怎样研究电网稳定性及预防大范围停电_丙观科技

当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些失步解列装置防止事故扩大，防止大面积停电。

目前研究电网解列以及综合解列装置在电网震荡时是否能够正确动作，保护装置在电网震荡时能否正确闭锁，以及如何主动保护电网震荡是目前电力系统保护领域研究的热点问题。

由于电力系统装置多，结构复杂，占地庞大，对于需要实物系统进行测试实验是一大难题。因此目前大多数电网震荡相关的研究工作往往采取离线仿真的方法，离线仿真系统虽然搭建方便，拓扑修改灵活，性能强大，但是对于微电网中包含的各个部分的仿真均比较理想化。

功率硬件在环则兼顾了实际硬件系统和仿真系统两者的优点，在功率硬件在环仿真平台中，实时仿真器运行电网模型，通过功率接口，与实际保护装置或者综合解列装置相连接构成闭环。

科研人员和工程师可以对整个电网的震荡过程进行非常接近真实情况的测试与验证。为研究电网稳定性提供了可靠的平台。

电力系统震荡解列硬件在环仿真与测试

在构建功率硬件在环仿真系统的过程中，参看下图，本来系统是由电网，CT/PT以及继电保护系统构成，现在电力系统输电线路的部分在Matlab/Simulinkm环境下搭建，使用NI Veristand直接导入该模型生成的dll文件运行于 NI PXI 控制器中，通过功率接口，将控制器小信号放大成互感器二次侧真实的电压与电流，最后接入继电保护设备。

导入dll模型后，创建Mil（Mode-in-the-Loop）测试环境，在WorkSpace中添加控件，控制或查看模型的参数变化，控制电网模型仿真各种类型的震荡故障来研究继电保护系统。

图1. 功率硬件在环仿真系统实施框图

功率硬件在环仿真实验系统的照片如下图所示，下图左上方是白色机箱是NI PXI实时仿真器，它的MCU上按微秒级的仿真步长实时运行着电力系统数学模型，采用后向欧拉算法实时计算下一节点的仿真结果。

下方的机箱是功率接口，主要将仿真器实时仿真输出的小信号放大成真实的电压电流信号，驱动保护装置或者综合解列装置。

右边是被测SEL保护装置，此次实验就是观察SEL保护在电网震荡情况下震荡闭锁单元是否正常触发。SEL保护上方是控制PC，主要用于显示和控制NI PXI实时仿真器。

图2. 功率硬件在环仿真系统实施框图

硬件在环仿真与测试结果

下图显示了不同的Em/En对震荡中心位置的影响。

图3  震荡中心位置仿真结果

通过功率接口输出实际震荡故障波形，震荡电压U=75.878V,震荡电流I=3.503A; 震荡中心在21.665Ohm处，功角是180°。

图4 震荡电压电流仿真波形

下图是R-X平面上显示保护测量阻抗变化轨迹及发电机失步保护，电网振荡解列装置的动作特性。

图5 动作特性仿真曲线

总结

通过继电保护系统故障导致美国纽约大面积停电事件引入，我们了解了一下造成大面积停电的原因以及如何防御，然后引申到如何研究电网稳定性，防止潮流转移和电网震荡导致的继电器连锁跳闸，介绍了如何通过功率接口配合Matlab建模，实现电网的功率硬件在环仿真，并通过一个经典的电网震荡仿真实验完成对继电保护系统的检验，为科研人员从事相关工作提供参考。