IEEE 9-Bus系统实时仿真模型开发与硬件在环（HiL）保护继电器测试研究

为解决现代电力系统日益复杂带来的仿真精度与实时性挑战，研究人员基于RTDS平台开发了IEEE 9-Bus系统电磁暂态（EMT）实时仿真模型，通过稳态与暂态故障分析验证其准确性，并集成Schneider P3L30继电器实现硬件在环（HiL）测试。研究表明，该模型较MATLAB离线仿真具有更高精度，为智能电网保护与可再生能源集成研究提供了可靠平台。

　　

随着可再生能源大规模并网和电力电子设备普及，现代电力系统面临动态响应复杂、故障传播速度快等挑战。传统离线仿真工具如MATLAB/Simulink因计算延迟和精度限制，难以满足实时测试需求，而硬件在环（HiL）技术需依赖高精度实时仿真模型作为基础。如何构建兼具实时性与电磁暂态（EMT）精度的仿真平台，成为电力工程领域亟待突破的瓶颈。

澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）RTS实验室的Gaoyong Zhang团队在《Results in Engineering》发表研究，通过RTDS平台开发了IEEE 9-Bus系统的实时仿真模型，并创新性地集成物理继电器进行HiL测试。研究采用网络模型转换工具构建模型，设置50μs时间步长，利用24块PB5处理器板实现实时计算；通过稳态功率流对比和三相故障测试验证模型准确性；最终将Schneider Easergy P3继电器接入系统，完成过电流保护响应测试。

研究方法与技术路径
研究依托UNSW实验室的RTDS NovaCor系统，采用RSCAD FX软件实现IEEE 9-Bus模型的自动转换。关键步骤包括：模型拓扑解析、稳态/暂态分析模块设计、PT/CT信号比例缩放（220,000:70电压比、1,000:1电流比），以及继电器触发延迟校准（22.75ms）。通过对比MATLAB离线模型和RSCAD案例库模型的电压误差（最大0.4116%）和故障响应差异，验证模型优越性。

稳态与暂态分析验证
稳态测试显示，所开发模型各母线电压与基准模型偏差小于0.1%，传输线电流波形相位一致。暂态测试中，三相故障时模型捕捉到4.2kA的峰值故障电流，较MATLAB模型更精确反映实际系统的过电压现象（如非故障相A/C电压升高65kV）。特别值得注意的是，MATLAB在故障清除时出现非物理性电压尖峰，而实时模型无此数值误差。

硬件在环保护测试
通过OMICRON CMS 156放大器将仿真信号接入Schneider继电器，设置0.301的拾取系数。测试表明，继电器在22.75ms内准确切断故障线路，故障隔离后系统电压快速恢复。该结果证实HiL平台能安全模拟极端工况，为保护装置参数优化提供实验基础。

研究结论与工程价值
该研究首次在RTDS平台实现IEEE 9-Bus系统的全电磁暂态实时仿真，其50μs时间步长和并行计算架构解决了复杂模型实时运行的难题。相比传统方法，HiL测试将继电器验证周期缩短80%以上，且避免了现场测试的安全风险。未来可扩展至含可再生能源的39节点系统，为智能电网动态保护策略开发提供标准化实验平台。研究团队特别指出，实时仿真中处理器板负载均衡和信号同步精度的控制，是保证HiL测试结果可靠性的核心技术要点。