随着特高压交直流混联电网的发展,风力、光伏等间歇性电源的大规模接入以及柔性交、直流输电技术的推广应用,使得电网结构和运行特点发生显著变化。大型机组运行效率高、调节能力强,仍然是电网的主要支撑电源,近年来机组容量稳步提升,其功能地位愈加重要。大型机组继电保护是机组安全的首要防线,尤其涉网保护直接关系电网的安全稳定运行,实现对大型机组继电保护的实时动态测试是保障保护设备运行性能的关键技术,对于充分发挥大型机组对电网的支撑作用具有重要意义,目前还没有可工程实用的针对大型机组继电保护装置的测试平台。论文以分析大型机组继电保护性能的动态测试为目标,通过对RTDS(Real Time Digital Power System Simulator,实时数字电力系统仿真系统)模型的分析与完善,构建大型发电机故障仿真及保护测试平台,就典型的电网和机组故障模式提出保护测试方案;进而针对RTDS缺乏发电机定子绕组接地和短路故障准确模型的问题,研究故障建模方法及其实现方案,提升发电机主保护性能测试的水平。大型发电机继电保护动态测试对于实时性具有较高的要求,论文依托RTDS实时仿真软件建立大型发电机故障仿真与保护测试平台。通过分析RTDS自带PDSM发电机模型建模原理和不足,并结合机组励磁和定子绕组接口的特点,对PDSM发电机模型进行外部改造,以满足发电机保护的测试需求。在此基础上,提出了典型发电机继电保护的测试方案,通过仿真验证了测试平台的适用性和有效性。进而分析了现有平台在绕组接地和短路故障仿真模型方面的局限性,明确了论文后两章的研究目标。针对PDSM发电机接地模型未考虑分布式绕组、对地分布电容、三次谐波电压以及测试注入式保护的问题,论文开展了发电机定子接地故障准分布参数建模仿真研究。从发电机绕组结构出发分析了三次谐波电压与机组运行状态的关系,并构建了计及注入电源、三次谐波电压以及对地电容的发电机准分布参数仿真模型,仿真结果表明该模型能有效反映大型发电机定子接地故障特征,适用于典型基波零序电压保护、三次谐波电压保护以及注入式定子接地保护的动作性能测试。针对PDSM发电机短路模型未考虑大型发电机分支绕组特性、分布电势和电感作用的问题,论文以工程实用为背景,开展了计及相带分布的发电机定子短路故障建模仿真研究。从发电机绕组结构及其相带分布出发,研究了定子绕组的电感拆分方法,进而建立了发电机同相同分支短路、同相异分支短路以及相间短路的发电机内部故障暂态计算模型,实现了利用常用电机参数的发电机故障工程实用仿真,可适用于不同绕组结构的大型发电机。以实际核电机组为例,分析了短路故障集并进行了故障仿真,在此基础上就大型发电机差动保护、纵向零序电压保护、转子二次谐波保护以及负序功率保护等典型主保护的动作性能进行测试和评价。论文最后对所开展的研究工作和主要成果进行了总结,并对下一步研究工作进行了展望。