當(dāng)電網(wǎng)遇到概率很低的多重嚴(yán)重事故而穩(wěn)定破壞時(shí)，依靠這些失步解列裝置防止事故擴(kuò)大，防止大面積停電。

目前研究電網(wǎng)解列以及綜合解列裝置在電網(wǎng)震蕩時(shí)是否能夠正確動(dòng)作，保護(hù)裝置在電網(wǎng)震蕩時(shí)能否正確閉鎖，以及如何主動(dòng)保護(hù)電網(wǎng)震蕩是目前電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。

由于電力系統(tǒng)裝置多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地龐大，對于需要實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)是一大難題。因此目前大多數(shù)電網(wǎng)震蕩相關(guān)的研究工作往往采取離線仿真的方法，離線仿真系統(tǒng)雖然搭建方便，拓?fù)湫薷撵`活，性能強(qiáng)大，但是對于微電網(wǎng)中包含的各個(gè)部分的仿真均比較理想化。

功率硬件在環(huán)則兼顧了實(shí)際硬件系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)兩者的優(yōu)點(diǎn)，在功率硬件在環(huán)仿真平臺(tái)中，實(shí)時(shí)仿真器運(yùn)行電網(wǎng)模型，通過功率接口，與實(shí)際保護(hù)裝置或者綜合解列裝置相連接構(gòu)成閉環(huán)。

科研人員和工程師可以對整個(gè)電網(wǎng)的震蕩過程進(jìn)行非常接近真實(shí)情況的測試與驗(yàn)證。為研究電網(wǎng)穩(wěn)定性提供了可靠的平臺(tái)。

電力系統(tǒng)震蕩解列硬件在環(huán)仿真與測試

在構(gòu)建功率硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的過程中，參看下圖，本來系統(tǒng)是由電網(wǎng)，CT/PT以及繼電保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，現(xiàn)在電力系統(tǒng)輸電線路的部分在Matlab/Simulinkm環(huán)境下搭建，使用NI Veristand直接導(dǎo)入該模型生成的dll文件運(yùn)行于 NI PXI 控制器中，通過功率接口，將控制器小信號(hào)放大成互感器二次側(cè)真實(shí)的電壓與電流，最后接入繼電保護(hù)設(shè)備。

導(dǎo)入dll模型后，創(chuàng)建Mil（Mode-in-the-Loop）測試環(huán)境，在WorkSpace中添加控件，控制或查看模型的參數(shù)變化，控制電網(wǎng)模型仿真各種類型的震蕩故障來研究繼電保護(hù)系統(tǒng)。

圖1. 功率硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)實(shí)施框圖

功率硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的照片如下圖所示，下圖左上方是白色機(jī)箱是NI PXI實(shí)時(shí)仿真器，它的MCU上按微秒級(jí)的仿真步長實(shí)時(shí)運(yùn)行著電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，采用后向歐拉算法實(shí)時(shí)計(jì)算下一節(jié)點(diǎn)的仿真結(jié)果。

下方的機(jī)箱是功率接口，主要將仿真器實(shí)時(shí)仿真輸出的小信號(hào)放大成真實(shí)的電壓電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置或者綜合解列裝置。

右邊是被測SEL保護(hù)裝置，此次實(shí)驗(yàn)就是觀察SEL保護(hù)在電網(wǎng)震蕩情況下震蕩閉鎖單元是否正常觸發(fā)。SEL保護(hù)上方是控制PC，主要用于顯示和控制NI PXI實(shí)時(shí)仿真器。

圖2. 功率硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)實(shí)施框圖

硬件在環(huán)仿真與測試結(jié)果

下圖顯示了不同的Em/En對震蕩中心位置的影響。

圖3  震蕩中心位置仿真結(jié)果

通過功率接口輸出實(shí)際震蕩故障波形，震蕩電壓U=75.878V,震蕩電流I=3.503A; 震蕩中心在21.665Ohm處，功角是180°。

圖4 震蕩電壓電流仿真波形

下圖是R-X平面上顯示保護(hù)測量阻抗變化軌跡及發(fā)電機(jī)失步保護(hù)，電網(wǎng)振蕩解列裝置的動(dòng)作特性。

圖5 動(dòng)作特性仿真曲線

總結(jié)

通過繼電保護(hù)系統(tǒng)故障導(dǎo)致美國紐約大面積停電事件引入，我們了解了一下造成大面積停電的原因以及如何防御，然后引申到如何研究電網(wǎng)穩(wěn)定性，防止潮流轉(zhuǎn)移和電網(wǎng)震蕩導(dǎo)致的繼電器連鎖跳閘，介紹了如何通過功率接口配合Matlab建模，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的功率硬件在環(huán)仿真，并通過一個(gè)經(jīng)典的電網(wǎng)震蕩仿真實(shí)驗(yàn)完成對繼電保護(hù)系統(tǒng)的檢驗(yàn)，為科研人員從事相關(guān)工作提供參考。