PSCAD_EMTDC自定义模型在继电保护仿真中的应用
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图 2 距离保护原理方框图
保护装置的动作过程如下: 正常运行时, 振荡闭 锁装置和启动元件都使保护装置处于被闭锁状态。 当电力系统发生故障时, 起动元件动作, 振荡闭锁装 置立即解除闭锁使距离保护短时投入工作。如果故 障点位于第 I 段保护范围内, 则 Z 动作直接起动出
口, 瞬时动作于跳闸; 如果故障点位于第 段保护范 围内, 则 Z 不动作, 而 Z 动作起动时限元件 t , 待 t 延时动作后起动出口去跳闸; 如果故障点位于 段的保护范围以外和第 段保护范围以内, 则第 段测量元件动作, 以 t 延时起动出口去跳闸。
2. 2 继电保护模型的设计
在各种继电保护模型中距离保护是一种性能较 为完善的保护, 在各种复杂条件下, 它可以有选择性 的切除故障, 而且具有足够的灵敏性和速动性, 因而 在各种结构复杂的电网中都有广泛应用[ 7] 。下面以 三段式距离保护为例构建保护模型。距离保护模型 包含 4 个主要元件: 启动元件、测量元件、时限元件 和出口执行元件, 如图 2 所示。
*收稿日期: 2009-04-14 作者简介: 姚自林( 1984- ) , 男, 湖北武汉人, 硕士研究生, 研究方向为电力系统继电保护原理及应用, ( E-m ail) w hu yzl@ 126. com
第4期
姚自林: P SCA D/ EM T DC 自定义模型在继电保护仿真中的应用
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SU BROU T INE REL AY F( in, o ut ) INT EGER in, out INT ERF ACE SU BROU T INE REL AY C( in, out ) INT EGER in, out END SU BROU T INE END INT ERFA CE CAL L REL AY C( in, o ut ) EN D 用户只需要在模型定义中添加关于接 口函数 REL AY F ( in, out ) 的调用声明, 用户定义模型就 可以在仿真中实现用 C 语言编写的功能。
Abstract: T he progr am str uct ure o f PSCAD/ EM T DC is analyzed, and t he m et hod of realizing
the user- defined m odel w hich is based on t he int erf ace technique bet w een PSCAD/ EM T DC pro-
g ram and C languag e is presented. A digit al dist ance prot ect ion model is est ablished w it h C lan-
g uag e, w hich t akes real relay prot ect ion device as prot o ty pe. Simulat io n result s show t hat , the
户定义, 通过它们用户可以在 EM T DC 主程序中加 入自己的代码。控制动态代码应加在 DSDYN 中, DSOU T 主要用于输出求解后的网络变量。
图 1 EM T DC 主程序结构图
2 P SCAD/ EM T DC 自定义模型的实现
EM T DC 的程序结构允许用户在主求解算法中 加入代码, 构建自定义模型, 并提供了 Fo rt ran、C 和 M atlab 三种语言给用户进行自定义模型功能程序 的编程[ 5] 。用户代码嵌入 EM T D C 的方法有两种:
广泛使用的 C 语言来构建自定义模型。
2. 1 PSCAD/ EM T DC 和 C 语言的接口
C 语言编程构建的用户自定义模型作为外部源 文件与 PSCAD/ EM T DC 主程序的链接需要通过接 口程序实现。例如, 用户自定义了一个继电保护模 型, 输人变量为 in, 输出变量为 o ut 。用 C 语言编写 这个模型的功能函数 REL AY C( in, out ) , 可以通 过 Fo rtr an 语言 编写的 接口函 数 REL AY F ( in, out) 来实现调用[ 6] 。R ELA Y F ( in, o ut ) 的实现过 程如下:
如图 1 所示, EM T DC 主 程序由 2 部 分组成: Syst em Dynamics( 系统动态程序模块) 和 Net w or k Solut ion( 电力 网络求 解模块 ) 。System Dy nam ics 包括 2 个子程序: DSDYN( 数字仿真动态子程序) 和 DSOU T ( 数字仿真输出子程序) , 这 2 个子程序由用
姚自林
( 武汉大学 电气工程学院, 武汉 430072)
摘 要: 分析了 P SCA D / EMT DC 的软件结构, 提出了基于 P SCA D / EMT DC 和 C 语言接口技
术的自定义模型的实现方法, 用 C 语言构建了以实际保护装置为原型的数字式距离保护模型。仿
真结果表明, 通过适当的接口技术可以实现自定义模型的功能, 自定义模型的应用有效地提高了
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电力 学报
第 24 卷
B 于 0. 953 950 s 合闸。故障电流波形和断路器动 作示意图如图 5 和图 6 所示:
图 5 A 相接地短路故障电流波形
4 结论
本文分析了 PSCAD/ EM T DC 仿真软件的主程 序结构及其开放语言接口的原理, 给出了 P SCAD/ EM T DC 中自定义模型的实现方法。用 C 语言编写 了以实际保护装置为原型的数字式距离保护模型, 并通过 PSCAD/ EM T DC 与 C 语言的接口技术实现 了自定义模型在保护仿真中的应用, 仿真结果表明 自定义距离保护模型的功能完全正确。自定义模型 的应用使得仿真计算不必受软件自带元件模型的限 制, 大大增强了仿真的灵活性。
图 4 220 kV 输电线路模型示意图
利用 PSCAD/ EM T DC 自 带的 故 障控 制 元件 F AUL T CONT ROL S 可以设置线路仿 真模型中故 障的类型、位置、起始时间和持 续时间。本文示例 中, 在断路器 B 出口处设置 A 相接地短路故障来考 察自定义距离保护模 型的输出信号操 作断路器 B 跳闸- 重合闸的动作情况。故障起始时间为 0. 2 s, 持续时间为 0. 1 s。自定义距离保护模型通过对仿 真的实时电压、电流数据计算, 判断发生故障的类型 和相别, 并发出操作断路器的信号。示例中自定义 距离保护模型正确判断出 A 相发生接地短路故障, 断路器 B 的 A 相于 0. 222 800 s 跳闸, 在故障消失 后, 判断线路无故障后将故障相断路器合闸, 断路器
subroutinerelayintegeroutinterfacesubroutinerelayintegeroutendsubroutineendinterfacecallrelayend用户只需要在模型定义中添加关于接口函数relay的调用声明用户定义模型就可以在仿真中实现用继电保护模型的设计在各种继电保护模型中距离保护是一种性能较为完善的保护在各种复杂条件下它可以有选择性的切除故障而且具有足够的灵敏性和速动性因而在各种结构复杂的电网中都有广泛应用
1 PSCA D/ EM T DC 的软件结构
EM T DC 作为计算引擎[ 3] , 是整个软件的核心, PSCA D 是其图形用户界面[ 4] 。通过 PSCA D, 用户 可以在一个完全集合的图形环境下构造仿真电路, 运行、分析结果和处理数据。EM T DC 求解引擎构 造了一个主程序, 用来协调输入输出、网络求解和用 户自定义模型之间的关系。
第 24 卷 第 4 期 2009 年 8 月
文章编号: 1005- 6548( 2009) 04-0280- 03
电 力学报 JO U RN AL O F EL ECT R IC POW ER
*
PSCA D /EM T DC 自定义模型
在继电保护仿真中的应用
V ol. 24 N o. 4 A ug . 2009
PSCA D/ EM T D C 在继电保护仿真中的灵活性。
关键词: P SCA D / EMT DC; 自定义模型; C 语言; 接口; 继电保护仿真
中图分类号: T M77
文献标识码: A
继电保护仿真是电力系统研究人员了解保护内 部结构, 分析保护动作行为的有效手段。目前大量 的电力系统仿真软件[ 1] 已被应用到继电保护仿真之 中, 电磁暂态 仿真软 件 PSCA D/ EM T DC[ 2] 就是 其 中应用较为广泛的一种。P SCAD/ EMT DC 有较为 完善的 元 件模 型 库, 为 了满 足 不同 的应 用 要求, EM T DC 为用户提供了自定义元件模型功能, 从而 增强了仿真的 灵活性。由于 EM T DC 自带保 护模 块功能较为简单, 保护算法单一, 且难以实现保护内 部复杂的逻辑与 时序关系, 因此, 在利用 PSCAD/ EM T DC 平台进行继电保护仿真时, 采用软件编程 形式构造保护模块较为实用[ 1] 。
图 6 断路器动作信号示意图
参考文献:
[ 1] 肖异, 尹项根, 张哲, 等. PSCA D/ EM TD C 程序与继电保护仿真模型接口技术及 应用[ J ] . 电力自动化 设备, 2006, 26( 11) : 6770.
[ 2] 李广凯, 李庚银. 电力系统仿真软件综述[ J] . 电气电子教学学报, 2005, 27( 3) : 61-65. [ 3] M anit oba H V D C R es earch Cen t re In c. EM T DC us er s guide [ M ] . W innipeg: M anit oba H V D C R es earch Cen t re Inc, 2002. [ 4] M anit oba H V D C R es earch Cen t re In c. PSCA D us er s guide [ M ] . M anit oba: M anit oba HV D C R es earch Cent re Inc, 2003. [ 5] 鄂志君, 房大中, 王立伟, 等. 基于 EM T DC 的混合仿真算法研究[ J] . 继电器, 2005, 33( 8) : 47-51. [ 6] 袁涛, 郑建勇, 等. PSCA D / EM TD C 中自定义模型研究及其在 有源滤波 器控制算 法仿真中的 应用[ J] . 电气 应用, 2006( 11 ) :
直接在元件定义中加入用户编写的 F ort ran 代码 作为 DSDYN 和 DSOUT 子程序的一部分嵌入系统 动态程序模块中; 在元件定义中通过接口程序调 用外部 源 文件 中 的函 数 或 子程 序 ( F ort ran、C 或 M atlab) 。
P SCAD/ EM T DC 是在 Fo rt ran 语言上实现的, 因而采用方式 通过 F ort ran 语言构建自定义模型 的内嵌性能较好, 但 Fo rt ran 语言的格式限制较多, 对于编写复杂的继电保护模型程序而言很不方便, 并且程序出错后所给出的错误信息不明确, 使得调 试难度增加。所以一般采用方式 通过微机保护中
图 3 距离保护动态仿真系统结构图
3 仿真实例
下面以一个 220 kV 输电线路仿真模型来验证 自定义保护模型 的功能。输 电线路模型如图 4 所 示。自定 义 的 继电 保 护 仿真 模 型以 国 电 南自 的 WXB- 11 型微机保护装置中的距离保护为原型, 并 按微机保护的实际软件设计流程用 C 语言编程构 建距离保护的数字仿真模型。自定义距离保护模型 通过前述接口程序实现与线路仿真模型的互联。
71- 73. [ 7] 许建安. 电力系统继电保护[ M ] . 北京: 中国水利电力出版社, 2005.
The Application of the User- defined Model of PSCAD/ EMTDC in Relay Protection Simulation
YAO Z-i lin ( School of Elect rical Eng ineering , Wuhan U niversity , Wuhan 430072, China)
各元件功能通过 C 语言编程实现, 通过相互配 合最终形成距离保护的自定义模型。自定义模型通 过接口程序嵌入 PSCAD/ EM T DC 主程序中, 直接 运行 P SCAD/ EM T DC 工程即可实现 C 语言子程序 调用, 从而完成自定义模型的保护功能仿真。图 3 为距离保护动态仿真系统结构图。
保护装置的动作过程如下: 正常运行时, 振荡闭 锁装置和启动元件都使保护装置处于被闭锁状态。 当电力系统发生故障时, 起动元件动作, 振荡闭锁装 置立即解除闭锁使距离保护短时投入工作。如果故 障点位于第 I 段保护范围内, 则 Z 动作直接起动出
口, 瞬时动作于跳闸; 如果故障点位于第 段保护范 围内, 则 Z 不动作, 而 Z 动作起动时限元件 t , 待 t 延时动作后起动出口去跳闸; 如果故障点位于 段的保护范围以外和第 段保护范围以内, 则第 段测量元件动作, 以 t 延时起动出口去跳闸。
2. 2 继电保护模型的设计
在各种继电保护模型中距离保护是一种性能较 为完善的保护, 在各种复杂条件下, 它可以有选择性 的切除故障, 而且具有足够的灵敏性和速动性, 因而 在各种结构复杂的电网中都有广泛应用[ 7] 。下面以 三段式距离保护为例构建保护模型。距离保护模型 包含 4 个主要元件: 启动元件、测量元件、时限元件 和出口执行元件, 如图 2 所示。
*收稿日期: 2009-04-14 作者简介: 姚自林( 1984- ) , 男, 湖北武汉人, 硕士研究生, 研究方向为电力系统继电保护原理及应用, ( E-m ail) w hu yzl@ 126. com
第4期
姚自林: P SCA D/ EM T DC 自定义模型在继电保护仿真中的应用
281
SU BROU T INE REL AY F( in, o ut ) INT EGER in, out INT ERF ACE SU BROU T INE REL AY C( in, out ) INT EGER in, out END SU BROU T INE END INT ERFA CE CAL L REL AY C( in, o ut ) EN D 用户只需要在模型定义中添加关于接 口函数 REL AY F ( in, out ) 的调用声明, 用户定义模型就 可以在仿真中实现用 C 语言编写的功能。
Abstract: T he progr am str uct ure o f PSCAD/ EM T DC is analyzed, and t he m et hod of realizing
the user- defined m odel w hich is based on t he int erf ace technique bet w een PSCAD/ EM T DC pro-
g ram and C languag e is presented. A digit al dist ance prot ect ion model is est ablished w it h C lan-
g uag e, w hich t akes real relay prot ect ion device as prot o ty pe. Simulat io n result s show t hat , the
户定义, 通过它们用户可以在 EM T DC 主程序中加 入自己的代码。控制动态代码应加在 DSDYN 中, DSOU T 主要用于输出求解后的网络变量。
图 1 EM T DC 主程序结构图
2 P SCAD/ EM T DC 自定义模型的实现
EM T DC 的程序结构允许用户在主求解算法中 加入代码, 构建自定义模型, 并提供了 Fo rt ran、C 和 M atlab 三种语言给用户进行自定义模型功能程序 的编程[ 5] 。用户代码嵌入 EM T D C 的方法有两种:
广泛使用的 C 语言来构建自定义模型。
2. 1 PSCAD/ EM T DC 和 C 语言的接口
C 语言编程构建的用户自定义模型作为外部源 文件与 PSCAD/ EM T DC 主程序的链接需要通过接 口程序实现。例如, 用户自定义了一个继电保护模 型, 输人变量为 in, 输出变量为 o ut 。用 C 语言编写 这个模型的功能函数 REL AY C( in, out ) , 可以通 过 Fo rtr an 语言 编写的 接口函 数 REL AY F ( in, out) 来实现调用[ 6] 。R ELA Y F ( in, o ut ) 的实现过 程如下:
如图 1 所示, EM T DC 主 程序由 2 部 分组成: Syst em Dynamics( 系统动态程序模块) 和 Net w or k Solut ion( 电力 网络求 解模块 ) 。System Dy nam ics 包括 2 个子程序: DSDYN( 数字仿真动态子程序) 和 DSOU T ( 数字仿真输出子程序) , 这 2 个子程序由用
姚自林
( 武汉大学 电气工程学院, 武汉 430072)
摘 要: 分析了 P SCA D / EMT DC 的软件结构, 提出了基于 P SCA D / EMT DC 和 C 语言接口技
术的自定义模型的实现方法, 用 C 语言构建了以实际保护装置为原型的数字式距离保护模型。仿
真结果表明, 通过适当的接口技术可以实现自定义模型的功能, 自定义模型的应用有效地提高了
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电力 学报
第 24 卷
B 于 0. 953 950 s 合闸。故障电流波形和断路器动 作示意图如图 5 和图 6 所示:
图 5 A 相接地短路故障电流波形
4 结论
本文分析了 PSCAD/ EM T DC 仿真软件的主程 序结构及其开放语言接口的原理, 给出了 P SCAD/ EM T DC 中自定义模型的实现方法。用 C 语言编写 了以实际保护装置为原型的数字式距离保护模型, 并通过 PSCAD/ EM T DC 与 C 语言的接口技术实现 了自定义模型在保护仿真中的应用, 仿真结果表明 自定义距离保护模型的功能完全正确。自定义模型 的应用使得仿真计算不必受软件自带元件模型的限 制, 大大增强了仿真的灵活性。
图 4 220 kV 输电线路模型示意图
利用 PSCAD/ EM T DC 自 带的 故 障控 制 元件 F AUL T CONT ROL S 可以设置线路仿 真模型中故 障的类型、位置、起始时间和持 续时间。本文示例 中, 在断路器 B 出口处设置 A 相接地短路故障来考 察自定义距离保护模 型的输出信号操 作断路器 B 跳闸- 重合闸的动作情况。故障起始时间为 0. 2 s, 持续时间为 0. 1 s。自定义距离保护模型通过对仿 真的实时电压、电流数据计算, 判断发生故障的类型 和相别, 并发出操作断路器的信号。示例中自定义 距离保护模型正确判断出 A 相发生接地短路故障, 断路器 B 的 A 相于 0. 222 800 s 跳闸, 在故障消失 后, 判断线路无故障后将故障相断路器合闸, 断路器
subroutinerelayintegeroutinterfacesubroutinerelayintegeroutendsubroutineendinterfacecallrelayend用户只需要在模型定义中添加关于接口函数relay的调用声明用户定义模型就可以在仿真中实现用继电保护模型的设计在各种继电保护模型中距离保护是一种性能较为完善的保护在各种复杂条件下它可以有选择性的切除故障而且具有足够的灵敏性和速动性因而在各种结构复杂的电网中都有广泛应用
1 PSCA D/ EM T DC 的软件结构
EM T DC 作为计算引擎[ 3] , 是整个软件的核心, PSCA D 是其图形用户界面[ 4] 。通过 PSCA D, 用户 可以在一个完全集合的图形环境下构造仿真电路, 运行、分析结果和处理数据。EM T DC 求解引擎构 造了一个主程序, 用来协调输入输出、网络求解和用 户自定义模型之间的关系。
第 24 卷 第 4 期 2009 年 8 月
文章编号: 1005- 6548( 2009) 04-0280- 03
电 力学报 JO U RN AL O F EL ECT R IC POW ER
*
PSCA D /EM T DC 自定义模型
在继电保护仿真中的应用
V ol. 24 N o. 4 A ug . 2009
PSCA D/ EM T D C 在继电保护仿真中的灵活性。
关键词: P SCA D / EMT DC; 自定义模型; C 语言; 接口; 继电保护仿真
中图分类号: T M77
文献标识码: A
继电保护仿真是电力系统研究人员了解保护内 部结构, 分析保护动作行为的有效手段。目前大量 的电力系统仿真软件[ 1] 已被应用到继电保护仿真之 中, 电磁暂态 仿真软 件 PSCA D/ EM T DC[ 2] 就是 其 中应用较为广泛的一种。P SCAD/ EMT DC 有较为 完善的 元 件模 型 库, 为 了满 足 不同 的应 用 要求, EM T DC 为用户提供了自定义元件模型功能, 从而 增强了仿真的 灵活性。由于 EM T DC 自带保 护模 块功能较为简单, 保护算法单一, 且难以实现保护内 部复杂的逻辑与 时序关系, 因此, 在利用 PSCAD/ EM T DC 平台进行继电保护仿真时, 采用软件编程 形式构造保护模块较为实用[ 1] 。
图 6 断路器动作信号示意图
参考文献:
[ 1] 肖异, 尹项根, 张哲, 等. PSCA D/ EM TD C 程序与继电保护仿真模型接口技术及 应用[ J ] . 电力自动化 设备, 2006, 26( 11) : 6770.
[ 2] 李广凯, 李庚银. 电力系统仿真软件综述[ J] . 电气电子教学学报, 2005, 27( 3) : 61-65. [ 3] M anit oba H V D C R es earch Cen t re In c. EM T DC us er s guide [ M ] . W innipeg: M anit oba H V D C R es earch Cen t re Inc, 2002. [ 4] M anit oba H V D C R es earch Cen t re In c. PSCA D us er s guide [ M ] . M anit oba: M anit oba HV D C R es earch Cent re Inc, 2003. [ 5] 鄂志君, 房大中, 王立伟, 等. 基于 EM T DC 的混合仿真算法研究[ J] . 继电器, 2005, 33( 8) : 47-51. [ 6] 袁涛, 郑建勇, 等. PSCA D / EM TD C 中自定义模型研究及其在 有源滤波 器控制算 法仿真中的 应用[ J] . 电气 应用, 2006( 11 ) :
直接在元件定义中加入用户编写的 F ort ran 代码 作为 DSDYN 和 DSOUT 子程序的一部分嵌入系统 动态程序模块中; 在元件定义中通过接口程序调 用外部 源 文件 中 的函 数 或 子程 序 ( F ort ran、C 或 M atlab) 。
P SCAD/ EM T DC 是在 Fo rt ran 语言上实现的, 因而采用方式 通过 F ort ran 语言构建自定义模型 的内嵌性能较好, 但 Fo rt ran 语言的格式限制较多, 对于编写复杂的继电保护模型程序而言很不方便, 并且程序出错后所给出的错误信息不明确, 使得调 试难度增加。所以一般采用方式 通过微机保护中
图 3 距离保护动态仿真系统结构图
3 仿真实例
下面以一个 220 kV 输电线路仿真模型来验证 自定义保护模型 的功能。输 电线路模型如图 4 所 示。自定 义 的 继电 保 护 仿真 模 型以 国 电 南自 的 WXB- 11 型微机保护装置中的距离保护为原型, 并 按微机保护的实际软件设计流程用 C 语言编程构 建距离保护的数字仿真模型。自定义距离保护模型 通过前述接口程序实现与线路仿真模型的互联。
71- 73. [ 7] 许建安. 电力系统继电保护[ M ] . 北京: 中国水利电力出版社, 2005.
The Application of the User- defined Model of PSCAD/ EMTDC in Relay Protection Simulation
YAO Z-i lin ( School of Elect rical Eng ineering , Wuhan U niversity , Wuhan 430072, China)
各元件功能通过 C 语言编程实现, 通过相互配 合最终形成距离保护的自定义模型。自定义模型通 过接口程序嵌入 PSCAD/ EM T DC 主程序中, 直接 运行 P SCAD/ EM T DC 工程即可实现 C 语言子程序 调用, 从而完成自定义模型的保护功能仿真。图 3 为距离保护动态仿真系统结构图。