國內外繼電保護與安全自動裝置仿真建?，F狀

經驗人：高 磊 蘇 迪 楊 楠 江 涵 孫 健 朱旭凱

本文對繼電保護與安全自動裝置建模的方法進行分類，同時總結了國內外常見仿真軟件對繼電保護與安全自動裝置建模的支持情況，詳細介紹了裝置用戶自定義建模的方法，并對固定建模方法進行評價。

建模方法分類

對于繼電保護與安全自動裝置的建模，主要有兩種考慮方式：一種方式是模擬繼電保護與安全自動裝置帶來的效果，即并不對具體的裝置進行建模，只是處理確定故障發生以后斷路器的動作特性，采用預置時間和動作狀態的方式；第二種方式是根據實際的繼電保護與安全自動裝置進行建模，建模過程中考慮動作時延、動作配合等。因此，根據裝置的原理進行模型搭建，靈敏度要求通過模型本身來體現，模型引入定值信息，通過定值比較確定動作特性，這種方式相對準確，能夠真實反映裝置特性，但計算量較大。

常見仿真軟件現狀

到目前為止，得到廣泛應用的大型電力系統仿真程序，大都未提供繼電保護與安全自動裝置的模型，僅僅依賴上述方法中的第一種；部分軟件，具備簡化的繼電保護與安全自動裝置模型，能夠實現部分簡單的繼電保護功能。常見的仿真程序包括國內的PSASP、BPA，國外的PSS/E、NETOMAC、EUROSTAG。其中PSASP 中沒有包含繼電保護裝置的具體模型，發生故障后靠預定時間動作跳閘來模擬繼電保護裝置的動作效果；BPA 程序中的繼電保護模型比較簡單；NETOMAC 與PSS/E 中的模型相同，二者與EUROSTAG 一樣都僅能模擬簡單的保護功能。

繼電保護與安全自動裝置的自定義建模

用戶自定義建模是解決大量繼電保護和安全自動裝置建模仿真的有效手段之一，其已廣泛應用于電力系統仿真計算。

最早對用戶自定義模型的研究，是1977 年應用于電磁暫態仿真中，用于建立調節系統的控制，Dube 和Dommel 聯合完成。之后，1985 年，為定義和研究高壓直流輸電系統的影響和繼電保護裝置特性，魁北克水電局采用用戶自定義模型的方式，實現了各種基本傳遞函數和函數之間的連接。ABB 公司于1988 年在其開發的仿真軟件SIMPOW 中，實現了一種用戶自定義支持語言SIMPOW_DSL，用來編寫一些特殊系統元件的模型程序，模型編寫后通過編譯，形成可執行代碼。

國內的電力系統分析綜合程序（PSASP）已有幾十年的歷史，在我國電力系統中得到了廣泛的應用。借鑒國外的經驗，該仿真軟件中支持用戶自定義建模功能。該用戶自定義建模功能，能夠模擬繼電保護與安全自動裝置的特性，而且可對一次設備的動態行為進行模擬。并且，用戶自定義模型可與已存在的固化模型聯合仿真，給發展的電網仿真建模帶來極大便利。該方法具有靈活、快速、方便的特點，采用數據文件的方式，程序讀入文件后，與原有程序聯合完成基于梯形隱式積分法的暫態穩定求解。形成數據文件前，需要統計構成用戶自定義模型的基本功能模塊、模塊鏈接方式、模型與外部交換的信息及涉及的參數等。

在仿真程序NETOMAC 中，包含了80 多種基本功能框，用于建立用戶自定義模型來模擬元件或控制功能，該功能采用了采用面向模塊的仿真語言，與傳遞函數框圖的流程圖相仿，只是對一些固話模型定義了相應的數據卡。該程序雖功能強大，具有很強的靈活性，但不容易被用戶所掌握，需要具備較高的模型原理與編程語言的專業水平。

南瑞穩定所與加拿大PLI 公司合作開發的快速安全評估工具同樣提供了50 多種基本的功能框，能夠靈活方便的搭建系統元件、控制邏輯、控制策略等，用于對暫態或中長期過程進行仿真。該工具采用宏語言建模和預先設置嚴謹的建模規則。在工具中，為滿足直流輸電系統的仿真（包括啟動過程、緊急控制、邏輯功能判斷等），定義了用于直流建模的基本功能模塊，滿足穩定計算的要求。

鼎鼎大名的MATLAB，是MatheWorks 公司研發具有強大的科學計算功能、多領域應用的數學工具，其中Simulink 模塊中包含了完善的基本功能模塊，堪稱用戶自定義建模的典范，該模塊具有良好的可視化建模環境，易于用戶掌握。

為了更好地實現對繼電保護與安全自動裝置的仿真建模，很多仿真軟件采用了多種方式，例如在用戶自定義模型基礎上，同時具備編程語言接口功能。當然，各種方式都各有優缺點，在易用性、準確性、靈活性、可靠性、高效性、可擴展性等都達到很好的效果還需要更多的工作。

固定建模方法

國內外也有一些電力系統仿真軟件具備模擬繼電保護與安全自動裝置的固化模型，用戶在選擇時需要根據實際情況，有時選擇近似的模型。但是電網是不斷發展進步的，電網智能化的發展趨勢已經改變了傳統的繼電保護方式，仿真中模型不適用新型自動控制和保護裝置的情況，是經常會遇到的，對已有的程序進行修補和改進總是比較被動的做法，用戶掌握起來也就更加不容易。

結語

從繼電保護與安全自動裝置仿真建?，F狀來看，采用用戶自定義建模的方式，能夠伴隨著新裝置的涌現很快適應，但也同時存在大規模電網“多如牛毛”繼電保護與安全自動裝置如何配置和管理的問題。