專利名稱：用于變電站并聯(lián)電容器設(shè)備故障分析的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于變電站并聯(lián)電容器設(shè)備故障分析的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)，屬電力系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
實(shí)時(shí)數(shù)字仿真RTDS (Real Time Digital Simulator)是電力技術(shù)領(lǐng)域最常用的 實(shí)驗(yàn)方法之一，全球有數(shù)百家電力公司、電力科研院/所、電氣設(shè)備制造商和高校電力實(shí)驗(yàn)室用RTDS開展電力系統(tǒng)方面的科研試驗(yàn)、方案論證、產(chǎn)品研制、設(shè)備調(diào)試、教學(xué)演示等仿真實(shí)驗(yàn)工作。變電站是構(gòu)筑電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而無(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)電容器設(shè)備是變電站的主要設(shè)備之一，其運(yùn)行安全關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)存在的并聯(lián)電容器事故頻發(fā)問(wèn)題已關(guān)注和探討了多年，相關(guān)的研究也不時(shí)見諸于公開發(fā)表的期刊文獻(xiàn)?？v觀過(guò)去的研究成果，針對(duì)電容器諧波放大機(jī)理的分析，雖然有一些判斷諧波諧振頻率的定量計(jì)算公式，但不夠全面和準(zhǔn)確，主要問(wèn)題在于未同時(shí)包括電容器串聯(lián)電抗率和設(shè)備安裝點(diǎn)母線短路容量這兩個(gè)參數(shù)的影響因素；至于諧波危害的嚴(yán)重程度和操作過(guò)電壓及過(guò)電流，則至今仍缺乏普遍適用的精確定量分析手段。從研究方法上看，過(guò)去基本上都是采用EMTP或PSCAD等離線數(shù)值仿真軟件工具針對(duì)較為嚴(yán)重的個(gè)案進(jìn)行特例分析，受到離線軟件計(jì)算效率低、仿真周期短等缺陷的制約，所得出的仿真結(jié)果不能精確反映實(shí)際設(shè)備從故障隱患到事故發(fā)生的整個(gè)狀態(tài)變化過(guò)程，因而無(wú)法有效地從整體上降低設(shè)備事故率。如上所述，為了更完整、準(zhǔn)確地掌握并聯(lián)電容器設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的變化特征，有必要基于RTDS實(shí)時(shí)性開發(fā)出一套變電站仿真模型，作為并聯(lián)電容器設(shè)備運(yùn)行環(huán)境分析和故障成因研究的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)平臺(tái)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，開發(fā)出一套變電站仿真模型，用于對(duì)無(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)電容器設(shè)備的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和暫態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行仿現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程數(shù)字化動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，用最簡(jiǎn)等效模型實(shí)現(xiàn)最大程度的實(shí)際通用性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，本實(shí)用新型實(shí)時(shí)數(shù)字仿真(RTDS)平臺(tái)由一次系統(tǒng)模型和二次系統(tǒng)模型組成。一次系統(tǒng)模型包括等效變壓器模型、變電站進(jìn)線電源等效模型、等效饋電負(fù)荷模型、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型和諧波源模型；變電站進(jìn)線電源等效模型接等效變壓器模型的輸入端，等效饋電負(fù)荷模型接等效變壓器模型的輸出端；等效變壓器模型、雙星形/橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型和諧波源模型分別接電網(wǎng)三相電源。一次系統(tǒng)模型的等效變壓器模型由一個(gè)三繞組變壓器模擬變電站的三個(gè)電壓等級(jí)，變壓器參數(shù)并不一定是實(shí)際主變的參數(shù)，而是根據(jù)運(yùn)行方式等值(例如多臺(tái)主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)短路容量很大或短路阻抗很小)；變電站進(jìn)線電源等效模型是一個(gè)戴維南工頻電源用來(lái)模擬變電站的最高電壓等級(jí)母線(受電母線)，等效饋電負(fù)荷模型是一個(gè)RL并聯(lián)電路模擬變電站第二級(jí)電壓母線(饋電母線);變壓器△繞組所連的母線就是無(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)電容器設(shè)備安裝點(diǎn)，在這點(diǎn)上也接有一個(gè)戴維南等效電源，該電源模型用來(lái)模擬諧波源，電源的內(nèi)阻抗必需設(shè)置為遠(yuǎn)大于單臺(tái)電容器的容抗。本實(shí)用新型在一次系統(tǒng)模型中構(gòu)建了通用型并聯(lián)電容器元件模型，所述通用型并聯(lián)電容器模型由兩組構(gòu)成，一組為單星形接線結(jié)構(gòu)的ABC三相并聯(lián)電容器模型，另一組為雙星形/橋形接線結(jié)構(gòu)的ABC三相并聯(lián)電容器模型。電容器模型的參數(shù)可以根據(jù)運(yùn)行方式或仿真任務(wù)靈活設(shè)置，同時(shí)集合式電容器UDC元件模型的端點(diǎn)設(shè)計(jì)使得一次系統(tǒng)建模能夠非常方便快捷地適應(yīng)任何繼電保護(hù)試驗(yàn)要求。二次系統(tǒng)模型主要是兩組電容器開關(guān)的投、切控制邏輯模型，兩組開關(guān)控制邏輯基本相同。所述二次系統(tǒng)模型包括分合閘操作按鈕、“二選一”開關(guān)、“或”邏輯和“與”邏輯、R-S觸發(fā)器、傳遞延時(shí)電路。在圖2和圖3中，合閘按鈕信號(hào)受到一個(gè)“與”門條件限制，當(dāng)開關(guān)原本處于合位或繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)存在時(shí)，開關(guān)不能合上；一個(gè)“或”門用來(lái)接收所有分閘或跳閘信號(hào)，本實(shí)用新型中只接有集合式電容器內(nèi)部元件故障保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，用戶可以根據(jù)具體情況將外部故障保護(hù)或其它任何需要跳閘的動(dòng)作信號(hào)加入連接到這個(gè)“或”門。圖2中的一個(gè)“二選一”元件17是用來(lái)選擇雙星形(不平衡電流保護(hù))還是橋形(橋差電流保護(hù))電容器模型；而圖3中的“二選一”元件17是用來(lái)選擇電容器是開口三角電壓保護(hù)還是相電壓差動(dòng)保護(hù)。本實(shí)用新型RTDS仿真試驗(yàn)平臺(tái)主要應(yīng)用于對(duì)無(wú)功補(bǔ)償電容器設(shè)備的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿現(xiàn)場(chǎng)模擬。針對(duì)方案設(shè)計(jì)、軟科學(xué)研究等方面的定量分析，本實(shí)用新型能夠進(jìn)行單純的RTDS數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)，即一次系統(tǒng)模型和二次系統(tǒng)模型全部由RTDS數(shù)字模型組成。針對(duì)工程調(diào)試、新產(chǎn)品開發(fā)等方面的實(shí)際裝置功能驗(yàn)證試驗(yàn)，本實(shí)用新型能夠進(jìn)行物理層面的裝置閉環(huán)試驗(yàn)，即由RTDS提供與實(shí)際電網(wǎng)等效的一次系統(tǒng)數(shù)字模型，而二次部分的控制保護(hù)裝置則為實(shí)物(通常作為被試品)通過(guò)信號(hào)功率放大器、光電隔離等輸入/輸出接口設(shè)備與RTDS數(shù)字模型相連。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是，本實(shí)用新型所建立的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行環(huán)境RTDS仿真試驗(yàn)平臺(tái)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、可用率高的特點(diǎn)，能夠模擬電容器設(shè)備的任何穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況和操作及故障暫態(tài)過(guò)程，它不僅可以在進(jìn)行校核設(shè)計(jì)方案、設(shè)備參數(shù)選擇等工作時(shí)作為單純數(shù)值計(jì)算工具，更重要的是它能夠在各類實(shí)際工程的閉環(huán)物理試驗(yàn)中，例如在控制保護(hù)裝置的性能測(cè)試和功能驗(yàn)證、新技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)等工作中起著不可替代的作用。
圖I為本實(shí)用新型仿真平臺(tái)的一次系統(tǒng)RTDS模型；圖2為本實(shí)用新型仿真平臺(tái)的雙星形/橋形接線電容器組開關(guān)投、切邏輯控制RTDS模型；圖3本實(shí)用新型仿真平臺(tái)的單星形接線電容器組開關(guān)投、切控制RTDS模型；圖中圖號(hào)表示1是變電站進(jìn)線電源等效模型；2是等效變壓器模型；3是等效饋電負(fù)荷模型；4是雙星形或橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型；5是單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型；6是諧波源模型；11是不平衡電流采樣值；12是瞬時(shí)值一〉有效值；13是“ IF-ELSE”邏輯；14是傳遞延時(shí)；15是分合閘操作按鈕；16是傳遞延時(shí)；17是“二選一”開關(guān)；18是“或”邏輯；19是“與”邏輯；20是R-S觸發(fā)器；21是傳遞延時(shí)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
如圖I、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例用于變電站并聯(lián)電容器設(shè)備故障分析的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)由一次系統(tǒng)模型和二次系統(tǒng)模型組成。一次系統(tǒng)模型包括等效變壓器模型2、變電站進(jìn)線電源等效模型I、等效饋電負(fù)荷模型3、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型4、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型5和諧波源模型6。變電站進(jìn)線電源等效模型I接等效變壓器模型2的輸入端，等效饋電負(fù)荷模型3接等效變壓器模型2的輸出端；等效變壓器模·型2、雙星形/橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型4、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型5和諧波源模型6分別接電網(wǎng)三相電源。二次系統(tǒng)模型主要是兩組電容器開關(guān)的投、切控制邏輯模型，兩組開關(guān)控制邏輯基本相同。在圖2和圖3中，合閘按鈕信號(hào)受到一個(gè)“與”門條件限制，當(dāng)開關(guān)原本處于合位或繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)存在時(shí)，開關(guān)不能合上；一個(gè)“或”門用來(lái)接收所有分閘或跳閘信號(hào)，本實(shí)用新型中只接有集合式電容器內(nèi)部元件故障保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，用戶可以根據(jù)具體情況將外部故障保護(hù)或其它任何需要跳閘的動(dòng)作信號(hào)加入連接到這個(gè)“或”門。圖2中的一個(gè)“二選一”元件17是用來(lái)選擇雙星形(不平衡電流保護(hù))還是橋形(橋差電流保護(hù))電容器模型；而圖3中的“二選一”元件17是用來(lái)選擇電容器是開口三角電壓保護(hù)還是相電壓差動(dòng)保護(hù)。本實(shí)用新型實(shí)施方式靈活、便捷、高效，具體主要分為兩個(gè)步驟(I)根據(jù)實(shí)際變電站的電壓等級(jí)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況、主要設(shè)備銘牌參數(shù)和背景諧波對(duì)仿真平臺(tái)中一次系統(tǒng)各元件模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；需特別說(shuō)明的是兩組電容器模型中可將其中一組按實(shí)際單臺(tái)電容器設(shè)備參數(shù)設(shè)置模型參數(shù)作為試驗(yàn)對(duì)象，同時(shí)另一俎的模型參數(shù)按多臺(tái)并聯(lián)等值參數(shù)設(shè)置。(2)根據(jù)實(shí)際并聯(lián)電容器的操作規(guī)則和繼電保護(hù)配置設(shè)置投、切開關(guān)和保護(hù)動(dòng)作邏輯關(guān)聯(lián)模型，同時(shí)可根據(jù)研究任務(wù)設(shè)置各種故障現(xiàn)象的觸發(fā)邏輯模型。
權(quán)利要求1.一種用于變電站并聯(lián)電容器設(shè)備故障分析的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)由一次系統(tǒng)模型和二次系統(tǒng)模型組成； 所述一次系統(tǒng)模型包括等效變壓器模型、變電站進(jìn)線電源等效模型、等效饋電負(fù)荷模型、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型和諧波源模型；變電站進(jìn)線電源等效模型接等效變壓器模型的輸入端，等效饋電負(fù)荷模型接等效變壓器模型的輸出端；等效變壓器模型、雙星形/橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型和諧波源模型分別接電網(wǎng)三相電源； 所述二次系統(tǒng)模型是兩組電容器開關(guān)的投、切控制邏輯模型，兩組開關(guān)控制邏輯基本相同，所述二次系統(tǒng)模型包括分合閘操作按鈕、“二選一”開關(guān)、“或”邏輯和“與”邏輯、R-S觸發(fā)器、傳遞延時(shí)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于變電站并聯(lián)電容器設(shè)備故障分析的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)，其特征在于，所述一次系統(tǒng)模型和二次系統(tǒng)模型全部由RTDS數(shù)字模型組成?！?br> 專利摘要一種用于變電站并聯(lián)電容器設(shè)備故障分析的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)，所述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)由一次系統(tǒng)模型和二次系統(tǒng)模型組成。一次系統(tǒng)模型包括等效變壓器模型、變電站進(jìn)線電源等效模型、等效饋電負(fù)荷模型、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯(lián)電容器模型和諧波源模型。所述二次系統(tǒng)模型二次系統(tǒng)模型是兩組電容器開關(guān)的投、切控制邏輯模型，兩組開關(guān)控制邏輯基本相同。本實(shí)用新型所建立的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行環(huán)境RTDS仿真試驗(yàn)平臺(tái)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、可用率高的特點(diǎn)，能夠模擬電容器設(shè)備的任何穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況和操作及故障暫態(tài)過(guò)程。在控制保護(hù)裝置的性能測(cè)試和功能驗(yàn)證、新技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)中能起不可替代的作用。
文檔編號(hào)H02J3/18GK202488143SQ201120496768
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者李升健, 熊俊杰, 范瑞祥, 榮彩霞, 錢珞江, 馬亮 申請(qǐng)人:江西省電力科學(xué)研究院