專利名稱：用于變電站并聯電容器設備故障分析的實時數字仿真平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于變電站并聯電容器設備故障分析的實時數字仿真平臺，屬電力系統仿真技術領域。
背景技術：
實時數字仿真RTDS (Real Time Digital Simulator)是電力技術領域最常用的 實驗方法之一，全球有數百家電力公司、電力科研院/所、電氣設備制造商和高校電力實驗室用RTDS開展電力系統方面的科研試驗、方案論證、產品研制、設備調試、教學演示等仿真實驗工作。變電站是構筑電力系統的基礎，而無功補償并聯電容器設備是變電站的主要設備之一，其運行安全關系到整個電網的安全穩定性。對長期以來存在的并聯電容器事故頻發問題已關注和探討了多年，相關的研究也不時見諸于公開發表的期刊文獻。縱觀過去的研究成果，針對電容器諧波放大機理的分析，雖然有一些判斷諧波諧振頻率的定量計算公式，但不夠全面和準確，主要問題在于未同時包括電容器串聯電抗率和設備安裝點母線短路容量這兩個參數的影響因素；至于諧波危害的嚴重程度和操作過電壓及過電流，則至今仍缺乏普遍適用的精確定量分析手段。從研究方法上看，過去基本上都是采用EMTP或PSCAD等離線數值仿真軟件工具針對較為嚴重的個案進行特例分析，受到離線軟件計算效率低、仿真周期短等缺陷的制約，所得出的仿真結果不能精確反映實際設備從故障隱患到事故發生的整個狀態變化過程，因而無法有效地從整體上降低設備事故率。如上所述，為了更完整、準確地掌握并聯電容器設備實際運行狀態的變化特征，有必要基于RTDS實時性開發出一套變電站仿真模型，作為并聯電容器設備運行環境分析和故障成因研究的動態模擬試驗平臺。發明內容本實用新型的目的是，開發出一套變電站仿真模型，用于對無功補償并聯電容器設備的穩態運行和暫態現象進行仿現場全過程數字化動態模擬試驗，用最簡等效模型實現最大程度的實際通用性。本實用新型的技術方案是，本實用新型實時數字仿真(RTDS)平臺由一次系統模型和二次系統模型組成。一次系統模型包括等效變壓器模型、變電站進線電源等效模型、等效饋電負荷模型、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型和諧波源模型；變電站進線電源等效模型接等效變壓器模型的輸入端，等效饋電負荷模型接等效變壓器模型的輸出端；等效變壓器模型、雙星形/橋形接線的ABC三相并聯電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型和諧波源模型分別接電網三相電源。一次系統模型的等效變壓器模型由一個三繞組變壓器模擬變電站的三個電壓等級，變壓器參數并不一定是實際主變的參數，而是根據運行方式等值(例如多臺主變并聯運行時短路容量很大或短路阻抗很小)；變電站進線電源等效模型是一個戴維南工頻電源用來模擬變電站的最高電壓等級母線(受電母線)，等效饋電負荷模型是一個RL并聯電路模擬變電站第二級電壓母線(饋電母線);變壓器△繞組所連的母線就是無功補償并聯電容器設備安裝點，在這點上也接有一個戴維南等效電源，該電源模型用來模擬諧波源，電源的內阻抗必需設置為遠大于單臺電容器的容抗。本實用新型在一次系統模型中構建了通用型并聯電容器元件模型，所述通用型并聯電容器模型由兩組構成，一組為單星形接線結構的ABC三相并聯電容器模型，另一組為雙星形/橋形接線結構的ABC三相并聯電容器模型。電容器模型的參數可以根據運行方式或仿真任務靈活設置，同時集合式電容器UDC元件模型的端點設計使得一次系統建模能夠非常方便快捷地適應任何繼電保護試驗要求。二次系統模型主要是兩組電容器開關的投、切控制邏輯模型，兩組開關控制邏輯基本相同。所述二次系統模型包括分合閘操作按鈕、“二選一”開關、“或”邏輯和“與”邏輯、R-S觸發器、傳遞延時電路。在圖2和圖3中，合閘按鈕信號受到一個“與”門條件限制，當開關原本處于合位或繼電保護動作信號存在時，開關不能合上；一個“或”門用來接收所有分閘或跳閘信號，本實用新型中只接有集合式電容器內部元件故障保護動作信號，用戶可以根據具體情況將外部故障保護或其它任何需要跳閘的動作信號加入連接到這個“或”門。圖2中的一個“二選一”元件17是用來選擇雙星形(不平衡電流保護)還是橋形(橋差電流保護)電容器模型；而圖3中的“二選一”元件17是用來選擇電容器是開口三角電壓保護還是相電壓差動保護。本實用新型RTDS仿真試驗平臺主要應用于對無功補償電容器設備的穩態運行和暫態過程進行仿現場模擬。針對方案設計、軟科學研究等方面的定量分析，本實用新型能夠進行單純的RTDS數字仿真實驗，即一次系統模型和二次系統模型全部由RTDS數字模型組成。針對工程調試、新產品開發等方面的實際裝置功能驗證試驗，本實用新型能夠進行物理層面的裝置閉環試驗，即由RTDS提供與實際電網等效的一次系統數字模型，而二次部分的控制保護裝置則為實物(通常作為被試品)通過信號功率放大器、光電隔離等輸入/輸出接口設備與RTDS數字模型相連。本實用新型與現有技術比較的有益效果是，本實用新型所建立的無功補償設備運行環境RTDS仿真試驗平臺，具有適應性強、可用率高的特點，能夠模擬電容器設備的任何穩態運行狀況和操作及故障暫態過程，它不僅可以在進行校核設計方案、設備參數選擇等工作時作為單純數值計算工具，更重要的是它能夠在各類實際工程的閉環物理試驗中，例如在控制保護裝置的性能測試和功能驗證、新技術新產品研發等工作中起著不可替代的作用。
圖I為本實用新型仿真平臺的一次系統RTDS模型；圖2為本實用新型仿真平臺的雙星形/橋形接線電容器組開關投、切邏輯控制RTDS模型；圖3本實用新型仿真平臺的單星形接線電容器組開關投、切控制RTDS模型；圖中圖號表示1是變電站進線電源等效模型；2是等效變壓器模型；3是等效饋電負荷模型；4是雙星形或橋形接線的ABC三相并聯電容器模型；5是單星形接線的ABC三相并聯電容器模型；6是諧波源模型；11是不平衡電流采樣值；12是瞬時值一〉有效值；13是“ IF-ELSE”邏輯；14是傳遞延時；15是分合閘操作按鈕；16是傳遞延時；17是“二選一”開關；18是“或”邏輯；19是“與”邏輯；20是R-S觸發器；21是傳遞延時。
具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
如圖I、圖2和圖3所示，本實用新型實施例用于變電站并聯電容器設備故障分析的實時數字仿真平臺由一次系統模型和二次系統模型組成。一次系統模型包括等效變壓器模型2、變電站進線電源等效模型I、等效饋電負荷模型3、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯電容器模型4、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型5和諧波源模型6。變電站進線電源等效模型I接等效變壓器模型2的輸入端，等效饋電負荷模型3接等效變壓器模型2的輸出端；等效變壓器模·型2、雙星形/橋形接線的ABC三相并聯電容器模型4、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型5和諧波源模型6分別接電網三相電源。二次系統模型主要是兩組電容器開關的投、切控制邏輯模型，兩組開關控制邏輯基本相同。在圖2和圖3中，合閘按鈕信號受到一個“與”門條件限制，當開關原本處于合位或繼電保護動作信號存在時，開關不能合上；一個“或”門用來接收所有分閘或跳閘信號，本實用新型中只接有集合式電容器內部元件故障保護動作信號，用戶可以根據具體情況將外部故障保護或其它任何需要跳閘的動作信號加入連接到這個“或”門。圖2中的一個“二選一”元件17是用來選擇雙星形(不平衡電流保護)還是橋形(橋差電流保護)電容器模型；而圖3中的“二選一”元件17是用來選擇電容器是開口三角電壓保護還是相電壓差動保護。本實用新型實施方式靈活、便捷、高效，具體主要分為兩個步驟(I)根據實際變電站的電壓等級、穩態運行工況、主要設備銘牌參數和背景諧波對仿真平臺中一次系統各元件模型進行參數設置；需特別說明的是兩組電容器模型中可將其中一組按實際單臺電容器設備參數設置模型參數作為試驗對象，同時另一俎的模型參數按多臺并聯等值參數設置。(2)根據實際并聯電容器的操作規則和繼電保護配置設置投、切開關和保護動作邏輯關聯模型，同時可根據研究任務設置各種故障現象的觸發邏輯模型。
權利要求1.一種用于變電站并聯電容器設備故障分析的實時數字仿真平臺，其特征在于，所述實時數字仿真平臺由一次系統模型和二次系統模型組成； 所述一次系統模型包括等效變壓器模型、變電站進線電源等效模型、等效饋電負荷模型、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型和諧波源模型；變電站進線電源等效模型接等效變壓器模型的輸入端，等效饋電負荷模型接等效變壓器模型的輸出端；等效變壓器模型、雙星形/橋形接線的ABC三相并聯電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型和諧波源模型分別接電網三相電源； 所述二次系統模型是兩組電容器開關的投、切控制邏輯模型，兩組開關控制邏輯基本相同，所述二次系統模型包括分合閘操作按鈕、“二選一”開關、“或”邏輯和“與”邏輯、R-S觸發器、傳遞延時電路。
2.根據權利要求I所述的用于變電站并聯電容器設備故障分析的實時數字仿真平臺，其特征在于，所述一次系統模型和二次系統模型全部由RTDS數字模型組成。·
專利摘要一種用于變電站并聯電容器設備故障分析的實時數字仿真平臺，所述實時數字仿真平臺由一次系統模型和二次系統模型組成。一次系統模型包括等效變壓器模型、變電站進線電源等效模型、等效饋電負荷模型、雙星形或橋形接線的ABC三相并聯電容器模型、單星形接線的ABC三相并聯電容器模型和諧波源模型。所述二次系統模型二次系統模型是兩組電容器開關的投、切控制邏輯模型，兩組開關控制邏輯基本相同。本實用新型所建立的無功補償設備運行環境RTDS仿真試驗平臺，具有適應性強、可用率高的特點，能夠模擬電容器設備的任何穩態運行狀況和操作及故障暫態過程。在控制保護裝置的性能測試和功能驗證、新技術新產品研發中能起不可替代的作用。
文檔編號H02J3/18GK202488143SQ201120496768
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者李升健, 熊俊杰, 范瑞祥, 榮彩霞, 錢珞江, 馬亮 申請人:江西省電力科學研究院