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1、华北电力大学本科毕业设计(论文)基于DDRTS的海洋平台数字动模试验技术研究题 目 二一四年六月毕 业 设 计(论文)院 系专业班级学生姓名指导教师基于DDRTS的海洋平台数字动模试验技术研究摘要 随着海洋石油平台电网互联的发展，使得平台电网的运行动态与故障特性日益复杂。同时，非常规储能元件、静止无功发生器、有源滤波器等新型设备在电网中的应用日益广泛，电网尚缺乏完备的继电保护测试分析手段和技术规范。制定一套面向继电保护设备的高水平分析测试平台，对于保证继电保护设备正确动作乃至系统安全稳定运行都具有重要意义。本文以国内上应用最为广泛、最为权威的DDRTS（ Digital Dynamic Rea
2、l-Time Simulator）电网数字动态实时仿真系统为基础搭建测试平台，首先对继电保护设备的软件及硬件测试需求进行了分析，明确了测试平台需要满足的基本条件，进而针对继电保护设备配置和性能的差异性提出了动态测试平台的概念。根据上述测试需求，以 DDRTS系统为评估对象，分别对其硬件的计算能力和信息传输能力、软件运行机制进行分析和评估。同时，对DDRTS 软件元件库中的发电机、变压器、输电线路和互感器等主要模型内涵进行了介绍，并对分别搭建了测试环境，验证其仿真试验水平。基于对DDRTSS面向继电保护设备测试的全面适应性分析，本文提出了基于DDRTS数字动模的继电保护设备测试平台，包括一次系统
3、的基本构架和典型的试验场景，为建立起一个高水平、权威的继电保护设备研究与测试平台提供了宝贵意见。关键词：DDRTS，继电保护设备；动模实验；海洋平台DIGITAL DYNAMIC SIMULATION TECHNOLOGY RESEARCH ABOUT OFFSHORE PLATFORMBASED ON DDRTSAbstractThe large grid interconnection, as well as the applications of large capacity HVDC, which makes running dynamic and failure characteri
4、stics of the grid is increasingly complex. Meanwhile, new equipment in the power grid, just like the unconventional electronic transformer, the SVG, the APE, which is increasingly widespread. While the grid is still lack of a comprehensive test of analytical tools and the technical specifications. T
5、o make a high level analysis and detection platform of relay protection equipment, it gives great significance for assurance relay device correct operation even system safe and stable operation.This paper is based on digital dynamic real-time simulator to structures detection platform. First, it ana
6、lyses the software and hardware detection requirements of relay protection. Then it sets up a test environment to verify the level of simulation.According to the demand for the detection, this paper gives the analysis and evaluation of the computing power and information transmission capacity of the
7、 hardware, software, operating mechanism of DDRTS. Meanwhile, it introduces the major components, like generators, transformers, transmission lines and transformers. It built testing environment for the major models to verify the level of simulation.Based on fully adaptive analysis of DDRTS for rela
8、y protection detection, the paper proposes a detection platform of relay protection equipment based on DDRTS, including the basic architecture of primary system and typical test scene. The paper provides a valuable advice to establish a high level and authority research and test platform.Keywords: D
9、DRTS; relay protection equipment; dynamic simulation experiment; offshore platformI华北电力大学本科毕业设计(论文)目 录AbstractII1 绪论11.1引言11.2继电保护设备的主要测试技术11.3海洋石油平台电力系统的特点22 基于DDRTS的数字动模检验原理32.1DDRTS概述32.2DDRTS的硬件支持32.3 本章小结43 DDRTS模型内涵53.1 发电机53.1.1“基本参数”属性页53.1.2“电机参数”属性页73.1.3“饱和参数”属性页93.2 变压器103.2.1 三相双绕组变压器10
10、3.2.2三相三绕组变压器133.3 输电线路163.3.1普通单回输电线173.3.2可设置故障的单回输电线183.3.3同杆并架双回输电线184 基于DDRTS动模检测试验规范194.1 馈线保护产品194.1.1线路保护产品动模检验基本要求194.1.2基于DDRTS的线路保护环境搭建204.2 变压器保护产品204.2.1变压器保护产品动模检验基本要求204.2.2基于DDRTS的变压器保护环境搭建214.3 发电机保护产品214.3.1发电机保护产品动模检验基本要求214.3.2基于DDRTS的发电机保护环境搭建22总结23参考文献24致谢261 绪论1.1引言随着海洋石油平台电力系
11、统互联的深入发展，电力网络的运行动态和故障特性越来越复杂1-3，包括：振荡、频率崩溃、解合环、交直流相互作用、距离保护的暂态超越、和应涌流、恢复性涌流、发电机和变压器内部故障、电流互感器饱和、电力电子元件故障以及其他特殊故障等，传统的基于简单电力系统模型，面向继电保护等二次设备的分析测试已不能满足要求。另一方面，电子式互感器、静止无功发生器 SVG(Static Var Generator)、有源电力滤波器 APE(Active Power Filter)等新型设备在电网中的应用日益广泛4-5，但目前尚缺乏完备的测试分析手段和技术规范，给电力系统的安全运行带来较大的风险和隐患。DDRTS （D
12、igital Dynamic Real-Time Simulator）是目前国内技术最成熟、应用最广泛的电力系统实时数字仿真系统。相对于传统基于物理模拟的仿真，基于DDRTS的数字动态模拟系统具有仿真系统规模大、参数调整方便、可扩展性与兼容性好、建设周期短等优点，正在成为电力系统的主流分析测试技术6-7。然而，目前对DDRTS的开发应用还停留在初级阶段，多数仍采用简单电力系统模型。一方面，在面向继电保护设备测试的电网运行环境仿真方面，针对复杂故障与复杂运行场景的建模与仿真是一个迫切需要深入研究的课题；而另一方面，随着电网自动化不断发展，DDRTS元件库中现存的模型参数不能满足要求，如电子式互感
13、器模型的不足，就直接导致所有基于电子式互感器的数字化保护研究难以开展。再者，当考虑到仿真实时性的要求，DDRTS元件库中已有元件的建模水平也不尽相同，在现有的建模水平下能否满足继电保护设备测试的需求也需要进一步深入的探讨。1.2继电保护设备的主要测试技术海洋石油平台电力系统互联的发展，整个网络逐渐向庞大、复杂化发展，可能发生的事故已经难以用简单的分析方法进行预测。同时，由于各类条件的缺乏，很多数试验和研究项目不可能在实际系统上开展，继电保护设备的测试也有相同的问题。因此，必须依靠电力系统仿真技术8。为尽可能反映继电保护设备仿真测试的真实性，仿真系统必须具备实时性，且能与继电保护设备形成闭环连接
14、，以考察其在不同工况下的动作性能。EMTDC(Electro Magnetic Transient in DC System)、EMTP(Electro Magnetic Transient Program)等传统的非实时离线数字仿真系统难以满足此需求；而对于常用于现场调试的继保测试仪等设备仅能提供开环测试，继电保护设备动作的结果无法返回到系统中，无法考核故障发生后系统的后续扰动对保护装置的影响，且难以模拟实际系统中多种复杂的故障及工况。因此，业界当前一般采用具备实时性的物理动模或者数字动模对继电保护设备的工况进行仿真模拟。基于现代信息技术和计算机技术，电力系统数字实时仿真得到了发展，各种状态
15、量的求解计算都要求在一个步长时间内完成。在进行继电保护装置测试的实时仿真时，还要求在同一步长内完成数模/模数转换和功率放大等过程9。通常，数字实时仿真系统都是在 I/O 设备的频宽和时间步长满前提下，一次元件模型与硬件无关，仅仅与软件相关，因此将物理动模仿真中的硬件条件限制大大降低。在今天，各类数字实时仿真系统涌现出来，其中较为完善的包括RTDS（加拿大）、HYPERSIM（加拿大）、ARENE系统（法国）、ADPSS（中国）等10-13。DDRTS系统是由计算软件和成套硬件设备组成，针对电力系统的电磁暂态现象实时和连续地模拟，其仿真步长一般设定是 5080s。因为DDRTS可维持实时条件下的连续运行， 所以DDRTS系统能与实际的继电保护设备构成闭环回路，这对保护性能的研究有很大的意义。1.3海洋石油平台电力系统的特点海上石油平台电力系统，是将发电装置、配电装置和负载按照一定的方式连接的整体，由分别位于船体和平台上的电能产生、传输、分配和消耗等装置及其网络连接线的全体的总称。相比与陆地电网，海上石油平台电力系统具有一定特殊性，主要体现在以下几个方面：1海上石油平台电力系统容量一般较小，电源多为515MW较小容量的燃气轮发电机多台并列
