超高压输电线路微机保护技术研究_3电力系统振荡仿真及相关问题研究.pdf

223 电力系统振荡仿真及相关问题研究 针对与输电线路继电保护密切相关的系统振荡问题，建立了适用于微机线路保护的系统振荡仿真模型，详细推导了模型构成的理论依据，给出了该保护仿真模型的构成方法，并对振荡中容易误动的保护元件做了相应分析。3.1 引言 并列运行的系统或者发电厂失去同步，破坏了稳定运行，于是就出现振荡。稳定破坏一般有静稳破坏和暂态稳定破坏。暂态稳定破坏是由短路引起的。短路故障破坏了系统功率的平衡，此时若故障切除慢就可能导致系统失去稳定。静态稳定破坏是系统没有故障，但由于大机组失磁或者线路传输功率超过极限等原因造成的稳定破坏。似乎通过解列可以平息系统振荡，但实际很难确定解列点使解列后两部分系统的功率得到平衡，都保持稳定运行。我国长期的运行经验证明正确处理系统振荡的有效方法是保持整个系统的完整性，不允许手动或有继电保护自动的任意解列线路（预定的解列点除外），而由手动或自动装置减少送端系统侧水电机组的出力，用这种方法可以迅速平息系统振荡。因此，在电力系统振荡时继电保护不应动作，对受振荡影响可能要误动的保护（主要是距离保护）要实现振荡闭锁2。当输电线路采用非同步重合时，一般在重合后都要经过一个振荡过程才逐步进入同步，在这个过程中同样不允许继电保护装置发生误动。振荡中有些距离继电器会出现误动，振荡中故障时有些距离继电器在振荡角度较大时也会出现超越和拒动的现象。因此需要能够区分系统振荡和短路故障的开放判据，只在故障时且振荡功角较小的情况下快速开放保护。目前采用的系统振荡快速开放元件在实际运行中表现良好，但这种表现是在目前系统振荡很少发生，而振荡开放元件整定又偏保守的情况下获得的，判据是立足于降低保护动作速度、牺牲抗过渡电阻能力等前提下，判据对于系统参数也存在一定的依赖性。本章分析了振荡过程中电气量变化的规律，构造出振荡过程中各个阶段电气量变化的数学表达式。重点在于合理模拟振荡时电源频率的变化方式，进而求出电源电势 23的变化方式。3.2 振荡模型综述 电力系统静稳、动稳遭到破坏或非同期合闸都将会造成系统不同程度的振荡，振荡事故严重时可能导致系统瓦解，或是系统解列为几个部分，同时电力系统振荡和频率偏移会对继电保护的准确动作带来很大的负面影响，如故障分量和序分量的计算，阻抗继电器的动作特性等。电力系统在振荡情况下测得的电力系统瞬时频率有如下作用：准确得到运算子，从而消除负序不平衡电流；用来准确提取故障分量，防止故障分量方向元件在振荡时误启动；距离保护中的阻抗值随系统瞬时频率变化而变化，实时测量出系统频率，能更精确的得到距离阻抗值；如何精确的实时测量系统振荡参数是提高安全稳定装置和继电保护技术水平的重要途径，例如实时测量系统振荡频率和功角，是构成非稳定振荡识别和预测的基础。传统的方法是通过测量系统功率或振荡中心电压的变化来间接估算振荡频率。这些方法必须事先假设系统电势和阻抗等参数，而实际系统中，由于运行方式的改变，系统阻抗和电势都会有较大变化。因此振荡频率的测量精度令人难以满意。通过仿真对振荡及相关问题进行研究，不失为一种安全、灵活的方式。目前在电力系统仿真软件中，EMTP(ATP),EMTDC,MATLAB 的使用最为频繁。遗憾的是,它们均缺乏专门针对面向振荡及相关问题的模型。对电力系统振荡仿真的很多重要参数,如两侧功角首次摆开到180的时间、最小振荡周期、系统频率的变化规律均无法很好的控制,因而不能获得足够的典型数据。建立一种振荡特征参数可控的系统振荡模型,满足继电保护原理仿真研究的特殊要求，文献16、17对此进行了讨论。文献16根据录波数据建立了一种基于EMTP 的系统振荡模型。模型设计频率按分段线性控制，即：50Hz*)t(a1 f50Hz*)t(a1 fNM=+=其中a(t)是随t分段变化的，+，其中：222)t()t()t()t()t()t()t(accbbaiiiiiif+=，()tD是)t(f中t时刻前一个采样点为数据窗终点，采用全波傅氏计算的恒定分量。正常运行时)()t(tDf；故障后)t(f有交变分量，而()tD是恒定分量)t()t(Df，这一点对缓慢发展性故障启动是极其重要的。但是文中没有考虑振荡时也可能存在)()t(tDf，所以这里建议给)t(D乘以一个略大于1的可靠系数，以既保证振荡时不误启动，又保证故障时可靠启动为原则，取1.11.3。2、对于浮动门槛的选取，如果也选用采样值而非上文分析的半波傅氏算法，加可靠系数躲开振荡，对于加快启动速度及其可靠性需要作进一步分析。3.7 本章小结 针对与输电线路继电保护密切相关的系统振荡问题，建立了适用于微机线路保护的系统振荡仿真模型，详细推导了模型构成的理论依据，给出了该保护仿真模型的构成方法，并对振荡中容易误动的元件做了相应分析。384 基于微机保护动作逻辑整定与动态回放软件的研制 介绍保护动作流程分析功能软件的实现，该软件采用图模一体化思路，建立面向对象的逻辑元件库，通过保护动作逻辑方框图绘制，提供图形平台，实现了动态化、可视化的保护动作流程分析功能。4.1 引言 继电保护是保证电力系统安全稳定运行的关键，尤其是超高压线路保护，其技术管理难度高、工作量大，是一项重要的基础技术工作。随着计算机技术的广泛应用以及相关自动化软件的成功研发，保护功能配置、定值整定等传统保护管理工作已经实现了相当高的自动化水平。但是某些现场运行和调试迫切要求的功能却仍停留在一个较低的水准。现阶段，许多现场人员对因系统故障而引起的继电保护装置的一系列逻辑闭锁和连锁反应的具体过程不甚了解，因而导致其不能对事故迅速反应和进行正确及时的处理。此外，如何实现保护动作逻辑时序等的透明化，也是上层系统设计中亟待解决的问题之一。因此，保护动作流程分析作为保护现场运行、故障分析、故障回放以及保护调试等应用场合的重要功能需求，其便利直观的自动化系统实现成为迫切需求。图形化的设计思路被广泛地引入到电力信息监控、系统分析中，基于图形化平台实现的数据信息可视化分析是电力上层应用系统的发展趋势。逻辑图是微机保护中必不可少的元素之一，它对于微机保护逻辑程序起着总体指导和直观反映的作用。目前对于逻辑图的绘制，一般使用visio等绘图软件，但其只有显示作用，没有微机保护所需要的逻辑动作透明化的分析功能。目前已有一些相关保护动作行为分析的系统产品实现，但是其系统设计功能有一定局限性，不能完全满足实际生产多变的需要，现有的上层分析软件对于逻辑量的显示是基于时序的，即将每一个逻辑量在不同时刻的逻辑状态用0，1表示出来而连成逻辑量之间相互独立的阶梯直线，如图4.1，对于某一时刻所有的逻辑量之间的关系，必须通过查找逻辑图上的对应关系分析，很不方便。因此有必要开发一种能够满足微机保护逻辑动作动态分析的软件。本章提出的保护动作逻辑分析软件提供图形化平台，实现了面向保护逻辑框图的保护动作逻辑过程仿