基于DDRTS的電力系統實時仿真

摘 要：本文介紹了數字動態實時仿真系統（DDRTS）的軟硬件組成、應用及進行仿真的主要步驟，并在DDRTS環境下搭建了一個典型電力系統的模型，并進行了實時仿真分析。仿真結果和理論分析一致，表明DDRTS可以實現對電力系統的實時仿真。

關鍵詞：數字動態實時仿真系統；電力系統；實時仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.146

0 引言

隨著現代電力系統的網絡規模不斷擴大和電網電壓等級不斷提高，大電網的安全穩定經濟運行是電力工業領域面臨的重大科技難題，實踐證明，電力系統全數字實時仿真是開展電力系統安全穩定分析的基礎技術手段，對電力系統的規劃設計建設和電網安全穩定運行具有重要作用，電力系統全數字實時仿真軟件在電力系統中的應用越來越廣泛。[1～3]

數字動態實時仿真系統（Digital Dynamic Real-Time Simulator，簡稱DDRTS）是由深圳殷圖科技發展有限公司、東北電力調度通信中心和清華大學聯合研制開發的，是國內自主研發的實時數字仿真系統，相較于加拿大的RTDS軟件，其具有學習容易、搭建模型方便快捷、成本較低、擴展性和兼容性較好等優點，已成為電網進行電力系統實時數字仿真的一個重要工具。

本文主要介紹了DDRTS系統的組成、應用，以及應用DDRTS進行實時仿真的步驟，并在DDRTS環境下建立了一個典型電力系統的模型，就此模型進行實時仿真分析。仿真結果表明，DDRTS可以實現對電力系統的實時仿真。

1 DDRTS系統介紹

1.1 DDRTS系統的組成

DDRTS系統主要由兩部分組成，分別為硬件部分和軟件部分。

DDRTS系統的硬件部分主要包括：（1）微機：對所模擬的系統進行動態實時仿真。（2）高速信號通信系統：主要用于微機和信號轉換及輸入輸出系統之間的數據通信。（3）信號轉換及輸入輸出系統：主要進行信號模擬量轉換為數字量、數字量轉換為模擬量以及開關量的輸入和輸出，包括A/D、D/A、I/O、O/I四個單元。（4）功率放大器：進行電壓或電流的幅值、相位、頻率的調節。

DDRTS系統的軟件部分包括：（1）電網電磁暫態仿真程序：是電網數字動態實時仿真系統的重要組成程序。（2）圖形化電力系統仿真建模系統：全中文圖形界面，可以方便快速地搭建數字仿真系統模型，進行系統的仿真計算，分析系統的穩態、暫態和動態行為。（3）實時仿真進程控制系統：進行實時通信、同步控制、信號轉換和輸入輸出量的處理等。（4）DDRTS系統輔助功能模塊：繼電器測試程序、數字動態諧波測試程序、數字動態實時回放測試程序等[4，5]。

DDRTS系統的元件庫包括：1）常用的系統元件庫，如發電機G、變壓器T、故障Fault、輸電線路Line、斷路器QF、電流互感器CT、電壓互感器PT、負荷Load和各種無源元件等；2）控制模塊庫，利用這些基本模塊，可以搭建目前電力系統中所有的控制器，如發電機的勵磁調節器和調速器等。

1.2 DDRTS系統的應用

利用DDRTS可以方便的實現電力系統潮流計算、短路計算、電網的穩態分析、暫態仿真，還可以實現對繼電保護裝置、安全自動裝置、測量和控制裝置進行實時閉環測試，既可以進行離線仿真，也可以實現實時仿真。當改變元器件本身的參數，如電源電壓、發電機的功率、線路的參數、變壓器的參數、故障地點、故障類型、負載等，就能實現電力系統不同情況下的實時過程仿真，便于對不同參數和負載情況進行比較。

1.3 DDRTS系統的仿真步驟

應用DDRTS進行電力系統仿真的主要步驟為：1）搭建仿真系統模型：創建新工程或打開已有的工程后，在系統主圖頁上繪制需要模擬的電氣主接線圖，設置電氣主接線圖上各元件的參數；2）設置仿真參數：設置仿真步長、總體仿真時間、系統頻率等；3）進行仿真：創建輸出頁，選擇輸出量，啟動仿真；4）結果分析：通過對輸出結果進行分析，得出結論。

2 基于DDRTS的仿真實例

為了驗證DDRTS仿真軟件的實時性，在其環境下搭建了一個電力系統模型，如圖1所示。

仿真模型的主要參數：電源相電壓的有效值為Ua=Ub=Uc=230kV

，采用電力系統中性點直接接地的方式，線路的長度為50km，系統頻率為50Hz，負荷為100+j50MVA。

圖1 典型電力系統的DDRTS仿真模型

圖2 線路首端三相電流趨勢圖

圖3 母線2三相電壓變化趨勢圖

仿真設置：系統開始處于正常運行狀態，0.2s時在距離輸電線路首端50%（即距離首端25km）的地方發生A相單相接地短路故障，經過0.05s后故障消除，總體仿真時間設置為0.3s。輸出頁設為輸電線路首端三相電流趨勢圖和母線2三相電壓變化趨勢圖。啟動仿真后，得到仿真結果分別如圖2和圖3所示。

理論分析：在電力系統中，通常把發電機或變壓器的繞組星型連接的中性點作為電力系統的中性點。我國電力系統中性點常用的接地方式主要分為兩大類，即中性點有效接地系統和中性點非有效接地系統。中性點非有效接地系統主要用在3～35kV的電力系統中，而110kV及以上的電力網都把中性點直接與地相連，即為中性點有效接地系統。對于中性點直接接地的三相輸電系統來說，當發生單相接地短路時的特點如下：短路點故障相的電壓變為零，兩個非故障相電壓幅值相等；故障相的電流變大，非故障相電流不變。

仿真結果分析：由仿真結果圖2（線路首端三相電流趨勢圖）和圖3（三相電壓變化趨勢圖）可以看出：在0.2s時A相的電流迅速變大，電壓迅速變小，而另外兩相B相和C相的電流基本保持不變，電壓稍微變大。因此可得出結論，在0.2s時發生了A相單相接地故障，仿真結論和前述的理論分析是一致的。

通過對上述整個系統的仿真，可得到結論：利用DDRTS進行電力系統實時仿真是可行的。

3 結束語

隨著電力系統的快速發展，大容量機組和超高壓遠距離輸電線路日益增多，傳統的離線仿真技術已不能滿足電力系統的規劃、設計以及系統事故分析和對策制定的需要，因此建立大型數字實時仿真系統已成為發展現代電力仿真技術的趨勢。DDRTS系統功能較為強大，性價比較高，已經在南京南瑞繼保電氣有限公司、寧夏電力調度通信中心、云南電網、青海電網和東北電力調度通信中心等單位投入使用。作為國內自主研發的全數字電網實時仿真系統，DDRTS滿足了對電力系統進行實時仿真的需要，既可以用于學校科學研究和學生學習，又可以用于電網實時仿真，有很好的應用前景。

參考文獻：

[1]湯涌.電力系統數字仿真技術的現狀與發展[J].電力系統自動化，2002，26（17）：66-70.

[2]李升，韓念杭，李干林等.數字動態實時仿真系統簡介[J].農村電氣化，2006（01）：30-31.

[3]高偉，何瑞文.基于MATLAB和PSPAP的電力系統仿真研究[J].廣東電力，2005，18（11）：9-11.

[4]鄭三立，梁旭，孫剛等.基于微機的電力系統數字動態實時仿真裝置[J].電力系統自動化，2004，28（01）：92-93，98.

[5]鄭三立，黃梅，胡明亮等.基于微機數字仿真的實時閉環測試系統[J].華北電力技術，2004（06）：21-24.

作者簡介：張興然（1981-），女，工學碩士，講師，主要研究方向：電力系統。