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1、摘要当电力系统运行的时候，时常会发生各种故障使得系统不能够正常运作，其中短路故 障就是最危险也是最普通的的故障。在出现故障时，电力系统必须快速并有选择地去切除 出现故障的元件，这时就需要在电器元件上安装继电保护装置来保护，距离保护是一种在 继电保护中定位故障点的有效方法。本文依据输电线路距离保护的基本原理和组成，对距离保护系统中的方向阻抗继电器 进行建模，并使用 MATLAB/SIMULINK 对线路的距离保护建立仿真模型，使距离保护成 功仿真。仿真结果表明：对距离保护建立的仿真模型能够被正确运行，且可以正确地表示 不一样类型的短路故障并根据所给不一样的故障发出动作信号让断路器跳闸以实现对线
2、路的保护。关键词 距离保护；方向阻抗继电器；建模；仿真AbstractWhen the power system runs, there are often all kinds of fault leading to that the system cant run correctly. Of all the faults, the most dangerous and most common fault is the short circuit fault. In case of faults, the power system must be fast and selective to r
3、emove the component of fault, then you need to install protection devices to protect the electrical components. Distance protection is an effective method to locate the point of fault in the relay.According to the basic principle and structure of distance protection of transmission line, this paper
4、makes a mathematical model of directional impedance relay in the distance protection and uses SIMULINK to establish a distance protection simulation model of transmission line in MATLAB. It makes the three-stage distance protection emulation realize. Simulation results show that: the three-stage dis
5、tance protection simulation model can run correctly, and correctly represent different kinds of short circuit fault . According to the different kinds of fault, it can also send the correct signal to make the breaker disconnect so that it can protect the transmission line.Keywords Distance protectio
6、n Directional Impedance Relay Modeling SIMULINK目录1 绪论 11.1 本课题的背景和意义 11.2 国内外研究现状 11.3 本文的主要内容 32 距离保护 42.1 距离保护的基本原理和构成 42.2 阻抗继电器 52.3 距离保护的整定原则 63 输电线路距离保护建模 83.1 方向阻抗继电器的数学模型 83.2 方向阻抗继电器的仿真模型 93.3 方向阻抗继电器的仿真结果 154 输电线路距离保护仿真 174.1 MATLAB、SIMULINK 简介 174.2 距离保护仿真模型的建立 184.3 距离保护模块的构建 244.4 距离保护仿
7、真结果 29结论 35致谢36参考文献 371 绪论1.1 本课题的背景和意义当电力系统运行的时候，时常会出现各种使得系统不能够正常运作的故障，各种类型 的短路故障就是最危险也是最普通的故障。在短路的情况下也许会产生严重的结果：第一， 在故障点产生的短路电流会生成大量电弧，导致故障元件坏掉；第二，电力系统中的一些 电压大幅度减小，影响了用户的稳定工作和降低了厂家的产品质量；第三，短路电流流过 非故障组件，因为发出的热量造成了损伤或者减少了其使用时限；第四，损害了电力系统 的稳定运行，造成系统的振荡，更严重的话会让该系统崩溃。在电力系统中，当发生故障时，线路必须快速和有选择地除去有故障的组件，它
8、是一 种能确保电力系统安全运作的最有效的办法，这就需要装设保护装置。这种保护装置叫作 继电保护装置，到现在为止，绝大多数是由一个单一的继电器或由继电器和它子设备结合 组成的。继电保护装置的目的是能够在系统出现故障时快速发现故障然后利用断路器的选择 性切除出现故障的地方，距离保护是继电保护中定位故障点的有效方法之一，特别是计算 机距离保护对提高保护以及改善线路性能有很大的意义。通过对高压线路各种故障特征发 生的分析和研究，利用虚拟开发平台微机保护对各种故障情况进行模拟。大规模的电力系 统，结构复杂，因为人为或自然因素，因此会出现各种故障和发生异常工作条件。技术指标和产品质量在电力系统的要求一直在
9、上升，各研究机构和制造商对研究和开 发的投资也一直在增加。目前拥有的保护设备的缺点是调试方式效率低，过程不简单，需 要在同一个地方完成调试以及会出现一些影响较大的人为原因，这引起了保护设备在大批 量生产上的困难性和在调试上的复杂性。在电力系统中，计算机模拟能够作为理论研究助剂，也能够通过模拟真实设备的运行， 以发现并解决可能发生的问题。对于输电线路距离保护进行建模与仿真，不仅可以作为使用计算机对继电保护的软件 基础，也可作为继电保护课程的教学演示，在电气工程的教学中具有较高的应用价值。1.2 国内外研究现状在大型高压的电网中，距离保护作为继电保护的一种主要保护装置，我们常将距离保 护应用与于这
10、些电网中。距离保护是用来反映安装保护点到故障处的阻抗或者距离，并依 据所得到的阻抗或距离得出正确的动作时间，相对电压电流保护，使用于高电压电网，更 好地满足灵敏性、选择性和迅速排除故障的要求。继电保护模拟在国内国外的研究是基于电力系统仿真研究的，数字仿真分为实时性和 非实时性，非实时数字仿真软件在国内和国外的使用中有两种最普遍：ATP/EMTP （电 磁暂态程序）是加拿大马尼托巴开发的电磁暂态分析软件，ATP / EMTP （另类暂态程序） 是一个免费的版本，也是最普遍在世界上运用的的一种电磁暂态分析程序。它能够模拟任 何不简单的网络，丰富的数学模型，但无法转送关闭环测试。该国南部从医院十几家
11、单位 的代表纷纷推出了 RTDS ，其中上机前台工作站软件运行主要在 PSCAD Unix 平台和 RSCAD JAVA 平台上。自主研发的国内继电保护仿真系统，并有这样的机器 TMS320C32 动态模拟实验室的的中国北方电力大学很多，比如嵌入式的典型代表，嵌入式PC104，可 用于科学研究的动态模拟实验室，保护测试和多媒体教学的实施，代表国家在这方面的先 进成果。现在更多的是提出了在PC上，实现了利用计算机模拟的面向对象的技术来保护 的图形界面的，还处于研究和一小部分的实验阶段，但写法不同，完成的功能是不同的， 没有统一的标准。在研究国外领先国家的这方面，应用体验都比较成熟，如西门子（南京
12、） 电器公司从该公司已经推出了仿真系统保护产品作为公司的中国调试，诊断工具。这种使 用新的基于中继设备的图形界面在PC上的OOP （英语东方对象编程，即面向对象编程） 开发语言仿真，该设备可以在Windows系统visual C + + 6.0平台上开发的，具备的优点为 良好的相容性，强灵活性和高可靠性。软件选择模块化构造，所以系统具有强大的伸缩性。目前大量的电力系统仿真软件已应用于继电器仿真中，电磁暂态仿真软件 PSCAD/ EMTDC是使用较为广泛的应用之一。PSCAD / EMTDC有一个更全面的模型组件库，以 满足不同的应用需求， EMTDC 为用户提供了自定义的组件模型的功能，从而提
13、高了仿真 的灵活性。因为EMTDC自我保护的性能不复杂，保护算法也很单调，很难使得保护范围 内部复杂的逻辑关系成功达到，所以，使用PSCAD / EMTDC仿真平台作保障，对于保护 模块的构造选择编程方式比较实用。EMTDC作为一个计算引擎是软件的核心，PSCAD是其图形用户界面。通过PSCAD， 用户能够在图形环境中建构模拟一套完整的电路操作，分析和数据处理。PSCAD / EMTDC是在Fortran语言上完成的，从而使用方法1：构建一个更好的高性 能嵌入式定制模型，但语言Fortran的格式限制，对于程序的编写更复杂的保护模式方面非 常方便，程序错误和错误信息没有明确给出，使得调试更加困
14、难增加，所以一般采用方法 2：通过计算机保护广泛使用的C语言来构建定制机型。使用PSCAD / EMTDC的故障控 制单元失效控制可以设置电路仿真中故障的类别、位置、开始时间和持续时间。保护仿真模型的建立和使用MATLAB仿真计算机保护系统；未能实现利用EMTP仿 真的电力系统输电线路，访问故障数据，可以以不同的方式，根据不同的故障类型的故障 数据来运行。利用MATLAB的图形用户界面设计功能（GUI）完成仿真系统接口生产，通 过文件编辑器编写M文件实现不同组件的功能。该系统可以由实验者对数据处理和计算机 保护的保护作用过程中观察到的，并且能够达到不一样的保护算法和实验。MATLAB是在科学比
15、较常见的应用程序和工程计算软件工程应用，它提供了一个强大 的数值计算和图形处理能力，成为一个国际科学与工程计算中，最流行的软件工具。在 MATLAB 中，通过 SIMULINK 能够直接建立电力系统的仿真模型，这足够使用了该平台 方便的优点，然后使用了 SIMULINK 工具箱丰富的资源，可以方便地实现各种电力系统仿 真复杂的控制方法， MATLAB 将根据电路的原理与上面的解决微分方程，电磁和机电进 程同步计算处理，这使得该模拟非常小心，可能反映了微妙的变化的基本过程来计算。因 此，基于 MATLAB 开发平台保护仿真系统可以建立在任何系统仿真，是一个新的继电器 瞬态测试方法。1.3 本文的
16、主要内容本课题主要研究内容有： （1）分析输电线路距离保护的基本原理和结构； （2）设计输电线路阶段式距离保护系统并对其进行建模； （3）利用 MATLAB/SIMULINK 仿真原理，对输电线路阶段式距离保护进行仿真。本文包括四部分，即四章。第一章，介绍了本课题的背景及意义，以及距离保护的一 些国内外研究现状；第二章，介绍了距离保护的基本原理和结构，并介绍了各阶段的整定 原则；第三章，对方向阻抗继电器进行建模并进行仿真；第四章，对距离保护进行仿真并 对结果进行研究分析。2 距离保护大部分的电压电流保护，保护范围通过改变系统运行的方式来改变。对于远距离、高 负荷的输电线路，因为线路尾端的短路电流和最大负载电流差别很小，选用电流保护，它 的灵敏度一般不能够满足要求。距离保护是一种普遍应用于110KV及以上电压等级输电线 路的保护装置。2.1 距离保
