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基于MATLAB的电力系统继电& _; A, v1 G* ^
保护仿真研究
7 Q/ O0 d+ K6 I6 \胥杰1，陈峦1,2
, U# e: T e8 N3 X' [" c(1．新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047；9 b! c7 W2 r( w
2．电子科技大学自动化工程学院，四川成都610054)5 j1 w; r2 a8 q7 M8 A/ l6 J
摘要：基于MATLAB的仿真技术可以辅助继电保护系统的分析和设计，针对电力系统继电保护领域的核心内容，
/ b# w; M# K$ x6 T5 K& B构建了系统仿真模型．举例说明了电力系统故障、零序电流保护和变压器纵差保护等仿真实例的实现方案。在运行& D6 o) k+ T' p9 V4 g
这屿仿真实例的基础上．对仿真结果进行了深入分析。通过仿真实例证明了电力系统继电保护仿真的有效性和可5 Y. G* Z8 n1 N- Z9 w
行性。; Q/ s. Z# p6 n
关键词：电力系统；继电保护；仿真；MATLAB1 f1 o/ O8 b, m7 L* T
MATLAB—-based Simulafion of Power System Relay Protection& d- k. N$ Q* _# ~
Xu Jiel．Chen Luanl，2" j9 `1 B& ]7 H1 k) G b3 R
(1．College of Electrical Engineering，Xinjiang University，Urumqi Xinjiang 830047；, r7 G6 l y1 A0 y4 U
2．College of Automation Engineering，University of Electronic Science and Technology，Chengdu Sichuan 610054)
' ^; c5 s2 o2 A, BAbstract：MATLAB-based simulation technology can support the analysis and design of relay protection systems．A' i0 r$ ?' _* q. W6 T
simulation model is built for the study of power system relay protection．As an example，the power system fault simulation，7 b3 Q8 ^1 T/ w+ `
zero-sequence current protection simulation and transformer differential protection simulation are presented herein．The ease
8 ]5 Z/ u+ M% hstudies show that the simulation of power system relay protection is effective and feasible．! @: }, U. ]2 s( b1 y8 }7 G& Y
Key Words：power system；relay protection；simulation；MATLAB6 c( `1 [& J3 h& Q( e, C
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：0559—9342(2010)03-0084-03- `9 s- l0 w1 G* d
为了设计出高性能的继电保护产品．常常要进
9 p7 ]! q) b& h/ v行继电保护模拟实验．传统的继电保护实验是在真
8 B8 h3 @, s4 {/ z/ e实的物理模型上进行的．实验系统复杂。实验成本
1 m7 p' l' v0 O8 i3 W高，效率低．灵活性和通用性差。电力系统继电保
6 q W2 v4 M3 s. q' m1 I$ E9 z护数字仿真是利用计算机软件仿真电力系统故障情, w, P0 y" }2 Y7 p. \
况下电气量变化的特征．模拟继电保护装置处理和
: ?( r1 n X4 H, _4 S1 k% H动作的过程．具有安全、经济、可重复、不受环境% Y- L8 A" u0 @8 q% J J9 \
限制、研究开发周期短、效率高等优点【ll。通过对各
C3 t$ k8 X4 o, R* _种不同继电保护技术的仿真。可使研究者形象地观
: F' M1 V* x7 J7 _9 I' y' ]察到电力系统从正常状态到发生故障期间电气量的' b( g7 L5 z) ^5 G! s
变化情况以及继电保护装置中每一部分处理和动作$ v, J8 y/ |# D" |
的过程。利用计算机软件模拟真实保护设备装置的
/ L) C- F- D; n( Q运行情况．能及早发现和解决设备运行中可能I叶{现
, H; T# ^. z9 }' l& B的问题．因此．电力系统继电保护计算机仿真具有
8 }# h7 o: n8 l/ W$ K1 Y十分重要的现实意义嘲。) N# y5 r5 u4 |4 d& ~' l" Q& Z' R
本文设计了电力系统故障、空载合闸励磁涌流、. ? I0 a7 B' A+ H' K# W9 z2 S5 J, J
四Water Power VoL3&No．3
* `( r: A1 V6 z2 F1 i单侧电源相问短路的电流保护、零序电流保护、变( y4 l& U# G7 v. G- E$ ^
压器纵差保护、微机保护算法等仿真实例的实现方
. C2 k% o" x9 g! i" s% Q0 j9 m案，在运行这些仿真实例的基础上，对仿真结果进# m" P' n6 j" J/ G3 y
行了分析M。
" I& y( z/ g: s5 n1电力系统故障仿真
_ k" g/ t5 r6 M3 w本研究采用双电源供电的系统模型．电压等级
/ h$ e1 L: u. s4 @) y, r9 R为220kV。如图1所示。该模型中同步发电机的容
, K3 s& F/ U2 P1 \# r+ o* H' O量为500 MV·A，电压为13．8 kV，频率为50 Hz。3 I% |( P, A" a7 w% a
i相变压器的容量为500 MV·A，Dll／Yg接线形式，: S1 d# `7 j4 l' y1 ^) i- W! f# P7 B
收稿目期：2009-05—23
% a- K6 `; T% T4 X- I! k" O7 `基金项目：新疆大学2l世纪高等教育教学改革丁程资助项目: ?* t( e9 t! f' W( M6 S( W
(XJU2008JGY21)% f# ^: h# v2 H# A: d: `
作者简介：胥杰(1985一)，男，四川绵阳人，主要从事电力系统
( F- e$ E+ o' E) w7 x+ e继电保护方面的研究．$ a ]; s4 O+ w0 r% b
万方数据
$ r+ {# R% O5 R8 e: `3 R1 T' y/ {三：：：2：： ：=：二：：：：：：：：：：：=：：：三：兰=：!二==巨l二三===：幽●●■■●●■■■●●●■■●■■●●■■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■●●●■●■●■■■■■■■■●■■■●■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■●■■■●■●●■■■■■■■●●■■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■●■■■■■●■●■■■●■●●■■■■■■●■■■■●■■一■■●■■●●■■■■■■■■■●■■●■■■■■■■●■■●●一% S% `+ D% v$ w. ?6 s4 l" ~
圈1电力系统故障模型
( y" W# n9 e8 x+ m3 R% Y/ b频率为50 Hz。150 km线路的正序阻抗为0．01165+' U7 R# ?1 {; q
i0．0008679刚km，对地电容为13．41x10。9 F／km；100: M4 I+ ~: i# [6 m
km线路的正序阻抗为0．01165+jo．0008679 ll／km．) y1 N# J! I6 a
对地电容为13．41×10母F／km。负荷l的电压为220) \6 c) @7 V7 b% m& _
kV．有功负荷为220x106／250 W．无功负荷为2003 o Y6 R+ {: h- W+ R# T5 V
W：负荷2的电压为220 kV。有功负荷为220x106／3 u" H+ U! \, M1 ^+ f* p% J6 P
250W。无功负荷为200W；负荷3的电压为220 kV．
3 E; }+ K! c$ f7 H; M0 v/ q) ^有功负荷为220x106／250 W．无功负荷为200 W：负
5 u! M: v& h' `: N: S! A荷4的电压为13．8 kV。有功负荷为220x106 W：无- |. ~8 b9 h. U3 X. A# I: K
功负荷为0 W。% e( W' e) H* \
在构建的故障系统MATLAB仿真模型中．通过
6 j" f$ f4 \- B故障模块可设置i相短路、两相短路、两相短路接% o; R0 P, Z$ P; Q$ [. \
地和单相短路接地故障。以单相接地短路故障为例。# l( U* X4 _$ N5 A
设置i相短路元件参数为A相接地短路．运行仿真; \; | u- V7 C# g, s) v6 [: n
模型．得到线路单相接地短路时母线的短路电压及: Z/ Q6 i! g7 d; Y
电流波形如图2所示。. D+ Q% B* t" {4 _7 N+ D
4007 i3 }/ o6 B ^! m! {
之200
4 Q/ |0 @ e( q# l# y, l日兰02 F7 Z" h6 J' k: ?6 P3 r" r9 }
脚一20(t) c9 v9 [/ @) n
一40(}
8 G- N! a( c4 h8 W0 J/ m200& R; G! s& Z1 j* d4 y8 ^' K; e
≤0% C$ e3 |& U, [6 e3 m! e
喜-n()(1
5 p: }3 Q7 X) K t+ ~( K# |$ w* u—4()(J# \/ ?8 B: {* i6 Z- F9 _
0 0．05 0．1 0．15 0．2 0．25 0．31 r6 a0 @; |5 J2 ]
时问／s' z3 J1 a- v( G0 C
【一。土。^．．；⋯．．，：。i．一
c3 ?- U9 v+ J1 }3 G; [2 `3 N) si j羔F!
9 ]" S4 @$ E8 m; Z6 X* U* P、， 一、’，‘一～
& d5 n; t6 T2 G$ n. j/ i0 k0 0．0．5 0．1 0．15 0．2 0．25 0．3
: F: [ _1 K' _: [- \, ~" P7 a时fHJ／s0 j5 `5 h3 y8 V/ R% B
图2 电力系统单相接地短路时故障仿真
. _* n* o# o* d9 k% d7 G R波形显示。在0～0．03 s期间，线路工作在稳定
3 \6 p w8 N O( S) @: p1 s0 J状态。三相电流和电压对称；在0．03 s时发生A相; }% F/ ?- j( z( n8 a; `
接地短路．A相电压基本为0．B相和C相电压也/ l/ |! J# K3 B
相对减小．故障相A相的电流迅速上升为短路电
8 M# I3 H- x8 c0 k流．B相和C相电流也相对增大；0．08 s时切除
, U3 @3 A3 h* `故障．i相电压电流经暂态后达到新的稳定状态．
) m8 P" I0 o5 a Z并重新恢复=三相对称运行工作状态。
! `& L' |( I4 [5 n* @同理．可以设置其他的短路故障类型，并观察4 }# |& l( W# l5 J
其仿真波形．也可以对仿真模型中的i相故障模块
. k+ ], B$ Y* K8 h8 C; p* N5 [1 {设置接地电阻参数．通过观察对应的仿真波形．分3 S8 w- M, F5 `' x
析接地电阻对电力系统故障的影响。
; [6 Y( H4 ]: S! G+ ?+ C2零序电流保护仿真" f9 f- V# {- l i
用Sireulink和PSB模块库构建一个220 kV的
7 N. o" U# a8 \' Q, g- f9 A- Y, {单侧电源供电系统模型．模拟输电线路发生接地故7 a$ {* t2 O0 P9 n$ C. {: p
障。同时，建立一个零序电流保护及单相重合闸装6 F; U' T' M& K. Q5 \2 ^
置的仿真模型．通过该系统可十分方便地进行不同' B7 d) K) u" X/ f W' _! _, `
接地电阻及电弧情况下的故障分析以及继电器动作2 n& [( `& l. f' D
特性的模拟。以单相接地短路为例。将故障模块设
8 M: Z& [) C# s- g7 y* {1 F置为A相接地短路，仿真结果如图3所示。
* V4 G; C$ f& a% D8 d) l; v之IOXl0、! |4 m+ o1 r9 S q3 D
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3 R: r; N2 g- o ]# S: b5 q3 w粤一IO×10。( b8 n& i6 D* R8 Y+ d9 _
0 0．OB 0．1 0．15 0．2 0．25 0．3+ I% R6 E C( g
时删／s, O0 ?1 h4 o7 u# M7 |
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篓0 0．05 0．1 0．15 0．2 0．25 0．3
% U1 G* t6 d1 z1 o时问／s
" X' t+ N# W5 B+ d图3零序电流保护仿真: i. m5 D' }2 L1 b" d
由图3可以看出．在0．03 s的时候线路发生单$ M3 f+ q# y2 {/ O# ~! `" s& N$ W
相接地故障．A相电流发生急剧变化．电压变得不6 a0 A% ?) ?$ D: W; m& V( {
对称．继电器动作后经0．05 s保护出口跳闸．跳闸后
' I$ s: _) r, Q E' Y' d1 Q% F6 W经O．3 s自动重合闸．此时故障仍存在．保护只用
6 a2 ~$ Z" W1 x% T% E. B0．01 s立即发跳闸命令。从而完成了从跳闸到重合
- J" Q$ u% H$ U. h- B闸再跳闸的整个过程。
2 X" k/ X( [; g3变压器纵差保护仿真
+ [1 |7 P/ c4 V2 c) l采用双侧电源供电模型．电压等级为735 kV／
) b4 \+ Q% K0 c0 g9 H. k0 x315 kV．变压器两侧安装有断路器，如图4所示。
; H1 ]3 g( L! S该模型中i相电源侧的电压为735 kV．频率为50+ B/ Z3 b7 F, j ?/ A8 e
Hz：低压侧的电压为315 kV。频率为50 Hz。三相
0 o T$ Z! x! J7 T变压器的SN=250 MV·A，U。√以N=735 kV／315 kV，8 H) B z* g2 F2 }# ~
接线方式Y．dll。在变压器纵差保护的MATLAB$ t+ s7 p0 U9 B, j
仿真模型中。通过故障模块可设变压器区内、区外
/ R7 G4 U3 S' h的各种故障。以区内j相短路为例．设置故障元件
" h% [: w# S& I- K0 P为A、B、C三相短路，短路点设置在内部(两边电
; g3 I4 d+ s V- b+ m' L流表以内)．得到变压器纵差保护内部i相故障模2 R2 w; [; b2 d7 K3 V& F, e, C
型。运行该仿真模型，即可得到电压、电流和跳闸. L' W* y$ P3 m9 ]- b6 C N
波形．如图5所示。8 w% U4 m% H5 u6 B! C
由图5可见，在0～0．03 s期间．线路T作在稳# T! G ?4 G1 b7 Z7 L
定状态．i相电流和电压对称。在0．03 8时发生三
$ C9 m9 l4 X7 U! U相短路．三相电压变小．i相电流迅速上升为短路
( a) ^2 F7 _7 \5 c电流．i相电压和电流对称。说明i相短路为对称
+ U! j: v3 h) C. Y; D: @短路。在0．13 s时，变压器纵差保护动作，切除故
2 T8 `* ^; R0 P2 ^2 X图4双电源系统双绕组压器模型
- V9 I: }$ H6 O. TWater Power V01．36．No．3四# c3 }, M @% F5 \" s6 Z
叮㈨斟一一》祝O ◇. G) K5 l4 N3 p7 p$ O$ y/ S
万方数据
8 L0 V0 e" B! K6 x3 E; n掣吾-l1OX0时刈矗茎赢丽嫩苜贰萨而=畜=菌=百=玄丽甙甄而言网赢
+ G S6 ?# |1 Z* D时间／s 委蠹匿耍亟匦亟三0 0．02 0．04 o．06 o．08 QI n12 Q14 n16 Q18 Q2
( D0 E+ i4 B& H8 R! U' y$ gI}|,Ifnq／s 羹n5E三三三三玉雪蚕0 0．02 0．04 n06 Q08 Ql Q 12 Q14 Q 16 n18 n2- K; J: }' {& i3 X& K* a* I
时闯／s
$ M; f1 \6 p' s圈5变压器纵差保护的仿真结果
' x% p0 \, f6 m+ K: S障，电压为电源电压，电流几乎为0。
. G& w+ Y- {* }" X( z! Q4结语
2 {* N# @3 i: x/ b! k' a: r7 x! z基于计算机技术的电力系统继电保护数字仿真
0 l4 O2 l$ \" w' E" F可以辅助继电保护系统的分析和设计．将MATLAB
. ^! i$ v- X/ g! m仿真技术应用于电力系统继电保护研究中具有十分3 Q, U3 y1 U, Z+ v& Q
重要的现实意义。针对电力系统继电保护技术的核3 X$ o1 G' X4 J; F. T/ q
心内容．构建了继电保护系统的MATLAB仿真模2 h' B: }" R9 R; S. K
型。除所介绍的电力系统故障仿真、零序电流保护
. R* @. s! q& A% j6 ]- R0 X% M仿真和变压器纵差保护仿真外，模型还可以对空载! [2 R& K* P. h+ F- x: g% _
合闸励磁涌流仿真、单侧电源相间短路的电流保护
+ M4 V# z( c" V$ h1 ^7 [; t J. M3 f仿真和微机保护算法仿真等进行实际仿真运行，实' h8 d% K, ^2 g8 e, |- T) Y# e5 v
践表明将MATLAB应用于电力系统继电保护数字仿- y p- O: C; G) |! |
真中是有效的和可行的。
- t% d$ @+ @' Q. _+ @5 p参考文献：
8 M2 L" w: Q0 o: v0 |' D1 x[1]冯小玲，郭袅．谭建成．继电保护仿真系统的现状及其应用[J]．
/ G3 G2 u9 _" K) c& Z7 p9 j/ |$ A广西电力．2004(6)：50-56．4 I& S% L7 c. J' B6 y
[2]盛义发，唐耀庚。苏泽光，等．基于MATLAB的电力系统故障
. `; Q% T) e6 k) u6 W: K5 [的仿真分析[J]．南华大学学报(理T版)．2003，17(4)：45—51．2 a. R: l! k0 L! \) _7 E* v
[3]杨晓军，沈勇环，郭征，等．开放式的继电保护动态特性仿真
2 |5 p0 j( T. y4 f. \6 }9 V" U2 u& o系统[J]．电力系统及其自动化学报，2003，15(6)：l-4．
- {% K( T2 d4 u) g8 E2 a[4] 章志刚，李兴源．基于MATLAB开发平台的继电保护仿真系统# s7 s% X3 A ?; o: V- H7 C r
[J]．四川I电力技术，2003(2)：43—46．* B) p( h, H! ^
[5]韩笑，徐曦．陈卓平．基于Matlab与VB数据交换的继电保护! [2 J: c7 s: f5 f" z, a+ ~4 N2 E
仿真[J]．电力自动化设备，2006，26(5)：92—95．; o5 ?% l4 ?: E7 G0 f
[6]黄绍平，李永·咯．基丁：MATLAB的变压器牢载合闸瞬变过程仿
5 L0 H+ z' _9 t1 C5 y$ r+ g真研究fJ]．继电器，2004，32(8)：19—21．
3 N o- ]; r: K[7]张伏生。寇强，刘芳，刘沛津，等．线路微机保护装置仿真系
! V1 u. x5 P& V0 y1 Y统的设计与实现【J]．继电器，2003，31(4)：76-79．
6 S# p! i1 L& W0 I! n(责任编辑高瑜)1 q, A q, @1 I' l; q. n5 K0 V
-■-——●———+--—+—-—●—-—+—-—+—-—+—·—+—-—+—·—+—·+-+·—+--+-+-+——+一—+——卜—+一+-'-I---—+一-+-+-+一+-+-+-+一+-+-+-+-+-+-+-+-+-—●。·—+一-—+——+一+·—●一·+·$ ^; E8 ]0 [: n
(上接第68页)直线PB与A断面的夹角为Ot，则直% J/ c. z' m" x) B% x" d" u" L5 Q
线PB与A断面上任何一点的夹角均为Ot．因而直
& Q* e4 S6 J4 F线咫与断面的圆心的夹角也为01．。假定C(Ⅳ，E，, g4 s" H- u6 \! t# Y$ T- E
日)为隧洞断面圆周上任意一实测点，则其对应断4 j" l) ^ A2 T* p, Q* e: H1 e/ k
面所对应圆心角ot=arctan【(Ⅳ_Ⅳo)／(H一舶)】。6 \/ r1 K b' o" \
B5 r/ Z, c! m8 f% n9 h1 q
(』I。磊，％)( C& w. o3 R. Q% r. p& f
图3断面圆心对应角计鼻示霖
^! @, F% X% j5 h t$ n* A ~: n2．2．4建立数学模型
2 L6 G) ~; W# w3 t) _" k7 y/ {6 s①角度ct=arctan【(Ⅳ-Ⅳo)／(H-Ho)】；②断面圆, _: C' x4 c- N7 U
心角坐标O(X，Y，z)，X=No一38sinct，Y=O。压3 D, c8 t7 y, C( q; N
Ho一38cosct；⑧断面实测半径尺=【(Ⅳ—x)2+(层一y)2+
3 U( V; p: M, T$ c(H—z)21比；④断面理论半径：L=7．25一od50。
) L: x, I/ t, |, O( I' K: m2．3放样实施
) y7 k) Z: s! ^; Y2 h: v0 N% W, e把全站仪所测的坐标Ⅳ．E。日输入计数器。计
; a' x! S Y* i( {% F" L, [算所测点的实际半径和理论半径．比较实际半径和1 ^6 `* Z1 W" i3 f/ j
理论半径．当实际半径与理论半径之差为正时。应
, I4 O4 g2 {7 b! Z: r6 S H! G向内移动棱镜．移动数值为其差值，反之向外移动
5 C) d4 X* X1 o6 ?圈Water POll．1et VoL36．No．，
1 K- s0 a. P2 l' {: e: H) }棱镜。反复移动，直到位置达到精度要求。7 ?! \) G/ W; K5 @: o1 {0 n# y
3结语
0 p* J& g- L+ N1 C溪洛渡水电站是围家重点工程．GPS、电子全
, N; _0 j) |8 Y; O( G- @站仪、断面仪等当代工程测昔技术在洞群施工测冒
3 W6 d. X4 @4 y% f8 L中得到了广泛的应用。随着测绘科技的发展，隧洞( m) i( o- M0 K% b: J. c* X e
工程施丁测量技术和方法也会不断地创新和发展．
: E$ O% M0 S4 z$ P5 b9 A4 [, ?将会有更多的施T测量新技术、新方法应用于隧洞
* h& X4 v, U# {工程施T测量中。
8 ]0 Q) Q4 x, `6 v参考文献：
$ ~+ T9 F$ `$ O1 B$ D[1]贺国宏．桥隧控制测量[M]．北京：交通H{版社，1999．
/ @4 e$ I5 z2 Z- `( J# ?[2] 吴来瑞，邓学才．建筑施r测量手册[M]．北京：中国建筑1=业0 z/ r# L! F0 }: O7 _: T
出版社．2007．+ G, P9 a& u4 j1 {% ~
[3]王景海．直线与曲线交点的算法、程序及算例[J]．勘察科学技. R* M1 l. l$ h
术。2009(2)：24—27．
; R/ g% q! B" a5 F/ V" W5 S( [[4]陈健．MATLAB在变形监测数据处理中的应用[J]．城市勘测，
% e1 T: Z: n! \6 U2 i+ r# V% D% c2009(2)：130-133．* Q& O; `5 O2 B- u2 K2 K2 {! I* E2 P% F
[5]刘文生．隧道圆拱线施T测量位移法研究及应用[J]．城市勘测，
6 H. P0 E/ S4 L; D) A2007(5)：59-60．
% [9 V; h1 E7 I# _5 |5 F[6]刘丹源，刘钢．水电站水轮发电机尾水管安装过程中测量方法
4 M5 Y8 Q$ y; B8 P' F探讨[J]．测绘通报，2008(2)：69—70．" E8 ~6 ~' Y; w8 ]/ G5 }& Y* B
[7] 赵吉先，万崔辉．贯通横向误差处理新方的法探讨[J]．测绘通报，
{; x3 _9 I5 K8 L L2008(1)：10-11．
`' I t) M) p: j(责任编辑杨健)
7 Q! H9 o/ Y1 r3 E万方数据 |
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狗仔卡
发表于 2012-12-23 02:13:35
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