基于MATLAB的电力系统继电保护仿真研究

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基于MATLAB的电力系统继电
0 @9 |3 c7 R9 r保护仿真研究
% b/ s- E' ?% O( L胥杰1，陈峦1,2
/ s& t9 P/ W7 S* C8 f) I4 P(1．新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047；
2．电子科技大学自动化工程学院，四川成都610054)
3 R/ V/ B4 n! a8 J; C' }7 R! X' V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，
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
6 [" O8 f, D( w# X  H, P, c/ P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
行性。
关键词：电力系统；继电保护；仿真；MATLAB
MATLAB—-based Simulafion of Power System Relay Protection
Xu Jiel．Chen Luanl，2
7 k0 u) ^" d* G2 z(1．College of Electrical Engineering，Xinjiang University，Urumqi Xinjiang 830047；
2．College of Automation Engineering，University of Electronic Science and Technology，Chengdu Sichuan 610054)
$ {, S9 Y/ ]1 l# s" ?Abstract：MATLAB-based simulation technology can support the analysis and design of relay protection systems．A
7 ]+ ^! S% y3 x: j, n. O8 C8 Fsimulation model is built for the study of power system relay protection．As an example，the power system fault simulation，
zero-sequence current protection simulation and transformer differential protection simulation are presented herein．The ease
studies show that the simulation of power system relay protection is effective and feasible．
1 P9 p! l4 _; n. VKey Words：power system；relay protection；simulation；MATLAB
% ~/ `; m# F3 Z/ A0 s' ~. E中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：0559—9342(2010)03-0084-03
  ^7 l+ c' ~/ f/ Q. l+ r2 j, |* `为了设计出高性能的继电保护产品．常常要进
5 g0 Q" {0 ~: H. o5 d. E$ b0 |行继电保护模拟实验．传统的继电保护实验是在真
9 G- @- S% ~1 X1 o/ g. I. L/ I( O% `实的物理模型上进行的．实验系统复杂。实验成本
高，效率低．灵活性和通用性差。电力系统继电保
% j9 N* D6 e$ ]  [1 U& O护数字仿真是利用计算机软件仿真电力系统故障情
况下电气量变化的特征．模拟继电保护装置处理和
- R$ h6 ]4 z& S; i2 V4 ~8 S动作的过程．具有安全、经济、可重复、不受环境
限制、研究开发周期短、效率高等优点【ll。通过对各
种不同继电保护技术的仿真。可使研究者形象地观
察到电力系统从正常状态到发生故障期间电气量的
变化情况以及继电保护装置中每一部分处理和动作
的过程。利用计算机软件模拟真实保护设备装置的
! v, ^' i' s/ B( U+ ~运行情况．能及早发现和解决设备运行中可能I叶{现
2 ~. h& b3 }$ A# D3 v% M! q的问题．因此．电力系统继电保护计算机仿真具有
十分重要的现实意义嘲。
. @, W& j0 W+ p3 {! t! C5 C本文设计了电力系统故障、空载合闸励磁涌流、
四Water Power VoL3&No．3
单侧电源相问短路的电流保护、零序电流保护、变
- z4 ?: b8 p+ }: s) H压器纵差保护、微机保护算法等仿真实例的实现方
$ s( d$ U$ V* {' p& H% n  R* k7 E案，在运行这些仿真实例的基础上，对仿真结果进
& u. a0 @6 X6 T4 ], y行了分析M。
1电力系统故障仿真
本研究采用双电源供电的系统模型．电压等级
为220kV。如图1所示。该模型中同步发电机的容
量为500 MV·A，电压为13．8 kV，频率为50 Hz。
i相变压器的容量为500 MV·A，Dll／Yg接线形式，
2 S$ H: S. x3 f# B6 e3 y+ N收稿目期：2009-05—23
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
(XJU2008JGY21)
+ T6 w$ i  d0 Q) v作者简介：胥杰(1985一)，男，四川绵阳人，主要从事电力系统
+ S9 Q2 E) M- ^" G* R7 n继电保护方面的研究．
万方数据
% [7 M! w# o* S4 G3 L' K三：：：2：： ：=：二：：：：：：：：：：：=：：：三：兰=：!二==巨l二三===：幽●●■■●●■■■●●●■■●■■●●■■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■●●●■●■●■■■■■■■■●■■■●■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■●■■■●■●●■■■■■■■●●■■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■●■■■■■●■●■■■●■●●■■■■■■●■■■■●■■一■■●■■●●■■■■■■■■■●■■●■■■■■■■●■■●●一
圈1电力系统故障模型
频率为50 Hz。150 km线路的正序阻抗为0．01165+
i0．0008679刚km，对地电容为13．41x10。9 F／km；100
% x$ ~2 C8 ~& T! Q0 T' Okm线路的正序阻抗为0．01165+jo．0008679 ll／km．
对地电容为13．41×10母F／km。负荷l的电压为220
kV．有功负荷为220x106／250 W．无功负荷为200
W：负荷2的电压为220 kV。有功负荷为220x106／
! p) t) A8 q" `- Z% L9 ?250W。无功负荷为200W；负荷3的电压为220 kV．
有功负荷为220x106／250 W．无功负荷为200 W：负
- K. Z, R- S7 }荷4的电压为13．8 kV。有功负荷为220x106 W：无
功负荷为0 W。
在构建的故障系统MATLAB仿真模型中．通过
1 d/ g( b! A/ ]. m+ _- @3 x故障模块可设置i相短路、两相短路、两相短路接
4 e; O: Y5 k4 _' S地和单相短路接地故障。以单相接地短路故障为例。
; F: j1 `! i4 i+ b% R6 j( a+ k4 j4 H设置i相短路元件参数为A相接地短路．运行仿真
9 G1 s6 L  e0 }) J$ Z% p* c6 H模型．得到线路单相接地短路时母线的短路电压及
7 |' ~( j6 z, u) \& }; [电流波形如图2所示。
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$ J/ r3 Z8 T! P0 g/ y# d0 h8 N6 |/ P脚一20(t
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图2 电力系统单相接地短路时故障仿真
. \+ E" V# h) o6 O" u+ @) [& i波形显示。在0～0．03 s期间，线路工作在稳定
状态。三相电流和电压对称；在0．03 s时发生A相
接地短路．A相电压基本为0．B相和C相电压也
' i$ t, k/ ~! F7 ^1 S& D相对减小．故障相A相的电流迅速上升为短路电
/ B1 b! e: u8 ?6 k) k流．B相和C相电流也相对增大；0．08 s时切除
故障．i相电压电流经暂态后达到新的稳定状态．
8 H' @+ I0 Z( G并重新恢复=三相对称运行工作状态。
同理．可以设置其他的短路故障类型，并观察
* \. x1 f1 i1 E9 }其仿真波形．也可以对仿真模型中的i相故障模块
设置接地电阻参数．通过观察对应的仿真波形．分
+ H6 t# E  U. \$ T9 F: [析接地电阻对电力系统故障的影响。
0 v1 ^  D" a) l4 G8 Y0 k$ o2零序电流保护仿真
用Sireulink和PSB模块库构建一个220 kV的
单侧电源供电系统模型．模拟输电线路发生接地故
障。同时，建立一个零序电流保护及单相重合闸装
置的仿真模型．通过该系统可十分方便地进行不同
接地电阻及电弧情况下的故障分析以及继电器动作
. ^7 O* q2 ~+ O; s" d* j4 @特性的模拟。以单相接地短路为例。将故障模块设
置为A相接地短路，仿真结果如图3所示。
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: E- b. k7 w' m0 ^, t1 w图3零序电流保护仿真
* A: M8 D; L  u9 B2 R由图3可以看出．在0．03 s的时候线路发生单
  y! J+ q  Y6 i9 V2 @$ o' h2 K( X相接地故障．A相电流发生急剧变化．电压变得不
% B! X- ~2 s$ u. a& G对称．继电器动作后经0．05 s保护出口跳闸．跳闸后
经O．3 s自动重合闸．此时故障仍存在．保护只用
; g. C9 n" J& h  d0．01 s立即发跳闸命令。从而完成了从跳闸到重合
闸再跳闸的整个过程。
) P6 u+ X9 D. R- A3变压器纵差保护仿真
9 ~) w- F  x4 A$ R采用双侧电源供电模型．电压等级为735 kV／
+ V# L, l; A, l/ X7 }3 P315 kV．变压器两侧安装有断路器，如图4所示。
: z( O5 @# F+ D# }该模型中i相电源侧的电压为735 kV．频率为50
Hz：低压侧的电压为315 kV。频率为50 Hz。三相
变压器的SN=250 MV·A，U。√以N=735 kV／315 kV，
接线方式Y．dll。在变压器纵差保护的MATLAB
仿真模型中。通过故障模块可设变压器区内、区外
5 U6 u- Q+ B% Y& q# D7 _# k: E6 u的各种故障。以区内j相短路为例．设置故障元件
2 B. L9 y9 }. B1 E; h7 V1 p为A、B、C三相短路，短路点设置在内部(两边电
$ m1 {1 i" q" g: _$ M8 d流表以内)．得到变压器纵差保护内部i相故障模
型。运行该仿真模型，即可得到电压、电流和跳闸
波形．如图5所示。
, ~$ ~9 E, ~' A6 j: U由图5可见，在0～0．03 s期间．线路T作在稳
定状态．i相电流和电压对称。在0．03 8时发生三
相短路．三相电压变小．i相电流迅速上升为短路
% D% h' s% d6 I电流．i相电压和电流对称。说明i相短路为对称
" E5 T3 t, p- W短路。在0．13 s时，变压器纵差保护动作，切除故
& t2 n: h# }& q  B图4双电源系统双绕组压器模型
* {8 N# B* d/ X0 GWater Power V01．36．No．3四
& B1 x4 }' L& v2 M6 c) a2 J" {叮㈨斟一一》祝O ◇
1 h' X, U; W4 k+ G' e5 [万方数据
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
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
I}|,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
时闯／s
圈5变压器纵差保护的仿真结果
障，电压为电源电压，电流几乎为0。
4结语
) F5 w3 Y8 t- Z5 X基于计算机技术的电力系统继电保护数字仿真
可以辅助继电保护系统的分析和设计．将MATLAB
仿真技术应用于电力系统继电保护研究中具有十分
重要的现实意义。针对电力系统继电保护技术的核
心内容．构建了继电保护系统的MATLAB仿真模
( X; ]+ `% y1 @3 }  U型。除所介绍的电力系统故障仿真、零序电流保护
2 g, `: u& t# b$ M/ R8 F* p& T仿真和变压器纵差保护仿真外，模型还可以对空载
, F7 Y& ^1 e7 u/ @. |1 X- t2 K& w5 I合闸励磁涌流仿真、单侧电源相间短路的电流保护
仿真和微机保护算法仿真等进行实际仿真运行，实
5 e! t" j" H- N) ^践表明将MATLAB应用于电力系统继电保护数字仿
; y) J% L0 h  I8 `* a8 Q0 m真中是有效的和可行的。
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* v7 W3 z$ U- ]3 y1 r(责任编辑高瑜)
-■-——●———+--—+—-—●—-—+—-—+—-—+—·—+—-—+—·—+—·+-+·—+--+-+-+——+一—+——卜—+一+-'-I---—+一-+-+-+一+-+-+-+一+-+-+-+-+-+-+-+-+-—●。·—+一-—+——+一+·—●一·+·
(上接第68页)直线PB与A断面的夹角为Ot，则直
: P5 ]) |7 a. o8 |4 M5 }线PB与A断面上任何一点的夹角均为Ot．因而直
线咫与断面的圆心的夹角也为01．。假定C(Ⅳ，E，
日)为隧洞断面圆周上任意一实测点，则其对应断
+ U# `# A) j: H8 p& Y面所对应圆心角ot=arctan【(Ⅳ_Ⅳo)／(H一舶)】。
3 p# Q+ x, @% n+ ~1 V- f0 t' z9 LB
. a1 t, {4 @6 @! Q) L(』I。磊，％)
图3断面圆心对应角计鼻示霖
" f% n& _& ~6 O/ ]! m( I- @# v2．2．4建立数学模型
9 H6 O0 |* v  r6 f, L/ G: }①角度ct=arctan【(Ⅳ-Ⅳo)／(H-Ho)】；②断面圆
) B" I& g4 h6 L  p心角坐标O(X，Y，z)，X=No一38sinct，Y=O。压
Ho一38cosct；⑧断面实测半径尺=【(Ⅳ—x)2+(层一y)2+
(H—z)21比；④断面理论半径：L=7．25一od50。
2．3放样实施
- _$ N6 s- v1 k7 [/ Z; P8 E把全站仪所测的坐标Ⅳ．E。日输入计数器。计
算所测点的实际半径和理论半径．比较实际半径和
理论半径．当实际半径与理论半径之差为正时。应
$ Y5 A# L. I7 J+ }- m向内移动棱镜．移动数值为其差值，反之向外移动
圈Water POll．1et VoL36．No．，
棱镜。反复移动，直到位置达到精度要求。
, H" r2 H* j' @3 j4 X' [; t5 `3结语
' S" ?; C* d9 j3 O( v溪洛渡水电站是围家重点工程．GPS、电子全
' m5 F) ?  D" r$ E* x3 I5 D站仪、断面仪等当代工程测昔技术在洞群施工测冒
中得到了广泛的应用。随着测绘科技的发展，隧洞
工程施丁测量技术和方法也会不断地创新和发展．
8 Y0 C' n' v3 r/ C! f将会有更多的施T测量新技术、新方法应用于隧洞
$ E# S1 W# D: D& a" w/ R( K. V! `工程施T测量中。
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( u! [: Q. m. t" Z, V1 X. @" r(责任编辑杨健)
万方数据

zmxpig

这怎么看啊，上传个电子附件啊

redplum

附件在哪里

mitcher

你这个还是传个附件上来吧。。。

lywthu

这个。。先凑合看着吧

athuhu

谢谢楼主们至少大体简介知道了

电网工人

支持一下