基于实时数字仿真器的变压器保护装置研究

关于电力系统实时数字仿真技术的应用探讨【摘要】随着科学技术的不断发展，电力系统实时数字仿真技术也有巨大的发展，并得到了广泛的应用。

电力系统实时数字仿真技术在电力系统工程的规划、设计、建造及运行等方面的作用更加的重要。

本文通过对电力系统实时数字仿真技术发展及其功能进行研究，对不同的电力系统实时数字仿真技术的应用情况进行分析，为相关技术的进一步发展提供一定的理论基础。

【关键词】电力系统；实时数字仿真技术；应用0.引言随着社会经济的不断发展，对于电力需求也不断增加，同时对于电力的质量和安全性提出了更高的要求。

为了实现安全、可靠、经济的电力系统，在系统的分析、出现故障的情况下进行继电保护的研究过程中，需要准确完整的提供电力系统的静态、动态方面的特性，在实际应用中需要一种方法来分析电力系统的运行情况。

由于电力系统的特性，很难进行真实性的实验进行分析和研究，那么就必须借助一定的手段，而实时的数字仿真技术在电力系统的运行、实验、继电保护等方面的研究有着重要的作用，是一种直观、安全、有效的研究分析手段[1]。

本文对实时数字仿真技术在电力系统中的应用进行探讨。

1.实时数字仿真技术及其具体功能近几年来，随着计算机技术的不断发展，实时仿真技术不断涌现。

通常说的实时反映出电力系统暂态特性的仿真分析平台，就是实时数字仿真系统。

实时数字仿真系统对于电力系统的动态性过程响应有着时间短、速度快的优势，可以实时性模拟出电力系统运行中的各类形式和过程，并且可以接入到实际的物理装置中开展实验，该系统可在一个计算步长的时间之内完成对实际电力系统在预定的时间段内的动态过程响应的计算，并且准确无误的进行数据的转换，在一定程度可实时、统一的模拟出电力系统的电磁暂态过程、机电的暂态过程以及后续发生的动态过程。

但是，在传统型的非实时性仿真技术则不能保证数字仿真需要的时间和实际系统运行响应时间的一致性。

同时，因为实施数字仿真电力系统可与实际的物理装置系统相接，可保持故障暂态的过程同步性，所以说，实时数字仿真电力系统还可以完成二次设备的检测及考核的功能。

电力变压器保护系统研究及仿真摘要：目前，我国的电力工程建设的发展迅速，随着电力系统设备的完善，中国的“西电东送、南北互供、全国互联”的发展非常的成功，电能的传送距离增加、电网所覆盖的区域越来越宽、电网的储存容量也在增大，对电网安全、可靠以及稳定的运行有了很高的要求。

电力变压器对整个电力系统中发电、输电以及配电有着不可替代的作用。

依据《继电保护和自动装置设计技术规程》，给电力变压器应该配备下面的几种保护装置，比如在油箱内部要增加油位过低或者是短路的保护装置，以及绕组和引出线多相发生短路等等的纵联差动保护；大电流方式的接地系统中的变压器外围的接地故障而设置的零序电流保护；变压器对称方向的过负荷所设定的过负荷保护等。

关键词：电力变压器；保护系统；研究及仿真引言电力变压器本身的特性以及在电力系统中的特殊作用，使得变压器运行稳定性成为影响电力系统供给稳定性的关键因素。

随着整体工业水平的提高，虽然电力变压器制造工艺有了长足进步，但21世纪以来，电力系统自动化程度进一步提高，使得电力系统更加智能化，复杂化。

电力变压器作为电力系统中举足轻重的调压设备，对其进行定期、及时的运行分析，并对已发现的隐患进行跟踪、处理和预判，是保证电力变压器运行稳定性的重要手段之一。

而电力变压器的预防性试验是发现其内部隐患，评估其性能的最重要方法，也是对其运行分析最重要的参考指标。

1故障出现的原因1.1绝缘老化绝缘老化故障的出现多是因为变压器使用运行时间较长，这使绝缘性能受到影响。

如果想要使变压器设备运行更稳定，就要使绝缘性能得以保障，否则会因为较差的绝缘效果使各种问题得以出现。

通常来说要掌握其设备运载量的承受程度，以使其运行处于正常的状态，避免在超负荷的情况下持续工作，以保持绝缘材料性能，维持变压器使用寿命。

1.2遭受雷击因为变压器功能的特殊性，很多情况下其安装使用是在室外进行的，也就是在露天环境运行，周围环境很容易对其性能产生影响，这其中就包括雷击影响，所以要对防雷设备进行科学合理的布控，避免雷雨天气使变压器发生故障。

仿真工具在变压器设计中的应用摘要：近年来，随着计算机仿真飞速发展，许多数值模拟软件纷纷从UNIX 平台转移到适合PC机平台，使计算机仿真技术更加方便地应用于各科研生产领域中。

将数值模拟仿真技术应用到变压器以及同类产品的设计中，就能设计出更可靠、更实用的变压器。

本文分析了仿真工具在变压器设计中的应用。

关键词：仿真工具；变压器设计；应用仿真模型是虚拟实验系统的运作核心，决定了实验对象能否正确地响应实验者的相应操作；实验界面是用户与系统的对话环境；程序的编写则将前二者联系起来，构成一个有机整体。

一、计算机仿真计算机仿真是指依据等效性原则在研究系统过程中，利用计算机建立恰当的数学或物理模型来逼真模仿研究对象的过程。

在计算机仿真出现之前，仿真是利用实物或者模型来进行研究的。

实物模型容易破坏、不易修改、难以复用且试验成本昂贵，因此受到很大的限制。

而计算机仿真是用数学模型描述物理对象，不存在破坏和试验成本昂贵的问题，而且模型可以反复修改和重用，还能进行实际中不可能实现的极限情况的模拟，有着无可比拟的优势。

不过计算机仿真需要一定的试验作基础。

计算机仿真分为实体对象的物理抽象、物理简化、数学模型建立、仿真计算和仿真结果分析过程。

二、仿真工具在变压器设计中的应用1.ANSYS 软件。

ANSYS 软件是通用有限元分析软件。

它能与CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，其模型几乎可以不用修改就能导入到ANSYS 中。

ANSYS 软件的优点在于其通用性好。

使用其内置的一百多种单元可以完成包括非线性分析的结构、流体动力学、电磁场、声场和热分析以及多物理场耦合分析。

在变压器设计过程中遇到的力学、温升、电磁场及电磁辐射问题，都可以从 ANSYS 中找到优化方案。

2.矩形绕组应力变形分析（1）变压器绕组流过短路电流时，受到比正常运行时大数百倍的力的作用，对绕组的刚度是很大的考验。

对短路时产生的辐向力而言，树脂浇注的圆柱形绕组由于其结构具有中轴旋转对称的特点，几乎不会产生剪切应力。

2023基于plc的电力变压器冷却控制装置的研究CATALOGUE 目录•引言•plc技术概述•电力变压器冷却控制装置研究•plc在冷却控制装置中的应用研究•基于plc的冷却控制装置应用前景与展望•结论与参考文献01引言1研究背景与意义23电力变压器在电力系统中具有重要作用，其运行状态直接影响到电力系统的稳定性和可靠性。

冷却控制装置是保障电力变压器正常运行的关键设备，可以有效降低变压器温度，防止过热引发故障。

可编程逻辑控制器（PLC）具有编程方便、可靠性高、适应性强等优点，被广泛应用于工业控制领域。

研究目的与内容研究目的：研究基于PLC的电力变压器冷却控制装置的研究内容设计与实现方法，提高冷却控制装置的智能化水平，保障电力变压器的安全稳定运行。

1. 冷却控制装置的原理及结构2. PLC在冷却控制装置中的应用及程序设计3. 冷却控制装置的实验及性能分析4. 装置的优化及改进方案研究方法与论文结构研究方法采用理论分析和实验研究相结合的方法，首先对冷却控制装置进行原理和结构设计，然后选用合适的PLC进行控制系统的搭建，通过实验验证装置的性能，并根据实验结果对装置进行优化和改进。

论文结构本文将分为五个部分进行阐述，第一部分为引言，介绍研究背景与意义、研究目的与内容、研究方法与论文结构；第二部分为冷却控制装置的原理及结构设计；第三部分为PLC在冷却控制装置中的应用及程序设计；第四部分为冷却控制装置的实验及性能分析；第五部分为装置的优化及改进方案。

02plc技术概述plc定义及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种基于数字运算的电子设备，专为工业环境设计。

它使用可编程存储器存储指令，并通过输入/输出接口与外部设备进行交互。

PLC的工作原理基于输入采样、程序执行和输出刷新的三个主要阶段。

在输入采样阶段，PLC读取输入信号的状态，并将其存储在输入映像寄存器中。

在程序执行阶段，PLC按照从上到下的顺序执行指令，并更新内部寄存器的值。

基于数字化变电站的系统保护装置设计黎　强,李延新(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏省南京市210003)摘要:随着数字化变电站技术的逐渐成熟,变电站保护设备的功能及组合方式有了很大的变化和想象空间。

文中提出一种基于数字化变电站数据源统一、数据共享特点的系统保护装置的实现方案,并对其硬件设计、软件功能实现以及工程适应性、可靠性进行了探讨和分析。

系统保护是对数字化变电站内诸多分散的保护测控功能模块的有机集成,从而优化并简化了系统的数据流。

系统保护具有低成本、易维护、高性能、高可靠等特点,能适应未来电力系统自动化的发展和市场需求。

关键词:数字化变电站;系统保护;采样同步;IEEE 1588中图分类号:TM764收稿日期:2008211225;修回日期:2009205225。

0　引言随着计算机技术、网络通信技术的飞速发展和相关标准规范的不断完善,数字化变电站技术将逐步取代传统的变电站自动化技术得到广泛的应用[126]。

数字化变电站以变电站一次系统、二次系统为数字化对象,对物理设备、数字化信息进行统一建模、统一数据源,并通过标准化的网络通信平台来实现信息共享、互操作,从而达到安全、稳定、可靠、经济运行的目标。

基于统一建模、统一数据源思想的数字化变电站成功地解决了传统变电站在互操作、互感器传变以及饱和等方面存在的问题,同时也给变电站二次保护设备、整个电网的运行控制提供了更大的发展空间和灵活性。

国内外学者对数字化变电站做了大量的研究工作[7219],然而大部分研究集中于IEC 61850标准如何在站控层设备、间隔层设备和过程层设备中的应用和实现上,对数字化实现给各相关二次设备的实现架构和方式带来的影响变化研究得并不多[20221]。

系统保护在这方面是一个尝试,其出发点就是要跳出传统二次设备面向特定间隔的范畴,从变电站整体(或部分)角度来考虑二次保护测控功能的配置,对逻辑节点(L N )进行重组和整合,从而最大程度地利用数字化变电站数据源统一、数据共享的优势,达到优化数据网络,提高系统数据流和保护动作的可靠性,降低维护成本的目标。

变压器仿真计算模型与保护原理研究的开题报告一、研究背景变压器作为电力系统中重要的电气设备之一，在电力系统中承担着电能传输、分配和转换的重要职责。

但是，在变压器运行过程中，由于各种原因可能引起过电流、过电压等故障问题，进而导致变压器损坏或者引发事故，因此保护变压器的安全稳定运行显得尤为重要。

在实际应用中，变压器的保护通常包括过流保护、零序保护、差动保护等多种保护措施。

其中，差动保护是一种使用广泛、性能优良的变压器保护技术，其主要特点是适应范围广、反应速度快、保护灵敏度高等优点。

为了确保变压器能够正常运行并有效地进行保护，需要对其进行仿真计算模型的建立和保护原理的研究。

因此，本研究从这两个方面进行深入探究，以期能够提高变压器保护技术的水平和可靠度。

二、研究内容和方法本研究的主要内容包括：1. 基于Matlab/Simulink软件平台，建立变压器绕组的仿真计算模型，包括实际运行情况的模拟、空载和负载测试等模型元素。

2. 分析变压器的故障电流、过电压等相关特性参数，并结合差动保护原理，寻找合适的保护方案。

3. 以某一实际变压器为例，利用仿真计算模型进行差动保护试验，从而验证差动保护的可靠性和有效性。

本研究采用的方法包括：1. 理论分析法：根据变压器的特性参数和电气理论方面的知识，分析和计算变压器的故障电流、过电压等相关特性参数。

2. 实验方法：利用变压器测试台，进行实际差动保护实验，验证差动保护方案的准确性和可靠性。

3. 仿真分析法：基于Matlab/Simulink软件平台，对变压器的绕组进行建模，开展差动保护仿真试验，从而探究变压器保护技术的理论机理和实际应用效果。

三、预期研究结果通过本次研究，预期能够获得以下成果：1. 建立一套完备的变压器仿真计算模型，能够较全面地模拟变压器的实际运行情况，准确分析和计算变压器的故障电流、过电压等相关特性参数。

2. 结合差动保护原理，提出一种实用、高效的差动保护方案，能够有效保证变压器的安全稳定运行。

收稿日期：2010－04－02作者简介：李升健(1976-),男,工程师，硕士,主要从事电力系统实时数字仿真的应用研究工作。

0引言RTDS 是由加拿大曼尼托巴省高压直流(HVDC)研究中心开发的专门用于实时研究电力系统的数字仿真系统。

为了提高江西电力系统的科研、试验、运行水平，江西省电力科学研究院于2008年11月引进了该套仿真系统。

本文将详细地介绍该套仿真系统的原理、结构及目前在江西电网的应用情况。

1RTDS 的原理及结构RTDS 是数字仿真技术、计算机技术和并行处理技术发展的产物，它不仅具有数字仿真的特点，而且更重要的是并行处理技术的采用和专门硬件的设计保证了RTDS 运行的实时性和具有闭环测试的能力，可以在50μs 的步长上完成较大规模电力系统的实时仿真运行。

该系统中的电力系统元件模型和仿真算法是建立在已被认可并得到广泛应用的EMTDC/PSCAD 基础上的，是EMTDC 的实时化。

1.1硬件结构RTDS 的硬件结构采用模块化设计，并采用并行处理方式。

当仿真大型系统时，可以将其作为一个整体或若干部分运行。

一个RTDS 仿真器是一个或多个计算机硬件单元，这些单元被称为Rack ，每个Rack 由以下功能卡组成：处理器卡3PC 或GPC 、层间通讯卡IRC 、工作站接口卡WIF 。

每个Rack 包含1块WIF 卡，一块IRC 卡，若干处理器卡以及若干与处理器卡相连的I/O 接口卡。

I/O 接口卡的类型有：模拟输入接口卡GTAI 、模拟输出接口卡GTAO 、数字输入接口卡GTDI 、数字输出接口卡GTDO 、220VDC 数字输入输出接口上下GTFPI 。

一个机柜可以装1～3个Rack ，不同的Rack 相互连接可以组成较大规模的仿真器。

Rack 的数量决定了仿真系统的规模。

Rack 和Rack 间通信是借助于层间通讯卡IRC 来完成的，采用660MHz 通信通道。

Rack 与工作站实时数字仿真系统（RTDS ）在江西电网的应用李升健1，马亮1，黄灿英2（1.江西省电力科学研究院,江西南昌330096；2.南昌大学科学技术学院，江西南昌330029）摘要：文中详细地介绍了加拿大研制的实时数字仿真系统RTDS 的原理及结构，综述RTDS 在江西电网的应用状况，并以CSC-101B 线路保护装置的闭环试验为案例详细描述它的具体应用，最后分析了应用数字仿真系统的难点和不足。

电力变压器保护的仿真研究摘要:电力变压器是电力系统不可或缺的一部分。

电力变压器是传输电能的重要设备，它可以将电压升高或是降低，在输电过程中将电压升高，可以减少电能损失；还可以降低电压为各级使用电压等级，以方便用户使用。

我们国家的电力事业一直在前进，发电装机容量也随之增大，随之电力变压器的容量也越来越大。

因此大容量的变压器的价格不可能便宜，一旦遇到故障而使变压器损坏，因为损坏的变压器不易修理，因此我们要保护好变压器。

关键词：变压器差动保护电力变压器是电力系统重要的电气设备,整个电力系统的稳定安全运行都和它有关。

随着社会的发展，时代的进步，电力变压器的容量、性能、标准等必然逐渐也要随之提高，否则无法保障人们的生活质量，满足不了人们的需求。

时代的发展，技术的创新，新材料新工艺的出现，电力变压器的快速性和可靠性标准也在提高。

对励磁涌流及内部故障进行暂态仿真，对分析变压器的运行状况很有帮助，也可以改进现有变压器保护性能及发展新型变压器保护方案。

一、变压器励磁涌流1.励磁涌流形成的原因当合上断路器给变压器充电时，有时会看到变压器电流表的指针摆动很大，之后很快回到正常的空载电流值，这个冲击电流我们叫做励磁涌流。

励磁涌流的根本原因是变压器铁芯饱和。

其大小的原因有很多，铁芯饱和程度、铁芯的剩磁、合闸时电压的相角等等。

在变压器空载合闸这短暂时间，电压、电流的波形会畸变，产生谐波。

下面以一台单相变压器空载合闸为例。

为了简便，变压器额定电压幅值u和额定磁通的幅值为。

假设电源内阻抗为零，且不计合闸回路电阻涌流不衰减。

图2变压器铁芯磁化曲线通常是以2π为周期变化，由图3-3可看出，合闸之后半个周期，磁通达到最大值Φ = 2Φm，即瞬时值是稳态值的两倍，此时铁心已极度饱和。

根据图3-2可知，铁芯的饱和程度是有限制的会影响励磁涌流的大小，同时铁心的剩磁和合闸时电压的相角也影响励磁涌流大小。

由此可以得出结论，单相变压器，我们可以在电压最大时合闸，能减小励磁涌流。