电力系统故障时继电保护装置动态特性的数字仿真研究

【摘 要】在本文中对于继电保护类型的装置针对结构的问题上采用了计算机的模拟软件来对其进行结构模拟，利用故障的分析数据对在故障期间进行继电保护的动态特性的仿真原理。这个仿真软件的用处就是对保护误动（拒动）过后的相关事故进行分析的操作。这个软件还可以对计算机内部的保护程序在走向上，又或者是在逻辑合作关系上等详细的事故检查中，进行方案的比较以及优化的过程。

【关键词】电力系统故障；继电保护；数字仿真研究

引言

对于故障发生过程中电力系统在继电保护其中的动态特性来讲，深深的影响到了其在运行过程中的安全可靠性。而且在实验室中还不能被准确的表达出来，就现代电力系统来讲能解决它的方法只有两种：一是在故障的模拟上使用电力系统的动态模拟上的装置，然后进行继电保护的一个检验的操作。这个方法属于传统的方法，其成本上的支出高，而且还浪费时间和人力其接线的操作也很复杂在灵活性上表现很差。二是利用一种故障重现的设备来对故障发生过程中的电压（流）的数字量换划成模拟量的步骤来进行记录，然后再把这个结果传输到继电保护器上对其行为进行检测。这个方法效果不好且需要大量昂贵的设备。下文主要是对一种在继电保护上的仿真模拟软件进行研究，这个软件能够模拟出电力系统中任意一种设备元件。这个软件可以对任意去改变保护装置的内部结构以及电力的系统结构等具有成本低、高效率的效果。

1 动态特性仿真的原理

对于继电保护装置在程度模块的作用下所产生的电流（压）元件以及各种逻辑性元件等功能型元件，在进行仿真模拟时，在对图形的操作过程中这些功能型元件都是会被当成试验保护装置的，通过对实际结构进行组合来完成保护装置的软件框图。将新型的保护装置或者是在运行以前的保护装置来进行一个性能的检验，其中会利用到电力系统中进行保护的结构与参数，还会通过仿真来对其进行电流（压）数字量的保护。将得到的故障数字量传输到研制的软件框图中的测量元件里，并对其运作的情况以及在时间上的配合关系进行观察，从而有效的得出整个保护装置的运行情况。在保护装置中，对于故障的误动（拒动）的原因进行分析时，其原理也跟以上的方法一样。

对于动态仿真的方法有：连续性仿真法、单步进行仿真以及断点仿真这3种方式，而其中的连续性仿真方式在速度上是可以进行调节的。

2 对元件结构的保护

在面向对象上采取了相应的编程技巧只为了实现更为优势的层次性以及易扩展性，如图1中所示，为元件的结构图。

图1 保护元件的结构图

据了解，这样的结构在一定程度上是符合现代面向对象的某种特性的，其基础的一类为元件类，这个类型具备了全部元件的共有特性。比如：颜色及大小等种种特性，还能够延伸出其他的元件比如：测量元件和逻辑元件等。其中测量的元件又包含了电流（压）、阻抗和功率的方向的元件，而逻辑元件上就比较麻烦了，必须输入与之相关连的其他类型的元件在运作上的情况。文中所说的其他元件就是指的，既不是测量也不是逻辑的元件，比如：启动型元件和电压（流）互感器断线的检测元件等。

3 软件的结构

在进行动态仿真之前，可以先根据一张用软件来编辑的逻辑框图如图2所示，然后在其中选择一组来对故障产生的电压（流）的数据来进行计算，再将其保护框图中的测量元件加入进去来对其保护进行仿真的操作。

图2 软件的结构图

在对仿真的过程里将每个元件都挨个进行查询，测量元件得对按其属性来对公式进行选择再计算，如果将所得到的测量值与定值相进行比较，并且结果满足其要求就进行动作。如果是逻辑元件的话，就按与其相连接的输入端的元件运作的情况如何来决定是不是要进行动作。在完成了动作过后，其元件的出口处会变成红色的这一现象是用于提醒用户的。

4 软件的功能与特点

4.1 图形化仿真软件

当程序在对继电保护逻辑框图上实现了编辑的功能时，就可以开发图形化的仿真软件 了。不过在对保护逻辑框图进行编辑功能的开发的时候，必须得考虑到所开发出来的图形编辑功能是否能容易与各个分析功能的进行接口，能够保证一个完整的图形用户界面。所以在开发的过程中要求其图形系统要具备独立性，还可以对其进行快捷的扩充。以下是保护框图系统具备的功能以及其特点介绍：

（1）提供相关的绘图软件进行保护元件的绘制，通过单击即可使用相应的工具进行元件的绘制，其优点是操作简单，易懂。

（2）可以对各类元件进行复制和粘贴等多种计算机常见操作，而且这些操作都跟电脑系统的标准差不多。

（3）跟专业绘图软件CAD的操作差不多，都能够实现敏感点的捕捉操作。还可以让各种元件在图形中的位置进行自动的其之间的连接关系，其优点是减少了用户在绘制图形上的工作量以及网络拓扑在连接关系的工作。

4.2 其他的功能

（1）所谓的滤波是一种事先编制好所有的算法，然后因用户的不同需要来对滤波算法进行选择，这个算法可以很快速的对各类原理的保护进行仿真。

（2）在数据库中保存着继电保护的定值量，通过框图能够直接对其进行检查和修改，在对定值的校验进行保护上也会变得很简单。其步骤是将元件双击打开过后，在弹出的对话框中对元件的特性以及编号进行修改。

（3）这个软件可以对阻抗元件的自定义的特性进行实现，只要用户给出任意的直线与圆弧就能够完成对各种类的动作的特殊性。