基于DDRTS的電力系統(tǒng)實時仿真

摘 要：本文介紹了數(shù)字動態(tài)實時仿真系統(tǒng)（DDRTS）的軟硬件組成、應(yīng)用及進(jìn)行仿真的主要步驟，并在DDRTS環(huán)境下搭建了一個典型電力系統(tǒng)的模型，并進(jìn)行了實時仿真分析。仿真結(jié)果和理論分析一致，表明DDRTS可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時仿真。

關(guān)鍵詞：數(shù)字動態(tài)實時仿真系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；實時仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.146

0 引言

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)電壓等級不斷提高，大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是電力工業(yè)領(lǐng)域面臨的重大科技難題，實踐證明，電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真是開展電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)技術(shù)手段，對電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計建設(shè)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用，電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真軟件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。[1～3]

數(shù)字動態(tài)實時仿真系統(tǒng)（Digital Dynamic Real-Time Simulator，簡稱DDRTS）是由深圳殷圖科技發(fā)展有限公司、東北電力調(diào)度通信中心和清華大學(xué)聯(lián)合研制開發(fā)的，是國內(nèi)自主研發(fā)的實時數(shù)字仿真系統(tǒng)，相較于加拿大的RTDS軟件，其具有學(xué)習(xí)容易、搭建模型方便快捷、成本較低、擴(kuò)展性和兼容性較好等優(yōu)點，已成為電網(wǎng)進(jìn)行電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真的一個重要工具。

本文主要介紹了DDRTS系統(tǒng)的組成、應(yīng)用，以及應(yīng)用DDRTS進(jìn)行實時仿真的步驟，并在DDRTS環(huán)境下建立了一個典型電力系統(tǒng)的模型，就此模型進(jìn)行實時仿真分析。仿真結(jié)果表明，DDRTS可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時仿真。

1 DDRTS系統(tǒng)介紹

1.1 DDRTS系統(tǒng)的組成

DDRTS系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別為硬件部分和軟件部分。

DDRTS系統(tǒng)的硬件部分主要包括：（1）微機(jī)：對所模擬的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)實時仿真。（2）高速信號通信系統(tǒng)：主要用于微機(jī)和信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。（3）信號轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)：主要進(jìn)行信號模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量、數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量以及開關(guān)量的輸入和輸出，包括A/D、D/A、I/O、O/I四個單元。（4）功率放大器：進(jìn)行電壓或電流的幅值、相位、頻率的調(diào)節(jié)。

DDRTS系統(tǒng)的軟件部分包括：（1）電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真程序：是電網(wǎng)數(shù)字動態(tài)實時仿真系統(tǒng)的重要組成程序。（2）圖形化電力系統(tǒng)仿真建模系統(tǒng)：全中文圖形界面，可以方便快速地搭建數(shù)字仿真系統(tǒng)模型，進(jìn)行系統(tǒng)的仿真計算，分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)行為。（3）實時仿真進(jìn)程控制系統(tǒng)：進(jìn)行實時通信、同步控制、信號轉(zhuǎn)換和輸入輸出量的處理等。（4）DDRTS系統(tǒng)輔助功能模塊：繼電器測試程序、數(shù)字動態(tài)諧波測試程序、數(shù)字動態(tài)實時回放測試程序等[4，5]。

DDRTS系統(tǒng)的元件庫包括：1）常用的系統(tǒng)元件庫，如發(fā)電機(jī)G、變壓器T、故障Fault、輸電線路Line、斷路器QF、電流互感器CT、電壓互感器PT、負(fù)荷Load和各種無源元件等；2）控制模塊庫，利用這些基本模塊，可以搭建目前電力系統(tǒng)中所有的控制器，如發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器等。

1.2 DDRTS系統(tǒng)的應(yīng)用

利用DDRTS可以方便的實現(xiàn)電力系統(tǒng)潮流計算、短路計算、電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)仿真，還可以實現(xiàn)對繼電保護(hù)裝置、安全自動裝置、測量和控制裝置進(jìn)行實時閉環(huán)測試，既可以進(jìn)行離線仿真，也可以實現(xiàn)實時仿真。當(dāng)改變元器件本身的參數(shù)，如電源電壓、發(fā)電機(jī)的功率、線路的參數(shù)、變壓器的參數(shù)、故障地點、故障類型、負(fù)載等，就能實現(xiàn)電力系統(tǒng)不同情況下的實時過程仿真，便于對不同參數(shù)和負(fù)載情況進(jìn)行比較。

1.3 DDRTS系統(tǒng)的仿真步驟

應(yīng)用DDRTS進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真的主要步驟為：1）搭建仿真系統(tǒng)模型：創(chuàng)建新工程或打開已有的工程后，在系統(tǒng)主圖頁上繪制需要模擬的電氣主接線圖，設(shè)置電氣主接線圖上各元件的參數(shù)；2）設(shè)置仿真參數(shù)：設(shè)置仿真步長、總體仿真時間、系統(tǒng)頻率等；3）進(jìn)行仿真：創(chuàng)建輸出頁，選擇輸出量，啟動仿真；4）結(jié)果分析：通過對輸出結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論。

2 基于DDRTS的仿真實例

為了驗證DDRTS仿真軟件的實時性，在其環(huán)境下搭建了一個電力系統(tǒng)模型，如圖1所示。

仿真模型的主要參數(shù)：電源相電壓的有效值為Ua=Ub=Uc=230kV

，采用電力系統(tǒng)中性點直接接地的方式，線路的長度為50km，系統(tǒng)頻率為50Hz，負(fù)荷為100+j50MVA。

圖1 典型電力系統(tǒng)的DDRTS仿真模型

圖2 線路首端三相電流趨勢圖

圖3 母線2三相電壓變化趨勢圖

仿真設(shè)置：系統(tǒng)開始處于正常運(yùn)行狀態(tài)，0.2s時在距離輸電線路首端50%（即距離首端25km）的地方發(fā)生A相單相接地短路故障，經(jīng)過0.05s后故障消除，總體仿真時間設(shè)置為0.3s。輸出頁設(shè)為輸電線路首端三相電流趨勢圖和母線2三相電壓變化趨勢圖。啟動仿真后，得到仿真結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

理論分析：在電力系統(tǒng)中，通常把發(fā)電機(jī)或變壓器的繞組星型連接的中性點作為電力系統(tǒng)的中性點。我國電力系統(tǒng)中性點常用的接地方式主要分為兩大類，即中性點有效接地系統(tǒng)和中性點非有效接地系統(tǒng)。中性點非有效接地系統(tǒng)主要用在3～35kV的電力系統(tǒng)中，而110kV及以上的電力網(wǎng)都把中性點直接與地相連，即為中性點有效接地系統(tǒng)。對于中性點直接接地的三相輸電系統(tǒng)來說，當(dāng)發(fā)生單相接地短路時的特點如下：短路點故障相的電壓變?yōu)榱?，兩個非故障相電壓幅值相等；故障相的電流變大，非故障相電流不變。

仿真結(jié)果分析：由仿真結(jié)果圖2（線路首端三相電流趨勢圖）和圖3（三相電壓變化趨勢圖）可以看出：在0.2s時A相的電流迅速變大，電壓迅速變小，而另外兩相B相和C相的電流基本保持不變，電壓稍微變大。因此可得出結(jié)論，在0.2s時發(fā)生了A相單相接地故障，仿真結(jié)論和前述的理論分析是一致的。

通過對上述整個系統(tǒng)的仿真，可得到結(jié)論：利用DDRTS進(jìn)行電力系統(tǒng)實時仿真是可行的。

3 結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，大容量機(jī)組和超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路日益增多，傳統(tǒng)的離線仿真技術(shù)已不能滿足電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計以及系統(tǒng)事故分析和對策制定的需要，因此建立大型數(shù)字實時仿真系統(tǒng)已成為發(fā)展現(xiàn)代電力仿真技術(shù)的趨勢。DDRTS系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大，性價比較高，已經(jīng)在南京南瑞繼保電氣有限公司、寧夏電力調(diào)度通信中心、云南電網(wǎng)、青海電網(wǎng)和東北電力調(diào)度通信中心等單位投入使用。作為國內(nèi)自主研發(fā)的全數(shù)字電網(wǎng)實時仿真系統(tǒng)，DDRTS滿足了對電力系統(tǒng)進(jìn)行實時仿真的需要，既可以用于學(xué)?？茖W(xué)研究和學(xué)生學(xué)習(xí)，又可以用于電網(wǎng)實時仿真，有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：張興然（1981-），女，工學(xué)碩士，講師，主要研究方向：電力系統(tǒng)。