自动装置模型进行连锁故障仿真分析论文45616.docx

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1、摘 要摘 要在电网规模模扩大且结结构日趋复复杂的同时时，电网运运行的安全全性和可靠靠性受到新新的挑战，大大停电事故故带来的损损失也更加加巨大。造造成这大停停电事故的的罪魁祸首首正是电网网的连锁故故障，而继继电保护和和安全自动动装置对故故障的发展展起到关键键作用，因因此在对其其进行的机机电暂态及及中长期过过程仿真计计算中应该该考虑它们们的动作特特性。除连连锁故障之之外需要考考虑继保动动作逻辑的的还有电力力系统的全全过程动态态仿真和电电网动态安安全评估系系统。目前，国内内外的电力力系统分析析软件中保保护及自动动装置的建建模和仿真真还比较少少，且多以以国外的装装置为原型型，不能满满足仿真需需求，而人

2、人为设定继继电器开关关动作不但但困难而且且不够准确确，影响仿仿真结果。针对上述问问题本文提提出并研究究了保护和和安全自动动装置建模模方法，并并基于所建建立模型进进行连锁故故障仿真分分析。模型型通过PSSASP的的用户自定定义的方式式搭建。继继电保护及及安全自动动装置是由由不同的元元件按照一一定的逻辑辑关系组成成的，装置置中的很多多元件具有有一定的通通用性。建建模时首先先将这类元元件单独建建模，作为为具体保护护和自动装装置模型的的基本功能能框。保护护及自动装装置大都可可以分解成成基本元件件的组合，完完成基本元元件建模后后，由其根根据各种保保护原理进进行具体保保护建模，使使所建立的的模型具有有较强

3、的通通用性。最最后汇总成成继电保护护和安全自自动装置模模型库。在在仿真计算算中添加继继保和安自自模型，通通过河南南南部实际算算例和WSSCC9节节点算例进进行验证和和连锁故障障仿真计算算，结果表表明能够真真实反映继继电保护动动作逻辑，反反应电力系系统全过程程动态行为为，实现连连锁故障的的仿真分析析。关键词：基基本元件模模型；继电电保护；安安全自动装装置；连锁锁故障AbstrractThe ppowerr griid iss beccominng laargerr andd morre coompleex, aat thhe saame ttime, thee saffety and relii

4、abillity of ppowerr sysstem operratioon haave ffacedd neww chaallennges, andd larrge-sscalee blaackouuts ccausee hugger llost. The cculprrit oof laarge-scalle bllackoouts is ccascaadingg faiiluree, annd reelay prottectiion aand aautommaticc devvicess plaay a critticall rolle inn devveloppmentt of fa

5、illure, theerefoore ddurinng thhe siimulaationn callculaationn of the casccadinng faailurre meechannicall andd eleectriical trannsiennt annd loong-tterm proccess shouuld bbe coonsidderedd in theiir opperatting charracteeristtics.At prresennt, ddomesstic and overrseass powwer ssysteem annalyssis ssof

6、twware is llack of rrelayy moddel aand ttheirr proototyype mmost are foreeign deviices. The ssoftwware cant meeet ssimullatioon deemandd. Whilee, arrtifiiciall rellay sswitcchingg is not onlyy diffficuult bbut aalso inacccuraate, impaactinng siimulaationn ressultss.In orrder to ssolvee thee aboove i

7、issuees, aa metthod of rrelayy Moddelinng iss prooposeed annd sttudieed inn thiis paaper, theen doo casscadiing ffailuure ssimullatioon baased on tthe eestabblishhed mmodells. Modeels are ddevellopedd by Userr-Deffinedd Moddel. Relaay prrotecctionn andd auttomattion deviices is mmade up oof diifferr

8、ent compponennts wwith certtain logiic, tthesee commponeents has certtain geneeraliity. Firsst, BBasicc commponeent mmodell is deveelopeed, aas thhe reelay modeel baasic framme. VVarioous RRelayy prootecttion modeels iis coompossed oof maany bbasicc commponeent mmodells whhich accoordinng too speeci

9、fiic prrotecctionn priincipple, therreforre thhose modeels can have sttrongg commmonaalityy. Proteectioon reelay modeels aare iintrooduceed inn simmulattion proccess, thoough WSCCC 9-bbus ccase and Henaan acctuall exaamplee forr verrificcatioon annd faault simuulatiion cchainn. Thhe siimulaationn re

10、ssultss shoow thhat tthe mmethood caan reeflecct prrotecctionn acttion moree acccurattely, andd simmulattion of CCascaadingg faiiluree is reallizedd.Key wwordss: Bassic eelemeent mmodell; Rellay PProteectioon; Auttomattion Deviices; Casscadiing ffailuureI目 录目 录摘要IAbstrractII主要符号表表V第1章 绪绪论11.1研究究的背景与

11、与意义11.1.11研究背景景11.1.22研究目的的与意义11.2国内内外研究现现状31.3本文文的主要工工作5第2章 继继电保护建建模与仿真真实现方法法62.1 继继电保护的的基本任务务和动作原原理62.2继电电保护建模模方法62.2.11 建模思思路62.2.22 基本元元件模型72.2.33 电流互互感器模型型142.2.44 电压互互感器模型型162.3 继继电保护模模型仿真实实现方法192.4 本本章小结19第3章 继继电保护装装置的建模模设计213.1 线线路保护的的建模213.1.11 电流电电压保护213.1.22 零序电电流保护223.1.33 相间距距离保护223.1.4

12、4 接地距距离保护243.1.55 高频闭闭锁方向保保护253.1.66 其他保护263.2 发发电机保护的建模模263.2.11 过负荷荷保护263.2.22 异常运运行保护273.2.33 低励失失磁保护283.3 变变压器保护护的建模293.3.11 相间后后备保护293.3.22 接地后后备保护303.3.33 其他保保护313.4 本本章小结31第4章 安安全自动装装置的建模模设计324.1 自自动重合闸闸装置的建建模324.1.11 三相一一次重合闸闸装置模型型324.1.22 检无压压/检同期重重合闸装置置模型334.1.33 综合重重合闸装置置模型354.2 切切机/解列装置置

13、的建模374.2.11 电流方方向解列装装置模型374.2.22 高频切切机装置模模型394.2.33 低频/低压减载载装置模型型394.3 本本章小结40第5章 模模型验证和和仿真应用用415.1 模模型验证415.1.11算例介绍绍415.1.22验证结果果及分析415.2 仿仿真应用475.2.11电网连锁锁故障机理理研究概况况475.2.22基于建立立模型的连连锁故障仿仿真485.2.33 连锁故故障仿真平平台设计535.3 本本章小结54结论555参考文献56攻读学位期期间发表的的学术论文文及参与科科技项目59致谢600V主要符号表主要符号表表英文字母VAR、VVAI母线A相相电压实

14、部部、虚部IARI、IAIII支路i侧侧A相电流流的实部、虚虚部I1RJ、I1IJJ支路j侧侧正序电流流实部、虚虚部ANGB母线电压压相角VT母线电压压IARJ支路j侧侧A相电流流实部、虚虚部OPA、OOP3 线路操作作：开断AA相、开断断三相RL、XLL支路电阻阻、电抗I0II、I0RII支路i侧侧零序电流流虚部、实实部I2II、I2RII支路i侧侧负序电流流虚部、实实部I2IJ、I2RJJ支路j测测负序电流流虚部、实实部SDL切负荷ITS、EQ发电机电电流、电势势TPG切机EFD、OOMG发电机励励磁电压、角角速度CLA、CCL3线路操作作：合上AA相、合上上三相OMB母线频率率ITR、T

15、TTI发电机电电流实部、虚虚部- 63 -第1章 绪 论第1章 绪绪 论1.1研究究的背景与与意义1.1.11研究背景景在现代社会会中，国民民经济发展展和工业生生产的主要要能源是电电力，国民民经济的发发展和安全全高效、高高质量的工工业生产需需要电力系系统的安全全可靠运行行作为支持持。进入221世纪，电电力系统快快速发展，现现代电网无无论是规模模、容量还还是覆盖范范围都不断断扩大，继继电保护及及安全自动动装置作用用也更加重重要，结构构也更加复复杂。因此此，对电力力系统运行行的可靠性性、安全性性提出了更更高的要求求。然而近近些年，在在世界范围围内由连锁锁故障造成成的电网大大规模停电电事故却频频频发

16、生1-2。电力系系统故障引引起的停电电不但对国国民经济的的发展和工工业生产造造成阻碍，对对人民生活活造成很大大不便，而而且故障本本身对电网网的安全运运行也造成成了负面影影响。因此此，保证电电力系统运运行的安全全、可靠和和经济是供供用电双方方共同的迫迫切要求。电网中的继继电保护和和安全自动动装置对电电力系统的的安全稳定定运行有举举足轻重的的作用，它它们的动作作情况直接接影响到电电网故障的的发展状况况。整个电电网在运行行过程中，电电网的故障障或不正常常运行状态态可能有很很多原因引引起，为了了保证电网网运行的安安全，我们们既要采取取有效措施施避免电网网运行时发发生故障或或进入不正正常运行状状态，还要

17、要保证一旦旦电网出现现故障或不不正常运行行状态时继继保及安自自装置能够够及时、可可靠动作，有有选择性的的切除故障障元件，将将故障影响响降到最低低。而继电电保护和安安全自动装装置的隐形形故障、误误动、拒动动都将引起起故障或不不正常运行行状态的进进一步恶化化，最终可可能产生连连锁故障，导导致停电范范围的扩大大。1.1.22研究目的的与意义近些年，世世界范围内内发生的大大规模停电事事故大多是是由严重故故障的冲击击而引起，由最初的的初始故障障导致系统统潮流、频率率、电压等等电气量和和原动机等等系统变量量的长期动动荡，当某些元元件不能承承受而退出出运行就产产生了连锁锁故障，从从而使得整整个系统失失去稳定

18、而而崩溃，给社会造造成惨重的经济损失失3-5。在连锁反应应事故过程程里，继电电保护和安安全自动装装置是防止止系统崩溃溃的重要防防线，它们们的动作逻逻辑直接关关系到故障障的发展情情况6。进入21世世纪，实时时的电网仿仿真计算已已成为电网网仿真发展展的趋势，同同时对于指指导电力系统安安全稳定运运行起到重重要作用的电网网动态安全全评估系统统，也会因因为前者的的发展而愈愈加先进和和重要。将继电保护护与安全自自动装置的的特性考虑虑到安全评评估系统中中，对电力系统统受到扰动动之后整个个动态变化化过程进行连连续仿真，真真实准确的的反应变化化全过程。能能够更好地地发现电网网中继电保保护和安全全自动装置置的动作

19、行行为带来的的影响，对对于短期和和中长期安安全预警都都有重要意意义。为满满足我国大大电网安全全运行仿真真的需要，研研究和开发发适于电力力系统全过过程动态仿仿真的继保保及安自装装置模型，准准确模拟这这些装置的的动作行为为和控制特特性，不仅仅对研究非非线性超大大规模电力力系统动态态特性机理理有重要作作用，而且且对分析事事故机理及其防控措施有重要要意义。本文主要研研究符合我我国电网实实际的典型型继电保护护和安全自自动控制装装置，并建建立模型库库，将仿真真软件产生生的电压、电电流数据实实时输送到到继电保护护和自动装装置模块中中，然后将将模块的输输出回送到到仿真软件件中去控制制一次系统统的开关，相相应改

20、变电电网模型的的拓扑结构构，从而实实现闭环式式的稳定仿仿真，克服服以往仿真真软件不能能真实反映映因保护拒拒动或误动动而产生连连锁故障的的缺点，对对电力系统统全动态过过程进行有有效仿真，为为分析电力力系统的中中长期过程程动态稳定定性问题和和提供事故防控手手段(例如如，第3道道防线等等等)提供强强大的仿真真功能77。研究和开发发继保和自自动装置模模型，提高高仿真准确确度，可完完善全过程程动态仿真真、在线动动态安全分分析和调度度员培训模模拟（DTTS）等稳稳定性仿真真程序。合合理的模型型不仅可用用于常规暂暂态稳定仿仿真程序进进行计算，而且可对严重事故的复杂过程进行分析或重演，找出事故发生的根本原因，

21、为制定正确的反事故措施提供帮助。因此，本文的成果具有很大的推广空间，可在电力系统的规划、运行和科研等机构的电力系统分析计算部门得到应用，这不仅对我国在该领域的研究有帮助，而且为保证我国电网的安全稳定运行提供有力仿真工具，取得经济价值的同时带来社会效益。1.2国内内外研究现现状目前国内外外广泛应用用的电力系系统机电暂暂态及中长长期动态稳稳定仿真中中对继电保保护和安全全自动装置置模型的研研究和应用用较少，尚尚不够深入入。在国内常用用的电力系系统稳定仿仿真程序中中，PSAASP没有有设置具体体的继电保保护模型，仅仅靠预设开关的的延时开合合来模拟保护功功能，安全全自动装置置只考虑了了简单的低低周和低压

22、压减载模型型；PSDD-BPAA程序中提供的少量量继电保护模型型，由于搭搭建粗略而而且多以国国外的继保保和安自为为模板而与与我国电网网中实际广广泛应用的的实际装置差别较大，所以以仅能起到到少量简单单继电保护护和安全自自动装置的的作用，不不能真实反映继保装装置在我国国电力系统统中的动作作特性。PPSD-BBPA稳定定程序中的的安全自动动装置除了了常规的低低周低压减减载外，虽虽然新增加加了部分符符合实际失失步解列、低低压低频解解列等模型型，但种类类很少，仍仍不能满足足我国电网网仿真需求求。国外的仿真真程序很多多，但是其其中包含大大量继电保保护和安全全自动装置置模型的程程序却不多多，在PSS/E、E

23、UUROSTTAG、NNETOMMAC等程程序中仅包包含了少量量的继电保保护和安自自装置模型型，不但种种类单调而而且多是以以国外所用用装置为参参考，不能能反应国内内广泛使用用装置的特特点8-10。调度员培训训系统中的的继保模型型多采用逻辑辑判别法、定定值判别法法、逻辑定值值协调法和和教案准备备法等。其其中逻辑判判别法依据据预置的开开关逻辑和时间间设定反应应保护动作特特性，不需要进进行故障过过程的计算算，所以速速度快，但但在复杂网网络中实现现困难，而且仿真真不够精确确，难以真真实的再现现电力系统统继电保护护和安全自自动装置的的动作行为为，基于IIF/THHEN规则则的逻辑判判别法在国国外应用较较

24、多；定值值判别法依依据保护定定值动作，结结果准确，但但对数据的的采集、录录入和维护护要求较高高；逻辑定定值协调法法的问题在于于如何对前前面两种判判别方法协协调，才能能更好的扬扬长避短；教案准备备法需要在在计算前预预先准备好好保护动作作序列，缺缺乏灵活性性。调度员培训训系统的安安全自动装装置仿真方方面，在继继保模型中中可以包含含安自装置置模型，如如国外常用用高/低压压继电器、高高/低频继继电器等代代替各种解解列和切机机装置；动动态仿真中中的电源控控制系统模模型中可以以考虑一些些反映动态态响应的自自动装置如如失步解列列、高频切切机、连锁锁切机等；通过模型型拼装和决决策表比较较可以实现现对部分反反映

25、稳态量量的一些装装置如低频频/低压减减载、解列列装置、备备自投和重重合闸等的的模拟111-133。计及继电保保护和安全全自动装置置动作的电电力系统动动态过程是是时间不连连续的离散散过程。连连锁故障是是典型离散散过程，在在连锁故障障方面, 当前国内内外研究采采用的理论论和方法主主要有114-177：1) 模型型分析法。包包括利用复复杂系统理理论揭示连连锁故障发发生的内在在机理和利利用复杂网网络理论从从电网的网网络结构角角度研究电电网发生大大规模连锁锁故障的概概率和故障障的发展机机理，前者者包括分支支过程模型型18 、自组组织临界理理论、OPPA模型19、CCASCAADE模型型20等，后者者包括

26、小世世界模型21、WWattss构造模型型、无标度度网络模型型等。2) 模式式搜索法。利利用模式搜搜索法对连连锁故障的的发展过程程进行模拟拟并对结果果进行分析析得出故障障模式，分分为解析法法、随机模模拟法等。解解析法一般般是假设系系统中的某某个（或几几个）元件件发生故障障，计算随随后的系统统响应。模模拟法基于于蒙特卡洛洛概率抽样样，例如MManchhesteer模型，先先抽样得到到系统的初初始故障序序列，然后后逐一对序序列中的故故障模式进进行模拟搜搜索，方法法缺点是效效率低。目目前，各种种模式搜索索法考虑的的因素主要要包括线路路潮流过载载、系统的的暂态稳定定状况、保保护误动作作情况、电电压过低

27、等等。针对不不同的考虑虑因素采取取不同的方方法进行处处理。上述方法中中，前种方方法侧重于于利用复杂杂科学理论论从宏观角角度对整个个系统进行行研究，后后一种方法法着眼于实实际应用，通通过对故障障过程的模模拟分析电电网发生连连锁故障的的概率以及及故障的发发展机理，并并进行电网网连锁故障障防控手段段的总结。连锁故障过过程十分复复杂，在现现在的有关关研究当中中，对于继继保及安自自装置的考考虑比较简简单，仿真真中不能充充分体现继继电保护及及安全自动动装置对故故障动态过过程的影响响，在有些些模型例如如Mancchestter模型型中虽然对对暂态稳定定、电压稳稳定、低频频减载、低低压减载、保保护隐藏故故障等

28、因素素均有考虑虑，但是复复杂的结构构难以实现现仿真。总总之，能被被广泛接受受并真正实实用的连锁锁故障模型型还没有实实现。在保护建模模方面，二二十世纪末末基于Peetri网网的保护建建模研究开开始兴起。Petri网是描述和研究离散事件动态系统的一种建模工具。研究初期主要利用Petri网及相关的时间Petri网、时延Petri网等对继电保护工作逻辑、执行周期、时间配合及随机特性进行研究，后来利用混杂Petri网进行继电保护模型的建立。利用该种工具建模提出了不少方法，例如利用可编程的PTPN对继电保护系统建模、保护抽象混杂Petri网分层建模等，但总体而言这些研究还是初步的，很多问题尚待进一步研究2

29、2-24。因此，应该该建立与我我国实际应应用的继电电保护和安安全自动装装置动作特特性相一致致的模型，这这样在电力力系统动态态仿真程序序中就能够够真实反映映故障过程程中继保及及安自装置置动作特性性带来的影影响，使仿仿真结果更更加的真实实有效，同时对于电电力系统机机电暂态及及中长过程程动态仿真真的发展也也起到推动动作用。1.3本文文的主要工工作本文主要研研究适用于于电力系统统机电暂态态及中长期期动态过程程仿真的电电网继电保保护装置（包包括主保护护、后备保保护等）和和安全自动动控制装置置模型，在电电力系统全全过程动态态仿真程序序中实现这些些装置模型型闭环式的的稳定仿真真计算。1. 调研研国内外广广泛

30、应用的的电力系统统机电暂态态及中长期期动态稳定定程序中继继电保护和和安全自动动装置模型型的应用情情况及其仿仿真模拟方方法；调研国内内电网电气气元件常用用的继保和和电网安自自装置的类类型及其在在国内的应应用情况。继继电保护和和安全自动动装置主要要包含常规规发电机组组保护、变变压器保护护、线路保保护、自动动重合闸、切切机减载等等装置。 2. 研究究国内电网网电气元件件继电保护护和安全自自动装置的的原理，对对其进行分分割，包括括启动元件件、动作元件、方方向元件、出出口元件等等，同时对对TV和TTA暂态特特性对继电电保护建模模的影响进进行研究，提出相应的适合机电暂态和中长期动态仿真的模型及模拟方法。提

31、出继电保护和安全自动装置模型的适用范围、参数设定。3. 研究究连锁故障障的机理，在连锁故故障的仿真真过程中添添加所建立立的模型，克克服以往需需要人为设设定继保动动作行为的的缺点，对对连锁故障障发展全过过程进行闭闭环、交互互式动态仿仿真。第2章 继电保护建模与仿真实现方法第2章 继继电保护建建模与仿真真实现方法法2.1 继继电保护的的基本任务务和动作原原理继电保护装装置是指能能反映电气气元件或电电力系统本本身故障或或不正常运运行状态，能能够发出警警告信号或或者跳闸命命令的一种种自动装置置。它的基基本任务是是：1. 电气气元件故障障时，能够够迅速准确确的使故障障元件从电电力系统中中分离，使使元件受

32、到到尽量轻的的破坏，并并将对电力力系统造成成的不良影影响减到最最小。2. 电气气元件不正正常运行时时，通过对对运行状态态的判断，给给予警告信信号或跳闸闸。继电保护装装置一般包包括测量环环节、逻辑辑环节和执执行环节。保保护装置由由测量环节节获得对保保护对象的的所需相关关电气量，将将其与所设设定值进行行比较以确确定保护是是否启动及及是否发出出逻辑信号号，若是则则信号经过过逻辑环节节的逻辑判判断将动作作信号最终终传给执行行环节进行行执行。图2-Error! Bookmark not defined. 继电保保护装置基基本构成图图2.2继电电保护建模模方法2.2.11 建模思思路通过对继电电保护和安安

33、全自动装装置工作原原理的调研研发现，很很多保护和和安自装置置都是有一一些具有通通用性的元元件组建而而成。这些些通用性元元件有过量量元件、欠欠量元件、延延时元件等等，将这些些元件作为为保护和安安自装置的的基本结构构进行建模模形成基本本元件模型型，然后由由基本元件件模型构成成具体的保保护和安自自装置模型型。这种建建模方法显显然比直接接对具体保保护和安自自装置进行行单独建模模要简单方方便的多，而而且这样建建模也使得得模型具有有很强的通通用性。基本元件模模型通过基基本功能框框完成，将将这些基本本功能框封封装起来形形成一个具具有相对完完整功能的的模型块，作作为新的基基本功能框框使用。这这些模型块块具有输

34、入入输出端口口，可以构构成保护的的启动元件件、动作元元件、时延延元件等不不同部分，它它们相互连连接组成具具体保护模模型，保护护的定值参参数可以通通过基本功功能框自带带的参数功功能进行设设定。电网中的互互感器是电电力系统中中较重要的的高压设备备之一，其其性能的优优劣对电力力系统量测测值准确与与否及继电电保护和安安全自动装装置动作可可靠与否有有直接的影影响。为能能尽量减小小其测量误误差，有必必要对其进进行建模研研究。文中中对常用的的电流互感感器和电压压互感器分分别进行了了建模。继电保护装装置根据保保护对象的的不同可以以分为线路路保护、发发电机保护护、变压器器保护和其其他保护。每每类保护包包含很多种

35、种具体的保保护，将每每类保护归归类在一起起进行建模模，这样由由于保护属属于同一类类保护具有有一定的联联系使得建建模可以相相互参考利利用。安自自装置模型型库可以分分为低压/低频减载载装置、自自动重合闸闸以及解列列装置等。不不同的继保保模型和安安自装置模模型构成继继电保护和和安全自动动装置模型型库。2.2.22 基本元元件模型继电保护及及安全自动动装置是由由不同的元元件（包括括起动元件件、动作元元件、闭锁锁元件等）通通过一定的的逻辑关系系组成的。在在以电气元元件为基础础对继保及及安自装置置进行分类类时，很多多装置中的的元件具有有一定的通通用性225。在在进行模型型设计的过过程中，将将这类元件件单独

36、进行行建模，形形成基本元元件模型，作作为保护模模型的基本本功能框，再再和暂稳UUD程序中中所提供的的基本功能能框一起搭搭建具体的的保护模型型26，使模型型具有较强强通用性。下下面给出本本文建立的的基本元件件模型。1. 过量元件图2-2 过量元件件模型图该元件主要要用于过电电流保护、过过负荷保护护、过电压压保护等装装置中，其其模型结构构如图2-2所示。当输入量低于整定值Y时，元件输出为0，当输入量高于整定值Y一定时长（固有动作时间）后，元件输出为1。其中输入量可为线路电流信号、节点电压信号、节点频率信号等，分别构成过流元件、过压元件、过频元件等。2. 增量量元件该元件主主要用于线线路保护的的负序

37、、零零序增量闭闭锁环节中中，其模型型结构如图图2-3所所示。当输输入量的变变化率（框框DIFFF的输出值值）低于定定值Y时，元元件输出量量为0，当当检测量的的变化率高高于定值YY一定时长长后，元件件输出量为为1。其中中输入量可可为零序电电压/电流流信号、负负序电压/电流信号号等，构成成零序电压压/电流增增量元件、负负序电压/电流增量量元件等不不同增量元元件。图2-3 增量元件件模型图3. 延时时元件该元件主主要用于各各种保护和和安自装置置的时间延延迟，用来来模拟装置置的实际动动作时间，其其模型结构构如图2-4所示。输输入量经过过定值t（在在框DLYY1设定）时时间延时后后原样输出出。图2-4

38、延时元件件模型图4. 反时时限元件图2-5 反时限元元件模型图图该元件主要要用于各种种保护和安安自装置的的时间延迟迟，用来模模拟装置的的实际动作作时间，其其模型结构构如图2-5所示。输输出量根据据输入量的的不同而变变化。输入入量In11经过延时时In2后后，输出等等于In11，否则输输出为0。5. 欠量量元件该元件主主要用于低低电压保护护、低频保保护等装置置中，其动动作逻辑原原理如图22-6所示示。当输入入量高于定定值Y时，元元件输出量量为0，当当输入量低低于定值YY一定时长长后，元件件输出量为为1。其中中输入量可可为节点电电压信号、频频率信号等等，构成低低压元件、低低频元件等等不同元件件。图

39、2-6 欠量元件件模型图6. 方向向元件功率方向向元件主要要用于带方方向的保护护装置中，可可作为保护护装置的闭闭锁元件。当当判断电流流方向为从从母线指向向线路（正正向）时元元件动作，当当判断电流流方向为从从线路指向向母线（反反向）时元元件不动作作。功率方方向元件通通常采用990度接线线方式，其其动作判据据为（以AA相为例） (22-1)式中：UBBCB、CC两相电压压矢量差幅幅值；IAA相电电流幅值；A相电电压与相电电流电角度度差；继电器内内角，通常常取3060度。功率方向向元件的模模型结构如如图2-77所示。输输入量为保保护装设处处的支路阻阻抗角ANNG，当满满足一定时时长后输出出量为1，否

40、否则为0。第第一个定值值，第二个个定值。图2-7 功率方向向元件的模模型图7. 阻抗抗元件 阻抗元元件主要用用于线路的的相间距离离保护及接接地距离保保护中，作作为主保护护器件。阻阻抗元件主主要分为低低阻抗元件件（全阻抗抗元件）以以及方向阻阻抗元件，另另外少数保保护装置中中还用到了了偏移阻抗抗元件和直直线阻抗元元件。全阻抗继继电器动作作特性：幅值比较较方式： (22-2)等价于： (2-3)式中：ZJJ测量阻阻抗；Zzzd定值。相位比较方方式： (2-4)等价于： (22-5)方向阻抗抗继电器动动作特性：幅值比较较方式： (2-6)等价于： (2-7)建模过程中中主要考虑虑了常用的的低阻抗元元件

41、和方向向阻抗元件件，根据上上述继电器器的动作特特性，可得得到阻抗元元件的模型型结构如图图2-8所所示。当所测阻抗抗值（框XX1/X22）低于阻阻抗定值时时（框CSSW2设定定），输出出为1，构构成全阻抗抗/低阻抗抗元件。当当所测线路路阻抗角（框框+）在定定值范围内内（框CAA1设定）时时，输出为为1，构成成方向阻抗抗元件。图2-8 阻抗元件件的模型图图8. 振荡荡闭锁元件件振荡闭锁锁元件主要要用于线路路距离保护护，防止线线路因出现现功率振荡荡引起阻抗抗元件误动动作。振荡荡闭锁元件件主要包括括检验负序序或零序电电流/电压压（或电流流/电压增增量）和检检验阻抗变变化两种类类型。图2-9 振荡闭锁锁

42、元件模型型图对于检验负负序或零序序电流/电电压分量或或增量的振振荡闭锁元元件，其模模型可利用用上述过量量元件或增增量元件实实现。对于于反应阻抗抗变化的振振荡闭锁元元件，其原原理：分段段式保护中中的三段如如果同时发发出动作信信号，则表表明线路出出现故障，保保护应正常常启动，不不发出闭锁锁信号；如如果各段保保护不同时时发出动作作信号（II、II段段在IIII段动作后后才动作），则则认为线路路存在功率率振荡而非非故障，此此时发出闭闭锁信号，将将一段、二二段保护可可靠闭锁。9. 差量量元件差量元件主主要用于线线路的横联联差动保护护、纵联差差动保护和和变压器的的各种保护护中，其模模型结构如如图2-110

43、所示。当当输入量的的计算差值值X（框SSQR2输输出）大于于定值Y时时，元件输输出1，否否则输出00。其中输输入量可为为零序电压压/电流信信号、负序序电压/电电流信号等等。图2-100 差量元元件模型图图10. 相相位比较元元件该元件可可作方向元元件使用，所所比较相位位（相位差差）在某个个角度范围围内时元件件动作，主主要用于线线路的横联联差动保护护、相差动动高频保护护等装置中中，其动作作判据： (2-8)式中：，为为动作角，当当处于二者者之间时，元元件动作；，为元件输输入量（比比较元素），可可为电压向向量、电流流向量、经经补偿后的的电压/电电流向量等等。相位比较元元件的模型型结构如图图2-11

44、1所示。输输入量的相相位角ANNG1、AANG2之之差在处于于、（框CSSW1设定定）之间一一段时长后后，元件输输出量为11，否则为为0。图2-1 相位比较较元件模型型图11. 相相电压补偿偿方向元件件图2-122 相电压压补偿方向向元件模型型图带有相电电压补偿特特性的相位位比较方向向元件，主主要用于电电压相位比比较式高频频闭锁方向向保护227。两两个ANGGUcommp模块比比较后得ANG，当当ANG在在FI1、FFI2（在在框CSWW1设定）范范围内时，元元件经延时时输出1。ANGUccomp模模块用于求求取经零序序分量补偿偿后的相电电压相角。补补偿电压计计算公式为为（A相为为例）： (2

45、-99)图2-133中，其中中n零序补补偿系数，通通过框1、22设定。kk灵敏系系数，通过过框3、44设定。框框3、框44的A、BB参数取线线路的和线线路的。图2-2 ANGUUcompp模块模型型图12. 比比例制动式式差量元件件带有比例例制动特性性的差量元元件（主要要是差电流流元件），用用于发电机机、变压器器的比例制制动式差动动保护。变变量的制动动量由框RRAMP设设定。图2-144 比例制制动式差量量元件模型型图13. 相相位处理元元件图2-155 相位处处理元件模模型图将变压器二二次侧电流流相位强制制变换为与与一次侧电电流相位一一致，用于于变压器差差动保护。输入量IARJ、IAIJ计算

46、得二次侧电流相角，经整定值Y的补偿，再经过模-幅角转换为实虚部，并与二次侧电流幅值计算得变换后的二次侧电流。2.2.33 电流互互感器模型型电流互感器器(TA) 288-30在电力系系统暂态过过程中，一一次侧电流流过大将使使TA出现现饱和，导导致含有大大量非周期期分量和高高次谐波分分量的励磁磁电流急剧剧增加，造造成二次电电流失真，从从而对电力力系统测量量的精度、继继保及安自自装置动作作的可靠性性等造成影影响。因此此，为能得得到较为精精确的测量量量，在构构建其数学学模型时，应应该计及CCT饱和因因素，从而而在电力系系统暂态过过程中较真真实的反应应电流互感感器的工作作特性。本本文以研究究电磁式电电流互感器器的外特性性为重点，建建立了反应应铁心磁饱饱和特性的的电磁式电电流互感器器模型。电磁式电流流互感器的的结构类似似于电力变变压器，其其等效电路路图为：图2-166 电磁式式电流互