專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演的仿真方法，適用于開展電網(wǎng)運(yùn)行方式分析以及電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作特性研究技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行特性日趨復(fù)雜。同桿并架雙回線路互感、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化及電磁環(huán)網(wǎng)等因素對(duì)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作正確性產(chǎn)生了較大的影響。電網(wǎng)事故發(fā)生后，第一時(shí)間分析繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作正確性是技術(shù)人員首先需要開展的工作。但是，系統(tǒng)的運(yùn)行方式是瞬息變化的，而保護(hù)誤動(dòng)作的原因是多樣的。事故后的故障分析是從多種原因中找到最可能的答案，得到的結(jié)論往往是“也許、可能”等不確定性的結(jié)論，不利于潛在危險(xiǎn)因素的排查及反事故措施的制定推廣?？陀^需求決定了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演的必要性。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演，可以精確模擬系統(tǒng)故障過程中的各種電氣設(shè)備電氣量的電磁暫態(tài)的變化，重現(xiàn)與實(shí)際系統(tǒng)故障完全一致的仿真環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)際故障重演的仿真方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演的仿真方法，其特征在于其具體步驟如下
(1)通過觀察電網(wǎng)故障錄波圖獲取電網(wǎng)故障的實(shí)際類型及故障發(fā)生的時(shí)間，通過查勘現(xiàn)場(chǎng)及觀察線路保護(hù)裝置的故障測(cè)距記錄，確定電網(wǎng)故障的發(fā)生地點(diǎn)；
(2)利用電力設(shè)備的實(shí)際參數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立電網(wǎng)故障發(fā)生地點(diǎn)的局部電磁暫態(tài)模
型；
(3)利用電網(wǎng)在線運(yùn)行狀態(tài)的潮流斷面數(shù)據(jù)方法，根據(jù)電網(wǎng)故障發(fā)生前最后一個(gè)數(shù)據(jù)斷面建立全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型；
(4)利用仿真工具進(jìn)行全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)與局部電磁暫態(tài)的混合仿真，并在所述局部電磁暫態(tài)模型中設(shè)置與實(shí)際電網(wǎng)故障地點(diǎn)及故障類型一致的故障模型；在全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)與局部電磁暫態(tài)的混合仿真中，所建立的局部電磁暫態(tài)模型與全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型的子網(wǎng)應(yīng)對(duì)應(yīng)一致；
(5)將仿真得到的故障數(shù)據(jù)與變電站內(nèi)錄波器的實(shí)際錄波文件進(jìn)行波形對(duì)比，當(dāng)波形一致時(shí)，則驗(yàn)證所建立的所述故障模型是準(zhǔn)確的；當(dāng)差異較大時(shí)，則將步驟(4)中建立的所述故障模型的過渡電阻及故障點(diǎn)位置進(jìn)行微調(diào)，最終保證波形一致。本發(fā)明的工作原理如下
電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式是瞬息變化的。電網(wǎng)分析人員為了捕捉電網(wǎng)的某些特定運(yùn)行方式 (如電網(wǎng)故障狀態(tài))，必須采取一些特定的辦法及特殊的工具。此外，特定運(yùn)行方式的重現(xiàn)與實(shí)際運(yùn)行方式相比必須保證一定的精度，這樣才能作為電網(wǎng)分析人員的有效分析工具。
本發(fā)明提供了一種只需較小工作量即可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)際故障重演的仿真方法。 首先通過在線運(yùn)行狀態(tài)潮流數(shù)據(jù)與電網(wǎng)離線數(shù)據(jù)的整合，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)故障時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電源點(diǎn)的出力情況，最大程度保證了仿真數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。再次，通過建立電網(wǎng)故障地點(diǎn)的電磁暫態(tài)局部模型，可以準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)故障的類型、故障持續(xù)時(shí)間及故障點(diǎn)。最后，通過仿真數(shù)據(jù)與電網(wǎng)實(shí)際錄波數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以驗(yàn)證利用本發(fā)明提出的方法所得到仿真數(shù)據(jù)的精度。本發(fā)明的有益效果是為電網(wǎng)分析人員提供了一種重現(xiàn)電網(wǎng)異常運(yùn)行方式的方法， 能夠分析各種保護(hù)裝置誤動(dòng)因素，找到主要因素，從而提高了電網(wǎng)分析的準(zhǔn)確性。


圖1為500kV石北-清苑線路發(fā)生C相接地故障的故障錄波圖。其中，圖1-1為石北站故障錄波圖，圖1-2為清苑站故障錄波圖2為利用故障發(fā)生時(shí)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)斷面建立的全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型； 圖3為故障發(fā)生地點(diǎn)的局部電磁暫態(tài)模型；
圖4為仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際故障數(shù)據(jù)的對(duì)比。其中，圖4-1為石北側(cè)C相短路電流對(duì)比圖， 圖4-2為清苑側(cè)C相短路電流對(duì)比圖。在圖3中，1為故障線路一端的機(jī)電暫態(tài)接口，2為故障線路另一端的機(jī)電暫態(tài)接口 ；在圖4中實(shí)線為仿真電流波形圖，虛線為實(shí)際電流波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1
本實(shí)施例是對(duì)500KV石北-清苑線路發(fā)生C相接地故障的重演仿真方法。本實(shí)施例的方法步驟如下
(1)通過觀察電網(wǎng)故障錄波圖獲取電網(wǎng)故障的實(shí)際類型及故障發(fā)生的時(shí)間，通過查勘現(xiàn)場(chǎng)及觀察線路保護(hù)裝置的故障測(cè)距記錄，確定電網(wǎng)故障的發(fā)生地點(diǎn)；
參見圖1，圖1為500kV石北-清苑線路發(fā)生C相接地故障的故障錄波圖。通過分析， 可從錄波圖中獲知故障發(fā)生的時(shí)間及C相故障以及電氣量的變化(波形)。(2)利用電力設(shè)備(如發(fā)電機(jī)、變壓器、負(fù)荷、線路)的實(shí)際參數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立電網(wǎng)故障發(fā)生地點(diǎn)的局部電磁暫態(tài)模型；
參見圖3，圖3為手動(dòng)建立的電網(wǎng)故障點(diǎn)局部電磁暫態(tài)模型。圖中，BUS1、BUS2分別對(duì)應(yīng)了圖2中同名的母線，BUS3、BUS4、BUS6、BUS7是為了添加斷路器元件而增設(shè)的母線，BUS5 是為了添加故障元件Faultl而增設(shè)的母線。Breakerl-Breaker4為輸電線路Linel、Line2 兩側(cè)的斷路器，在仿真模型中，可以通過斷路器元件采集流經(jīng)故障線路的短路電流。Linel、 Line2分別對(duì)應(yīng)了圖2中同名的輸電線路，每條輸電線路均采用π型等效電路。為了增設(shè)故障元件Faultldf Linel分割為兩條線路Linel-I及LinelUS Linel-I及Linel_2的線路長(zhǎng)度之和與Linel相等。Faultl為故障元件，可以通過故障元件設(shè)置故障類型(單相接地故障、相間故障、相間接地故障等)。同時(shí)，也可以設(shè)置過渡電阻、故障發(fā)生時(shí)間及持續(xù)時(shí)間。Faultl所連接的母線BUS5左右兩側(cè)線路Linel-I及Linel-2的長(zhǎng)度代表了電網(wǎng)故障發(fā)生的地點(diǎn)。
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故障發(fā)生在線路Linel側(cè)，通過采集Breakerl、Breaker3的故障相電流并與實(shí)際錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以驗(yàn)證故障重演仿真模型的仿真精度。(3)利用公開專利201010553716. 6所實(shí)現(xiàn)的電網(wǎng)在線運(yùn)行狀態(tài)的潮流斷面數(shù)據(jù)方法，根據(jù)電網(wǎng)故障發(fā)生前最后一個(gè)數(shù)據(jù)斷面建立全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型；
參見圖2，圖2為利用電網(wǎng)故障時(shí)刻前的在線潮流數(shù)據(jù)斷面建立的全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型， 用來模擬系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行背景。在機(jī)電暫態(tài)模型上劃分兩個(gè)子網(wǎng)，將需要建立電磁暫態(tài)模型的部分劃為一個(gè)子網(wǎng)EMT，包括BUS1、BUS2及兩條母線的聯(lián)絡(luò)線linel、line2。將電網(wǎng)其它設(shè)備劃為另一個(gè)子網(wǎng)ST。圖中，BUS1、BUS2分別代表了石北站及清苑站的500kV母線。(4)利用仿真工具進(jìn)行全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)與局部電磁暫態(tài)的混合仿真，并在所述局部電磁暫態(tài)模型中設(shè)置與實(shí)際電網(wǎng)故障地點(diǎn)及故障類型一致的故障模型；在全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)與局部電磁暫態(tài)的混合仿真中，所建立的局部電磁暫態(tài)模型與全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型的子網(wǎng)應(yīng)對(duì)應(yīng)一致；
(5)將仿真得到的故障數(shù)據(jù)與變電站內(nèi)錄波器的實(shí)際錄波文件進(jìn)行波形對(duì)比，當(dāng)波形一致時(shí)，則驗(yàn)證所建立的所述故障模型是準(zhǔn)確的；當(dāng)差異較大時(shí)，則將步驟(4)中建立的所述故障模型的過渡電阻及故障點(diǎn)位置進(jìn)行微調(diào)，最終保證波形一致。參見圖4，圖4為仿真電流與電網(wǎng)實(shí)際故障電流的對(duì)比圖。圖4-1為圖2及圖3 中的BUSl側(cè)的短路電流波形對(duì)比圖，圖4-2為圖2及圖3中BUS2側(cè)的短路電流波形對(duì)比圖。其中，虛線標(biāo)識(shí)的是故障錄波圖記錄的故障電流波形，實(shí)線標(biāo)識(shí)的是本實(shí)施例獲取的仿真電流波形。從圖中可以看出，故障電流的擬和程度非常高。這樣可以驗(yàn)證，利用本發(fā)明提出的方法可以實(shí)現(xiàn)精確的電網(wǎng)故障重演。
權(quán)利要求
1. 一種實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演的仿真方法，其特征在于其具體步驟如下(1)通過觀察電網(wǎng)故障錄波圖獲取電網(wǎng)故障的實(shí)際類型及故障發(fā)生的時(shí)間，通過查勘現(xiàn)場(chǎng)及觀察線路保護(hù)裝置的故障測(cè)距記錄，確定電網(wǎng)故障的發(fā)生地點(diǎn)；(2)利用電力設(shè)備的實(shí)際參數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立電網(wǎng)故障發(fā)生地點(diǎn)的局部電磁暫態(tài)模型；(3)利用電網(wǎng)在線運(yùn)行狀態(tài)的潮流斷面數(shù)據(jù)方法，根據(jù)電網(wǎng)故障發(fā)生前最后一個(gè)數(shù)據(jù)斷面建立全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型；(4)利用仿真工具進(jìn)行全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)與局部電磁暫態(tài)的混合仿真，并在所述局部電磁暫態(tài)模型中設(shè)置與實(shí)際電網(wǎng)故障地點(diǎn)及故障類型一致的故障模型；在全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)與局部電磁暫態(tài)的混合仿真中，所建立的局部電磁暫態(tài)模型與全網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)模型的子網(wǎng)應(yīng)對(duì)應(yīng)一致；(5)將仿真得到的故障數(shù)據(jù)與變電站內(nèi)錄波器的實(shí)際錄波文件進(jìn)行波形對(duì)比，當(dāng)波形一致時(shí)，則驗(yàn)證所建立的所述故障模型是準(zhǔn)確的；當(dāng)差異較大時(shí)，則將步驟(4)中建立的所述故障模型的過渡電阻及故障點(diǎn)位置進(jìn)行微調(diào)，最終保證波形一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障重演的仿真方法，本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是首先通過在線運(yùn)行狀態(tài)潮流數(shù)據(jù)與電網(wǎng)離線數(shù)據(jù)的整合，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)故障時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電源點(diǎn)的出力情況，最大程度保證了仿真數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。再次，通過建立電網(wǎng)故障地點(diǎn)的電磁暫態(tài)局部模型，可以準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)故障的類型、故障持續(xù)時(shí)間及故障點(diǎn)。最后，通過仿真數(shù)據(jù)與電網(wǎng)實(shí)際錄波數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以驗(yàn)證利用本發(fā)明提出的方法所得到仿真數(shù)據(jù)的精度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于為電網(wǎng)分析人員提供了一種重現(xiàn)電網(wǎng)異常運(yùn)行方式的方法，可以分析各種保護(hù)裝置誤動(dòng)因素，找到主要因素，從而提高了電網(wǎng)分析的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102298671SQ20111017931
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者唐寶峰, 楊瀟, 王曉蔚, 王芷路, 范輝 申請(qǐng)人:河北省電力研究院