CN108964145B - 一种低频减载、过频切机装置的测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低频减载、过频切机装置的测试方法及系统，通过建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，第一电网与第二电网通过联络线路连接；实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开；模拟第一电网的功率缺额和功率过剩，获取断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置和过频切机装置，接收低频减载装置或过频切机装置的指令进行相应的切负荷或切机动作。使低频减载装置和过频切机装置能够获取较为准确的频率，提高了其工作效率，能够检测低频减载装置和过频切机装置的性能，在低频减载装置和过频切机装置性能正常的情况下，保证电力系统能够正常运行。

Description

一种低频减载、过频切机装置的测试方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，特别涉及一种低频减载、过频切机装置的测试方法及系统。

背景技术

为满足电力负荷持续快速增长的需求，我国正在建设世界上电压等级最高、规模最大的交直流混合电力系统。为此，构建安全可靠的电力系统综合防御体系，研究能够有效地降低大面积停电风险的技术手段，确保我国电力系统的安全稳定运行，是我国电力系统发展面临的基础性、关键性和迫切性问题。电压是电力系统运行的重要状态量，电压不仅是电能质量的重要指标，也是电力系统安全的重要指标。在小扰动、大扰动或严重故障情况下，电压可能突然大幅下降，此时，若不采取有效的紧急控制措施，事故将很快扩大，严重时将发生电压崩溃，造成大面积停电，这在电力工业史上不乏例证。为保障电网安全运行，学者提出电力系统安全稳定三道防线。第一道防线，快速切除故障元件，防止故障扩大；第二道防线，采取稳定控制措施，防止系统失去稳定；第三道防线，系统失去稳定后，防止发生大面积停电。

电力系统的频率指系统中发电机运行时发出的正弦交流电的频率，频率是反映电力系统中有功功率供需平衡基本状态的一项重要质量指标。发电厂容量很大，大型发电厂在系统中所占容量比例很高，发电区域与用电区域的距离加长，形成各局部电力系统内部发电与用电容量严重不平衡，在此情况下，一个大型发电厂或一条超高压输电线的切除，将导致局部电力系统功率严重失衡，受电地区电力系统功率缺额很大，大机组对频率质量要求较高，为了保护机组本身，一些大型汽轮发电机配置频率保护，运行频率过高或者过低都可能引起大机组包动作，从而导致破坏系统频率稳定事故的连锁发生。为了电力系统安全运行，现代电力系统一般采用低频减载和过频切机功能控制电力系统因功率缺额或过剩造成系统频率下降或上升的问题。电力系统频率异常主要是由发电和电力需求的不平衡造成的。当系统发生严重的扰动事故时，功率缺额或过剩后只能有选择性的切除部分不重要的负荷或机组以使频率区域稳定，这就是低频减载和过频切机装置的作用。

低频减载和过频切机是上述第三道防线的主要构成成分，我国电力系统在三道防线的实施中，对第一道和第二道防线比较重视，有关的技术规定和要求也比较明确，各系统都进行了大量工作。但对第三道防线则未给予应有重视而存在很多问题，低频减载和过频切机装置缺少相应的检测手段而不能精确切除负荷和机组。为了解决此问题，以低频减载来说，授权公告号为“CN207215916U”的中国专利提出了“电力系统低频减载装置闭环试验系统”，该专利利用电力系统低频减载装置闭环试验系统满足了电力系统低频减载装置试验的需求，检测了电力系统低频减载装置的功能。但是该专利直接将试验仪输出的频率等信息输入低频减载装置，低频减载装置根据接收到的频率等信息控制切负荷动作，由于试验仪直接输出的频率信息不能准确反映电力系统的状态，将造成低频减载装置切除负荷的效率降低，同样对低频减载装置的功能检测也不精确，对于过频切机装置，其切除发电机组的效率低，对过频切机装置的功能检测也不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低频减载、过频切机装置的测试方法及系统，用于解决现有技术中低频减载装置和过频切机装置在电力系统频率变化时，不能准确切除负荷或发电机组的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电力系统低频减载装置的测试方法，包括如下步骤：

1)建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接；

2)实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开；

3)修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率缺额，并将发电机组出力、负荷类型及大小发送给低频减载装置，获取断路器断开前后第一电网的频率，将断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置，接收低频减载装置的指令进行动作。

进一步地，仿真结束后，根据低频减载装置的动作行为、切负荷时间、切负荷容量、切负荷后系统恢复时间及程度来判断低频减载装置的性能。

作为对差动保护逻辑的进一步限定，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

本发明还提供了一种电力系统过频切机装置的测试方法，包括如下步骤：

(1)建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接；

(2)实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开；

(3)修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率过剩，并将发电机组出力、负荷类型及大小发送给过频切机装置，获取断路器断开前后第一电网的频率，将断路器断开前后第一电网的频率发送给过频切机装置，接收过频切机装置的指令进行动作。

进一步地，仿真结束后，根据过频切机装置的动作行为、切发电机组时间、切发电机组的容量、切发电机组后系统恢复时间及程度来判断过频切机装置的性能。

作为对差动保护逻辑的进一步限定，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

本发明还提供了一种电力系统低频减载装置的测试系统，包括仿真模块及通信模块，所述通信模块用于连接低频减载装置，所述通信模块包括输入单元及输出单元，所述仿真模块用于建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接，并实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开，修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率缺额；所述输出单元用于将发电机组出力、负荷类型及大小和断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置；所述输入单元用于将低频减载装置的指令发送给所述仿真模块，所述仿真模块根据所述指令控制相应的动作。

进一步地，仿真结束后，根据低频减载装置的动作行为、切负荷时间、切负荷容量、切负荷后系统恢复时间及程度来判断低频减载装置的性能。

作为对差动保护逻辑的进一步限定，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

作为对仿真模块的进一步限定，所述仿真模块是基于RTDS仿真系统实现的。

本发明还提供了一种电力系统过频切机装置的测试系统，包括仿真模块及通信模块，所述通信模块用于连接过频切机装置，所述通信模块包括输入单元及输出单元，所述仿真模块用于建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接，并实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开，修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率过剩；所述输出单元用于将发电机组出力、负荷类型及大小和断路器断开前后第一电网的频率发送给过频切机装置；所述输入单元用于将过频切机装置的指令发送给所述仿真模块，所述仿真模块根据所述指令控制相应的动作。

进一步地，仿真结束后，根据过频切机装置的动作行为、切发电机组时间、切发电机组的容量、切发电机组后系统恢复时间及程度来判断过频切机装置的性能。

作为对差动保护逻辑的进一步限定，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

作为对仿真模块的进一步限定，所述仿真模块是基于RTDS仿真系统实现的。

本发明的有益效果是：

本发明通过建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，第一电网包括发电机组和负荷，第二电网包括无穷大系统，第一电网与第二电网通过联络线路连接；实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开；修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率缺额和功率过剩，并将发电机组出力、负荷类型及大小发送给低频减载装置和过频切机装置，获取断路器断开前后第一电网的频率，将断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置和过频切机装置，接收低频减载装置或过频切机装置的指令进行相应的切负荷或切机动作。通过实时模拟电力系统的频率变化，能够真实反映电网频率动态变化过程，使低频减载装置和过频切机装置能够获取较为准确的频率，根据获取的频率判断执行低频减载动作和过频切机动作，提高了低频减载装置和过频切机装置的工作效率，在仿真过程中，还能够检测低频减载装置和过频切机装置的性能，在低频减载装置和过频切机装置性能正常的情况下，保证电力系统能够正常运行。

附图说明

图1为电力系统低频减载和过频切机装置的仿真平台构成图；

图2为电网一次系统仿真示意图；

图3为联络线路虚拟差动保护原理图；

图4为电力系统低频减载装置和过频切机装置的测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明提供了一种电力系统低频减载装置的测试系统，包括仿真模块及通信模块，通信模块用于连接低频减载装置，通信模块包括输入单元及输出单元，仿真模块用于建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，第一电网包括发电机组和负荷，第二电网包括无穷大系统，第一电网与第二电网通过联络线路连接，并实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开，修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率缺额；输出单元用于将发电机组出力、负荷类型及大小和断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置；输入单元用于将低频减载装置的指令发送给仿真模块，仿真模块根据指令控制相应的动作。

本发明还提供了一种电力系统过频切机装置的测试系统，包括仿真模块及通信模块，通信模块用于连接过频切机装置，通信模块包括输入单元及输出单元，仿真模块用于建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，第一电网包括发电机组和负荷，第二电网包括无穷大系统，第一电网与第二电网通过联络线路连接，并实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开，修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率过剩；输出单元用于将发电机组出力、负荷类型及大小和断路器断开前后第一电网的频率发送给过频切机装置；输入单元用于将过频切机装置的指令发送给仿真模块，仿真模块根据指令控制相应的动作。

上述的仿真模块在RTDS测试系统中实现，具体的，如图1所示，本实施例的测试系统为RTDS测试系统，主要用于对低频减载装置或过频切机装置的实时测试，本实施例的通信模块为接口板卡，接口板卡包括GTAO板卡(对应输出单元)和GTDI板卡(对应输入单元)，接口板卡提供测试系统和物理设备之间的信号传输通道，其中GTAO板卡将测试系统提供的带有频率信息的电压信号接入物理设备、GTDI板卡将物理设备提供的切负荷或切机组命令引入测试系统并控制对应负荷或机组断路器，物理设备包括低频减载装置和过频切机装置。

一次系统如图2所示，电力系统中发电机组(G1、G2、G3、G4)、电动机组(M1、M2)和负荷模拟本地电网(即上述的第一电网)的发电设备和用电设备，K1、K2、K3为故障点，无穷大系统模拟大电网，联络线路提供本地电网和大电网S1(即上述的第二电网)之间功率传输通道；如图3所示的差动保护逻辑，联络线路虚拟差动保护可投退，延时可整定，通过实时计算联络线路两端电流矢量和，判断联络线路是否发生故障，即当差流大于定值时且经可整定延时后保护动作，分别输出三相跳闸信号，该三相跳闸信号实时控制联络线路两端的断路器。

如图4所示的低频减载和过频切机装置的测试方法流程图，使用即有的测试系统和仿真模型，根据模型运行工况确定差动保护动作定值和延时定值。实时修改本地电网发电机出力和负荷类型及大小，以控制联络线路潮流方向和传输功率值。然后模拟联络线路故障，差动保护动作后跳开联络线路，由于联络线路跳开之前由功率传输，联络线路跳开后本地电网会发电与用电会出现不平衡现象而导致功率偏离工频运行，频率偏离工频程度与联络线路跳开之前功率传输方向和大小有关。

低频减载或过频切机装置接收测试系统提供的带频率信息的电压信号后，会根据频率值进行切负荷或切机操作，RTDS系统接收到该信号后实时控制一次系统负荷和机组的投退，从而形成闭环测试。

最后在测试系统中实时收集仿真数据和物理设备状态，完成对物理设备的检测。

对低频减载装置来说，根据电力系统的频率变化控制切负荷及其测试方法的过程为：

1)建立发电机组、负荷及联络线路的仿真模型，并为仿真模型配置差动保护逻辑，实时计算联络线路两端的差流，联络线路两端的差流通过修改仿真模型的发电机组出力、负荷的类型及负荷的大小，使电力系统出现功率缺额或功率过剩得到；当差流大于差流设定值时，断开联络线路两端的断路器；

在每相母线上配置断路器，当差动保护动作，若判断A相差流是否大于差动保护设定值，则控制A相断路器跳闸出口；若判断B相差流是否大于差动保护设定值，则控制B相断路器跳闸出口；若判断C相差流是否大于差动保护设定值，则控制C相断路器跳闸出口。

2)获取断路器跳开前后的本地电网的频率，并将电网频率发送给低频减载装置，根据低频减载装置判断的电网频率变化结果控制切除负荷。

3)仿真结束后，收集仿真数据及低频减载装置的状态数据，判断低频减载装置的性能。具体根据低频减载装置的动作行为(第几轮动作，共几轮动作)、切负荷时间、切负荷容量、切负荷后系统恢复时间及程度来判断低频减载装置的性能。

对过频切机装置来说，根据电力系统的频率变化控制切发电机组及其测试方法的过程为：

(1)建立发电机组、负荷及联络线路的仿真模型，并为仿真模型配置差动保护逻辑，实时计算联络线路两端的差流，联络线路两端的差流通过修改仿真模型的发电机组出力、负荷的类型及负荷的大小，使电力系统出现功率过剩得到；当差流大于差流设定值时，断开联络线路两端的断路器；

在每相母线上配置断路器，当差动保护动作，若判断A相差流是否大于差动保护设定值，则控制A相断路器跳闸出口；若判断B相差流是否大于差动保护设定值，则控制B相断路器跳闸出口；若判断C相差流是否大于差动保护设定值，则控制C相断路器跳闸出口。

(2)获取断路器跳开后的电网频率，并将电网频率发送给过频切机装置，根据过频切机装置判断的电网频率变化结果控制切除发电机组。

(3)仿真结束后，收集仿真数据及过频切机装置的状态数据，判断过频切机装置的性能。具体根据过频切机装置的动作行为(第几轮动作，共几轮动作)、切发电机组时间、切发电机组的容量、切发电机组后系统恢复时间及程度来判断过频切机装置的性能。

本发明通过搭建仿真环境，使用GTAO板卡将测试系统提供的带有频率信息的电压信号接入物理设备、GTDI板卡将物理设备提供的切负荷或切机组命令引入测试系统并控制对应负荷或机组断路器；对一次系统和联络线差动保护建立仿真模型，联络线虚拟差动保护可投退，且差动保护动作定值和延时均可整定，其中，仿真模型中虚拟差动保护定值整定原则为：考虑最小运行方式下区内故障差流有足够的灵敏度，同时整定值应大于1.5倍线路全长电容电流且躲过CT选型不一致引起的差流，该仿真模型中联络线两端系统容量较大，仅考虑电容电流和CT选型不一致引起的差流，该仿真模型中差动保护动作定值整定为max{2*电容电流，2*CT选型不一致产生的差流}；调试模型，实时修改发电机出力、负荷类型和大小，使本地电网出现功率缺额或功率过剩；模拟频率异常，模拟联络线故障，差动保护跳开联络线后本地电网发电功率与用电功率出现不平衡，最终引起频率异常；收集仿真数据：在测试系统中实时收集仿真数据和物理设备状态信息，分析数据并评价物理设备性能。通过实时模拟电力系统的频率变化，能够真实反映电网频率动态变化过程，使低频减载装置和过频切机装置能够获取较为准确的频率，根据获取的频率判断执行低频减载动作和过频切机动作，提高了低频减载装置和过频切机装置的工作效率，在仿真过程中，还能够检测低频减载装置和过频切机装置的性能，在低频减载装置和过频切机装置性能正常的情况下，保证电力系统能够正常运行。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种电力系统低频减载装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接；

2)实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开；

3)修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率缺额，并将发电机组出力、负荷类型及大小发送给低频减载装置，获取断路器断开前后第一电网的频率，将断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置，接收低频减载装置的指令进行动作。

2.根据权利要求1所述的电力系统低频减载装置的测试方法，其特征在于，仿真结束后，根据低频减载装置的动作行为、切负荷时间、切负荷容量、切负荷后系统恢复时间及程度来判断低频减载装置的性能。

3.根据权利要求1或2所述的电力系统低频减载装置的测试方法，其特征在于，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

4.一种电力系统过频切机装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接；

(2)实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开；

(3)修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率过剩，并将发电机组出力、负荷类型及大小发送给过频切机装置，获取断路器断开前后第一电网的频率，将断路器断开前后第一电网的频率发送给过频切机装置，接收过频切机装置的指令进行动作。

5.根据权利要求4所述的电力系统过频切机装置的测试方法，其特征在于，仿真结束后，根据过频切机装置的动作行为、切发电机组时间、切发电机组的容量、切发电机组后系统恢复时间及程度来判断过频切机装置的性能。

6.根据权利要求4或5所述的电力系统过频切机装置的测试方法，其特征在于，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

7.一种电力系统低频减载装置的测试系统，其特征在于，包括仿真模块及通信模块，所述通信模块用于连接低频减载装置，所述通信模块包括输入单元及输出单元，所述仿真模块用于建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接，并实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开，修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率缺额；所述输出单元用于将发电机组出力、负荷类型及大小和断路器断开前后第一电网的频率发送给低频减载装置；所述输入单元用于将低频减载装置的指令发送给所述仿真模块，所述仿真模块根据所述指令控制相应的动作。

8.根据权利要求7所述的电力系统低频减载装置的测试系统，其特征在于，仿真结束后，根据低频减载装置的动作行为、切负荷时间、切负荷容量、切负荷后系统恢复时间及程度来判断低频减载装置的性能。

9.根据权利要求7或8所述的电力系统低频减载装置的测试系统，其特征在于，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

10.根据权利要求9所述的电力系统低频减载装置的测试系统，其特征在于，所述仿真模块是基于RTDS仿真系统实现的。

11.一种电力系统过频切机装置的测试系统，其特征在于，包括仿真模块及通信模块，所述通信模块用于连接过频切机装置，所述通信模块包括输入单元及输出单元，所述仿真模块用于建立包括第一电网和第二电网的仿真模型，所述第一电网包括发电机组和负荷，所述第二电网包括无穷大系统，所述第一电网与所述第二电网通过联络线路连接，并实时计算联络线路两端的差流，根据设定的差动保护逻辑控制联络线路两端的断路器断开，修改第一电网中的发电机组出力、负荷类型及大小，模拟第一电网的功率过剩；所述输出单元用于将发电机组出力、负荷类型及大小和断路器断开前后第一电网的频率发送给过频切机装置；所述输入单元用于将过频切机装置的指令发送给所述仿真模块，所述仿真模块根据所述指令控制相应的动作。

12.根据权利要求11所述的电力系统过频切机装置的测试系统，其特征在于，仿真结束后，根据过频切机装置的动作行为、切发电机组时间、切发电机组的容量、切发电机组后系统恢复时间及程度来判断过频切机装置的性能。

13.根据权利要求11或12所述的电力系统过频切机装置的测试系统，其特征在于，所述差动保护逻辑的差动保护动作定值和延时时间能够整定。

14.根据权利要求13所述的电力系统过频切机装置的测试系统，其特征在于，所述仿真模块是基于RTDS仿真系统实现的。

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