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基于RTDS的微机保护实时仿真系统研究

作　者: 杨星星
导　师: 张沛超
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 微机保护 RTDS 实时仿真多线程仿真步长组件技术电力系统
分类号: TM774
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 112次
引　用: 1次
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内容摘要

长期以来,人们在电力一次系统仿真方面做了大量研究,电力系统数字仿真已发展为一门比较成熟的学科。但在继电保护等二次系统数字仿真方面的研究工作则相对较少。近年来,由于高压直流输电技术(HVDC)和灵活交流输电技术(FACTS)不断引进电力系统中,对电力二次系统数字仿真技术提出了更高的要求,基于这方面的研究也逐渐得到了重视。传统方式下建立的保护仿真模型都是离线、开环的。由于在整个仿真过程中一次系统与保护、控制系统不能实时相互反馈,故难以反映实际系统的动态特性。基于RTDS的微机保护仿真系统依靠强大的并行处理能力,可以同时仿真电力一次系统和保护系统,实现真正的实时、闭环仿真。仿真结果更接近于系统真实运行情况,可以大大提高微机保护研发、分析和测试的效率。本文分析了微机保护实时闭环仿真系统的研究意义,指出其具有较高的应用价值,可以作为研究平台、事故分析平台、试验测试平台以及教学培训平台;分析了微机保护仿真系统的两种典型应用方式,并对比研究了各种方式的优缺点;分析了基于RTDS的微机保护闭环实时仿真系统的硬件架构和软件架构,提出利用集成化和模块化的思想开发保护组件,保护功能单元中对组件的划分方法依照IEC 61850标准。并以方向元件、选相元件和启动元件为例,详细说明了基于RTDS的微机保护实时仿真组件技术。实时数字仿真系统对仿真步长有着严格的要求,其主要取决于所研究对象的频率范围。但是,RTDS无法为一次系统和控制子系统指定不同的仿真步长,这就迫使保护仿真必须在最小时间步长(50~60 us )内完成。由此带来的问题是,或者保护仿真无法达到实时性的要求,或者导致大量重复计算。本文创新性的提出多线程技术原理,将复杂的控制系统算法模块化,通过对线程的合理调度和相继运行,实现将控制算法跨越多个仿真步长计算,从而有效的解决了以上问题。本课题基于RTDS平台,开发了一套完整的数字式超高压方向纵联保护仿真系统;本文提出利用CBuilder自定义组件技术开发微机保护仿真模型,大大提高了微机保护实时仿真系统的稳定性和工程开发的灵活性,并最终开创性的实现了实时闭环仿真测试。另外,本课题引入基于脚本的自动化测试技术,实现了在RTDS平台上对微机保护实时仿真系统的全自动化测试,有效提高了测试的效率和准确度,具有较高的研究意义和推广价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 电力系统实时仿真系统概述  12-13
  1.2 实时数字仿真装置RTDS 介绍  13-17
    1.2.1 硬件结构  14-15
    1.2.2 软件结构  15-16
    1.2.3 典型应用方式  16-17
  1.3 微机保护实时闭环仿真的意义  17-19
  1.4 全文结构  19-21
第二章保护算法组件  21-40
  2.1 引言  21-24
  2.2 保护算法组件分类  24-26
  2.3 方向元件  26-31
    2.3.1 突变量方向元件  26-28
    2.3.2 零序电流方向元件  28-30
    2.3.3 负序方向元件  30-31
  2.4 选相元件  31-36
    2.4.1 突变量选相元件  32-34
    2.4.2 稳态序分量选相元件  34-36
    2.4.3 阻抗和低电压选相元件  36
  2.5 启动元件  36-39
    2.5.1 相电流突变量启动元件  37-39
    2.5.2 零序电流辅助启动元件  39
    2.5.3 静稳破坏启动元件  39
  2.6 本章小结  39-40
第三章实时仿真关键技术  40-53
  3.1 CBuilder 组件技术  40-45
    3.1.1 RTDS 仿真模型  40-41
    3.1.2 CBuilder 模块介绍  41-44
    3.1.3 保护仿真模型  44-45
  3.2 多线程技术  45-49
    3.2.1 多线程技术原理  45-46
    3.2.2 线程划分  46-47
    3.2.3 线程监视结果  47-49
  3.3 快速递推傅里叶差分算法  49-51
    3.3.1 传统的非递推傅氏算法  49
    3.3.2 傅氏递推算法  49-51
  3.4 基于脚本的自动化测试技术  51
  3.5 本章小结  51-53
第四章实时仿真测试系统  53-63
  4.1 系统总体结构  53-54
  4.2 测试用一次子系统  54-55
  4.3 故障控制子系统  55-57
  4.4 测试结果  57-62
    4.4.1 保护实时仿真系统主界面  57-58
    4.4.2 区内金属性故障  58-60
    4.4.3 区外金属性故障  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章全文总结  63-66
  5.1 本文研究所取得的成果  63-64
  5.2 课题展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间论文发表和科研成果情况  70-72

基于RTDS的微机保护实时仿真系统研究

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