國內(nèi)外繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置仿真建?，F(xiàn)狀

經(jīng)驗(yàn)人：高 磊 蘇 迪 楊 楠 江 涵 孫 健 朱旭凱

本文對繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置建模的方法進(jìn)行分類，同時(shí)總結(jié)了國內(nèi)外常見仿真軟件對繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置建模的支持情況，詳細(xì)介紹了裝置用戶自定義建模的方法，并對固定建模方法進(jìn)行評價(jià)。

建模方法分類

對于繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的建模，主要有兩種考慮方式：一種方式是模擬繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置帶來的效果，即并不對具體的裝置進(jìn)行建模，只是處理確定故障發(fā)生以后斷路器的動(dòng)作特性，采用預(yù)置時(shí)間和動(dòng)作狀態(tài)的方式；第二種方式是根據(jù)實(shí)際的繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置進(jìn)行建模，建模過程中考慮動(dòng)作時(shí)延、動(dòng)作配合等。因此，根據(jù)裝置的原理進(jìn)行模型搭建，靈敏度要求通過模型本身來體現(xiàn)，模型引入定值信息，通過定值比較確定動(dòng)作特性，這種方式相對準(zhǔn)確，能夠真實(shí)反映裝置特性，但計(jì)算量較大。

常見仿真軟件現(xiàn)狀

到目前為止，得到廣泛應(yīng)用的大型電力系統(tǒng)仿真程序，大都未提供繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的模型，僅僅依賴上述方法中的第一種；部分軟件，具備簡化的繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置模型，能夠?qū)崿F(xiàn)部分簡單的繼電保護(hù)功能。常見的仿真程序包括國內(nèi)的PSASP、BPA，國外的PSS/E、NETOMAC、EUROSTAG。其中PSASP 中沒有包含繼電保護(hù)裝置的具體模型，發(fā)生故障后靠預(yù)定時(shí)間動(dòng)作跳閘來模擬繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作效果；BPA 程序中的繼電保護(hù)模型比較簡單；NETOMAC 與PSS/E 中的模型相同，二者與EUROSTAG 一樣都僅能模擬簡單的保護(hù)功能。

繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的自定義建模

用戶自定義建模是解決大量繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置建模仿真的有效手段之一，其已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)仿真計(jì)算。

最早對用戶自定義模型的研究，是1977 年應(yīng)用于電磁暫態(tài)仿真中，用于建立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制，Dube 和Dommel 聯(lián)合完成。之后，1985 年，為定義和研究高壓直流輸電系統(tǒng)的影響和繼電保護(hù)裝置特性，魁北克水電局采用用戶自定義模型的方式，實(shí)現(xiàn)了各種基本傳遞函數(shù)和函數(shù)之間的連接。ABB 公司于1988 年在其開發(fā)的仿真軟件SIMPOW 中，實(shí)現(xiàn)了一種用戶自定義支持語言SIMPOW_DSL，用來編寫一些特殊系統(tǒng)元件的模型程序，模型編寫后通過編譯，形成可執(zhí)行代碼。

國內(nèi)的電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP）已有幾十年的歷史，在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)，該仿真軟件中支持用戶自定義建模功能。該用戶自定義建模功能，能夠模擬繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的特性，而且可對一次設(shè)備的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行模擬。并且，用戶自定義模型可與已存在的固化模型聯(lián)合仿真，給發(fā)展的電網(wǎng)仿真建模帶來極大便利。該方法具有靈活、快速、方便的特點(diǎn)，采用數(shù)據(jù)文件的方式，程序讀入文件后，與原有程序聯(lián)合完成基于梯形隱式積分法的暫態(tài)穩(wěn)定求解。形成數(shù)據(jù)文件前，需要統(tǒng)計(jì)構(gòu)成用戶自定義模型的基本功能模塊、模塊鏈接方式、模型與外部交換的信息及涉及的參數(shù)等。

在仿真程序NETOMAC 中，包含了80 多種基本功能框，用于建立用戶自定義模型來模擬元件或控制功能，該功能采用了采用面向模塊的仿真語言，與傳遞函數(shù)框圖的流程圖相仿，只是對一些固話模型定義了相應(yīng)的數(shù)據(jù)卡。該程序雖功能強(qiáng)大，具有很強(qiáng)的靈活性，但不容易被用戶所掌握，需要具備較高的模型原理與編程語言的專業(yè)水平。

南瑞穩(wěn)定所與加拿大PLI 公司合作開發(fā)的快速安全評估工具同樣提供了50 多種基本的功能框，能夠靈活方便的搭建系統(tǒng)元件、控制邏輯、控制策略等，用于對暫態(tài)或中長期過程進(jìn)行仿真。該工具采用宏語言建模和預(yù)先設(shè)置嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Ｒ?guī)則。在工具中，為滿足直流輸電系統(tǒng)的仿真（包括啟動(dòng)過程、緊急控制、邏輯功能判斷等），定義了用于直流建模的基本功能模塊，滿足穩(wěn)定計(jì)算的要求。

鼎鼎大名的MATLAB，是MatheWorks 公司研發(fā)具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能、多領(lǐng)域應(yīng)用的數(shù)學(xué)工具，其中Simulink 模塊中包含了完善的基本功能模塊，堪稱用戶自定義建模的典范，該模塊具有良好的可視化建模環(huán)境，易于用戶掌握。

為了更好地實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的仿真建模，很多仿真軟件采用了多種方式，例如在用戶自定義模型基礎(chǔ)上，同時(shí)具備編程語言接口功能。當(dāng)然，各種方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)，在易用性、準(zhǔn)確性、靈活性、可靠性、高效性、可擴(kuò)展性等都達(dá)到很好的效果還需要更多的工作。

固定建模方法

國內(nèi)外也有一些電力系統(tǒng)仿真軟件具備模擬繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的固化模型，用戶在選擇時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況，有時(shí)選擇近似的模型。但是電網(wǎng)是不斷發(fā)展進(jìn)步的，電網(wǎng)智能化的發(fā)展趨勢已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式，仿真中模型不適用新型自動(dòng)控制和保護(hù)裝置的情況，是經(jīng)常會(huì)遇到的，對已有的程序進(jìn)行修補(bǔ)和改進(jìn)總是比較被動(dòng)的做法，用戶掌握起來也就更加不容易。

結(jié)語

從繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置仿真建模現(xiàn)狀來看，采用用戶自定義建模的方式，能夠伴隨著新裝置的涌現(xiàn)很快適應(yīng)，但也同時(shí)存在大規(guī)模電網(wǎng)“多如牛毛”繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置如何配置和管理的問題。