【摘 要】本文介绍了电力系统动态模拟继电保护装置的基本原理模拟原则，对220kV线路保护装置性能测试的设计方案进行了深入研究，重点解决了测试系统建模等相关问题。，利用基于动模实验得到测量的参数对模型系统和原型系统进行比较分析，从而得到原型系统和模型系统相应电气量之间的相似、相等关系，检验所建动模测试系统的有效性。
【关键词】电力系统；动态模拟；数字模拟；物理模拟；性能测试
0 引言
电力系统在运行中，元件可能发生各种故障和不正常运行状态，除了采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，有选择性的切除故障元件是保证电力系统安全运行的最有效的方法之一。继电保护装置正是实现这一功能的手段。可靠的继电保护产品保证了系统的安全性，防止事故的扩大和元件的进一步损坏。因此要求继电保护产品有优良的特性，在继电保护产品投入使用之前必须对其性能进行测试，这是保证电力系统继电保护实现其功能的必要手段。而利用实验对继电保护产品性能进行测试则成为实现上述功能的一种有效手段。对继电保护产品的测试可以在实际电力系统进行测试，也可以在模拟条件下进行。在实际系统中，进行研究虽然可以得到真实可靠的结果，但是它受许多条件限制，如经济损耗很大，影响安全可靠供电等。在某些发问下要想满足实验所具备的条件是很困难的，甚至是不可能的。因此利用动态模拟实验来分析上述实验是一种必要的手段。
1 继电保护装置性能测试的动态模拟
1.1 仿真测试方法综述
电力系统继电保护装置性能测试方法有很多种，按照测试模型的类型划分，主要有基于数学模型的数字仿真测试方法和基于物理模型的动态模拟两种。
物理模拟测试方法：
电力系统物理动态模拟是建立在相似原理基础之上，反映真实电力系统物理性能和现象的物理模拟，研究电力系统在规定时间内工作特征的一种电力系统物理仿真技术。物理模拟是建立在“相似原理”的基础之上，反映实物的物理过程的模拟研究方法。其特点是：
（1）可以在模型上直接观察到电力系统发生的现象，也可以直接观察到研究的结果，获得明确的物理概念，并可方便地对电力系统特性和诸过程进行特性和具有一定精度的研究。
（2）利用物理模拟的方法可以探求到现象的本质。物理模拟的实验结果还可以用来校验电力系统的理论和计算公式，以及在建立数学方程式时各种假设的合理性，并为理论的简化确定标准，进一步使理论得到完善和发展。
（3）在模型上可以接入实物可以直接研究自动调解和控制系统和研究新型电力系统装置，如：综合自动化，微机励磁，微机保护等。
（4）在模型上可以方便地配置所研究的系统以及模拟不同形式的故障，可以方便的重复其复杂运行状态，获得清晰的物理概念。
电力系统各种元件保护产品的基本性能和可靠性测试均是在实验室中完成。到目前为止，现实中电力系统的试验只在东北电网进行进两次，并且承担了很大的风险。因此，对于继电保护装置的测试只能在实验室里进行。实验室中动态模拟实验和数字仿真实验两者综合起来对继电保护产品进行测试是当今测试的主要手段，通过实验来保证继电保护产品的基本性能和可靠性。
本文研究的方向是测试继电保护产品的性能，即将继保装置放在动态模型中用各种运行方式来考验它的性能，因此应该运用物理模拟方法。
1.2 物理动态模拟原理
根据相似原理可知，为了真实地反映原型中的过程，在模型与原型之间必须保证两个系统的物理量的标么值相等。在动模实验室里，我们力图使电力系统各元件的模型具有原型一样的特性。这样，由它们组成的电力系统模型能够反映出真实的电力系统的特性。为了使模型参数尽可能接近原型参数，还要在一定范围内调整，因此还设计和制造了一些专用的补偿装置。在动态模型上，可以反应饱和、磁滞、涡流等非线性的效应。当然，要使模型与原型参数特性都一致，实际上是做不到的，所以实际的相似是局部，近似的相似。若主要参数是相似的，那么模拟出的过程和现象还是达到一定的精度。
1.3 电力系统主要元件的模拟
1.4 对性能测试系统的要求
为了保证测试结果更接近被试保护产品真实运行状态，物理动态模拟系统应该满足以下的技术性能要求：
（1）在模拟电厂高压侧发生三相短路时，其短路电流中的非周期分量衰减时间常数就大于100ms。在模拟电厂为接入系统前，在高压侧的谐波电压就小于额定电压的1.5%。
（2）无穷大电源未接入模拟系统前，高压侧的谐波电压值应小于额定值的1.5%；三相短路时的二次电流最大值就达原型水平，单相短路时的零序回路3倍电流值应小于三相短路相电流值，短路电流中的非周期分量衰减时间常数不小于90ms（相当于短路阻抗角不小于88°）。
（3）电源三相平衡，在未接入模拟系统前，在额定电压下的负序相电压分量应小于0.5V（二次值），在模拟发变组末端三相短路时负序相电流应小于相电流值的4%。
（4）电厂高压侧母线短路时的二次电流值（强励未起作用前）应与原型相差不超过20%。
（5）如无特殊要求，模拟系统的最大短路电流值，可按电流互感器的二次电流误差值不超过10%所允许的最大电流倍数考虑。
2 动模试验测试系统的建模
2.1 原型系统的接线方案
根据国标，对应用于220kV长距离线路的线路保护产品，所推荐的动模试验典型接线方式如图2所示。下面根据相似原理，搭建与图2相似的动模实验系统，在此基础上，再选择适当变比的模拟TA和模拟TV。
比较原型与模型中流过电流互感器二次侧的电流值，可得出所建立的模型基本是合理的。
4 结论
本文主要研究了在动态模拟实验室对电力系统继电保护装置进行性能测试的方法，以及对其进行物理动态模拟。其中，对数学模拟和物理模拟进行比较分析，并结合动模实验室的具体条件，运用物理模拟的方法对220kV线路保护进行建模，最后对所建立的模型进行分析验证，得出所建立的模型基本是合理的。
【参考文献】
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[2]焦彦军，张新国，等.应用于动态模拟系统的继电保护测试系统的方案设计[J].电力系统及自动化学报，2001.
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[4]杨德光，陆继明.电力系统综合实验原理与指导[M].北京：机械工业出版社，2004.
[责任编辑：汤静]
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