MATLAB_SIMULINK在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、文章編號(hào)：（）年第卷第期第頁電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，（）：引言距離保護(hù)是高壓輸電線路的重要保護(hù)形式，阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心元件，正確設(shè)計(jì)和分析繼電器的動(dòng)作特性和動(dòng)作行為是保證繼電保護(hù)裝置可靠工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而繼電器的動(dòng)作特性分析又是繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一。本文以比相式阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析為例，利用構(gòu)造了輸電線路接地距離保護(hù)的仿真模型，通過相位仿真的方法，對(duì)接地阻抗繼電器的動(dòng)作特性進(jìn)行相位仿真計(jì)算，并對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，以加強(qiáng)對(duì)阻抗繼電器性能的深入了解。仿真實(shí)踐表明，在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用軟件非常必要，利用該軟件可以充分理解繼電器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，使繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)分析在原理上做到嚴(yán)

2、格、精確，盡可能達(dá)到高指標(biāo)，從而更有效地分析和解決問題。是一個(gè)功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，是提供的模型可視化圖形輸入的動(dòng)態(tài)仿真工具，它為用戶提供了許多標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和一些具體的仿真要求，從模塊庫中調(diào)出合適的模塊組合在一起，根據(jù)具體情況設(shè)置好參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真，仿真的結(jié)果可通過（輸出方式）模塊庫中的模塊接受并顯示出來。提供的模塊庫有（信號(hào)源）、（輸出方式）、（連續(xù)）、（數(shù)學(xué)操作）、（電力系統(tǒng)仿真）等，每個(gè)模塊庫又包含相應(yīng)的功能模塊，用戶可以根據(jù)需要混合使用各庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫。比相式接地阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型比相式接地阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型為：°

3、;" ! %°（）" ! " ! （! ）（）式中，%! 為相工作電壓，%! 為保護(hù)安裝處相電壓，! 、為流過保護(hù)安裝處的相電流和零序電流，為整定阻抗；/為極化電壓，不同的極化電壓形式MATLAB/SIMULINK在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用楊蘭，楊廷芳，陳眾，蔡立紅（長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙）摘要：在輸電線路距離保護(hù)設(shè)計(jì)中，需分析阻抗繼電器的動(dòng)作特性。本文介紹相位仿真方法在比相式繼電器動(dòng)作特性分析中的應(yīng)用。仿真結(jié)果表明，在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用軟件分析可以充分理解繼電器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，使繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)在原理上嚴(yán)格、精確，實(shí)現(xiàn)高指標(biāo)。關(guān)鍵詞：距離保

4、護(hù)；設(shè)計(jì)；中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：，（，）：，：；圖正序極化電壓模塊 出相構(gòu)成構(gòu)成出相構(gòu)成出相構(gòu)成構(gòu)成比相比相比相構(gòu)成圖繼電器模塊電器有所要求的性能指標(biāo)，應(yīng)選擇合適的極化電壓。目前常用的極化電壓形式有故障后的正序電壓" ! 極化、記憶電壓" ! 極化、零序電流極化、故障前工作電壓&極化等，還可以根據(jù)對(duì)接地故障特征的分析，尋找并建立新的極化電壓形式以改進(jìn)和提高繼電器的性能指標(biāo)。輸電線路距離保護(hù)仿真模型的建立根據(jù)圖所示電力系統(tǒng)接線和接地阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型建立起輸電線路距離保護(hù)仿真模型如圖所示。其中，輸電線路模塊采用分布參數(shù)模型；繼電器模塊為已封裝的子系統(tǒng)，內(nèi)含各種極化

5、電壓構(gòu)成的阻抗繼電器子模塊，分別對(duì)應(yīng)于各繼電器的動(dòng)作方程式；斷路器模塊用來模擬故障點(diǎn)及故障點(diǎn)的過渡電阻；相位顯示器模塊可以實(shí)時(shí)察看各繼電器的比相相位；電流、電壓測(cè)量模塊充當(dāng)了從系統(tǒng)到系統(tǒng)的接口，將測(cè)量到的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成信號(hào)，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作用。為了分析接地故障時(shí)工作電壓和極化電壓之間的相位變化，需從庫中拷貝模塊到本仿真模型窗口，并選擇為相位（）仿真方式。為了顯示相位，需將電壓、電流測(cè)量模塊的輸出信號(hào)選為復(fù)數(shù)（）形式輸出。繼電器模塊構(gòu)造繼電器模塊中包含了構(gòu)成各個(gè)阻抗繼電器的子模塊，每個(gè)阻抗繼電器由各自的極化電壓構(gòu)成模 如圖所示。根據(jù)需要，可在該模塊中加入需要仿真的繼電器。工作電壓

6、模塊構(gòu)造根據(jù)工作電壓&的數(shù)學(xué)模型用相應(yīng)的模塊組裝而成，圖所示為相工作電壓模塊。極化電壓模塊、比相模塊構(gòu)造以正序電壓（&）極化阻抗繼電器為例，根據(jù)正序電壓的數(shù)學(xué)模型用相應(yīng)的模塊組裝而成，&構(gòu)成模塊如圖所示。比相模塊是根據(jù)比相公式（），用一個(gè)乘法模塊和一個(gè)計(jì)算復(fù)數(shù)信號(hào)的模和幅角（）模塊組裝而成，為了使比相的相位既能送到工作空間保存，又能即時(shí)觀察，需用模塊將幅角（）送至工圖距離保護(hù)仿真模型測(cè)量圖雙端電力系統(tǒng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)化年第期圖工作電壓模塊（）圖正方向出口故障保護(hù)范圍末端處故障反方向出口故障保護(hù)范圍外部處故障表仿真結(jié)果年第期楊蘭，楊廷芳，陳眾等在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作空間，用

7、模塊實(shí)時(shí)查看，" 比相模塊如圖所示。仿真實(shí)例為了分析比較各極化電壓的阻抗繼電器的動(dòng)作性能，對(duì)圖所示長(zhǎng)的超高壓線路進(jìn)行了相接地仿真計(jì)算，以下給出了仿真系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)：!線路參數(shù)：! ，! ，。線路兩側(cè)電源電勢(shì)相位差°，保護(hù)區(qū)為線路全長(zhǎng)的。仿真計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算出各接地距離繼電器&+的相位。故障點(diǎn)選取為保護(hù)范圍內(nèi)部的正方向出口、近保護(hù)范圍末端處和保護(hù)范圍外部的反方向出口、外部處個(gè)點(diǎn)，過渡電阻從變化到! （步長(zhǎng)為! ），繼電器的動(dòng)作特性均為°+°，仿真計(jì)算結(jié)果見表。表中列出了+極化、+極化、+極化、+極化、+極化的阻抗繼電器動(dòng)作特性仿真結(jié)果。其中+極化

8、、+極化分別為文獻(xiàn)、提出的自適應(yīng)阻抗繼電器。從仿真結(jié)果可以看出，+極化、+極化、+極化及+極化的阻抗繼電器的耐受過渡電阻的能力差，要提高它們的抗過渡電阻能力，需要將極化電壓適當(dāng)前移，但也很有限。而+極化的阻抗繼電器雖有極強(qiáng)的耐受過渡電阻的能力，但超越現(xiàn)象嚴(yán)重，需通過極化電壓后移或增加電流判據(jù)解決，這樣將會(huì)使繼電器靈敏度降低或使繼電器更復(fù)雜。要使阻抗繼電器各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能提高，就必須深入分析故障特征，尋找一個(gè)可以準(zhǔn)確區(qū)分內(nèi)外部故障時(shí)工作電壓變化的量。結(jié)論通過對(duì)仿真結(jié)果的分析可以看到，在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用軟件分析方法是非常必要的，它可以對(duì)繼電器的動(dòng)作特性有一個(gè)直觀的、定量的、乃至定性的深刻認(rèn)識(shí)，對(duì)如何提高繼電器的性能指標(biāo)有了一個(gè)思考的方向，從而達(dá)到提高分析問題、解決問題的目的。參考文獻(xiàn)：許正亞輸電線路新型距離保護(hù)北京：中國(guó)水利水電出版社，李巖，陳得樹，尹項(xiàng)根等新型自適應(yīng)姆歐繼電器的研究中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，（）：劉卓輝，張艷霞，沈勇環(huán)自適應(yīng)接地距離繼電器的研究電力系統(tǒng)自動(dòng)化，（）：朱聲石高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)北京：中國(guó)電