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1、下载可编辑 专业 整理 目 录 1 引言 1 2 MATLAB 及其模块介绍 2 2 1 MATLAB 编程基础 2 2 2 M 文件及 M 函数 3 2 3 SIMULINK 介绍 3 2 4 S FUNCTION 简介 5 3 线路继电保护的基本原理 8 3 1 整定基本要求 8 3 2 保护整定原则 10 4 线路继电保护仿真 18 4 1 保护仿真软件概述 18 4 2 仿真设计步骤 19 4 3 线路单相自动重合闸电流保护仿真 19 4 4 线路三段式电流保护仿真 27 5 仿真结果分析 36 5 1 线路单相自动重合闸电流保护仿真结果分析 36 5 2 线路三段式电流保护仿真结果分
2、析 37 6 总结 38 致 谢 40 下载可编辑 专业 整理 参考文献 41 下载可编辑 专业 整理 1 引言 本设计的题目是线路继电保护整定计算的 MATLAB 仿真 包括对电力系统线路整定计 算仿真和故障仿真的研究 输电线路是电力系统中的重要电气设备 不同地区 不同类型的发电和配电设备都是 通过它连接起来的 构成电力系统网络 它的安全运行直接关系到电力系统发电 供电和 配电的稳定运行 随着现代电力系统继电保护的日益发展采用计算机仿真方法来分析研究 电力系统继电保护是解决此类工程问题的一种有效手段 MATLAB 语言是目前国际上流行 的一种演算纸式的编程语言 它具有强大的矩阵分析与运算功能
3、 并且是一个开放的环境 其中 SIMULINK 就是为 MATLAB 开发的一种优秀的控制系统仿真工具软件 它具有模块化 可重载 可封装 面向结构图编程及可视化等特点 可大大提高系统仿真的效率和可靠性 我们可以利用工具箱中的元件模型 结合电力系统中的基本原理 搭建输电线路模型 继 而设置各种电力系统故障进行分析和调试 以期为电力系统线路故障故障仿真提供有力根 据 在线路继电保护整定计算仿真方面 我们使用了 SimuLink 和 SimPowerSystems 工具 箱 它常用于电力系统各个方面的仿真 例如 MATLAB 被用于发电机 变压器 线路和 负荷等元件的建模和仿真 在输电线路研究中 有
4、利用 Matlab 对输电线路进行故障定位 数字仿真的研究 在继电保护仿真中也应用到了 Matlab 如基于 Matlab 开发平台的继电 保护仿真系统 本设计主要针对线路的继电保护 三段式电流保护和零序电流保护进行仿真研究 利用 MATLAB 和线路继电保护的内容 使用 SimuLink 和 SimPowerSystems 工具箱 搭建 了一个线路整定计算和故障仿真模型 在系统中设定不同的故障点 分别进行了相应的仿 下载可编辑 专业 整理 真 且与线路的整定计算值相配合 做到有选择性的动作 对仿真结果进行分析 本文第 1 部分为前言 介绍了本次设计的主要思路 第 2 部分介绍了 Matlab
5、 基础和在设计中所用到知识 第 3 部分是线路继电保护的基本原理等基础理论知识 第 4 部分中对线路继电保护仿真中的模型构成 参数设定及故障发生时保护装置的动 作情况作了详细说明 并介绍了所设计的线路继电保护仿真与整定计算值的配合 第 5 部分对仿真实验的结果进行了分析 不同层面做出分析 对于在整个设计过程的 不同阶段也做出具体分析 在本文的第 6 部分中总结了此次设计并给出了结论 其中包括致谢词 参考文献等 此次毕业设计在张龙斌老师的指导下完成 2 Matlab 及其模块块介绍绍 本章简单介绍了此次设计用到的 Matlab 知识 首先介绍 Matlab 软件编程基础知识 再对计算机实现线路继
6、电保护整定计算仿真设计中用到的仿真模块的来源 功能 参数等 进行介绍 2 1 MATLAB 编程基础 2 1 1 变量和数学运算 首先从 Matlab 数学运算开始说明 例如要计算 1 2 3 及 1 10 2 10 3 10 这两个 算式 接在提示符号 之后的是要键入的算式 Matlab 将计算的结果以 ans 显示 下载可编辑 专业 整理 2 1 2 数组和数据 Matlab 的运算事实上是以数组 array 及矩阵 matrix 方式在做运算 而这两者在 Matlab 的基本运算性质上是不同的 数组强调元素对元素的运算 而矩阵则采用线性代数 的运算方式 在声明一个变量为数组或是矩阵时 如
7、果是要个别输入元素 需要用中括号将元素置 于其中 数组由一维元素构成 而矩阵由多维元素组成 在介绍矩阵运算之前首先介绍几个特殊的矩阵 Zeros 函数生成元素皆为 0 的矩阵 ones 函数生成元素皆为 1 的矩阵 eye 生成一个单位矩阵 之所以称为 eye 是取其发音 与原来单位矩阵符号 相同 而又避免与复数定义中的虚部所用的符号 i 混淆 所以改以 eye 替代 上述三个函数的使用语法都相似 如 zeros m 可以产生一个 m m 的正方矩阵 而 zeros m n 产生的是 m n 的矩阵 也可以使用这三个函数将一个 m n 矩阵原来 元素全部取代成为 0 1 或是单位矩阵的值 不过
8、要加上 size 指令来指出其矩阵大小是 m n 所以语法为 zeros size A 其中 A 为原来的矩阵 2 2 M 文件及 M 函数 Matlab程序大致分为两类 M脚本文件 M Script 和M函数 M Function 它们 均是普通的ASCII 码构成的文件 M脚本文件中包含一组有Matlab语言所支持的语句 它类似DOS下的批处理文件 它 的执行方式很简单 用户只需在Matlab的提示符下输入该M文件的文件名 这样Matlab就 下载可编辑 专业 整理 会自动执行该M文件中的各条语句 并将结果直接返回到Matlab工作空间 使用M函数格 式变成是Matlab程序设计的主流 M
9、atlab的M函数是有function语句引导的 其基本格式如下 Function 返回变量列表 函数名 输入变量列表 注释说明语句段 由 一道 输入 返回变量格式的检测 函数体语句 这里输入和返回变量的实际个数分别有nargin和nargout两个Matlab的保留变量来给 出 只要进入该函数 Matlab就将自动生成这两个变量 不论是佛直接使用这两个变量 如果返回变量多于一个 则应该用方括号括起来 输入变量和返回变量之间用括号分隔 注释语句段的每行语句都应该由百分号引导 百分号后面的内容不执行 只起注释作用 用户采用help 命令则可以显示出来注释语句段的内容 此外 标准的变量树木检测也是
10、必 要的 如果输入或返回变量格式不正确 则应该给出相应的提示 另外 因为Matlab是一中注释性语言 所以即使在某个或某些函数中存在语法错误 如果没执行到该语句时可能就不会发现该错误 这在严格的程序设计中是不容许的 要检 查某目录中所有的M函数语法错误 首先应该用cd命令进入该目录 然后运行pcode 命令 进行伪代码转换 因为该命令会将Matlab函数转换成伪代码 而在转换过程中该程序将自 动翻译每一条语句 所以一旦发现有语法错误 将会停止翻译 给出错误信息 改正了该 语法错误后 再重新执行pcode命令 直到没有错误为止 这样会保证目录下所有的程序 不含有语法错误 下载可编辑 专业 整理
11、2 3 SIMULINK 介绍 Simulink是以工具库的形式挂接在Matlab上的 不能独立运行 只能在Matlab环境中 运行 Simulink是一个用来对动态系统进行建模 仿真和分析的软件包 它支持连续 离 散或两者混合的线性和非线性系统 也支持具有多种采样速率的多速率系统 Simulink是由模块库 模型构造及指令分析 演示程序等几部分组成 Simulink提供 了用方框图进行建模的图形接口 模块框图是动态系统的图形显示 由一组称为模块的图 标组成 模块之间采用连线联接 每个模块代表了动态系统的某个单元 并且产生一定的 输出 模块之间的连线表明模块的输入端口与输出端口之间的信号连结
12、模块的类型决定 了模块输出与输入 状态和时间之间的关系 一个模块框图可以根据需要包含任何类型的 模块 模块代表了动态系统的某个功能单元 每个模块一般包括一组输入 状态和一组输出 等几个部分 Simulink模块的基本特点是参数化的 许多模块都具有独立的属性对话框 在对话框 中用户可以定义模块的各种参数 Simulink包含Sinks 输出方式 Source 输入源 Continuous 连续环节 Nonlinear 非线性 Discrete 离散环节 Signals 为相邻线路距离 II 段动作时间 II t II t II t C 相间距离保护 a 与相邻线路相间距离 段配合 3 13 II
13、I set Z 1 2 min II setbAB III rel ZKZK 式中 可靠系数 0 8 0 85 III rel K 为本线路阻抗 AB Z 为最小分支系数 min b K 为相邻线路距离 段动作阻抗 II set Z 2 动作时限 1 保护范围伸出相邻变压器其他各侧母线时 t III t II t 2 保护范围伸出变压器其他各侧母线时 t III t T t 式中 为相邻线路重合后不经振荡闭锁的距离 II 段动作时间 II t 为相邻变压器相间短路后备保护动作时间 T t 灵敏度校验 作为近后备时 1 5 作为远后备时1 2 sen K III set Z AB Z b 与相邻
14、变压器的电流 电压保护配合整定 3 14 III set Z 1 minmin ZKZK bAB III rel 式中 电流 电压保护的最小保护范围对应的阻抗值 min Z 下载可编辑 专业 整理 动作时限 t 为相邻变压器相间短路后备保护动作时间 III t T t T t c 与相邻线路距离 段配合 3 15 III set Z 1 2 min III setbAB III rel ZKZK 式中 0 8 0 85 可靠系数 III rel K 为相邻线路距离 段动作阻抗 III set Z 2 动作时限 t 为相邻线路距离 III 段动作时间 III t III t III t d 躲过
15、最小负荷阻抗 若采用全阻抗特性 则整定值为 3 16 III set Z 1 min 1 L ressrel Z KKK 式中 按实际最不利的系统频率下阻抗元件所见到的事故过负荷最小负荷阻抗 应 min L Z 配合阻抗元件的实际动作特性进行检查 整定 可靠系数 一般取 1 2 1 25 rel K 电机自启动系数 取 1 5 2 5 ss K 阻抗测量元件 欠量动作 的返回系数 取 1 15 1 25 rel K 3 2 3 线路重合闸 在电力系统故障中 大多数的故障是送电线路的故障 运行经验表明 架空线路故障 大都是一些瞬时性故障 如雷电引起的绝缘子表面闪络 大风引起的碰线 鸟类或是树枝
16、等物体落在导线上引起的短路等 在线路被继电保护迅速断开以后 电弧立即熄灭 外界 的物体也被电弧烧掉而消失 此时 如果把断开的线路再合上 就能够恢复正常供电 但 是 如果故障是永久性的 如线路倒杆 断线 绝缘子击穿或损坏引起的故障 在线路被 继电保护迅速断开以后 故障仍然存在 即使再合上电源 线路还要被继电保护再次断开 下载可编辑 专业 整理 因而就不可能立即恢复供电了 必须待工作人员检修后才可再次恢复供电 由于送点线路 具有以上性质 所以采用重合闸能够大大提高供电的可靠性 减少线路停电的次数 此外 重合闸可以提高电力系统并列运行的稳定性 提高传输容量 纠正由于断路器本身的机构 不良或误动作而引起的跳闸 三相一次重合闸的跳 合闸方式为无论本线路发生何种类型的故障 继电保护装置均 将三相断路器跳开 重合闸启动 经预先设置的延时发出重合闸脉冲 将三相短路器一起 合上 若是瞬时性故障 因故障已经消失 重合成功 线路继续运行 若是永久性故障 继电保护再次动作跳开三相 并且不在重合 重合闸的启动过程 当短路器由继电保护动作跳闸或其他非手动原因而跳闸后 重合 闸均应启动 一般使用断路器的辅助常开触点
