CN102298671B - 一种实现电网故障重演的仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现电网故障重演的仿真方法，本发明的技术要点是：首先通过在线运行状态潮流数据与电网离线数据的整合，实现了电网故障时的网络拓扑结构及电源点的出力情况，最大程度保证了仿真数据的准确性。再次，通过建立电网故障地点的电磁暂态局部模型，可以准确模拟系统故障的类型、故障持续时间及故障点。最后，通过仿真数据与电网实际录波数据的对比，可以验证利用本发明提出的方法所得到仿真数据的精度。本发明的优点在于：为电网分析人员提供了一种重现电网异常运行方式的方法，可以分析各种保护装置误动因素，找到主要因素，从而提高了电网分析的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现电网故障重演的仿真方法，适用于开展电网运行方式分析以及电网继电保护装置动作特性研究技术领域。
背景技术
随着电力系统的发展，电网运行特性日趋复杂。同杆并架双回线路互感、网架结构的变化及电磁环网等因素对继电保护装置的动作正确性产生了较大的影响。电网事故发生后，第一时间分析继电保护装置的动作正确性是技术人员首先需要开展的工作。但是，系统的运行方式是瞬息变化的，而保护误动作的原因是多样的。事故后的故障分析是从多种原因中找到最可能的答案，得到的结论往往是“也许、可能”等不确定性的结论，不利于潜在危险因素的排查及反事故措施的制定推广。
客观需求决定了实现电网故障重演的必要性。实现电网故障重演，可以精确模拟系统故障过程中的各种电气设备电气量的电磁暂态的变化，重现与实际系统故障完全一致的仿真环境。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种实现电网实际故障重演的仿真方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案为：一种实现电网故障重演的仿真方法，其特征在于其具体步骤如下：
（1）通过观察电网故障录波图获取电网故障的实际类型及故障发生的时间，通过查勘现场及观察线路保护装置的故障测距记录，确定电网故障的发生地点；
（2）利用电力设备的实际参数及拓扑结构建立电网故障发生地点的局部电磁暂态模型；
（3）利用电网在线运行状态的潮流断面数据方法，根据电网故障发生前最后一个数据断面建立全网机电暂态模型；
（4）利用仿真工具进行全网机电暂态与局部电磁暂态的混合仿真，并在所述局部电磁暂态模型中设置与实际电网故障地点及故障类型一致的故障模型；在全网机电暂态与局部电磁暂态的混合仿真中，所建立的局部电磁暂态模型与全网机电暂态模型的子网应对应一致；
（5）将仿真得到的故障数据与变电站内录波器的实际录波文件进行波形对比，当波形一致时，则验证所建立的所述故障模型是准确的；当差异较大时，则将步骤（4）中建立的所述故障模型的过渡电阻及故障点位置进行微调，最终保证波形一致。
本发明的工作原理如下：
电力系统的运行方式是瞬息变化的。电网分析人员为了捕捉电网的某些特定运行方式（如电网故障状态），必须采取一些特定的办法及特殊的工具。此外，特定运行方式的重现与实际运行方式相比必须保证一定的精度，这样才能作为电网分析人员的有效分析工具。
本发明提供了一种只需较小工作量即可准确实现电网实际故障重演的仿真方法。首先通过在线运行状态潮流数据与电网离线数据的整合，实现了电网故障时的网络拓扑结构及电源点的出力情况，最大程度保证了仿真数据的准确性。再次，通过建立电网故障地点的电磁暂态局部模型，可以准确模拟系统故障的类型、故障持续时间及故障点。最后，通过仿真数据与电网实际录波数据的对比，可以验证利用本发明提出的方法所得到仿真数据的精度。
本发明的有益效果是为电网分析人员提供了一种重现电网异常运行方式的方法，能够分析各种保护装置误动因素，找到主要因素，从而提高了电网分析的准确性。
附图说明：
图1为500kV石北-清苑线路发生C相接地故障的故障录波图。其中，图1-1为石北站故障录波图，图1-2为清苑站故障录波图；
图2为利用故障发生时的电网实时数据断面建立的全网机电暂态模型；
图3为故障发生地点的局部电磁暂态模型；
图4为仿真数据与实际故障数据的对比。其中，图4-1为石北侧C相短路电流对比图，图4-2为清苑侧C相短路电流对比图。
在图3中，1为故障线路一端的机电暂态接口， 2为故障线路另一端的机电暂态接口；在图4中实线为仿真电流波形图，虚线为实际电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明再做进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例是对500KV石北-清苑线路发生C相接地故障的重演仿真方法。
本实施例的方法步骤如下：
（1）通过观察电网故障录波图获取电网故障的实际类型及故障发生的时间，通过查勘现场及观察线路保护装置的故障测距记录，确定电网故障的发生地点；
参见图1，图1为500kV石北-清苑线路发生C相接地故障的故障录波图。通过分析，可从录波图中获知故障发生的时间及C相故障以及电气量的变化（波形）。
（2）利用电力设备（如发电机、变压器、负荷、线路）的实际参数及拓扑结构建立电网故障发生地点的局部电磁暂态模型；
参见图3，图3为手动建立的电网故障点局部电磁暂态模型。图中，BUS1、BUS2分别对应了图2中同名的母线，BUS3、BUS4、BUS6、BUS7是为了添加断路器元件而增设的母线，BUS5是为了添加故障元件Fault1而增设的母线。Breaker1-Breaker4为输电线路Line1、Line2两侧的断路器，在仿真模型中，可以通过断路器元件采集流经故障线路的短路电流。Line1、Line2分别对应了图2中同名的输电线路，每条输电线路均采用π型等效电路。为了增设故障元件Fault1，将Line1分割为两条线路Line1-1及Line1-2，但Line1-1及Line1-2的线路长度之和与Line1相等。Fault1为故障元件，可以通过故障元件设置故障类型（单相接地故障、相间故障、相间接地故障等）。同时，也可以设置过渡电阻、故障发生时间及持续时间。Fault1所连接的母线BUS5左右两侧线路Line1-1及Line1-2的长度代表了电网故障发生的地点。
故障发生在线路Line1侧，通过采集Breaker1、Breaker3的故障相电流并与实际录波数据进行对比，可以验证故障重演仿真模型的仿真精度。
（3）利用公开专利201010553716.6所实现的电网在线运行状态的潮流断面数据方法，根据电网故障发生前最后一个数据断面建立全网机电暂态模型；
所述建立全网机电暂态模型的具体步骤如下：
a、自动或手动从EMS 调度自动化系统中获取状态估计后的省级电网模型、在线运行数据断面，导入到电网数字仿真系统的基础数据库中；
b、基于在线电网模型和运行数据进行拓扑分析和潮流计算，验证在线潮流合理性；
c、进行在线和离线数据整合；
d、自动生成或者按用户指定的间隔生成在线运行方式数据；
所述在线和离线数据整合是通过维护和设置，定时合并离线/ 在线电网数据，形成一套反映当前/ 历史电网工况并能进行暂态稳定分析的计算数据，为在线电网数字仿真提供数据源；
所述在线和离线数据整合的方法如下：
①以离线数据为基础，用在线运行数据进行修正；使整合后的数据，保留离线数据原有的网络结构、元件名称；
② 建立在线/ 离线元件名称映射表，通过所述映射表实现在线/ 离线数据的共用；
参见图2，图2为利用电网故障时刻前的在线潮流数据断面建立的全网机电暂态模型，用来模拟系统的实际运行背景。在机电暂态模型上划分两个子网，将需要建立电磁暂态模型的部分划为一个子网EMT，包括BUS1、BUS2及两条母线的联络线line1、line2。将电网其它设备划为另一个子网ST。图中，BUS1、BUS2分别代表了石北站及清苑站的500kV母线。
（4）利用仿真工具进行全网机电暂态与局部电磁暂态的混合仿真，并在所述局部电磁暂态模型中设置与实际电网故障地点及故障类型一致的故障模型；在全网机电暂态与局部电磁暂态的混合仿真中，所建立的局部电磁暂态模型与全网机电暂态模型的子网应对应一致；
（5）将仿真得到的故障数据与变电站内录波器的实际录波文件进行波形对比，当波形一致时，则验证所建立的所述故障模型是准确的；当差异较大时，则将步骤（4）中建立的所述故障模型的过渡电阻及故障点位置进行微调，最终保证波形一致。
参见图4，图4为仿真电流与电网实际故障电流的对比图。图4-1为图2及图3中的BUS1侧的短路电流波形对比图，图4-2为图2及图3中BUS2侧的短路电流波形对比图。其中，虚线标识的是故障录波图记录的故障电流波形，实线标识的是本实施例获取的仿真电流波形。从图中可以看出，故障电流的拟和程度非常高。这样可以验证，利用本发明提出的方法可以实现精确的电网故障重演。
Claims (1)
1.一种实现电网故障重演的仿真方法，其特征在于其具体步骤如下：
（1）通过观察电网故障录波图获取电网故障的实际类型及故障发生的时间，通过查勘现场及观察线路保护装置的故障测距记录，确定电网故障的发生地点；
（2）利用电力设备的实际参数及拓扑结构建立电网故障发生地点的局部电磁暂态模型；
（3）利用电网在线运行状态的潮流断面数据方法，根据电网故障发生前最后一个数据断面建立全网机电暂态模型；
所述建立全网机电暂态模型的具体步骤如下：
a、 自动或手动从EMS 调度自动化系统中获取状态估计后的省级电网模型、在线运行数据断面，导入到电网数字仿真系统的基础数据库中；
b、基于在线电网模型和运行数据进行拓扑分析和潮流计算，验证在线潮流合理性；
c、进行在线和离线数据整合；
d、 自动生成或者按用户指定的间隔生成在线运行方式数据；
所述在线和离线数据整合是通过维护和设置，定时合并离线/ 在线电网数据，形成一套反映当前/ 历史电网工况并能进行暂态稳定分析的计算数据，为在线电网数字仿真提供数据源；
所述在线和离线数据整合的方法如下：
①以离线数据为基础，用在线运行数据进行修正；使整合后的数据，保留离线数据原有的网络结构、元件名称；
② 建立在线/ 离线元件名称映射表，通过所述映射表实现在线/ 离线数据的共用；
（4）利用仿真工具进行全网机电暂态与局部电磁暂态的混合仿真，并在所述局部电磁暂态模型中设置与实际电网故障地点及故障类型一致的故障模型；在全网机电暂态与局部电磁暂态的混合仿真中，所建立的局部电磁暂态模型与全网机电暂态模型的子网应对应一致；
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| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Fan Hui Inventor after: Tang Baofeng Inventor after: Wang Xiaowei Inventor after: Yang Xiao Inventor after: Wang Zhilu Inventor before: Tang Baofeng Inventor before: Fan Hui Inventor before: Wang Xiaowei Inventor before: Yang Xiao Inventor before: Wang Zhilu |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: TANG BAOFENG FAN HUI WANG XIAOWEI YANG XIAO WANG ZHILU TO: FAN HUI TANG BAOFENG WANG XIAOWEI YANG XIAO WANG ZHILU |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |