《分布式发电与微电网应用技术 》课件-第7章 电力系统动态模拟

分布式发电与微电网应用技术

第7章电力系统动态模拟

电力系统动态模拟也称电力系统物理模拟，是进行电力系统分析和研究的重要方法之一。它是根据相似原理建立的一种接近于原系统物理本质的物理模型，是实际电力系统按一定比例关系缩小了的，而又保留其物理特性的电力系统复制品。电力系统动态模拟主要由模拟发电系统、模拟变电系统、模拟输电系统、模拟用电系统包括负荷和有关调节、控制、测量、保护等模拟装置组成。7.1电力系统动态模拟的特点电力系统动态模拟具有以下特点：1）可以在模型上直接观察到所研究课题在电力系统中产生的全部物理过程，获得明确的物理概念，并可方便地对电力系统特性和各种物理过程进行定性的研究。2）对目前还不能或不完全能用数学方程很好描述的问题，可以方便地利用动态模拟探求问题的物理本质，也可以校验现有理论和数学模型的合理性、正确性，使理论和数学模型更加完善。3）对一些新型的继电保护和自动装置，可以直接接入动态模拟系统研究。由于不可能在原型系统中人为制造各种短路事故，以校验继电保护装置的性能，因此将新型的继电保护装置接入动态模拟系统，进行各种短路故障试验，考核保护装置的各种性能。动态模拟的缺点是模拟设备加工比较困难、建设周期长、投入经费大，同时参数的调整受到一定的限制，对比较复杂的原型系统一般需要进行一些简化，才能在动态模拟上进行试验研究。7.1电力系统动态模拟的特点电力系统动态模拟具有以下特点：1）可以在模型上直接观察到所研究课题在电力系统中产生的全部物理过程，获得明确的物理概念，并可方便地对电力系统特性和各种物理过程进行定性的研究。2）对目前还不能或不完全能用数学方程很好描述的问题，可以方便地利用动态模拟探求问题的物理本质，也可以校验现有理论和数学模型的合理性、正确性，使理论和数学模型更加完善。3）对一些新型的继电保护和自动装置，可以直接接入动态模拟系统研究。由于不可能在原型系统中人为制造各种短路事故，以校验继电保护装置的性能，因此将新型的继电保护装置接入动态模拟系统，进行各种短路故障试验，考核保护装置的各种性能。动态模拟的缺点是模拟设备加工比较困难、建设周期长、投入经费大，同时参数的调整受到一定的限制，对比较复杂的原型系统一般需要进行一些简化，才能在动态模拟上进行试验研究。7.1电力系统动态模拟的特点

根据相似理论，模型和原型系统的物理现象相似意味着：在模型和原型中用以描述现象过程的相应参数和变量在整个研究过程中只差一个不变、无量纲的比例系数。只要模型系统的物理量标幺值与原型系统相等，则可定义为两者实现了相似。1.变压器的模拟2.输电线路的模拟7.3电力系统模拟方案的选择

要在动态模拟上对给定的原型系统进行模拟研究。首先，应确定被模拟的原型系统；然后，在动态模拟实验室构造一个与原型系统结构相同、参数及变量标幺值相等、时间常数相等的模拟系统，进而在该模型上进行试验研究。因为真实电力系统是复杂的，系统节点数、支路数、发电机台数有很多，且负荷分散，特性也是多种多样的。在动态模拟实验室中，对复杂的电力系统原型进行完全的模拟是不可能的，也是不必要的。在建立模拟方案时需要考虑以下问题1）对需要研究的课题进行分析，明确任务、性质和范围；对需要着重研究的部分，应该精确模拟；对于其他部分，可以进行简化。2）对原型系统应有深刻了解，对原型参数、特性及原型资料进行分析，对研究课题影响不大或不重要的部分进行合理的简化或等值，尽量使得被模拟的原型系统规模不要太大、太复杂。3）应考虑实验室现有的模拟设备及其参数、特性，使得最后确定的原型系统的动态模拟模型是实验室可以实现的。7.4微电网动态模拟实验系统组成

一个完整的微电网动态模拟实验系统主要由操作后台、模拟风机和光伏发电系统、高低压测控屏、模拟输电线路、无穷大电源系统、四遥（遥信，遥测，遥控，遥调）系统等部分组成，是一个结构、特性十分复杂的系统。微电网物理模拟实验室建设应以实用性为原则，严格按照电力行业标准的要求建立模型，采用现代化的控制方式，模拟原型系统的控制设备特性，使模型系统更真实地反映原型系统，力争将物理模拟实验室建设成为实用性强、使用维护方便的电力系统综合试验研究平台。7.5.1继电保护基本概念

在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种故障；在电力系统运行的过程中，存在着如过负荷运行等的不正常运行状态。无论是电力系统发生故障还是处于不正常运行状态，都会对电力系统的安全稳定运行、电力设备的安全以及电能质量产生不同程度的影响。继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行；电力系统安全自动装置则用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生或中止已开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故，如电力系统失去稳定、频率崩溃或电压崩溃等，二者是一种互相配合的关系。7.5.2继电保护的基本任务

1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件(设备)从电力系统中切除，使非故障部分继续安全稳定运行。2）发生不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸装置相配合。7.5.3电力系统对继电保护的基本要求

对电力系统继电保护装置的基本性能要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。1）选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全稳定运行。2）速动性指的是在发生故障时，保护装置能迅速动作切除故障，从而缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对重大负荷、用户工作的影响，提高系统的稳定性。3）灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。4）可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时应能正确动作，而对于不属于它动作的情况，则不应该误动作。这些要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别进行协调，最终达到“四统一”。7.5.4继电保护的基本原理

继电保护装置的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量作为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑判断环节，最后由控制环节发出相应的跳闸脉冲或信号。1.利用基本电气参数的区别2.利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位(或功率方向)的差别3.不对称分量是否出现4.反应非电气量的保护7.5.5继电保护装置的组成

继电保护装置的种类虽然很多，但是在一般情况下都是由三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如图所示。1）测量部分测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或几个物理量，并和已给定的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。2）逻辑部分逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。3）执行部分执行部分的作用是根据逻辑部分送来的信号，最后完成保护装置所担负的任务，如发出信号、跳闸或不动作等。7.5.6继电保护装置元件

一套完整的继电保护装置一般由负责采集一次设备电气量的测量元件、反应一个或多个故障量而动作的继电器、组成逻辑回路的时间元件和输入输出回路的中间元件等组成1.测量元件（1）电压互感器（PotentialTransformer，PT）（2）电流互感器（CurrentTransformer，CT）2.继电器（1）依照在继电保护装置中的不同作用，可将继电器分为测量继电器和辅助继电器两大类。1）测量继电器能直接反应于电气量的变化。按所反应电气量的不同，又可分为电流继电器、电压继电器、功