高压线路保护算法及其测试程序的研究.ppt

高压线路保护算法及其测试程序的研究 导师 —— 黄少锋 教授 答辩人—— 张帅辉 报告主要内容 1.课题背景意义及本论文主要工作 2.算法测试程序开发 3.超高压长线路解微分方程算法的改进 4.基于Bergeron模型的纵差保护补偿算法 5.总结 1.课题背景意义及本论文主要工作 在电力系统继电保护新原理或算法的研究开发过程中，需要对它们进行测试，以验证它们是否能有效可行。目前的几种常用测试方法： (1)动模试验 (2)保护测试仪(3)RTDS 以上的几种测试方法都不能在保护装置未成型时对保护的新原理或方案给以验证和指导。鉴于以上几种测试方法的不足之处，可以先对新的保护原理或算法使用软件来进行仿真测试，并对仿真结果进行处理和分析，以此来排除一部分错误，进而来改进新的保护原理或算法中存在的问题。因为这种测试完全在PC 机上进行，所以同其它方法相比，更加简单方便。 本论文主要完成了以下三方面的工作： (1) 开发出一种便捷的线路保护仿真测试软件，对电力系统的各种故障进行仿真，进而来验证保护的原理算法； (2) 提出一种将长线路分段，利用Bergeron 模型求取分段点处电压、电流瞬时值，进而求取线路阻抗的方法。 (3) 提出了一种基于Bergeron线路模型的新算法，用以提高电流差动保护在超高压或特高压长线路上应用时发生区外故障时的安全性。 2.算法测试程序开发 2.1目前常用的一些仿真软件的优缺点 (1) EMTP/ATP（电磁暂态计算程序） (2) MATLAB中的电力系统仿真软件 针对以上的EMTP和MATLAB两种软件的优缺点，目前已提出了一种用Visual C++将EMTP和MATLAB两者的优点结合起来，开发一种使用便捷的线路保护仿真测试软件，通过建立和EMTP 以及MATLAB 的接口来实现整个仿真测试的自动化。它可以方便快速的修改系统信息(包括系统参数、故障参数)，对几种典型系统模型的各类故障进行大批量的仿真计算，根据仿真结果对保护原理算法或保护装置进行仿真验证。 2.2 测试程序的实现方案 (1)生成ATP仿真程序所需的数据文件 利用C++面向对象的思想，根据ATP所需的输入数据文件格式对系统中基本的元件进行描述，编写出支路类、开关类、电源类等； 利用MFC的数组类CObArray的动态特性可以动态的增加、删除或修改这些元件的参数； 利用MFC类库支持序列化的Serialize函数，可以实现对系统参数的保存和读取； 利用向文件输出的方法生成最后ATP所需的数据文件。 (2)调用ATP应用程序进行仿真 (3)调用MATLAB进行分析和可视化处理 2.3 程序各部分之间的相互关系 由上面的结构图可以看出本仿真测试程序分为三大部分： 第一部分即仿真系统模型的建立。该部分利用C++面向对象的设计思想，编写出系统中的各种元件类和包含故障信息的故障信息类等。 第二部分即创建ATP文件和调用ATP程序进行仿真。 第三部分即在Visual C++环境中调用MATLAB对待验证的算法进行分析和可视化处理。 通过以上三个部分，基本可以实现对新算法原理的自动化测试。它可以发现新算法的缺陷并对其进行改进，来提高算法的性能和验证算法的有效性。 2.4 程序界面举例说明 分布参数线路输入界面 ： 开关参数输入界面 ： 故障信息输入界面 ： 创建ATP数据文件界面 ： 3.超高压长线路解微分方程算法的改进 3.1 保护算法概述 （1）根据输入信号模型不同分为： ①基于输入信号为正弦量的算法 ②基于输入信号为周期函数模型的算法 ③基于RL串联模型的算法即解微分方程算法 ④基于随机函数模型的最小二乘方算法 （2）根据算法的目标可分为两大类： ①一类是直接计算故障点到保护安装处之间的电阻电抗值。 ②另一类是根据动作方程来判断是否在动作区内，而不计算出具体的阻抗值。 3.2基于Bergeron模型的解微分方程算法的研究 (1) Bergeron线路模型的基本原理 其模型如上图所示，等值电路如下图所示： Z为线路单位长度的波阻抗，R为线路单位长度电阻 与此模型相对应的用k端电气量表示的沿线x处电流、电压分布表达式为： 其中 r为线路单位长度电阻 利用以上两式即可以求取沿线电压、电流瞬时值。 (2) 算法的具体实现 对于三相线路，需要通过相模变换将相空间变换到模空间，在对应的模空间中相互解耦，模空间中计算过程等同于单相线