宽频带跨导放大器在电力系统仿真中的应用实例

　　随着国内经济飞速发展，用电需求急速上升，超特高压大大提升我国电网的输送能力，并带动电力系统日趋稳定与安全，同时也成为了我国走向世界强国历程中的一张名片。超特高压技术的研究与发展离不开国家与国网的大量人财物力的投入，通常电力系统都会使用RTDS系统进行在网试验与测试，我们从RTDS在国内节节攀升的采购量中就可见一斑。

　　在使用RTDS仿真系统对各类录波测距及保护装置行仿真测试时，电压电流输出单元连接于RTDS设备与被测装置之间，并按仿真模型的变比，将RTDS设备　D/A模块输出的模拟小电压信号，转变为与实际电力系统环境相同的二次电压电流，可进行电磁暂态、机电暂态、中长期动态全过程的动态仿真，并通过与被测装置的结果比对，衡量被测装置的功能和性能，从而提高入网设备的有效准确率。

    跨导放大器是一种输入电压信号，输出比例电流的理想功率放大器。也称为压控电流源，用于模拟现场CT二次侧的电流信号。因为CVT(电容式电压互感器)和PT(电压互感器)高频特性不佳，所以基于高频暂态信息的保护装置都以电流信号作为判据进行整定，因此在测试和实验中，跨导放大器对故障时的稳态电流和暂态电流的完整重放就成为关键环节。

    目前，RTDS配套的功放单元普遍采用带宽只有0-5kHz频率响应的电流源。但是在实际研究和测试中，出于不同理论依据和精度要求，很多厂家对设备的录波采样频带远高于5kHz，这给很多测试单位提出了更高的要求，也催生一批新型测试方法和仪器来适应这些需求，比如我公司宽频跨导放大器,其全频段(30Hz-100kHz)输出电流不低于100A。下面介绍几个现场测试案例，给大家呈现宽频跨导放大器在电力系统仿真中的优势，也欢迎大家讨论。

      案例一、南瑞行波测距装置试验

                  图 一 (测试系统及被测设备)                                                                        图二 (被测装置采集的故障波型)

        在此次试验中，使用行波保护测试仪系统，对双端行波测距装置功能进行校验，通过EMTP仿真软件搭建了不同电压等级、单双电源输电线路模型，来模拟近端故障、中点故障、四分之一处故障。

        从图二可看出，在行波测试仪系统中，可仿真输出故障波形时的行波信号，频率较高，频带范围较宽，能较好的模拟故障时的暂态过程，能保证装置轻松的抓取到故障初始波头，并在后期的数据处理中提供清晰明显的尖峰，利于准确的定位故障点。

    案例二、2014年山东魏桥集团下属变电站站录得的单端测距数据波形

                                                                                             图三(阳信站双端测距录得的单端故障波形)

        2014年11月4日 ，山东魏桥集团阳信某线路发生单相接地跳闸事故，从魏桥集团投运的环网高频录波测距装置录得220kV线路单相接地故障数据，因对侧装置暂未投运，经人工分析波形后，结合线路参数得出故障点距离应距站24.7km处，后经实地调查，确认为距站24-25km处有打桩机碰到高压线路引发单相接地跳闸，由此案例故障波形可以看出，现场暂态故障电流信号频带约为30-80kHz。那么RTDS(20k)及其配套的仿真放大器(5k)无法满足这类故障仿真需求。

    案例三、2014年11月南网电科院行波测距系统集中测试

        应南网要求，对国内知名厂家的行波测距装置进行集中测试，并明确采用清华大学设计监制的TPTP-01暂态行波保护测试仪进行测试，其输出频率带宽为30-120kHz、电流最大70A、电压最大150V、失真度小于0.1%、同步误差小于10us；可重放EMTP及COMTRADE数据并现场进行EMTP仿真。现场采用三台被测装置电流串联测试。

                      图四 (2014年南网电科院测距装置集中测试)                  图五( 2014年网电科院双端行测距装置测试录波波形)

       由图五可看出，ABC三相金属性接地(故障初相角30度)时，暂态震荡过程明显，下升下降沿清晰可辨，对于单双端行波测距装置校验检测非常有利。

       案例四、沈阳电科院小电流接地选线装置校验

                                       图六   ( 单相接地波形对比   )                                                                             图七 (单相接地波形对比)

                                 图八   (RDTS 输出20K方法经不同放大器对比图)

         2020年8月，沈阳电科院在校验不同厂家的小电流接地选线装置过程中，对采用行波原理的装置准确率过高提出质疑，经过溯源，将配套放大器与宽频跨导放大器同时接入RDTS设备的D/A输出板，经过电流探头接入示波器对比仿真波形，认为采用行波原理的选线装置判据依据识别度高，不易受接地类型、故障向角等因素的影响。且宽频跨导放大器对波形的失真度、上升速率指标优于配套放大器。

         由上述四个案例不难看出，在现阶段的电力系统仿真试验中，如果需要以高频份量(5-100kHz)为主来进行研究和探索，宽频跨导放大器将会是广大科研单位和相关厂家的不二选择。