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
( v9 T5 z% _9 t" S* y保护仿真研究
! Q* x* w/ }" a0 ^胥杰1，陈峦1,2
- r, I* \7 }* t7 M/ m: N$ ^+ l(1．新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047；
+ A$ G1 g# e( k( g- {  t! Q2．电子科技大学自动化工程学院，四川成都610054)
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
% h9 N9 S7 d6 a6 b  u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。
9 Q, x5 s4 h# S5 m关键词：电力系统；继电保护；仿真；MATLAB
1 m# Z# [; ^, f3 i6 h: i& rMATLAB—-based Simulafion of Power System Relay Protection
8 F7 G3 O4 P5 g. m# _Xu Jiel．Chen Luanl，2
; f/ V9 |% `( W1 `; x- V(1．College of Electrical Engineering，Xinjiang University，Urumqi Xinjiang 830047；
2．College of Automation Engineering，University of Electronic Science and Technology，Chengdu Sichuan 610054)
3 l: v' V4 C+ FAbstract：MATLAB-based simulation technology can support the analysis and design of relay protection systems．A
simulation model is built for the study of power system relay protection．As an example，the power system fault simulation，
: j/ F9 l) {7 ?zero-sequence current protection simulation and transformer differential protection simulation are presented herein．The ease
0 Y0 r: N: {( o$ D8 pstudies show that the simulation of power system relay protection is effective and feasible．
& F/ l9 }7 v% \, d" aKey Words：power system；relay protection；simulation；MATLAB
8 g- z% e+ T! I0 s- H中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：0559—9342(2010)03-0084-03
为了设计出高性能的继电保护产品．常常要进
行继电保护模拟实验．传统的继电保护实验是在真
实的物理模型上进行的．实验系统复杂。实验成本
- h1 ]) x8 D+ c" R高，效率低．灵活性和通用性差。电力系统继电保
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
" J2 M7 P$ p* z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
运行情况．能及早发现和解决设备运行中可能I叶{现
的问题．因此．电力系统继电保护计算机仿真具有
0 @" E" @3 \! L0 j( g十分重要的现实意义嘲。
本文设计了电力系统故障、空载合闸励磁涌流、
; p8 q2 z/ t5 ]) Q7 R四Water Power VoL3&No．3
- Y; o; e, o$ G单侧电源相问短路的电流保护、零序电流保护、变
压器纵差保护、微机保护算法等仿真实例的实现方
9 R$ L; X8 P4 M5 x' \案，在运行这些仿真实例的基础上，对仿真结果进
& Q* P1 A1 |' b5 L5 g( w行了分析M。
1电力系统故障仿真
$ K5 H/ h* |; W本研究采用双电源供电的系统模型．电压等级
8 `0 h& Q5 \2 s8 [- ~. p4 a为220kV。如图1所示。该模型中同步发电机的容
7 q" s* q; `; C( V$ Y量为500 MV·A，电压为13．8 kV，频率为50 Hz。
# s! `8 Y0 j+ B8 Q& fi相变压器的容量为500 MV·A，Dll／Yg接线形式，
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
; s) \* R  u/ I: ~, I  {) W' S5 d(XJU2008JGY21)
4 l. w8 U! o# R! n) n: D6 D" z作者简介：胥杰(1985一)，男，四川绵阳人，主要从事电力系统
: {% r2 B  C  d4 v# c继电保护方面的研究．
万方数据
7 g" n& ]& u2 H三：：：2：： ：=：二：：：：：：：：：：：=：：：三：兰=：!二==巨l二三===：幽●●■■●●■■■●●●■■●■■●●■■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■●●●■●■●■■■■■■■■●■■■●■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■●■■■●■●●■■■■■■■●●■■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■●■■■■■●■●■■■●■●●■■■■■■●■■■■●■■一■■●■■●●■■■■■■■■■●■■●■■■■■■■●■■●●一
圈1电力系统故障模型
) l& B9 U: e) R) u8 V; R0 g2 n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
' H7 C' P/ T' m& h) ekm线路的正序阻抗为0．01165+jo．0008679 ll／km．
' V5 |  `- w: O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
# M' k) v0 W! _$ L2 `- G( m& nW：负荷2的电压为220 kV。有功负荷为220x106／
3 q0 O* t" W, \250W。无功负荷为200W；负荷3的电压为220 kV．
5 V# F% ^# l2 q# n- k+ u2 p! W1 F有功负荷为220x106／250 W．无功负荷为200 W：负
2 u! i0 y0 S, i1 N) d4 z9 P  g荷4的电压为13．8 kV。有功负荷为220x106 W：无
, J& q! }# z7 `5 Q* r3 T功负荷为0 W。
在构建的故障系统MATLAB仿真模型中．通过
故障模块可设置i相短路、两相短路、两相短路接
# g2 r. m+ J+ I1 A! ]地和单相短路接地故障。以单相接地短路故障为例。
* h! r$ v% G8 G! L设置i相短路元件参数为A相接地短路．运行仿真
模型．得到线路单相接地短路时母线的短路电压及
9 ~& K4 r2 N# v$ v电流波形如图2所示。
400
之200
, L* a2 Z$ N3 D, g7 z日兰0
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9 t' A8 ~* J( m* O# r+ O1 T' e0 y200
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1 n) z) f1 |' ^) n& I+ A- `. H# ~0 0．05 0．1 0．15 0．2 0．25 0．3
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图2 电力系统单相接地短路时故障仿真
7 P+ g; F9 z0 p波形显示。在0～0．03 s期间，线路工作在稳定
4 t) V( T& [% N' G5 U状态。三相电流和电压对称；在0．03 s时发生A相
0 }/ `' V3 v$ G* ?5 Y3 n接地短路．A相电压基本为0．B相和C相电压也
1 v8 Z" D& Q1 s; D2 ?相对减小．故障相A相的电流迅速上升为短路电
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．
1 a8 e5 r3 D7 U并重新恢复=三相对称运行工作状态。
* g% v" T. M  k8 P8 @同理．可以设置其他的短路故障类型，并观察
其仿真波形．也可以对仿真模型中的i相故障模块
0 e) s; k3 y" p% L8 g; j7 \设置接地电阻参数．通过观察对应的仿真波形．分
9 j3 C" X6 B8 l$ w$ H3 F析接地电阻对电力系统故障的影响。
2零序电流保护仿真
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
6 U/ g! k6 n+ X$ D8 R3 a障。同时，建立一个零序电流保护及单相重合闸装
( y) d1 v) ?% D8 z" `& S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
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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图3零序电流保护仿真
( e$ o1 c6 e3 B% f9 a4 D由图3可以看出．在0．03 s的时候线路发生单
2 _: N+ ^/ ?* [' K" w8 |相接地故障．A相电流发生急剧变化．电压变得不
& j% e/ Q! U! D4 l# N( H- Z  u; l, U. d对称．继电器动作后经0．05 s保护出口跳闸．跳闸后
2 l7 f' i! b. y- u经O．3 s自动重合闸．此时故障仍存在．保护只用
# p: R2 G: y5 ~: k' L+ H0 i0．01 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。
  ]# T1 k! _7 S- H3变压器纵差保护仿真
2 L7 X/ |$ s( @" ~( K采用双侧电源供电模型．电压等级为735 kV／
( L& y8 v# ~2 ]: O/ B# @) ?! v315 kV．变压器两侧安装有断路器，如图4所示。
* z$ Y, ?5 K* A3 P+ L该模型中i相电源侧的电压为735 kV．频率为50
! E* s, K+ J1 c' u% a1 ]- `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，
/ e$ S/ d4 {, ~& x; {. n: P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
的各种故障。以区内j相短路为例．设置故障元件
为A、B、C三相短路，短路点设置在内部(两边电
流表以内)．得到变压器纵差保护内部i相故障模
( D1 s/ n2 U* k% f2 Q9 u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。
( k) v' ]& I  ^由图5可见，在0～0．03 s期间．线路T作在稳
4 B, O% o0 w0 P/ W4 j! X9 p* O定状态．i相电流和电压对称。在0．03 8时发生三
, w% M) C* x$ ?+ x; F) j+ c相短路．三相电压变小．i相电流迅速上升为短路
电流．i相电压和电流对称。说明i相短路为对称
- m/ b" t) m; w) E- l7 A' t短路。在0．13 s时，变压器纵差保护动作，切除故
图4双电源系统双绕组压器模型
Water Power V01．36．No．3四
叮㈨斟一一》祝O ◇
6 e( |- v1 H3 X1 d万方数据
2 g7 U, b. @2 I9 V# w- N% t) Q9 x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
6 c  h! e3 y5 S3 x" A; W" @" h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
/ z( A. K* r. P0 O) p0 b4 |时闯／s
* j- ^8 P$ }/ G圈5变压器纵差保护的仿真结果
1 F) r4 `, N. W  W4 L( a障，电压为电源电压，电流几乎为0。
; e2 y2 l: e% k! l  \4结语
基于计算机技术的电力系统继电保护数字仿真
) P3 R7 j" f4 U1 f3 w5 _可以辅助继电保护系统的分析和设计．将MATLAB
7 f- a3 j1 @' W# \- M4 f" T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
型。除所介绍的电力系统故障仿真、零序电流保护
仿真和变压器纵差保护仿真外，模型还可以对空载
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
2 ?, G5 O: f9 \0 p* q0 W践表明将MATLAB应用于电力系统继电保护数字仿
真中是有效的和可行的。
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(责任编辑高瑜)
$ n! J. X& P- {# r9 u' v-■-——●———+--—+—-—●—-—+—-—+—-—+—·—+—-—+—·—+—·+-+·—+--+-+-+——+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
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
面所对应圆心角ot=arctan【(Ⅳ_Ⅳo)／(H一舶)】。
4 w0 ?3 P  d: G6 C  x7 k% rB
& j+ e1 c5 P, {4 q0 C! X; u(』I。磊，％)
图3断面圆心对应角计鼻示霖
3 I' r  }) D! `& m) m0 X, J2．2．4建立数学模型
①角度ct=arctan【(Ⅳ-Ⅳo)／(H-Ho)】；②断面圆
, P( P, t2 R5 g4 ~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。
: O3 H' }' f( D5 v2．3放样实施
" z% K. q) M  B% }把全站仪所测的坐标Ⅳ．E。日输入计数器。计
7 F% y9 {9 v# I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
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．，
5 W& H" Y0 G, }! S& @棱镜。反复移动，直到位置达到精度要求。
3 `3 \$ ]! [& z2 L1 D! \3结语
6 P  Z8 \$ i% U% W7 c# n; k9 h溪洛渡水电站是围家重点工程．GPS、电子全
站仪、断面仪等当代工程测昔技术在洞群施工测冒
, o+ N- {3 L$ D5 f5 s中得到了广泛的应用。随着测绘科技的发展，隧洞
/ p" y& l; r$ P' W, ~7 P工程施丁测量技术和方法也会不断地创新和发展．
将会有更多的施T测量新技术、新方法应用于隧洞
工程施T测量中。
; x# Y  j0 k6 s0 U% g9 h0 t参考文献：
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, J- o' ^3 `  Y8 a(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