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1、摘 要在电网规模扩大且结构日趋复杂的同时，电网运行的安全性和可靠性受到新的挑战，大停电事故带来的损失也更加巨大。造成这大停电事故的罪魁祸首正是电网的连锁故障，而继电保护和安全自动装置对故障的发展起到关键作用，因此在对其进行的机电暂态及中长期过程仿真计算中应该考虑它们的动作特性。除连锁故障之外需要考虑继保动作逻辑的还有电力系统的全过程动态仿真和电网动态安全评估系统。目前，国内外的电力系统分析软件中保护及自动装置的建模和仿真还比较少，且多以国外的装置为原型，不能满足仿真需求，而人为设定继电器开关动作不但困难而且不够准确，影响仿真结果。针对上述问题本文提出并研究了保护和安全自动装置建模方法，并基于所
2、建立模型进行连锁故障仿真分析。模型通过PSASP的用户自定义的方式搭建。继电保护及安全自动装置是由不同的元件按照一定的逻辑关系组成的，装置中的很多元件具有一定的通用性。建模时首先将这类元件单独建模，作为具体保护和自动装置模型的基本功能框。保护及自动装置大都可以分解成基本元件的组合，完成基本元件建模后，由其根据各种保护原理进行具体保护建模，使所建立的模型具有较强的通用性。最后汇总成继电保护和安全自动装置模型库。在仿真计算中添加继保和安自模型，通过河南南部实际算例和WSCC9节点算例进行验证和连锁故障仿真计算，结果表明能够真实反映继电保护动作逻辑，反应电力系统全过程动态行为，实现连锁故障的仿真分析
3、。关键词：基本元件模型；继电保护；安全自动装置；连锁故障AbstractThe power grid is becoming larger and more complex, at the same time, the safety and reliability of power system operation have faced new challenges, and large-scale blackouts cause huger lost. The culprit of large-scale blackouts is cascading failure, and relay p
4、rotection and automatic devices play a critical role in development of failure, therefore during the simulation calculation of the cascading failure mechanical and electrical transient and long-term process should be considered in their operating characteristics.At present, domestic and overseas pow
5、er system analysis software is lack of relay model and their prototype most are foreign devices. The software cant meet simulation demand. While, artificial relay switching is not only difficult but also inaccurate, impacting simulation results.In order to solve the above issues, a method of relay M
6、odeling is proposed and studied in this paper, then do cascading failure simulation based on the established models. Models are developed by User-Defined Model. Relay protection and automation devices is made up of different components with certain logic, these components has certain generality. Fir
7、st, Basic component model is developed, as the relay model basic frame. Various Relay protection models is composed of many basic component models which according to specific protection principle, therefore those models can have strong commonality. Protection relay models are introduced in simulatio
8、n process, though WSCC 9-bus case and Henan actual example for verification and fault simulation chain. The simulation results show that the method can reflect protection action more accurately, and simulation of Cascading failure is realized.Key words: Basic element model; Relay Protection; Automat
9、ion Devices; Cascading failure目 录摘要IAbstractII主要符号表V第1章 绪论11.1研究的背景与意义11.1.1研究背景11.1.2研究目的与意义11.2国内外研究现状31.3本文的主要工作5第2章 继电保护建模与仿真实现方法62.1 继电保护的基本任务和动作原理62.2继电保护建模方法62.2.1 建模思路62.2.2 基本元件模型72.2.3 电流互感器模型142.2.4 电压互感器模型162.3 继电保护模型仿真实现方法192.4 本章小结19第3章 继电保护装置的建模设计213.1 线路保护的建模213.1.1 电流电压保护213.1.2 零序电
10、流保护223.1.3 相间距离保护223.1.4 接地距离保护243.1.5 高频闭锁方向保护253.1.6 其他保护263.2 发电机保护的建模263.2.1 过负荷保护263.2.2 异常运行保护273.2.3 低励失磁保护283.3 变压器保护的建模293.3.1 相间后备保护293.3.2 接地后备保护303.3.3 其他保护313.4 本章小结31第4章 安全自动装置的建模设计324.1 自动重合闸装置的建模324.1.1 三相一次重合闸装置模型324.1.2 检无压/检同期重合闸装置模型334.1.3 综合重合闸装置模型354.2 切机/解列装置的建模374.2.1 电流方向解列装
11、置模型374.2.2 高频切机装置模型394.2.3 低频/低压减载装置模型394.3 本章小结40第5章 模型验证和仿真应用415.1 模型验证415.1.1算例介绍415.1.2验证结果及分析415.2 仿真应用475.2.1电网连锁故障机理研究概况475.2.2基于建立模型的连锁故障仿真485.2.3 连锁故障仿真平台设计535.3 本章小结54结论55参考文献56攻读学位期间发表的学术论文及参与科技项目59致谢60主要符号表英文字母VAR、VAI母线A相电压实部、虚部IARI、IAII支路i侧A相电流的实部、虚部I1RJ、I1IJ支路j侧正序电流实部、虚部ANGB母线电压相角VT母线电
12、压IARJ支路j侧A相电流实部、虚部OPA、OP3 线路操作：开断A相、开断三相RL、XL支路电阻、电抗I0II、I0RI支路i侧零序电流虚部、实部I2II、I2RI支路i侧负序电流虚部、实部I2IJ、I2RJ支路j测负序电流虚部、实部SDL切负荷ITS、EQ发电机电流、电势TPG切机EFD、OMG发电机励磁电压、角速度CLA、CL3线路操作：合上A相、合上三相OMB母线频率ITR、TTI发电机电流实部、虚部第1章 绪 论1.1研究的背景与意义1.1.1研究背景在现代社会中，国民经济发展和工业生产的主要能源是电力，国民经济的发展和安全高效、高质量的工业生产需要电力系统的安全可靠运行作为支持。进
13、入21世纪，电力系统快速发展，现代电网无论是规模、容量还是覆盖范围都不断扩大，继电保护及安全自动装置作用也更加重要，结构也更加复杂。因此，对电力系统运行的可靠性、安全性提出了更高的要求。然而近些年，在世界范围内由连锁故障造成的电网大规模停电事故却频频发生1-2。电力系统故障引起的停电不但对国民经济的发展和工业生产造成阻碍，对人民生活造成很大不便，而且故障本身对电网的安全运行也造成了负面影响。因此，保证电力系统运行的安全、可靠和经济是供用电双方共同的迫切要求。电网中的继电保护和安全自动装置对电力系统的安全稳定运行有举足轻重的作用，它们的动作情况直接影响到电网故障的发展状况。整个电网在运行过程中，
14、电网的故障或不正常运行状态可能有很多原因引起，为了保证电网运行的安全，我们既要采取有效措施避免电网运行时发生故障或进入不正常运行状态，还要保证一旦电网出现故障或不正常运行状态时继保及安自装置能够及时、可靠动作，有选择性的切除故障元件，将故障影响降到最低。而继电保护和安全自动装置的隐形故障、误动、拒动都将引起故障或不正常运行状态的进一步恶化，最终可能产生连锁故障，导致停电范围的扩大。1.1.2研究目的与意义近些年，世界范围内发生的大规模停电事故大多是由严重故障的冲击而引起，由最初的初始故障导致系统潮流、频率、电压等电气量和原动机等系统变量的长期动荡，当某些元件不能承受而退出运行就产生了连锁故障，
15、从而使得整个系统失去稳定而崩溃，给社会造成惨重的经济损失3-5。在连锁反应事故过程里，继电保护和安全自动装置是防止系统崩溃的重要防线，它们的动作逻辑直接关系到故障的发展情况6。进入21世纪，实时的电网仿真计算已成为电网仿真发展的趋势，同时对于指导电力系统安全稳定运行起到重要作用的电网动态安全评估系统，也会因为前者的发展而愈加先进和重要。将继电保护与安全自动装置的特性考虑到安全评估系统中，对电力系统受到扰动之后整个动态变化过程进行连续仿真，真实准确的反应变化全过程。能够更好地发现电网中继电保护和安全自动装置的动作行为带来的影响，对于短期和中长期安全预警都有重要意义。为满足我国大电网安全运行仿真的需要，研究和开发适于电力系统全过程动态仿真的继保及安自装置模型，准确模拟这些装置的动作行为和控制特性，不仅对研究非线性超大规模电力系统动态特性机理有重要作用，而且对分析事故机理及其防控措施有重要意义。本文主要研究符合我国电网实际的典型继电保护和安全自动控
