保護等。發(fā)電機保護一一縱差保護、橫差保護、定子接地 保護、過電流保護、負序過電流保護、失磁保護。保護仿真處理方法（根據(jù)系統(tǒng)選定）繼電保護仿真采用定值法和邏輯法相結(jié)合的方 法進行仿真，對于保護的仿真要根據(jù)保護的具體 情況決定采用何種方法，對于電壓保護、電流速 斷保護、過載保護等采用定值比較法，對于相位 差動保護、線路

6、高頻保護、開關失靈保護等采用 邏輯法進行仿真。邏輯比較法用邏輯表達式表示保護的動作條件，根據(jù)系統(tǒng)所 發(fā)生的故障性質(zhì)、類型判定保護的動作情況，在 邏輯表達式中，保護動作除了要考慮與其他保護 的配合關系，還要考慮運行方式變化對保護動作 特性的影響。對于動作時間近似為 0 秒的主保護 和動作時間很短的后備保護采用邏輯判斷的方 法，可以保證保護動作的實時性?？梢匀藶樾拚?保護的判定規(guī)則，可滿足保護動作的正確性。 定值比較法定值判斷就是經(jīng)過故障計算， 算出各保護的測量 值，根據(jù)護監(jiān)測到的電壓、電流等參數(shù)和保護定 值進行比較，確定保護是否動作，其原理清楚、 動作判據(jù)統(tǒng)一，便于程序處理，又利于進行保護 定值

7、較核。需配合以故障分析模塊進行。目前通 用的保護仿真方案以故障計算為基礎，以仿真保 護原理和保護模型的計算為依據(jù)，以定值和延時 時間為判據(jù)，準確的仿真保護的動作特性，并通 過修改定值和延時時間，調(diào)整保護的配合關系。 對保護拒動誤動的處理對于培訓人員設置的設備保護拒動誤動按相應 的規(guī)則進行處理，對于拒動的保護裝置，無論是 邏輯判斷或定值比較方法處理時，避開該保護裝 置，按動作時間或保護動作條件搜尋下一級保護 裝置，并對該保護裝置的拒動情況輸出。 對于保 護誤動，根據(jù)誤動的時間，對所控制的開關設備 做相應處理。采用定值比較發(fā)進行繼電保護仿真將給用戶增 加巨大的數(shù)據(jù)維護工作量，由于調(diào)度只關心故障 后

8、的結(jié)果，因此對于一般的省網(wǎng)調(diào)和地調(diào)DTS而言.用邏輯判斷法進行繼電保護仿真就可以滿 足要求.但對于接線復雜和具有大量T接線的省 網(wǎng)調(diào)，定值比較法更為精確。自動裝置仿真安全自動裝置對于保證現(xiàn)代電網(wǎng)的安全、 穩(wěn)定運 行起著重要的作用，研究和模擬自動裝置的實際 運行機理及其對電網(wǎng)運行方式的影響，是DTS的重要內(nèi)容。安全自動裝置是按定值比較結(jié)果來 判別其動作情況，自動裝置可分為兩類，一類是 與系統(tǒng)頻率有關的自動裝置，另一類是與系統(tǒng)頻 率無關的自動裝置設備。需要模擬的自動裝置主 要包括：低頻減載、低壓減載、解列裝置、自動 切機、發(fā)電機自動壓出力、聯(lián)切裝置、備用設備自動投切、自動重合閘、合環(huán)同期檢測等。各

9、種 自動裝置可以進行修改定值、投運狀態(tài)和復位等 各種操作。低頻減載仿真當電力系統(tǒng)失去平衡時，將會引起頻率下降，系 統(tǒng)頻率的下降，可能會引起一系列嚴重后果，危 及電力系統(tǒng)的安全運行。按頻率自動減負荷裝置就是在電力系統(tǒng)頻率嚴 重下降到威脅系統(tǒng)安全運行時， 自動切除部分次 要負荷，制止頻率下降，防止事故擴大，使系統(tǒng) 迅速恢復到正常運行允許水平的一種自動裝置。 它包括減負荷的級數(shù)、動作時間及切除負荷的數(shù) 量等等。主要包括低頻減載的級數(shù)、動作時間、 動作開關等。低壓減載仿真當電力系統(tǒng)中有聯(lián)絡線時，當聯(lián)絡線傳輸負荷占 受電地區(qū)總負荷的 30%時，在聯(lián)絡線跳閘后， 會引起系統(tǒng)頻率下降，當當聯(lián)絡線傳輸負荷占受

10、 電地區(qū)總負荷的 50%以上時，聯(lián)絡線跳閘后， 可能引起兩種情況，一是系統(tǒng)頻率下降；另一種 可能引起系統(tǒng)電壓嚴重下降，這樣系統(tǒng)頻率下降 不大，有時甚至升高，這就需要低壓減載裝置。解列裝置仿真解列裝置包括線路過載解列，震蕩解列，低頻、 低壓解列等幾種，當系統(tǒng)運行安全受到威脅時， 將由解列裝置將系統(tǒng)解列為兩個或多個系統(tǒng)， 分 裂運行。當小系統(tǒng)與大系統(tǒng)并網(wǎng)時，小電源所在的地區(qū)系 統(tǒng)正常時有大系統(tǒng)供給一部分負荷， 以滿足系統(tǒng) 平衡，當聯(lián)絡線中斷時，將使地區(qū)系統(tǒng)造成功率 匱乏，當系統(tǒng)有功功率缺乏時，表現(xiàn)為系統(tǒng)頻率 下降，當系統(tǒng)無功功率缺乏時，表現(xiàn)為系統(tǒng)電壓 下降，因此，在功率平衡點裝設低頻、低壓解列 裝

11、置，是當聯(lián)絡線中斷后，保證小系統(tǒng)的安全運 行。自動切機裝置在水電比重大的地區(qū)，通常遠距離向主電網(wǎng)送 電，當有事故和主電網(wǎng)聯(lián)系中斷時， 地區(qū)系統(tǒng)將 出現(xiàn)高頻率運行，頻率的偏移會對用電產(chǎn)生不良 影響，故在水電廠大容量機組上裝設高頻切機裝置。聯(lián)切裝置仿真聯(lián)切裝置是普遍采用的一種安全措施， 主要應用 于發(fā)電廠，當輸送能力受到暫態(tài)穩(wěn)定限制時， 可 在出線之一跳閘時，自動切除部分發(fā)電機組，以 提高發(fā)電廠暫態(tài)穩(wěn)定水平。該聯(lián)切裝置分為重合 閘前切機和重合閘不成功切機兩種方式。聯(lián)切繼 電器由保護出口啟動或重合閘三跳繼電器啟動。備用電源自投在電力系統(tǒng)中，為了節(jié)省投資，簡化電力網(wǎng)的接 線及其繼電保護裝置配置方式，

12、在低壓網(wǎng) （35KV 以下）或中高電壓等級非主干線等輻射性網(wǎng)絡， 為提高供電可靠性采用備用電源自投裝置。備用電源自投裝置可以與線路自動重合閘配合 使用，采用重合閘前自投和重合閘后自投兩種方 式。重合閘后自投是當供電線路發(fā)生故障后，先 有自動重合閘裝置動作，如不成功，則啟動備自 投裝置。備用電源自投裝置需要與保護裝置進行配合， 以 防止開關重合到永久性故障設備的問題。自動重合閘電力系統(tǒng)中采用自動重合閘，是實際運行的需 要，電力系統(tǒng)中采用自動重合閘有兩個目的， 一 是當系統(tǒng)瞬時性故障時，進行重合閘，恢復系統(tǒng) 供電。二是保證系統(tǒng)穩(wěn)定。自動重合閘分為單相重合閘、三相重合閘、綜合 重合閘等重合方式。頻率

13、計算模塊頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標，保證系統(tǒng)頻率 合乎要求是系統(tǒng)運行調(diào)整的一相基本任務。頻率 變化范圍一般要求在 0.2 0.5 赫茲，即 0.4% 1% 間。該模塊用于計算系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行情況下，由于外 界擾動后，系統(tǒng)頻率的變化過程。假定在任何時 間內(nèi)在同一電島的發(fā)電機都是同擺運行。開始 時，機械功率等于電磁功率。隨后負荷的變化將 會引起功率的不平衡，這樣導致頻率的改變，其 變化幅值受到整個系統(tǒng)的慣性常數(shù)和負荷的自 然阻尼系數(shù)的影響。動態(tài)模擬是通過求解描述發(fā)電機轉(zhuǎn)子的微分方 程，來模擬機組及有關控制系統(tǒng)的動態(tài)響應，得 到機組的機械輸出功率和島上頻率，動態(tài)模擬的 步長一般為 1 秒。由于頻率越

14、限會引起頻率繼電 器的動作，因此對頻率繼電器的模擬也在動態(tài)循 環(huán)中進行。暫態(tài)穩(wěn)定分析*暫態(tài)穩(wěn)定性分析軟件是電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿 真模型的一個重要組成部分。電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn) 定分析指的是在系統(tǒng)給定的某一運行方式下，系 統(tǒng)在受到預想故障集中的故障作用且相應的繼 電保護動作的情況下，系統(tǒng)能否保持穩(wěn)定的能 力，給出會造成系統(tǒng)失穩(wěn)的故障元件的極限清除 時間(CriticalClearing TimeCCT )、系統(tǒng)的 穩(wěn)定裕度和相應的暫態(tài)穩(wěn)定域，并對篩選出的嚴 重故障進行相應繼電保護的整定和制定故障解 除的應對方案。 也可以說，暫態(tài)穩(wěn)定分析是模擬 電力系統(tǒng)在經(jīng)歷大擾動后幾秒鐘的響應，主要模擬機組間的功角

15、搖擺，以確定在特定運行條件及 故障條件下系統(tǒng)能否保持穩(wěn)定運行的能力。暫態(tài) 穩(wěn)定的時間域是 05 秒。根據(jù)計算速度和應用場合的不同，暫態(tài)穩(wěn)定性分 析分為離線暫態(tài)穩(wěn)定分析和在線暫態(tài)穩(wěn)定分析。離線暫態(tài)穩(wěn)定分析僅用于事故后的故障分析和 繼電保護整定值、安全自動裝置動作特性的校 驗，由于仿真的速度要求不高，因而發(fā)電機、勵 磁機和調(diào)速器可采用精確的數(shù)學模型， 其計算方 法為龍格-庫塔法、隱式梯形積分法。離線暫態(tài) 穩(wěn)定分析軟件是網(wǎng)省調(diào) DTS 必備模塊之一。在 線暫態(tài)穩(wěn)定分析對調(diào)度運行人員快速的分析當 前某一運行狀態(tài)的暫態(tài)穩(wěn)定性有重要的實用意 義，目前能夠用于在線暫態(tài)穩(wěn)定分析的方法均為 基于李亞普諾夫穩(wěn)定性理論的直接法，它們是：相關不穩(wěn)定平衡點法（I 型