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基于DIgSILENT的继电保护建模仿真分析

阿旺多杰;熊军华;姜耀鹏;史宏杰

【期刊名称】《《电力科学与工程》》

【年(卷),期】2019(035)007

【总页数】5页(P74-78)

【关键词】DIgSILENT;继电保护;过流保护;距离保护;双电源保护;仿真模型

【作者】阿旺多杰;熊军华;姜耀鹏;史宏杰

【作者单位】华北水利水电大学电力学院河南郑州450045;西藏职业技术学院

西藏拉萨85000

【正文语种】中文

【中图分类】TM743;G434

0引言

随着电力系统中新技术的不断应用以及可再生能源渗透率不断提高，其运行方式日

益复杂，使继电保护运行分析格外困难[1]。在这种情况下，仿真分析是最为经济

有效的方式。现有的继电保护仿真研究主要以PSCAD平台为主，文献[2]提出了

一种配电网继电保护一、二次侧联合数字仿真系统，利用PSCAD自定义接口模块

和VC++平台建立其仿真模型。文献[3]利用MATLAB/SIMULINK平台，建立反

时限过电流继电器的模型，并对不同类型的故障进行了测试。文献[4]利用PSCAD

软件，仿真分析了光伏电源接入时，对继电保护动作和重合闸的影响，并提出整定

建议。文献[5]提出了一种10kV配电网中接入大量DG时的继电保护综合改进方

案，并通过仿真验证了该方案的有效性。

DIgSILENT软件因其全新的数据管理理念、高度图形化的操作界面以及海量的电

气元器件模型，使建模和仿真相较于其他类似功能软件更加简便，并且运行速度极

快，尤其在含有新能源电力系统仿真中该软件得到了大量应用[6-9]。此外，该软

件还可以通过和MATLAB联合仿真，结合了MATLAB在控制系统的建模优势。

1仿真流程

在DIgSILENT平台建立继电保护仿真模型的一般流程如图1所示。

图1继电保护仿真流程

为进行继电保护仿真，首先对已构建的网络拓扑进行潮流计算，通过观察结果框、

线路和母线等的颜色，确定网络参数是否合理。然后根据保护类型从库中添加不同

的继电器，按照继电器的插槽要求，添加电压或电流互感器。

在整定继电器参数时，可利用DIgSILENT短路计算工具，计算母线或线路上任一

点的不同类型、不同运行方式以及不同标准下的短路电流。其计算结果可用于确定

继电器、熔断器等参数的整定。详细的继电器架构介绍，可参考DIgSILENT帮助

手册。

最后，在不同的位置设置短路事件，利用RMS仿真工具，验证保护能否满足三性

要求。

2三段式电流保护[10]

在DIgSILENT上建立如图2所示的10kV配电网拓扑，节点B1至B4的距离分

别为2km、5km、1km，负荷分别为0.1MW、0.1MW、0.05MW、0.08

MW，线路采用IEC标准电缆10kV/Al/PE/NA2YSY/1×120rm，其额定电流为

0.31kA、正序阻抗为0.28∠23.7°Ω/km。10MVA的变压器将10kV降为0.4

kV供给负荷4。电流互感器变比为120A/1A。继电器模型选择通用正序过电流

继电器PhaseI/I，如图3所示，该模型包含测量模块、过电流模块、延时模块

和逻辑判断模块。

图2三段式电流保护

图3过流继电器架构

(1)电流Ⅰ段

利用短路计算工具，分别计算节点B2、B3、B4处的短路电流，可根据式(1)得出

二次侧的电流Ⅰ段整定值。

(1)

式中，Zsmin为系统的最小阻抗；ZB为线路的阻抗；Iset.QF为一次侧断路器开

断电流；IkB.max为本条线路末端最大运行方式下的短路电流；Iop为启动电流；

Kcon为接线系数；二次侧星型连接时为1；二次三角形连接时为根号三倍；nTA

为互感器变比。

(2)电流Ⅱ段

电流Ⅱ段的保护范围包含下一条线路的一部分，为满足选择性，从线路的最远端开

始，根据式(2)推算出一次侧的开断电流和延时时间。

(2)

式中，Iset.QF1为本条线路的电流Ⅱ段断路器动作电流；为下一条线路的电流Ⅰ

段断路器动作电流；Krel为可靠系数；为延时时间。

(3