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新疆電網(wǎng)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(wǎng)新疆電力公司電力調(diào)度控制中心 2、國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月02日
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新疆電力技術(shù)2016 年第2 期總第209 期
新疆電網(wǎng)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(wǎng)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(jié)合新疆電網(wǎng)的特點，在
新疆電網(wǎng)全過程數(shù)字仿真中心搭建機電-電磁暫
態(tài)混合仿真模型，開展復(fù)雜電網(wǎng)仿真研究，通過對
安全穩(wěn)定控制裝置進行數(shù)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(shù)支持。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)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(jīng)濟建
設(shè)和人民生活有著極為密切的關(guān)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(shè)，直流饋入對受、送端電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響
也在加劇，大型能源基地建設(shè)必將帶來新的電網(wǎng)
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(jié)合新疆電網(wǎng)的特點，在新疆電網(wǎng)全過程數(shù)
字仿真中心進行安全穩(wěn)定控制裝置數(shù)字動模仿真
實驗，采用全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數(shù)字
化接口裝置（ADPSS-DID-B1），在大電網(wǎng)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(shù)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(wǎng)安
全穩(wěn)定運行提供技術(shù)支撐。
1 ADPSS 外接數(shù)字化裝置的接口技術(shù)
1.1 ADPSS 接口技術(shù)整體構(gòu)架
基于ADPSS智能裝置調(diào)試系統(tǒng)包含全數(shù)字實
時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數(shù)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(shù)字化
接口裝置對合并單元+智能斷路器統(tǒng)一建模，以
“數(shù)字<->數(shù)字”的轉(zhuǎn)換方式將仿真系統(tǒng)計算產(chǎn)生
的電氣量信息實時轉(zhuǎn)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(wǎng)新疆電力公司電力調(diào)度控制中心（烏魯木齊830002）
2、國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院（烏魯木齊830011）
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2016 年第2 期總第209 期新疆電力技術(shù)
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(zhuǎn)換為開關(guān)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(shù)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(gòu)架示意圖
1.2 ADPSS 全數(shù)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(jù)所
得到的暫態(tài)過電壓和過電流對相關(guān)電力設(shè)備進行
合理設(shè)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(wǎng)并行計算功能，實現(xiàn)了一定規(guī)模
電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的實時或超實時仿真。
(3)可通過A/D和D/A轉(zhuǎn)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(wǎng)背景下繼電保護設(shè)備試驗功
能，可通過模擬實際規(guī)模的背景電網(wǎng)的運行特性，
全面考察被測試對象在大電網(wǎng)中的行為及其對電
網(wǎng)的影響。
1.3 數(shù)字化接口裝置（ADPSS-DID-B1）
數(shù)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(nèi)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(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部所
有功能板；功能板包括一個背扣的IEC61850-9-
2、GOOSE協(xié)議轉(zhuǎn)換板和FT3協(xié)議轉(zhuǎn)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(wù)器、數(shù)字化智能裝置（IED）之間的接口，實現(xiàn)
仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)和數(shù)字化智能裝置（IED）數(shù)據(jù)之間
的格式轉(zhuǎn)換功能，其中每一個光口都可以連接一
臺IED，根據(jù)試驗需要可以靈活配置不同功能板
的數(shù)目，如圖2所示。
圖2 數(shù)字化接口裝置結(jié)構(gòu)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(nèi)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(wǎng)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(wǎng)接口，8個百兆光以太網(wǎng)
·2·
新疆電力技術(shù)2016 年第2 期總第209 期
接口，8個FT3接口和相關(guān)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(wǎng)、南網(wǎng)
技術(shù)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(wǎng)±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(rèn)第8 口。
電源模塊，面板上放置帶燈翹板開關(guān)，正常工作時
導(dǎo)通點亮，斷開熄滅。
2 ADPSS 機電-電磁混合仿真技術(shù)
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(wǎng)拓?fù)浒凑招枰指畛?
機電暫態(tài)計算網(wǎng)絡(luò)和電磁暫態(tài)計算網(wǎng)絡(luò)分別實施
計算，通過電路連接界面（即接口上的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(shù)進行工程分析和應(yīng)用，既能避免
由于仿真規(guī)模限制而產(chǎn)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(zhǔn)確度，對于研究交
直流互聯(lián)系統(tǒng)、大功率電力電子設(shè)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(yīng)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(dāng)一側(cè)進行
仿真時，另一側(cè)采用合適的等值電路來代替，數(shù)據(jù)
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(cè)交換一次數(shù)據(jù)。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(shè)備與大電網(wǎng)相互影響仿真準(zhǔn)確度的技術(shù)
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(guān)鍵是機電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)
仿真的接口設(shè)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(dāng)?shù)慕涌诜绞胶徒涌谖恢?，在本?cè)網(wǎng)
絡(luò)計算中充分考慮對側(cè)網(wǎng)絡(luò)信息，從而保證仿真
的數(shù)值穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
3 機電-電磁混合仿真計算建模
采用全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數(shù)字化
接口裝置（ADPSS-DID-B1），在大電網(wǎng)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(shù)字動模實驗。
3.1 機電側(cè)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(chǔ)上，保證疆
電外送輸送功率的情況下，調(diào)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
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2016 年第2 期總第209 期新疆電力技術(shù)
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(wǎng)做網(wǎng)絡(luò)劃分，采用手動方式將新
疆劃分為電磁子網(wǎng)和機電子網(wǎng)。其中220kV阜東
變、220kV瑤池變劃分入電磁子網(wǎng)，其余部分劃入
機電子網(wǎng)。分網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖4 PSASP 模型單線圖
圖5 PSASP 模型分網(wǎng)手工分網(wǎng)信息圖
3.2 電磁側(cè)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(shù)
與PSASP綜合程序中所用參數(shù)保持一致。潮流輸
入中的電壓幅值、相角、發(fā)電機功率、負(fù)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(cè)、阜東220kV母線側(cè)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(guān)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(shù)字化接口箱、安全穩(wěn)定控制裝置連接情
況
圖7 數(shù)字化接口元件設(shè)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(guān)。應(yīng)用程序中物理接口設(shè)置，通過物理裝置接
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新疆電力技術(shù)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(guān)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(shù)字化接口元件設(shè)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(jié)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(fù)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(fù)荷策略進行
實驗。
4.2 仿真結(jié)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(jié)果如圖9、10所示。
圖9 阜東220kV 側(cè)電壓情況
圖10 烏阜東一線電流情況
根據(jù)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(fù)荷，阜東變220千
伏電壓且在合理范圍內(nèi)。
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：
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2016 年第2 期總第209 期新疆電力技術(shù)
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?，裝置發(fā)出切負(fù)荷指令，根據(jù)策略應(yīng)
切除100.1MW負(fù)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(jié)論
通過采用全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS）和數(shù)
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(shù)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(shù)支持。
參考文獻：
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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(diào)度
管理、系統(tǒng)分析及新能源并網(wǎng)調(diào)度管理技術(shù)研究。
秦艷輝（1983-）男，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)分析。
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