基于故障再现的继电保护数字—物理混合动态仿真测试系统的研究

论文摘要

随着电力系统的发展,电网规模的不断扩大,输电线路的故障如不能快速准确地切除而引起故障扩大甚至系统失稳所带来的经济损失和社会影响是难以估量的。因此对继电保护装置的性能要求越来越高。为了提高保护的可靠性,对继电保护在线路故障时的动作特性进行预先仿真、研究,以及事故后进行准确的校验、分析都是十分必要的。本文作者在深入研究现有的电力系统仿真理论基础上,提出并且开发了“基于故障再现的继电保护数字-物理混合动态仿真测试系统”,并且利用该系统进行了大量的继电保护方面的研究。本论文首先介绍了电力系统继电保护及其测试技术以及仿真技术的发展及现状,提出本课题的设计研究任务。论文的第二章重点进行系统仿真、电力系统仿真建模和Matlab SPS（Simpowersystem）电力系统仿真组件的深入探讨。在第三章中,作者利用现有的软硬件条件,开发了“基于故障再现的继电保护数字-物理混合动态仿真测试系统”。论文的第四章利用本仿真测试系统对电力系统距离保护判据特性进行了深入研究,并且进行了距离保护特性的实际测试,并进而进行仿真对反向分支支路故障对距离保护的影响和比相式接地阻抗继电器的动作特性以及系统振荡时距离保护的动作特性这三个问题进行了研究。第五章研究了该系统在继电保护整定值校核方面的应用,通过灵活的电力系统故障仿真,实现对全网继电保护定值的仿真校验。在第六章中,本文作者将本系统和实验室现有的WLZB-II型线路保护实验台和WBB-III型变压器保护实验台有机的结合,形成一套完整的继电保护数字-物理混合动态闭环仿真教学培训系统,对新疆大学电气工程学院现有的继电保护实验室进行了有益的开发。最后的第七章对本课题的研究成果进行分析评估,总结了优点和存在的不足之处,并且对未来该课题的深入研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、依据和意义
• 1.1.1 课题的背景和依据
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 国内外继电保护及测试技术的发展历程及现状
• 1.2.1 继电保护技术和理论的发展历史及现状
• 1.2.2 国内外继电保护测试技术的发展历程及现状
• 1.3 电力系统仿真技术的发展历程及现状
• 1.4 课题研究的内容
• 第二章 电力系统仿真理论研究
• 2.1 电力系统仿真
• 2.1.1 系统仿真定义
• 2.1.2 电力系统三类动态过程及其仿真方法
• 2.1.3 电力系统实时仿真
• 2.2 电力系统仿真模型及方法
• 2.2.1 电磁暂态过程仿真
• 2.2.2 电磁暂态网络计算模型
• 2.2.3 数值积分方法
• 2.2.4 交流网络元件模型
• 2.3 Matlab 电力系统仿真
• 2.3.1 MATLAB 语言介绍
• 2.3.2 Simulink 简介
• 2.3.3 基于 SPS 的电力系统仿真分析
• 第三章 系统的软硬件实现
• 3.1 系统的硬件构成方案设计
• 3.1.1 DSP+FPGA 构成的数字信号处理系统
• 3.1.2 D/A 数模转换电路
• 3.1.3 功率放大电路
• 3.1.4 开关量输入输出电路
• 3.1.5 异常工况报警系统
• 3.1.6 系统技术性能指标
• 3.2 系统的软件实现
• 3.2.1 总流程
• 3.2.2 基于COMTRADE 标准的故障再现的实现
• 3.2.3 混合编程与COM 技术
• 3.2.4 系统集成及各模块功能介绍
• 3.3 小结
• 第四章 系统在距离保护特性研究中的应用
• 4.1 距离保护原理简介
• 4.1.1 电力系统距离保护
• 4.1.2 常规距离保护
• 4.2 短路点过渡电阻对距离保护的影响
• 4.2.1 对单侧电源线路的影响
• 4.2.2 对双侧电源线路的影响
• 4.2.3 三段式接地距离继电器躲过渡电阻能力分析
• 4.2.4 三段式相间距离继电器躲过渡电阻能力分析
• 4.2.5 多边形继电器特性躲过渡电阻能力分析
• 4.2.6 工频变化量方向元件躲过渡电阻能力分析
• 4.2.7 工频变化量距离元件躲过渡电阻能力分析
• 4.3 本测试系统在距离保护特性研究中的应用
• 4.3.1 在距离保护特性测试中的应用
• 4.3.2 在反向分支支路故障对距离保护影响问题分析中的应用研究
• 4.3.3 在比相式接地阻抗继电器动作特性分析中的应用研究
• 4.3.4 在系统振荡时阻抗继电器动作特性分析中的应用研究
• 4.4 小结
• 第五章 继电保护定值整定校核研究
• 5.1 定值整定的一般原则以及存在的问题
• 5.1.1 定值整定的一般过程
• 5.1.2 定值整定中存在的问题
• 5.2 本系统定值校核的原理
• 5.3 算例
• 5.3.1 伊犁某单电源独立电网
• 5.3.2 建立仿真模型
• 5.3.3 测试及结论
• 第六章 继电保护仿真教学系统的研究
• 6.1 新疆大学电气工程学院微机继电保护实验室介绍
• 6.2 继电保护仿真教学系统的构成
• 6.3 继电保护仿真试验教学系统的测试界面
• 6.4 继电保护仿真试验教学系统的评价
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢