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1、摘要线路继电保护整定计算和仿真，我们使用了 Mat lab和Simulink,它们常用于电力系 统各个方面的仿真。在输电线路研究中，有利用 Matlab 对输电线路进展故障定位数字仿 真的研究MATLAB主要面对科学计算、可视化以与交互式程序设计的高科技计算环境。它 将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以与非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功 能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以与必须进展有效数值计算 的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设 计语言我的设计主要针对三段式电流保护中 I 段保护的整定进展建模和仿真，还有关于方向 性元件
2、的建模的研究。利用 Matlab 和线路继电保护的内容，使用 SimuLink 搭建了一个线 路整定计算和方向性元件的模型，并且进展了相应的仿真，最后对仿真结果进展具体的分 析，从而完成整个设计。关键词：Mat lab、Simuli nk、继电保护目录1 绪论12输电线路电流保护I段的整定计算12.1 电流速断保护22.2电流保护I段整定计算23输电线路电流保护I段的建模33.1 Mat lab 中 Simulink 介绍 334 方向性元件建模64.1 方向性元件建模665 方向性电流保护进展仿真85.1 三相短路85.2 两相短路95.3 两相短路接地1 15.4 单相短路接地1 26 结
3、论14 参考文献1 51 绪论这次课程设计是关于电网方向性电流保护的建模与仿真，其中包括对输电线路电流保 护进展I段的整定和对电网的方向性电流保护进展建模与仿真。输电线路在电力系统中是非常重要的。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开展，采用计算机仿真的方法来分析研 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具有模块化、可重载、 可封装、面向结构图编程与可视化等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性，我们可 以利用 MATLAB 中的元件模型，结
4、合点办理系统的根本原理，搭建输电线路的根本模型， 从而设置各种电力系统故障进展分析和调试，为电力系统线路故障仿真提供有力依据。线路继电保护整定计算仿真，我使用了 Simulink 工具箱，它常用于电力系统各个方 面的仿真。在输电线路研究中，有利用Mat lab对输电线路进展故障定位数字仿真的研究。本设计主要针对线路的继电保护，即三段式电流保护中 I 段保护的整定进展建模和仿 真,还有关于方向性元件的建模的研究。利用Matlab和线路继电保护的内容，使用SimuL ink 和 SimPowerSystems 工具箱，搭建了一个线路整定计算和方向性元件的模型，并且进展了 相应的仿真，最后对仿真结果
5、进展具体的分析，从而完成这个设计。2 输电线路电流保护 I 段的整定计算2.1电流速断保护电流速断保护电流保护I段根据继电器保护速动性的要求，保护装置动作切除 故障的时间，必须满足稳定和保证重要用户供电的可靠性，原如此上总是越快越好，因此 力求装设快速动作的继电保护，电流速断保护就是这样的保护不可能保护线路的全长。 2.2电流保护I段整定计算原始数据ABABGAGB=13；线路：线路阻抗Z Q/km，线路长度L = (60 x (1 + 7/27)km；ABAB故障点位置：距A母线(20 x (1 + 7/27)km处；故障类型：三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。解：设短路点为C
6、点，由题意得；L 二60 x (1+ 7/27)二 75.5kmABL 二20 x (1+ 7/27)二 25.2kmACL 二 75.5 - 25.2 二 50.33kmBCZ 二 0.4 x 75.5 二 30.20ABZ 二 0.4 x 25.5 二 10.2QACZ 二 0.4 x 50.33 二 20.13QBC丁 “ E /石 13 115/厲 17911 二 KIa 二 1.3 x二 1.79KAset-1rel X + Z18 + 30.2GA AB” E /73115仆”11 二 Kib 二 1.3 x二 1.99KA胁2rel X + Z13 + 30.2GB AB所以，对
7、于保护1来说，1段整定值为1.79KA,对于保护2来说，1段整定值为1.99KA。3输电线路电流保护I段的建模3.1 Mat lab 中 Simulink 介绍Simuli nk是以工具库的形式挂接在Mat lab上的，不能独立运行，只能在Mat lab环境 中运行。Simuli nk是一个用来对动态系统进展建模、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。Simuli nk是由模块库、模型构造与指令分析、演示程序等几局部组成。Simuli nk提供 了用方框图进展建模的图形接口。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
8、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。模块之间的连线明确模块的输入端口与输出端口之间的信号连结。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 等几个局部。Simuli nk模块的根本特点是参数化的，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。Simuli nk包含Sin ks输出方式、Source输入源、 Con ti nuous连续环节、No nlin ear非线性、Discrete离散环节
9、、Sig nals & System 信号与系统、Math数学模块和Functions& Tables函数和查询表等子模型库。 SIMULINK在诸如munication Toolbox, Nonlinear Control Design Blockset，Power System Blockset等工具箱的配合下，还可以完成对诸如通行系统、非线性控制系统、电力系统的 建模、分析和仿真。电力系统是由发电厂、变电所、输配线路直到用户等在电气上相互连接的一个整体， 包括了从发电到输电、配电直到用户的全过程，整个电力系统组成了一个庞大且错综复杂 的网络结构。本课题选择110kV双端电源供电系统作为仿
10、真模型，原理图如图3-1，图3-1 110kV双端电源供电模型图3 / 17图3-2为电力系统仿真模型，电源采用“Three-phase soure模型，电源E和电源E电AB势相差60 o。图3-2电力系统Simulink仿真模型根据原理图在Matlab/Simuli nk中搭建仿真模型，为了后续的微机保护算法的仿真实 现线路保护，运用傅里叶级数法，傅里叶级数算法的根本思路来自傅里叶级数，算法本身 具有滤波作用。它假定被采样的模拟信号是一个周期性的时间函数，除基波外还含有不衰 减的直流分量和各次谐波，可表示为：x(t)二艺X sin(no t+a )二工(X sina )cos no t +
11、(X sina )sin no tn1nnn1nn1n=0n=0二兰b+ a sin no t (n=0,1,2.)n1n1n=0式中a 、 b分别为直流、基波和各次谐波的正弦项和余弦相得振幅，其中 nnb = X sin a 、a = X cos a 。nnnnnn由于各次谐波的相位可能是任意值的，所以，把它们分解成有任意振幅的正弦项和余弦项之和。a 、b 1分别为基波分量的正、余弦项的振幅，b0为直流分量的值。根据傅氏级数的原理，可以求出aJ b i分别为：2 T2 Ta = J x(t)sin( t)dt b = i x(t)cos( t)dt i Tii Ti0 0傅里叶级数算法只需要
12、求出求出a、就可以求出基波电流的有效值，在MATLAB/Simuli nk 中有单独的快速傅里叶变换模块，进展参数设置可以求出输入信号基波的有效值和相角， 采样频率为仿真步长时间，因此在傅里叶级数算法仿真模型如图3-3所示。cuarl3图3-3:傅里叶计数法电流保护I段的模型对于电流保护I段，该子系统主要功能是：当线路在I段X围内发生故障时，保护立 即启动并切除故障，它只能保护本线路的一局部。它是将经过傅立叶模块变换的电流与预 先设置的继电器电流相比拟，假如大于预置值如此输出1,反之输出0,这个信号再经过 延迟模块，因电流I段是速断保护，所以这个延迟时间很小0.001，然后经过保护出口 将最终
13、的信号输出给断路器的外部控制端。保护出口局部主要由非门(NOT)、加法器(SUM) 和常数(constant)、使能子系统模块(Enable Subsystem)构成，其主要功能是将保护模块 的动作行为保持。4方向性元件建模4.1方向性元件建模在如图3-1所示的双端电源系统中，系统的三段电流保护还应该加上功率方向继电器5 / 17来判断功率的方向，以保证断路器在正方向故障时能够可靠动作，而反方向故障时不动作。 功率方向判断一般采用90接线法，即要对某一相进展功率方向的判断时，应采用该相的 相电流和另外两相间的线电压进展比相，在此，比相的方法采用瞬时采样正弦型比相判据 算法，并在MATLAB/S
14、imulink中建立仿真模型，如断路器的a、b、c三相的功率方向判断 模块如图4-1所示，其中功率方向判断结果中大于0表示正方向故障，可以动作，小于等 于0表示反方向故障，断路器应该不动作。线路三段式电流保护必须与断路器的功率方向 判断一起使用，只有当两个条件即方向、电流都满足的情况时断路器才能动作。图4-1方向性元件建模原理图如图4-2为线路中保护1的构成Isbc线路中保护1的构成如图4-3为线路中保护2的构成线路中保护2的构成5方向性电流保护进展仿真5.1三相短路Tltr e ePLase F anjLtr Thzee-Phase FaultLzjaskJ :.口ar azaeliTik；
15、Use thi s blc-ck ta any uh乱旨 and tlie dir e 11 y frczi th_e Zf you chesk He= input ri 1Z ajz-pe ar.prosrazi a fault sho-if ETCLLnd. Tcu san define dialog bo: ph ap-ply 且n e:cternal Lc-ELsal siErnal.Es:t sxnal ccntxuZa bos 3u izcui t j be fwreen the f3-ult t iz3in.E,the e-zternal contT olPS-TSISG tezsp-Phas e A F suitPh a =
