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新疆電網安全穩(wěn)定控制裝置仿真實驗研究

文檔作者：郝紅巖1 秦艷輝2 孫誼?`2 于永軍2 劉大貴2 文檔來源： 1、國網新疆電力公司電力調度控制中心 2、國網新疆電力公司電力科學研究院		點擊數：	更新時間： 2021年01月02日
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新疆電力技術2016 年第2 期總第209 期
新疆電網安全穩(wěn)定控制裝置仿真實驗研究
摘要：安全穩(wěn)定控制裝置是保證電力系統(tǒng)
安全穩(wěn)定運行的重要手段，是提高電力系統(tǒng)安全
穩(wěn)定性、防范電網穩(wěn)定事故、防止發(fā)生大面積停電
事故的有效措施。本文結合新疆電網的特點，在
新疆電網全過程數字仿真中心搭建機電-電磁暫
態(tài)混合仿真模型，開展復雜電網仿真研究，通過對
安全穩(wěn)定控制裝置進行數字動模仿真試驗，掌握
安全穩(wěn)定裝置性能特點，豐富安全穩(wěn)定控制裝置
測試手段，優(yōu)化穩(wěn)定控制策略，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運
行提供有效技術支持。
關鍵詞：電網安全穩(wěn)定控制裝置仿真
0 引言
電力是現(xiàn)代社會的主要能源，與國民經濟建
設和人民生活有著極為密切的關系，隨著西電東
送步伐的加快，特高壓交、直流輸電相繼開在新疆
開工建設，直流饋入對受、送端電網穩(wěn)定性的影響
也在加劇，大型能源基地建設必將帶來新的電網
穩(wěn)定問題，而安全穩(wěn)定控制裝置是保證電力系統(tǒng)
安全穩(wěn)定運行的重要手段。
結合新疆電網的特點，在新疆電網全過程數
字仿真中心進行安全穩(wěn)定控制裝置數字動模仿真
實驗，采用全數字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數字
化接口裝置（ADPSS-DID-B1），在大電網中開展
機電-電磁暫態(tài)混合仿真，以阜東變安全穩(wěn)定控制
裝置控制策略進行機電-電磁混合數字動模實驗，
深入掌握安全穩(wěn)定裝置性能特點，豐富安全穩(wěn)定
控制裝置測試手段，優(yōu)化穩(wěn)定控制策略，為電網安
全穩(wěn)定運行提供技術支撐。
1 ADPSS 外接數字化裝置的接口技術
1.1 ADPSS 接口技術整體構架
基于ADPSS智能裝置調試系統(tǒng)包含全數字實
時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數字化接口裝置（ADPSSDID-
B1），ADPSS仿真系統(tǒng)可以對智能站所在一
次系統(tǒng)進行電磁暫態(tài)仿真，按照固定的仿真步長
計算被測系統(tǒng)所需要的電流、電壓等信息，數字化
接口裝置對合并單元+智能斷路器統(tǒng)一建模，以
“數字<->數字”的轉換方式將仿真系統(tǒng)計算產生
的電氣量信息實時轉換成為符合IEC61850規(guī)約
郝紅巖1 秦艷輝2 孫誼媊2 于永軍2 劉大貴2
1、國網新疆電力公司電力調度控制中心（烏魯木齊830002）
2、國網新疆電力公司電力科學研究院（烏魯木齊830011）
·1·
2016 年第2 期總第209 期新疆電力技術
的報文發(fā)送給被測系統(tǒng)，同時采集保護裝置的跳
合閘GOOSE報文，轉換為開關動作信息后帶入實
時仿真，從而將智能站二次系統(tǒng)介入全數字實時
仿真中開展閉環(huán)動態(tài)試驗研究，如圖1所示。
圖1 ADPSS 系統(tǒng)整體構架示意圖
1.2 ADPSS 全數字實時仿真系統(tǒng)
ADPSS仿真系統(tǒng)可以采用純電磁暫態(tài)仿真或
機電-電磁暫態(tài)混合仿真方式，分析和計算故障或
操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓和過電流，根據所
得到的暫態(tài)過電壓和過電流對相關電力設備進行
合理設計。
(1)可模擬電力系統(tǒng)的各種暫態(tài)過程，包括操
作暫態(tài)、諧振暫態(tài)、故障暫態(tài)等。
(2)具有分網并行計算功能，實現(xiàn)了一定規(guī)模
電磁暫態(tài)網絡的實時或超實時仿真。
(3)可通過A/D和D/A轉換接口或IEC61850接
口接入智能或常規(guī)二次裝置，進行電力系統(tǒng)的仿
真研究或裝置試驗。
(4)具有大電網背景下繼電保護設備試驗功
能，可通過模擬實際規(guī)模的背景電網的運行特性，
全面考察被測試對象在大電網中的行為及其對電
網的影響。
1.3 數字化接口裝置（ADPSS-DID-B1）
數字化接口裝置主要包括機箱、底板、電源
板、同步板、功能板。機箱用于安裝機箱內模塊；
底板用于提供電源總線、同步總線和PCI總線等；
同步板用于接收外部同步信號，并轉發(fā)給內部所
有功能板；功能板包括一個背扣的IEC61850-9-
2、GOOSE協(xié)議轉換板和FT3協(xié)議轉換板，每個功
能板具有多個電口和光口，提供了與仿真系統(tǒng)的
服務器、數字化智能裝置（IED）之間的接口，實現(xiàn)
仿真系統(tǒng)數據和數字化智能裝置（IED）數據之間
的格式轉換功能，其中每一個光口都可以連接一
臺IED，根據試驗需要可以靈活配置不同功能板
的數目，如圖2所示。
圖2 數字化接口裝置結構原理圖
1.4 硬件實現(xiàn)
本裝置采用寬19英寸，高度8U的插箱，安裝
在機柜上使用。同步模塊，內置GPS 模塊，插上
GPS天線即可工作；支持IRIG-B (B碼)同步；提供
100M電以太網接口用于配置、固化功能模塊的程
序
功能模塊：最多支持6 個功能模塊或空面板，
主要由1個千兆電以太網接口，8個百兆光以太網
·2·
新疆電力技術2016 年第2 期總第209 期
接口，8個FT3接口和相關指示燈組成。每個功能
模塊可以模擬采樣值發(fā)布：1-8口均可；目前只是
IEC61850-9-2，IEC61850-9-2LE，滿足國網、南網
技術要求。發(fā)送SMV（IEC-61850-9-2）時，采樣
值離散度優(yōu)于±80ns，滿足國網±10us要求。每個
功能模塊可以模擬GOOSE 發(fā)布：1-8口均可；每
個功能模塊可以模擬GOOSE 訂閱：默認第8 口。
電源模塊，面板上放置帶燈翹板開關，正常工作時
導通點亮，斷開熄滅。
2 ADPSS 機電-電磁混合仿真技術
機電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真是指，在一次仿
真過程中將計算對象的電網拓撲按照需要分割成
機電暫態(tài)計算網絡和電磁暫態(tài)計算網絡分別實施
計算，通過電路連接界面（即接口上的數據交換）
實現(xiàn)一體化仿真過程。實現(xiàn)電力系統(tǒng)機電暫態(tài)與
電磁暫態(tài)混合仿真，一方面擴大了電磁暫態(tài)仿真
的規(guī)模，另一方面也為電磁暫態(tài)網絡的仿真分析
提供了必要的系統(tǒng)背景。采用機電暫態(tài)-電磁暫
態(tài)混合仿真技術進行工程分析和應用，既能避免
由于仿真規(guī)模限制而產生的系統(tǒng)等值工作量，又
能大大提高系統(tǒng)分析研究的準確度，對于研究交
直流互聯(lián)系統(tǒng)、大功率電力電子設備對系統(tǒng)運行
的動態(tài)影響等都將起到切實作用。
電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)混合仿真的基本原理如
圖3所示，系統(tǒng)中常規(guī)交流部分的動態(tài)響應過程
相對較慢，采用機電暫態(tài)程序仿真；而對需要進行
詳盡研究的局部區(qū)域或特定元件采用更為精確的
電磁暫態(tài)程序仿真。在混合仿真中，當一側進行
仿真時，另一側采用合適的等值電路來代替，數據
交換只發(fā)生在機電暫態(tài)步長點，即每隔一個機電
步長的時間兩側交換一次數據。實現(xiàn)了快慢不同
時間尺度暫態(tài)過程的聯(lián)合仿真，解決了大容量電
力電子設備與大電網相互影響仿真準確度的技術
難題。
圖3 電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)混合仿真
混合仿真的關鍵是機電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)
仿真的接口設計。由于機電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)
仿真在模型處理、積分步長、計算模式上的不同，
必須選擇適當的接口方式和接口位置，在本側網
絡計算中充分考慮對側網絡信息，從而保證仿真
的數值穩(wěn)定性和準確性。
3 機電-電磁混合仿真計算建模
采用全數字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數字化
接口裝置（ADPSS-DID-B1），在大電網中開展機
電-電磁暫態(tài)混合仿真，以阜東變安全穩(wěn)定控制裝
置控制策略進行機電-電磁混合數字動模實驗。
3.1 機電側仿真計算建模
針對220kV阜東變安全穩(wěn)定控制裝置的動作
策略，計算程序采用PSASP7.1電力系統(tǒng)分析綜合
程序，在新疆2014年冬大方式的基礎上，保證疆
電外送輸送功率的情況下，調整神火電廠、宜化電
廠、古泉電廠、其亞電廠等機組出力，在康池線檢
修，烏阜東一線、烏阜東二線、池天線運行，烏阜東
雙線+池天線斷面?zhèn)鬏敼β?00.7MW。
以阜東變?yōu)橹行南蛲庋由?，建立局部地區(qū)單
·3·
2016 年第2 期總第209 期新疆電力技術
線圖，其中包括750kV 烏北變、220kV 阜東變、
220kV瑤池變、220kV吉木薩爾變、220kV天龍礦
業(yè)變、魯康電廠、天池電廠。具體情況如圖4 所
示。對新疆電網做網絡劃分，采用手動方式將新
疆劃分為電磁子網和機電子網。其中220kV阜東
變、220kV瑤池變劃分入電磁子網，其余部分劃入
機電子網。分網結構如圖5所示。
圖4 PSASP 模型單線圖
圖5 PSASP 模型分網手工分網信息圖
3.2 電磁側計算建模
計算采用ETSDAC（電磁暫態(tài)計算程序）電磁
暫態(tài)分析軟件建立模型。ETSDAC所涉及到參數
與PSASP綜合程序中所用參數保持一致。潮流輸
入中的電壓幅值、相角、發(fā)電機功率、負荷等情況
由PSASP7.1 電力系統(tǒng)分析綜合程序計算得出。
通過在瑤池220kV母線側、阜東220kV母線側建
立機電暫態(tài)接口，使電磁暫態(tài)模型與機電暫態(tài)模
型關聯(lián)得到機電—電磁混合模型。具體模型如圖
6所示：
圖6 ETSDAC 模型
3.3 數字化接口箱、安全穩(wěn)定控制裝置連接情
況
圖7 數字化接口元件設置
由于安全穩(wěn)定控制裝置的動作策略與所涉及
到變電站的電壓、電流、功率的采集量和定值有
關。應用程序中物理接口設置，通過物理裝置接
·4·
新疆電力技術2016 年第2 期總第209 期
口箱將上述所涉及各測點的電壓信號、電流信號
傳送給功率放大器，再由功率放大器向安穩(wěn)裝置
輸出相關的采集量。安穩(wěn)裝置通過采集量與定值
的對比來判斷該裝置動作與否。
數字化接口元件設置如圖7所示：合并單元
模型如圖8所示
圖8 合并單元模型
4 仿真結果與分析
4.1 安全穩(wěn)定控制裝置的動作策略
采用RCS-992穩(wěn)定控制裝置進行動模試驗，
其主要功能為檢測線路的三相電壓和電流，識別
系統(tǒng)的運行方式，進行故障判別,按策略執(zhí)行切
機、切負荷措施。針對220kV阜東變穩(wěn)控裝置的
功能，對康池線檢修，烏阜東一線、烏阜東二線、池
天線運行，烏阜東雙線+池天線斷面?zhèn)鬏敼β蚀笥?
給定值時，切除昌吉東部和大工業(yè)負荷策略進行
實驗。
4.2 仿真結果
通過搭建機電-電磁混合仿真模型，對在康池
線檢修、烏阜東一線、烏阜東二線、池天線運行，烏
阜東雙線+池天線斷面?zhèn)鬏敼β蕿?00.7MW的方
式下進行穩(wěn)控裝置測試。結果如圖9、10所示。
圖9 阜東220kV 側電壓情況
圖10 烏阜東一線電流情況
根據圖11、圖12所顯示的電壓、電流可知，在
康池線檢修情況下，烏阜東雙線+池天線斷面斷開
時，通過切除昌吉東部大工業(yè)負荷，阜東變220千
伏電壓且在合理范圍內。
4.3 安穩(wěn)裝置的動作情況
安穩(wěn)裝置動作情況如下圖11、12所示：
·5·
2016 年第2 期總第209 期新疆電力技術
圖11 烏阜雙線+池天線斷面斷開報文
圖12 烏阜雙線+池天線斷面斷開的錄波
由圖11、圖12可以看出，在康池線檢修情況
下，烏阜東雙線+池天線斷面斷開時，通過安穩(wěn)裝
置所采集到的各測點電壓、電流、功率可以看出，
穩(wěn)控裝置檢測出斷面功率大于490MW，測點三相
電流突變?yōu)榱悖b置發(fā)出切負荷指令，根據策略應
切除100.1MW負荷。220kV阜東變電壓電流曲線
與穩(wěn)控裝置錄波曲線一致，安控裝置信號接收正
常，穩(wěn)控正確動作。
5 結論
通過采用全數字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數
字化接口裝置（ADPSS-DID-B1）進行機電-電磁
暫態(tài)混合仿真，進行安全穩(wěn)定控制裝置數字動模
仿真實驗，驗證了穩(wěn)控裝置動作的正確性，掌握安
全穩(wěn)定裝置性能特點，豐富安全穩(wěn)定控制裝置測
試手段，優(yōu)化穩(wěn)定控制策略，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行
提供有效技術支持。
參考文獻：
[1]宋錦海,李雪明,姬長安,戴永榮,邵俊松,方
勇杰, 于文杰,薛禹勝. 安全穩(wěn)定控制裝置的發(fā)展
現(xiàn)狀及展望. 電力系統(tǒng)及其自動化. 2005,23(29):
91-95.
[2]吳勇,周良松,張力晨,代仕勇. 安全穩(wěn)定控
制裝置測試技術的研究. 繼電器.2005.10
[3]田芳,李亞樓,周孝信,等. 電力系統(tǒng)全數字
實時仿真裝置. 電網技術,2008,22(32):17-22.
[4]吳在軍,竇曉波,胡敏強. 基于IEC61850 標
準的數字保護裝置建模,電網技術,2005,21(29):81-
84.
[5]岳程燕,田芳,周孝信,等. 電力系統(tǒng)電磁暫
態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真接口原理,電網技術,2006,
30(1):23-27.
作者簡介：
郝紅巖（1966-）男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)調度
管理、系統(tǒng)分析及新能源并網調度管理技術研究。
秦艷輝（1983-）男，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)分析。
·6·

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