（电力系统及其自动化专业论文）地区电网dts及继电保护仿真的研究.pdf

本课题主要研究内容为地区电网d t s 及其继电保护仿真。 论文首先对地调 d t s的特点进行了综合分析，设计了基于 s c a d a / e m s / d t s 一 体化平台的 d t s 硬件和软件体系结构。然后重点研究了 d t s中继电保护仿真的几 个关键问题:设计了保护仿真的通用模型和数据结构:提出了 “ 保护树”的方法 来提高仿真实时性这一难题;并在此方法的基础上开发了逻辑判别法和定值判别 法的仿真程序。 测试结果证明，本课题开发的继电保护模型具有良好的扩展性和灵活性，仿 真结果快速、准确，达到了继电保护仿真的各项要求。 关键词:调度员培训仿真，地区电网，定值判别法，逻辑判别法， 保护树 abs tract t h i s p a p e r m a i n l y r e s e a r c h o n d t s i n l o c a l g r i d a n d s i mu l a t i o n o f r e l a y p r o t e c t i o n . f i r s t l y t h e c h a r a c t e r i s t i c o f d t s i n l o c a l g r i d i s a n a l y z e d a n d t h e s y s t e m o f d t s i n c l u d i n g h a r d w a r e a n d s o f t w a r e b a s e d o n s c a d a / e ms / d t s i s d e s i g n e d . s e c o n d l y t h i s p a p e r w o r k s o v e r s e v e r a l k e y i s s u e s o f s i m u l a t i o n o f r e l a y p r o t e c t i o n。a n d t h e n g e n e r a l r e l a y mo d e l a n d d a t a s t r u c t u r e a r e d e s i g n e d t o r e s o l v e t h e r e a l t i m e p r o b l e m o # s i m u l a t i o n , t h e me t h o d o f r e l a y t r e e i s p u t f o r w a r d .b y t h i s me a n s w e d e v e l o p t h e p r o g r a m o f l o g i c a l c o m p a r i s o n a n d q u a n t i t a t i v e c o mp a r i s o n . i t p r o v e s t o b e o f g o o d e x p a n s i b i l i t y a n d a g i l i t y b y e x p e r i me n t .t h e r e s u l t o f s i m u l a t i o n i s f a s t a n d a c c u r a t e , w h i c h r e a c h e s , t h e r e q u i r e m e n t o f r e l a y p r o t e c t i o n s i mu l a t i o n . l i l i n ( p o w e r s y s t e m a n d a u t o ma t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f . q i n l i j u n k e y wo r d s : d i s p a t c h e r t r a i n i n g s i m u l a t o r , l o c a l g r i d , q u a n t i t a t i v e c o m p a r i s o n , l o g i c a l c o m p a r i s o n , r e l a y t r e e 些 o口 尸明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取 得的成果。 尽我所知，除文中己经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任 何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均 已在文中以明确方式标明。 特此申明。 、 名 : 了 f4 -f4 - 日期: 1 . / 、 ) ， 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即: 学校有权保 管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以采用影印、缩印或其它复 制手段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交 流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、 传 播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作 者 签 名 : 矛 殊导师签名 日期:-2 1 -1./ . ; -o ? / 0 期:71 5 2; 华北 电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 . 1研究的目的和意义 2 1世纪的今天，中国的电力发展己步入了大电网、大机组、高参数、超高 压和自动化、 信息化的新阶段，电力己成为经济发展和人民生活须臾不可或缺的 生产资料和生活资料， 保证安全可靠的电力供应至关重要。电网瓦解和大面积停 电事故不仅会造成巨大的经济损失，影响人民的正常生活，还会危及公共安全， 造成严重的社会影响 ， 。 电力系统故障是由调度员统一协调、 指挥处理的，如果处理不当可能会发展 成大面积、灾难性故障。为实现电力系统的经济安全运行，一方面要求组成电力 系统的元件和自动装置可靠性高; 另一方面在目前调度自动化尚不能很好处理系 统中所有故障的情况下， 要求有高水平的调度人员。 对许多重大事故的分析表明: 运行人员临时慌乱作出错误判断和处理不当，往往是事故扩大的主要原因之一。 提高调度员的调度水平，增强反事故能力成为很迫切的任务。 过去运行人员的经验主要来 自实时工作积累，通常的培训方式有跟班学习、 课堂式反事故演习和事故处理经验总结等。 但当实际事故出现时， 调度员往往仍 不知所措。造成这种问题的原因是:电力系统事故率很小，即使发生事故也往往 由于事故过程很短，很难在一两次事故中积累足够的经验，调度员没有机会在电 网多次异常和事故中得到磨练。而实际电网是不允许人为制造事故的， 这就要求 采用其他方式对电力系统进行模拟。 随着计算机在线控制的应用，调度员培训仿 真系统( d i s p a t c h e r t r a i n i n g s i m u l a t o r ，简称 d t s ) 日益成为培训电网调度员 的重要手段之一。d t s 可以模拟出电力系统的各种运行状态，以及各种运行状态 应该采取的措施，主要用于调度员培训、电网安全稳定经济分析、事故重演和分 析、运行计划研究和制订、电力系统调度自动化的教学和科研等目的。 在 “ 8. 1 4 ”美加大停电联合调查小组 “ 中期报告”中，对 “ 8. 1 4 ”大停电 的原因有这样一段描述: 8 . 1 4 ”发生的大停电，是由于缺乏有针对性的演习， 设备问题以及当天下午人为决策失误等原因夹杂在一起造成的。 其中， 有两类原 因直接或间接地与缺乏对d t s 的有效利用有关【 2 1 国外于 1 9 7 6 年提出d t s 的概念， 1 9 7 7 年研制出第一套d t s , 1 9 7 8 年美国e p r i 组织了关于d t s的大讨论后，d t s 在国外迅速推广，经过十年多的发展，己基本 稳定，从上世纪 9 0 年代开始将动态仿真，将面向对象等技术引入 d t s . 国内d t s 的研究从上世纪 8 0 年代末开始，1 9 9 0 年第一套 d t s 系统投运，经 过十几年的发展，已从理论研究走向实际运用，并逐渐形成为一个产业。d t s的 应用从东北、华北和华东三大网调的试点，推广到各个网省调、大中型地调、集 1 华北 电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 . 1研究的目的和意义 2 1世纪的今天，中国的电力发展己步入了大电网、大机组、高参数、超高 压和自动化、 信息化的新阶段，电力己成为经济发展和人民生活须臾不可或缺的 生产资料和生活资料， 保证安全可靠的电力供应至关重要。电网瓦解和大面积停 电事故不仅会造成巨大的经济损失，影响人民的正常生活，还会危及公共安全， 造成严重的社会影响 ， 。 电力系统故障是由调度员统一协调、 指挥处理的，如果处理不当可能会发展 成大面积、灾难性故障。为实现电力系统的经济安全运行，一方面要求组成电力 系统的元件和自动装置可靠性高; 另一方面在目前调度自动化尚不能很好处理系 统中所有故障的情况下， 要求有高水平的调度人员。 对许多重大事故的分析表明: 运行人员临时慌乱作出错误判断和处理不当，往往是事故扩大的主要原因之一。 提高调度员的调度水平，增强反事故能力成为很迫切的任务。 过去运行人员的经验主要来 自实时工作积累，通常的培训方式有跟班学习、 课堂式反事故演习和事故处理经验总结等。 但当实际事故出现时， 调度员往往仍 不知所措。造成这种问题的原因是:电力系统事故率很小，即使发生事故也往往 由于事故过程很短，很难在一两次事故中积累足够的经验，调度员没有机会在电 网多次异常和事故中得到磨练。而实际电网是不允许人为制造事故的， 这就要求 采用其他方式对电力系统进行模拟。 随着计算机在线控制的应用，调度员培训仿 真系统( d i s p a t c h e r t r a i n i n g s i m u l a t o r ，简称 d t s ) 日益成为培训电网调度员 的重要手段之一。d t s 可以模拟出电力系统的各种运行状态，以及各种运行状态 应该采取的措施，主要用于调度员培训、电网安全稳定经济分析、事故重演和分 析、运行计划研究和制订、电力系统调度自动化的教学和科研等目的。 在 “ 8. 1 4 ”美加大停电联合调查小组 “ 中期报告”中，对 “ 8. 1 4 ”大停电 的原因有这样一段描述: 8 . 1 4 ”发生的大停电，是由于缺乏有针对性的演习， 设备问题以及当天下午人为决策失误等原因夹杂在一起造成的。 其中， 有两类原 因直接或间接地与缺乏对d t s 的有效利用有关【 2 1 国外于 1 9 7 6 年提出d t s 的概念， 1 9 7 7 年研制出第一套d t s , 1 9 7 8 年美国e p r i 组织了关于d t s的大讨论后，d t s 在国外迅速推广，经过十年多的发展，己基本 稳定，从上世纪 9 0 年代开始将动态仿真，将面向对象等技术引入 d t s . 国内d t s 的研究从上世纪 8 0 年代末开始，1 9 9 0 年第一套 d t s 系统投运，经 过十几年的发展，已从理论研究走向实际运用，并逐渐形成为一个产业。d t s的 应用从东北、华北和华东三大网调的试点，推广到各个网省调、大中型地调、集 1 华北电力大学硕士学位论文 控中心和大型变电站，并拓展到电力培训中心和高等院校 电力专业。d t s的体系 结构从与 e m s 接口采用 “ 定制” 方式的独立型异构系统到与 e m s 采用统一支持平 台的一体化系统，直至 目前正在研究的与 e m s 接口采用 “ 即插即用”方式的跨平 台系统( 遵循 工 e c 6 1 9 7 0 标准) ，使 d t s的软件功能经历了从单一到综合，从简单 到复杂的发展过程。 其仿真范围包括对电网的稳态仿真、 准动态仿真、 故障仿真、 暂态仿真和全动态仿真以及对保护的逻辑仿真和定值仿真， 其设备模型包括一次 设备、二次设备、远动设备以及部分动力设备。d t s的现场运行从被动到主动， 从偶尔使用到日常使用， 其作用也由演示性转变为指导性，并成为调度自动化的 一个重要产品和控制中心培训调度员的得力工具 。 随着地区电网的快速发展和商业化运行水平的提高， 对地区电网运行的调度 和控制变得越来越复杂， 对地区调度员的要求也变得越来越高。为了保证地区电 网运行在高安全、高可靠、高质量和高经济水平上，要求地区调度员拥有丰富的 知识、经验和能力，能圆满地处理电力系统正常、紧急、异常和事故情况下的运 行问题。而调度员培训仿真系统 ( d t s ) 被公认为培训调度员的调度能力和素质的 最有效的工具， 但传统的 d t s是面向发输电系统设计和开发的，主要是在大区电 网和省网中应用， 仿真对象主要关注系统中的大容量电源、 枢纽站和超高压输电 线。这和地调有明显的不同。随着地调 d t s的逐步推广，符合地调特色的 d t s 在 理论和实践上还需要深入探讨，不能完全搬抄网、省调 d t s 。因此研制一套真正 面向地区电网的 d t s 具有重要意义。 在 d t s中，继电保护仿真是一个重要的组成部分，它模拟系统在事故情况下 的继电保护装置动作情况， 其对于d t s 是否能逼真地模拟真实电力系统的实际运 行情况有着重要的意义。 在要模拟的系统中，由于保护装置数量众多，原理复杂，因此如何正确、快 速、真实的对保护进行仿真一直是 d t s研究领域中的热点问题。 1 . 2国内外研究现状综述 2 . 1 调度员培训仿真研究综述 调度员培训仿真系统是一套数字仿真系统，它运用计算机技术，通过建立实 际电力系统的数学模型，再现各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息 送到电力系统控制中心的模型中，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既 不影响实际电力系统的运行而又使调度员得到身临其境的演练的目的。d t s 是计 算机软硬件技术和现代电力系统分析技术相结合的产物 。 它应用了计算机工业发 展的最新成就，如开放式系统、r 工 s c工作站、图形技术、数据库等。传统的电 力系统分析技术侧重描述电网的一次设备，侧重描述电力系统的稳定和暂态过 z 华北电力大学硕士学位论文 控中心和大型变电站，并拓展到电力培训中心和高等院校 电力专业。d t s的体系 结构从与 e m s 接口采用 “ 定制” 方式的独立型异构系统到与 e m s 采用统一支持平 台的一体化系统，直至 目前正在研究的与 e m s 接口采用 “ 即插即用”方式的跨平 台系统( 遵循 工 e c 6 1 9 7 0 标准) ，使 d t s的软件功能经历了从单一到综合，从简单 到复杂的发展过程。 其仿真范围包括对电网的稳态仿真、 准动态仿真、 故障仿真、 暂态仿真和全动态仿真以及对保护的逻辑仿真和定值仿真， 其设备模型包括一次 设备、二次设备、远动设备以及部分动力设备。d t s的现场运行从被动到主动， 从偶尔使用到日常使用， 其作用也由演示性转变为指导性，并成为调度自动化的 一个重要产品和控制中心培训调度员的得力工具 。 随着地区电网的快速发展和商业化运行水平的提高， 对地区电网运行的调度 和控制变得越来越复杂， 对地区调度员的要求也变得越来越高。为了保证地区电 网运行在高安全、高可靠、高质量和高经济水平上，要求地区调度员拥有丰富的 知识、经验和能力，能圆满地处理电力系统正常、紧急、异常和事故情况下的运 行问题。而调度员培训仿真系统 ( d t s ) 被公认为培训调度员的调度能力和素质的 最有效的工具， 但传统的 d t s是面向发输电系统设计和开发的，主要是在大区电 网和省网中应用， 仿真对象主要关注系统中的大容量电源、 枢纽站和超高压输电 线。这和地调有明显的不同。随着地调 d t s的逐步推广，符合地调特色的 d t s 在 理论和实践上还需要深入探讨，不能完全搬抄网、省调 d t s 。因此研制一套真正 面向地区电网的 d t s 具有重要意义。 在 d t s中，继电保护仿真是一个重要的组成部分，它模拟系统在事故情况下 的继电保护装置动作情况， 其对于d t s 是否能逼真地模拟真实电力系统的实际运 行情况有着重要的意义。 在要模拟的系统中，由于保护装置数量众多，原理复杂，因此如何正确、快 速、真实的对保护进行仿真一直是 d t s研究领域中的热点问题。 1 . 2国内外研究现状综述 2 . 1 调度员培训仿真研究综述 调度员培训仿真系统是一套数字仿真系统，它运用计算机技术，通过建立实 际电力系统的数学模型，再现各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息 送到电力系统控制中心的模型中，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既 不影响实际电力系统的运行而又使调度员得到身临其境的演练的目的。d t s 是计 算机软硬件技术和现代电力系统分析技术相结合的产物 。 它应用了计算机工业发 展的最新成就，如开放式系统、r 工 s c工作站、图形技术、数据库等。传统的电 力系统分析技术侧重描述电网的一次设备，侧重描述电力系统的稳定和暂态过 z 华北电力大学硕士学位论文 控中心和大型变电站，并拓展到电力培训中心和高等院校 电力专业。d t s的体系 结构从与 e m s 接口采用 “ 定制” 方式的独立型异构系统到与 e m s 采用统一支持平 台的一体化系统，直至 目前正在研究的与 e m s 接口采用 “ 即插即用”方式的跨平 台系统( 遵循 工 e c 6 1 9 7 0 标准) ，使 d t s的软件功能经历了从单一到综合，从简单 到复杂的发展过程。 其仿真范围包括对电网的稳态仿真、 准动态仿真、 故障仿真、 暂态仿真和全动态仿真以及对保护的逻辑仿真和定值仿真， 其设备模型包括一次 设备、二次设备、远动设备以及部分动力设备。d t s的现场运行从被动到主动， 从偶尔使用到日常使用， 其作用也由演示性转变为指导性，并成为调度自动化的 一个重要产品和控制中心培训调度员的得力工具 。 随着地区电网的快速发展和商业化运行水平的提高， 对地区电网运行的调度 和控制变得越来越复杂， 对地区调度员的要求也变得越来越高。为了保证地区电 网运行在高安全、高可靠、高质量和高经济水平上，要求地区调度员拥有丰富的 知识、经验和能力，能圆满地处理电力系统正常、紧急、异常和事故情况下的运 行问题。而调度员培训仿真系统 ( d t s ) 被公认为培训调度员的调度能力和素质的 最有效的工具， 但传统的 d t s是面向发输电系统设计和开发的，主要是在大区电 网和省网中应用， 仿真对象主要关注系统中的大容量电源、 枢纽站和超高压输电 线。这和地调有明显的不同。随着地调 d t s的逐步推广，符合地调特色的 d t s 在 理论和实践上还需要深入探讨，不能完全搬抄网、省调 d t s 。因此研制一套真正 面向地区电网的 d t s 具有重要意义。 在 d t s中，继电保护仿真是一个重要的组成部分，它模拟系统在事故情况下 的继电保护装置动作情况， 其对于d t s 是否能逼真地模拟真实电力系统的实际运 行情况有着重要的意义。 在要模拟的系统中，由于保护装置数量众多，原理复杂，因此如何正确、快 速、真实的对保护进行仿真一直是 d t s研究领域中的热点问题。 1 . 2国内外研究现状综述 2 . 1 调度员培训仿真研究综述 调度员培训仿真系统是一套数字仿真系统，它运用计算机技术，通过建立实 际电力系统的数学模型，再现各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息 送到电力系统控制中心的模型中，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既 不影响实际电力系统的运行而又使调度员得到身临其境的演练的目的。d t s 是计 算机软硬件技术和现代电力系统分析技术相结合的产物 。 它应用了计算机工业发 展的最新成就，如开放式系统、r 工 s c工作站、图形技术、数据库等。传统的电 力系统分析技术侧重描述电网的一次设备，侧重描述电力系统的稳定和暂态过 z 华北电力大学硕士学位论文 程。 而d t s 要求全面模拟电力系统及其保护、自动装置; 要求模拟电力系统暂态、 中期和长期过程。学员要能随时干预、控制电网进程。它涉及的内容比较宽、难 度比较高。因此自d t s 产生之日起，就吸引了国内外的许多专家来研究，至今成 果丰富，己使 d t s的各项理论逐渐完备，d t s的应用也积累了丰富的经验。 1 . 2 . 1 . 1 国内应用现状 目前，国内d t s 用户主要为网省调和大中型地调，其中有少量进口系统。国 产 d t s根据与s c a d a i e m s的关系， 可分为统一平台的一体化系统和不同平台的异 构系统，异构系统中有与国外 e m s 系统接口的，有与国内不同e m s 厂家接口的。 国内 d t s的最早产品是东北网调 d t s 、华北网调 d t s和华东网调 d t s ，前二者可 以认为是第一代的，分别由清华大学和中国电科院开发，华东网调 d t s由于加入 了全网继电保护的逻辑判断和电力系统全动态过程仿真，可认为是是第二代的， 由南京电自院开发。这三套系统都是在引进系统上另外开发的独立型 d t s ，包括 静态仿真和动态仿真，并都通过了鉴定，为国内d t s的研究和建设取得了宝贵的 经验。目前，早期的东北和华北的d t s己经退役。华东d t s 升级后还在运行，成 为华东电网联合反事故演习不可缺少的工具。从这几套系统的运行情况看，异构 系统数据维护和教案生成比较困难， 需要开发单位协助用户的专责维护人员才能 正常使用 d t s 。另外，从效果看，尽管网调 d t s 需要进行动态仿真，但采用动态 潮流和频率计算加按逻辑动作的保护仿真的静态仿真能满足大部分培训仿真和 反事故演习项目的要求引 。 由于网省调数量有限，加上独立型 d t s投资大，运行维护困难，并且地调 的电网规模越来越大， 对调度员的培训提出了更高的要求， d t s的应用也拓展到 大中型地调。由于地调不象网省调那样关心调频和稳定问题，地调的主要培训内 容是当大的枢纽站全停或电网解列成小系统后如何尽快恢复供电，因此，用于地 调的d t s对原网调 d t s的功能进行了裁剪，删除了动态仿真，保护仿真改为适 合于地区电网的定值判断，增加了一些具有地调特色的功能，如备 自投仿真、不 接地系统单相接地和谐振的逻辑仿真等，由于采用了与 e ms统一支持平台的一 体化设计， 数据维护和教案生成难度和工作量大大降低， d t s成为调度员进行事 故预想、培养新手和晋级考核的工具，为地区电网的安全运行发挥了重要作用。 从这些系统的运行情况看，一体化设计和保护按定值动作，是开发的成功之处， 对调度运行的其他领域起到一定的指导作用，如可以校验保护专业的整定的定 值。 地调d t s的问题在于没有充分发挥d t s应有的作用， 有的d t s用一段时间 就停用了，原因有两方面:地调 d t s没有合适的功能规范，厂家开发 d t s缺 乏实用性指导，用户建设 d t s实施条件不完全具备。 d t s维护没有专职化， 使用没有制度化 4 华北电力大学硕士学位论文 一般说来，引进系统软件比较成熟，功能模块化做得较好，但国外系统的 d t s一般只有电力系统长期动态仿真，继电保护也只仿真到反应系统不正常运行 状态的一类继电器，更没有针对我国地区一级调度的地区电网仿真培训系统。这 种缺乏电网动态过程模拟和详细的继电保护仿真的 d t s用来培训我国的各级调 度员无疑是不全面的， 而要在引进的d t s中增加全动态过程仿真或详细的继电保 护仿真是难以想象的。因此，应该在学习吸收国外系统优点的基础上，研制出适 合国内电力系统特点、能发挥最大实用功效的 d t s系统。 2 . 1 . 2 d t s的发展趋势 目前，d t s的发展方向主要体现在以下几个方面: 硬件配置向多机网络化发展 早期的第一代产品都采用单计算机配置，由于电力系统、控制系统、和教员 系统相应的软件都在一台计算机上，其性能有所限制。不利于集体培训，模拟的 电力系统规模也受到限制。后来，多计算机系统的仿真培训器研制出来，由三机 系统构成。三台机分别作为电力系统仿真子系统、s c a d a / e m s子系统、d t s控制 和教员功能子系统。 其中的s c a d a / e m s 子系统除数据采集部分外， 其他与调度所 实际在线系统完全相同。 而数据采集的r t u 通道和主站前置处理功能由另外的软 件模块仿真，这种结构的特点是大大提高了d t s 的性能和仿真规模。 软件系统由固定式转向开放式、分布式系统 开放的系统是按照开放的接口、服务和支持的规范而实现的系统。开放的系 统具有可移植性、可伸缩性和可互操作性的优点。 分布式系统采用标准的接口和介质， 把整个系统按功能解列分布在网络的各 个节点上 数据实现冗余分布 提高了系统的整体性能， 降低了对单机的性能要求， 同时提高了系统的安全性和可靠性。并且系统的可扩充性增强， 使局部功能升级 成为可能。 采用面向对象技术 随着软件技术的不断发展，面向对象技术( o o p ) 被广泛应用于电力系统的各 个领域。面向对象建模具有模块性、 可扩充性和重用性的特点。面向对象技术的 广泛应用导致了软件工程的一次深刻变革。由于对象具有数学模型较稳定、接口 简单、规范等特征， 其开发出的软件的可复用性、可扩充性和可靠性都有明显的 提高。 可视化 习 为了使学员得到更多的信息，考虑到人对图形和色调的感觉比对数字敏感， 培训环境可用图象、动画等表现。通过采用图形系统表现更丰富的系统运行状态 信息，包括参数大小、相互关系、分布、超界情况、不安全度、流向等。例如在 华北电力大学硕士学位论文 系统单线图上， 以活动箭头表示潮流方向和大小， 母线和线路颜色表示电压等级， 饼图显示正常、警告和超限状态等。通过可视化 d t s 直观地反映系统潮流优化、 稳定运行等问题，将抽象的概念简明地表现出来，这是可视化仿真独特的优点。 功能由原来单一的调度员培训到目前的综合性应用和研究性仿真等功能。 早期开发的 d t s目的都是为电力系统操作人员培训。 随着硬件和软件功能的 不断改进，兼有运行方式计算、事故分析等功能的培训仿真器正在研制和应用。 分散的培训向各级调度员联合培训，以协调大范围事故下，多级调度的协调 ,险。 电力调度数字网 s p d n e t的建成使得网调与省调、地调之间的通信不是问题 了。 各参演单位可以通过接在 s p d n e t 上的普通 p c 机以w e b的方式看到整个反事 故演习的全过程，增加反事故演习的真实感，达到增强联合反事故能力的目的。 ( t ) d t s 的应用向电力市场拓展 在电力市场的运营环境中， 原来的发电厂、供电局等将转变成具有各 自的经 济利益的并相互竞争的发电商、 供电商等。 每一个发电商和供电商将配备报价员 负责市场报价，因此出现了一个集中进行电力商品交易的交易中心以及交易员。 可见，电力市场的每一个参与者都将面临一个截然不同的运营环境。他们必然需 要一个电力市场的仿真系统，从而可以培训人员，熟悉规则并制定相应的市场战 略等。因此 d t s的应用要向电力市场拓展，给调度员、交易员提供培训的仿真环 境，使调度员和交易员能力的提高与电力系统的发展相适应。 2 . 1 . 3文献内容概述 文献 3 对调度员培训仿真技术的要求、分类和结构作了简要介绍， 对 d t s的 硬件和软件研究的现状进行了讨论， 在此基础上提出了模块化、可视化、自适应 化和硬件通用化等发展方向。文献 5 1 4 也介绍了 d t s系统的功能要求和设计 原则。 文献仁 们通过对国内外 d t s发展背景、过程和现状的阐述以及对 d t s结构、 功能、运行和维护的分析，指出在电力市场环境和 工 e c 6 1 9 7 0 标准下 d t s的建设 方案和发展趋势。 文献 仁 6 1 7 分别介绍了河北南部电网仿真系统 ( h b d t s ) 和华东电网调度员培 训仿真系统的应用。文献仁 1 0 简要介绍了国家电力调度通信中心 d t s 前期研究阶 段所取得的研究成果，以及国调中心对现有 d t s 系统的应用情况。 文献 1 1 仁 3 2 介绍了 d t s 系统的网络拓扑方法。 文献 【 8 介绍了基于专家系统技术的 d t s 文献l 1 2 1 5 1 6 介绍了面向地区电网d t s的若干地调特色模型、算法和应 用 。 华北电力大学硕士学位论文 文献仁 1 7 1 1 8 1 仁 1 9 介绍了d t s中数据模型和结构的设计。 文献 2 0 1 介绍了基于组件技术的电力系统实时数据库平台，文献 2 1 介绍 了面向对象 的实时数据库管理系统的研究与开发， 文献 2 3 介绍了遵循 工 e c 6 土 9 7 0 标准的实时数据库管理系统。 综上所述， d t s的研制需要从理论研究到实际应用的各个方面进行探讨， 在 算法和模型上不断改进以提高速度和准确性;在系统硬件和软件的体系结构上要 符合当前开放式的发展趋势以增强可扩展性和互操作性。另外 d t s的功能要立足 于实用、并适应当前电力市场发展的需要。 1 . 2 . 2 d t s 继电保护仿真研究综述 广义的继电保护是指电力系统中的电力元件( 如发电机、 线路等) 或电力系统 本身发生了故障或危机其安全运行的事情时，向运行值班人员及时发出警告信 号，或者直接向所控制的断路器发出调整命令，以终止这些事件发展的一种自动 化措施和设备。这种自动化措施叫继电保护技术，而这种自动化设备叫继电保护 装置; 其中用于保护电力元件的设备称为继电保护装置， 而用于保护电力系统本 身的设备称为安全 自动装置 。在国内，继电保护泛指保护电力元件的继电保护 技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。在国外文献中，除前苏联外， 都把安全自动装置归入继电保护装置。 所以本文的继电保护仿真包含了安全自动 装置的仿真。 保护装置仿真是指通过建立模型来客观再现保护装置的动作特性， 它包括继 电保护仿真和安全自动装置仿真。 保护装置的仿真原理是讨论建立怎样的模型以 及如何建立模型来准确描述保护装置。 这里的模型既包括通常的用方程式表示的 数学模型，又包括逻辑模型。 保护装置仿真的基本要求是正确性、实时性和适用性。正确性的内涵随着保 护装置仿真的使用环境的变化而变化。譬如，d t s中保护装置的正确性的含义是 外部特性与实际保护装置的一致性;为了测试一套保护装置性能而实现的仿真， 其正确性是指内部特性与实际的保护装置具有相同的数学模型。 实时性是保护装 置仿真在线应用最具挑战性的要求。譬如，为了满足实时性要求，d t s中的保护 装置仿真就必须选用合适的仿真方法和高效率的算法。 适应性是指对于不同的电 网结构、 不同的运行状态和不同的一次系统仿真环境都能够客观再现各种保护装 置的静态特性和动态特性。当然，d t s 中保护装置仿真只关心保护装置的静态和 动态的外部特性，而对保护装置内部的实现细节不感兴趣。 根据原理不同，用于 d t s的保护装置仿真主要有两种: 逻辑判别法和定值判 别法。逻辑判别法是从 d t s的特点出发，考虑到在 d t s中故障是由教员设置的， 华北电力大学硕士学位论文 文献仁 1 7 1 1 8 1 仁 1 9 介绍了d t s中数据模型和结构的设计。 文献 2 0 1 介绍了基于组件技术的电力系统实时数据库平台，文献 2 1 介绍 了面向对象 的实时数据库管理系统的研究与开发， 文献 2 3 介绍了遵循 工 e c 6 土 9 7 0 标准的实时数据库管理系统。 综上所述， d t s的研制需要从理论研究到实际应用的各个方面进行探讨， 在 算法和模型上不断改进以提高速度和准确性;在系统硬件和软件的体系结构上要 符合当前开放式的发展趋势以增强可扩展性和互操作性。另外 d t s的功能要立足 于实用、并适应当前电力市场发展的需要。 1 . 2 . 2 d t s 继电保护仿真研究综述 广义的继电保护是指电力系统中的电力元件( 如发电机、 线路等) 或电力系统 本身发生了故障或危机其安全运行的事情时，向运行值班人员及时发出警告信 号，或者直接向所控制的断路器发出调整命令，以终止这些事件发展的一种自动 化措施和设备。这种自动化措施叫继电保护技术，而这种自动化设备叫继电保护 装置; 其中用于保护电力元件的设备称为继电保护装置， 而用于保护电力系统本 身的设备称为安全 自动装置 。在国内，继电保护泛指保护电力元件的继电保护 技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。在国外文献中，除前苏联外， 都把安全自动装置归入继电保护装置。 所以本文的继电保护仿真包含了安全自动 装置的仿真。 保护装置仿真是指通过建立模型来客观再现保护装置的动作特性， 它包括继 电保护仿真和安全自动装置仿真。 保护装置的仿真原理是讨论建立怎样的模型以 及如何建立模型来准确描述保护装置。 这里的模型既包括通常的用方程式表示的 数学模型，又包括逻辑模型。 保护装置仿真的基本要求是正确性、实时性和适用性。正确性的内涵随着保 护装置仿真的使用环境的变化而变化。譬如，d t s中保护装置的正确性的含义是 外部特性与实际保护装置的一致性;为了测试一套保护装置性能而实现的仿真， 其正确性是指内部特性与实际的保护装置具有相同的数学模型。 实时性是保护装 置仿真在线应用最具挑战性的要求。譬如，为了满足实时性要求，d t s中的保护 装置仿真就必须选用合适的仿真方法和高效率的算法。 适应性是指对于不同的电 网结构、 不同的运行状态和不同的一次系统仿真环境都能够客观再现各种保护装 置的静态特性和动态特性。当然，d t s 中保护装置仿真只关心保护装置的静态和 动态的外部特性，而对保护装置内部的实现细节不感兴趣。 根据原理不同，用于 d t s的保护装置仿真主要有两种: 逻辑判别法和定值判 别法。逻辑判别法是从 d t s的特点出发，考虑到在 d t s中故障是由教员设置的， 华北电力大学硕士学位论文 保护在动作之前可以知道故障信息。 定值判别法来源于微机保护的实现方法， 根 据故障仿真的计算结果去比较每一继电保护装置的测量值和条件值。 逻辑比较法通过设定从故障点向外围的开关逻辑和继电保护装置动作时延 的配合来反映选择性，易于满足速动性的要求， 但不能反映保护装置的灵敏性要 求，必须依靠教练员设置保护的拒动和误动来弥补灵敏度的不足，某些运行条件 下仿真结果与实际情况有较大的差别。 定值判别法以数学模型具有的定值配合和 动作时延配合来反映选择性， 靠自身的模型来反映灵敏性要求， 但难以做到实时。 相对于保护的要求而言，一次系统的数学模型十分粗略，保护参量的计算结果与 实际情况有较大差别，导致仿真结果与实际情况也有相当大的距离。 1 . 2 . 2 . 1 地调 d 下 s继电保护仿真的特点 地调d t s的保护仿真具有以下的特点: ( 1 )针对地调网络特色的逻辑判别法 在电力系统稳态仿真时， 保护模拟采用逻辑判别法进行。 当电网发生故障时， 根据故障信息、继电保护安装情况和保护原理来处理保护动作。地区电网需考虑 的特殊之处有以下几点: 地区电网一般为小电流接地系统，当发生无零序通路的单相接地故障时 故障点的电流很小，逻辑保护不动作; 地区电网一般为辐射状电网， 线路或变压器的负荷侧开关上不存在故障电 流，故其后备保护一般不跳负荷侧开关; 地区电网存在 t接线。因此，逻辑保护变得十分复杂。 在模拟时，需要根 据变压器中性点接地刀闸的开合状态来确定变压器的零序通路，并结合故障 信息和电网拓扑信息，在不进行短路电流计算的情况下，判断有无故障电流， 进一步根据保护安装情况及其原理判断保护是否需要动作。 ( 2 ) 保护参量的计算采用 “ 故障分析型” 根据数学模型的不同， 一次系统的仿真可分为“ 潮流分析型” 、 “ 故障分析型” “ 稳定分析型 ” 。 “ 潮流分析型” 仅仅计算系统的潮流、频率等来反应系统的特征，把发电 机看成无机电过程但可静态变化的电源， 也就是计算电力系统在扰动引起的动态 变化过程平息后的运行状态。 进行多平衡节点的动态潮流计算，在考虑发电机调 速器和负荷频率效应基础上进行频率计算、稳态仿真。主要包括网络拓扑、潮流 和频率计算等。 “ 故障分析型” 在静态仿真的基础上再考虑故障瞬间的电磁暂态过程，计 算短路电流分布作为继电保护动作的判据。 “ 稳定分析型 ” 考虑电力元件的动态特性、考虑机 电暂态过程和锅炉等 华北电力大学硕士学位论文 部分动力系统的影响，进行时域积分法仿真。需要解一组代数方程和微分方程 所求解网络包含故障产生和故障切除后的各个网络，即 0 d y 1 d t y)力 (x，(x， 五几 护!1 对网、省调 d t s ,需要利用动态仿真程序来详细模拟电网在事故情况下的动 态行为，求取发电机的摇摆曲线，并判断电网的动态稳定情况。但对地调，所管 辖的发电机少，调度员一般不关心发电机的动态过程。地调 d t s的动态仿真采用 “ 故障一保护一故障”的模式进行，即 “ 故障分析型” 。当电网中发生动态潮流 程序无法处理的故障时，d t s自动切换到故障计算模式计算短路电流，采用定值 法模拟保护动作;在保护动作和重合闸过程中，不断调用故障计算模块，直到电 网中故障被切除且保护不再动作，再转入潮流计算模式。 1 . 2 . 2 . 2 文献内容概述 文献 2 钊建立了用定值判断法实现的距离保护和零序电流保护的数学模型 并与逻辑判断法结合使用， 取长补短， 使得 d t s保护仿真更加贴近实际保护装置， 不仅将 d t s中保护仿真提高到一个新的水平， 而且拓宽了d t s的应用范围。 文献仁 2 5 针对主设备保护、 线路保护、 母线保护及安全自动装置的不同特点， 分析了不同的继电保护和安全自动装置仿真方法的选用原则，并分析了逻辑比较 法在动态仿真中的应用。 文献仁 2 6 1 给出了一种用户定制的二次设备模拟新方法， 即用脚本描述的方法 来实现二次设备模型的定义， 由内部的二次设备驱动来实现对计算过程的控制。 同时， 通过组件模型， 又能抽象某些二次设备的共同部分， 减少用户工作量。对二 次设备的数据分层管理和仿真的速度问题， 提出了一些解决方案。 文献 2 7 介绍了一种变电站保护系统的通用仿真方案。利用动态连接库( d l l ) 技术， 按各保护的保护原理建立保护模型库， 以故障计算为基础， 以整定值和延时 时间为判据， 采取提高实时性的有效措施， 按时间段扫描全部保护。这种方法可使 保护仿真的效果既快速又准确， 并具有很强的通用性， 不仅适用于培训变电站运 行人员， 还可用于培训保护定检人员。 文献 2 8 1 2 9 分别介绍了地区电网d t s 系统中的继电保护仿真实践。 综上所述，目前 d t s产品大都实现了对继电保护的逻辑判断仿真， 其根据继 电保护装置动作判据、安装地点以及故障类型、发生地点进行逻辑判断从而实现 继电保护的动作。逻辑判断仿真与电力系统故障计算无关， 实时性好， 但相比利用 继电保护装置的整定值和故障仿真计算所得电量值进行判断的定值判断仿真则 不够逼真。 但是， 由于定值判断仿真需要建立较准确的继电保护模型， 且对 d t s 的 故障仿真计算有较高的要求， 所以继电保护的定值判断仿真仍是研究的重点。 8 华北电力大学硕士学位论文 另外， 由于实际电力系统中继电保护装置形式多样， 种类繁多，因此 d t s 要求 继电保护装置模型有一个较通用的结构，具有良好的兼容性和适应性。 1 . 3本论文的主要工作 本论文首先简要介绍了地调d t s 系统的总体方案， 然后重点研究了d t s 继电 保护仿真实现的几个关键问题。所作的具体工作包括: ( 1 )首先广泛查阅了d t s 领域的相关文献，了解各 d t s 厂家产品的特点及 应用现状， 对 d t s 系统的硬件和软件体系结构作了深入的研究和比较。 提出了一体化平台下的地调 d t s的设计方案。 ( 2 )研究了d t s中继电保护仿真的方法和数学模型，设计了按不同的保护 原理建立的保护模型，其特点是以故障计算为基础，以整定值和延时 时间为判据，通过添加不同模型的保护，并组合起来，就成为一套保 护装置。此模型具有通用化、模块化、易维护的特点。 ( 3 )设计了继电保护仿真各数据的层次及关系模型，以及各数据表的具体 数据结构。 ( 4 )针对保护装置分层分级的特点，提出了 “ 保护树”的方法，利用此方 法有效减少了仿真时保护判别的数量。 ( 5 )设计了基于 “ 保护树”的保护仿真程序，实现了各种保护和自动装置 的仿真。通过仿真实例对保护模型和程序进行了测试。结果证明，利 用保护树完全可以准确、快速的对继电保护装置进行仿真。 ( 6 )最后提出了提高仿真实时性的若干解决方法。 华北电力大学硕士学位论文 另外， 由于实际电力系统中继电保护装置形式多样， 种类繁多，因此 d t s 要求 继电保护装置模型有一个较通用的结构，具有良好的兼容性和适应性。 1 . 3本论文的主要工作 本论文首先简要介绍了地调d t s 系统的总体方案， 然后重点研究了d t s 继电 保护仿真实现的几个关键问题。所作的具体工作包括: ( 1 )首先广泛查阅了