电力系统故障仿真软件分析

?’C 软件功能和特点 ?’C’? 图形化操作
由于要开发的是一个图形化的仿真软件，程序 首先实现了继电保护逻辑框图的编辑功能。但在开 发保护逻辑框图编辑功能时，考虑到开发出的图形 编辑功能要能够方便地与各种分析功能接口，为它 们提供一个统一的图形用户界面，因而要求开发出
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元件 测量 电 流 电 压 阻 抗 功 率 方 向 自 定 义 正 序 负 序 零 序 逻辑 自 定 义
第 !" 卷第 # 期
方舒燕： 电力系统故障仿真软件分析
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第一， （新增功能） 。%&’(% 工 %&’(% 工作平台 作平台软件的主要功能与特点如下) 具备完全的 界面美观友好， 操作方便； 支持多文 *+,-./0 风格， 档处理， 可以同时完成多项工作任务； 提供完整的 文本文件编辑处理和文件基本操作功能； 多渠道的 运算方式， 便于执行 %&’(% 电磁暂态计算、 %&’(% 支持程序计算和闪络率计算； 提供灵活的批处理提 交环境， 既可直接运行批处理文件， 也可以根据需 要临时选择和指定批处理的内容， 生成批处理文件 或提交运行；集输入处理、 %&’(% 计算输出处理和 图形处理于一体； 可启动 %&’(% 图形输出程序； 具 有应用程序路径选择、缺省数据文件路径保存、 文 本字体选择、 文本拖放、 汉化等辅助功能。 （’234） 。 该 第二， %&’( 1 %&’(% 暂态运算程序 程序是 %&’(% 的核心程序，可进行电力系统时域 和频域仿真。 与 %&’( 相比， 该程序增加了不少新功 能， 尤其是在电力电子仿真方面， 不仅增加了新的 元件模型，还采用了新的计算方法，以解决现有
相对地的绝缘闪络率； 预测在操作和故障过电压下 输电线路相间的绝缘闪络率； 预测在操作和故障过 电压下高压电气设备绝缘损坏的概率。 第四， （新增功 %&’(% 图 形 输 出 程 序 （(’6） 能） 。该程序的主要功能有： 具有支持多文挡、 多数 据文件同图输出， 多图形页窗口， 以及多图形、 多曲 线显示的功能；可同时对多个数据文件进行处理， 不同数据文件的变量可画在同一个通行中， 以便比 较； 可与多种数据文件接口， 能绘制各种类型变量 的输出曲线； 可进行 %&’(% 时域作图， 包括对节点 电压、 支路电压和功率、 支路电流和能量、 发电机、 电动机、控制系统等多种变量的作图；可进行 实 %&’(% 频域作图 A 包括绘制变量的幅值、角度、 部、 虚部等； 图形功 能 齐 全 ， 易于创建、 删除、 编辑、 显示、 打印、 保存、 恢复图形和图形页； 具有完整的 图形打印、 图形保存功能， 其保存的图形文件所占 空间很小； 具有提供单轴和多轴作图的功能； 图形 具有多样化的特性， 用户可以随时修改曲线变量名 称、 B 轴和 C 轴名称及其单位，调整图形 B 轴和 C 轴的显示范围， 增加或取消网格和图符， 添加图形 注释说明； 数据分析功能包括测值功能、 极值显示 功能和动态谐波分析功能。
过 电 流
反时 限过 电流
过 电 压
低 电 压
特 性
四 边 形
图%
源自文库
元件结构示意图
的图形系统具有较好的独立性， 并且能够方便地进 行扩充。本文开发的保护框图编辑系统具有以下功 能和特点 ’ 为绘制各种保护元件提供了相应的绘图 工具， 通过单击并拖动相应的工具就可以直接完成 各种元件的绘制 ( 操作非常直观、 简便； 能够完成各 种元件的复制、 剪切、 粘贴、 删除、 移动， 也可以整块 操作图形， 所有操作都与 )*+,-./ 的标准操作保持 一致；可以像 012-304 软件一样实现敏感点捕捉； 可以根据各元件在图形上的位置自动确定各元件 之间的连接关系， 省去了用户输入网络拓扑连接关 系的工作， 大大减少了用户绘制保护逻辑框图的工 作量，避免了输入网络拓扑信息出错的可能性； 软 件还提供了自动检测功能， 可以检测出保护框图连 接线的错误。
>C304 8 BO943 有 6 种版本。 !5! 电力系统电磁暂态及电力数字仿真软件包介绍 BO9>B （BPIK2E-FDM+I2*K9ED+/*I+2U>-.IEBPIK : 2E-+*K/，电力系统电磁暂态及电力电子数字仿真软 件包）是由中国电力科学研究院系统所在 BO9> 的
基础上开发改进而成的。 它新增了工作平台、 闪络率 计算支 持 程 序 和 图 形 输 出 程 序 （>93） ， 可以运行在 基 于 )AV4W)CV9 和 )AV4W)C$# 8 $X 8 !""" 等 操 作系统的微机上。 下面将各部分内容逐一进行介绍。
%565! 其他功能
滤波的每一种算法都可事先编好， 因而用户可 以根据需要选取滤波算法， 很容易地仿真各种原理 的保护。 继电保护的定值都存在数据库里， 可以直接在 框图上对它们进行检查和修改， 这使得保护定值的 校验也变得容易。通过双击元件从弹出的对话框中 可以方便地改变元件的特性和编号。 该软件实现了阻抗元件的自定义特性， 也就是 说用户只要给出几条直线和圆弧就可以形成任何 种类的动作特性。 逻辑元件在保护框图中使用频繁，数量巨大， 绘制过程中经常需要变更属性和输入端个数， 为 此， 本软件开发出了自定义特性的逻辑元件。用户 可以选择逻辑性质、 输入端个数、 输入输出端是否 要加 “非” ， 从而最大限度地满足用户的需求。 该软件使用的数据格式满足我国电力行业标 准 47 8 9##6:$& 《!!";#"" <= 电力系统故障动态记 录技术准则》 。该技术准则选择了美国国家标准 《>36?5%%% 8 4@ABBBC2D+,DE,3-FF-+G-EFD2H-E9ED+ :
真。 连续仿真速度也可调节。 该主菜单可用来对任何 复杂的保护装置进行动作行为的动态仿真。这里把 主菜单中 C 个菜单项弹出的内容放在了一幅图中。
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电力系统动态模拟装置模拟软件
本文所介绍的电力系统动态仿真，其原理是：
?’? 电力系统动态仿真原理
首先， 用程序模块实现继电保护装置各种可能的功 能元件， 如电流元件、 电压元件、 功率方向元件、 阻 抗元件、差动元件以及各种逻辑元件和时间元件， 在仿真时用图形操作将这些功能元件按被试保护 装置的实际结构组成保护装置的软件框图。对于研 制中的保护装置或投入运行前的保护装置进行性 能校验时， 可根据保护将运行的电力系统的结构和 参数，用 *4)3 仿真得到所拟校验的故障情况下进 入保护的电流、 电压数字量， 将这些故障数字量输 入到保护软件框图的测量元件中， 观察保护框图各 元件的动作情况和它们之间的时间配合关系。最后 可观察到保护装置整体的动作情况。对于运行中的 保护装置，分析其在某次故障时误动或拒动的原因 时， 可将故障中录制的故障电压、 电流数字量输入到 保护软件框图中进行试验， 与上述方法相同。 动态仿 真可有 C 种方式，即连续仿真、单步仿真和断点仿
企业技术开发
!""# 年 $ 月
时间 延 时 宽 定 长 输 出 启 动
其他 电 压 互 感 器 断 线 电 流 互 感 器 断 线 振 荡
/*I+24D2DBJKLD+MI （3-F2ED,I ） H-E>-.IE ， 作为我国故障动态记录设备的 CN/2IF》
暂态数据交换的标准格式， 使本软件具 有更广泛的实用性， 也可以使用虚拟数 据或 BO9> 的仿真结果进行仿真。 用该软件还可得到大量的图形和 曲线， 例如 ’ 保护的动作特性、 测量阻 抗 的变化轨迹、 电流及电压波形图等。 仿真既可以连续也可以单步进行， 这可以使用户清楚地观察故障期间保
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ＦＡＮＧ Ｓｈｕ－ｙａｎ
， （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ， Ｈｅｎａｎ ４５０００４ ， Ｃｈｉｎａ）
45*&-%1&： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｍａｒｋｅｔ ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｄｕａｌｌｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆ ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｉｎ ｇｒｅａｔｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗ－ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ， ｔｈｅｒｅｉｓ ａｎ ｕｒｇｅｎｔｎｅｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｔｈｉｓ ｅｓｓａｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｏｇｉｅｓ ｄｅｖｉｃｅ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｔａｔｅｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ ｉｎ ｏｒ－ ｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｈａｒｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅｒｅｓｏｕｒｃｅ ． ； ； 6./,(-2*： ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ； ａｃｃｉｄｅｎｔ ｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ
43 进行电力系统仿真计算 ( 该软件还可以作为实时 数字仿真器 （T94C ） 的前置端。 BO943 是 >C304 8 BO943 仿真的核心程序， >C304 是与 BO943 完美
结合的一个强大的图形用户界面， 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， 处理数据， 从而保证研究工作的质量和效率。
!889=8"=!> 收稿日期 ： 作者简介 ： 方舒燕 （?#@9—） ， 女， 吉林白山市人， 硕士， 郑州电力高 等专科学校副教授， 主要从事计算机应用及电子技术方 面的研究。
?’! 保护元件的结构
为了具有更好的层次性、 易扩展性， 本软件充分 利用了面向对象的编程技巧，设计了如图 ? 所示的 元件结构， 使用这种结构符合面向对象的特性。 首先 构造基类—— —元件类， 它具有所有元件的共同特性， 如具有颜色、 大小、 位置等特征， 可以被执行移动、 复 制、 删除等操作。由这一基类派生出测量元件、 逻辑 元件、 时间元件和其他元件。测量元件包括电流、 电 压、 阻抗和功率方向元件， 这些元件要输入电流、 电 压采样点谐波分析的结果。逻辑元件要输入与它相 连的其他元件的动作情况。既非测量又非逻辑的元 件包括在其他元件中， 如启动元件、 电压和电流互感 器断线检测元件等。各种测量元件感受到的测量值 都可以归结为一个数学公式的计算结果。
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企业技术开发 )*+,(-.-/0+1. 2*$*.-34*() -5 *()*63607*
!889 年 # 月 7:;<’ !889
电力系统故障仿真软件分析
方舒燕
（郑州电力高等专科学校， 河南 郑州 "9888" ）
摘 要： 随着电力市场不断发展、 电力电子技术的逐步应用、 大型电力系统串级式故障的不断出现和对电力系统 控制器的深入研究A电力系统仿真软件的应用也越来越迫切A文章介绍了电力系统动态模拟装置模拟软件和电磁 暂态仿真软件， 以全面提高软件资源共享的能力。 关键词： 电力系统； 故障； 仿真； 软件 （!889 ） )4B?? 1 ?88@=>#CB 8#=888C=8C 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ：
护中每一个元件的动作情况和它们的时间配合关 系， 从而找出运行中保护的误动原因。此外， 该软件 还能够分析在设计阶段的保护的性能， 从而大大缩 短新型保护的研制周期。
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电力系统电磁暂态仿真软件
!5% 直流电磁暂态计算程序介绍 （BPIK2E- ODM+I2*K9ED+/*I+2*+4Q >C304 8 BO943 ， 直流电磁暂态计算程序） 是目前世界上广 3CN/2IF
泛使用的一种离线仿真电力系统分析软件， 是分析 和研究直流输电系统和交直流相互影响等问题的 有力工具。 %$?@ 年 4I++*/)--,H-E, 博士为了研究高 压直流输电系统， 在加拿大曼尼托巴水电局开发完 成了初版 BO943。 多年来该高压直流输电研究中心 在 4I++*/)--,H-E, 博士的领导下对 BO943 的元件 模型库和功能不断进行完善， 使之发展为既可以研 究交直流电力系统问题， 又能够完成电力电子仿真 及非线性控制的多功能工具， 特别是 >C304 图形界 的开发成功 ( 使用户能更方便地使用 BO9Q 面 （RSA ）