基于Matlab的電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘建模與仿真

PAGE實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：Matlab上機(jī)題目：基于MATLAB的電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘所在學(xué)院：學(xué)科專業(yè)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：二零一五年四摘要分析了單相自動(dòng)重合閘的工作特性，并利用MATLAB軟件搭建了220kv電力系統(tǒng)的自動(dòng)重合閘的仿真模型，模擬系統(tǒng)發(fā)生單相接地、三相相間短路故障，斷路器跳閘后自動(dòng)重合閘的工作過程。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘MATLAB短路故障目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 12模型中主要模塊的選擇和參數(shù) 22.1同步發(fā)電機(jī)模塊 22.2變壓器模塊 22.3輸電線路模塊 32.3.1150km線路模塊 32.3.2100km線路模塊 42.1電源模塊 52.3負(fù)載模塊 62.3.1三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load1 62.3.2三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load4 72.4斷路器模塊 82.5測(cè)量模塊 92.6顯示模塊 92.7其他模塊 92.8仿真參數(shù)設(shè)置 103仿真結(jié)果及波形分析 103.1線路單相重合閘 103.2線路三相重合閘 12總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 14PAGE13基于Matlab的電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘1引言隨著技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜。從實(shí)際條件與安全角度考慮，不太可能進(jìn)行電力系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)，因而電力系統(tǒng)數(shù)字仿真成為了電力系統(tǒng)研究、規(guī)劃和設(shè)計(jì)的重要手段。電力系統(tǒng)仿真軟件如BPA，EMTP，PSCAD/

EMTDC

，NETOMAC，PSASP，MATLAB等，正向著多功能，具有更高的可移植性方向發(fā)展。其中在MATLAB

中，電力系統(tǒng)模型可以在Simulink環(huán)境下直接搭建，Simulink電力系統(tǒng)元件庫(kù)中有多種多樣的電氣模塊，電力系統(tǒng)大多數(shù)元件都包含。其中，可以直接調(diào)用。電力系統(tǒng)大部分故障是瞬時(shí)性故障，因此采用自動(dòng)重合閘后，電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)供電的連續(xù)性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到很大的提高。此外，自動(dòng)重合閘有效糾正由于斷路器或繼電保護(hù)誤動(dòng)作引起的誤跳閘。本文以MATLAB為工具，對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的線路單相重合閘和線路三相重合閘進(jìn)行分析與研究。1.1仿真模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)可以認(rèn)為是三相對(duì)稱的，即電壓、電流對(duì)稱，且具有正弦波形。下圖為理想情況下220kv電力系統(tǒng)的模型。圖1220kv電力系統(tǒng)模型2模型中主要模塊的選擇和參數(shù)2.1同步發(fā)電機(jī)模塊同步發(fā)電機(jī)（SimplifiedSynchronousMachine）如圖2：連接類型：3線Y型連接；額定參數(shù)：[500e613.8e350]；機(jī)械參數(shù)：[562900.32]；內(nèi)部阻抗：[1.9845263.15e-3]；初始條件：[0.200,0,00,0,0]；圖2同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)設(shè)置2.2變壓器模塊三相變壓器（3-PhaseTransformer）如圖3：額定功率和頻率：[500e650]；一次繞組連接方式：三角形連接；一次繞組參數(shù)：[13.8e30.0020.08]；二次繞組連接方式：星形連接；二次繞組參數(shù)：[220e30.0020.08]；飽和鐵芯：對(duì)三相變壓器的飽和特性進(jìn)行仿真；磁阻：200p.u勵(lì)磁電感：200p.u;圖3三相變壓器的參數(shù)設(shè)置2.3輸電線路模塊2.3.1150km線路模塊等值線路元件（DistributedParametersLine）如圖4：線路相數(shù)：3；頻率：50HZ；單位長(zhǎng)度電阻：[0.011650.2676];單位長(zhǎng)度電感：[0.8679e-33.008e-3];單位長(zhǎng)度電容：[13.41e-98.57e-9];線路長(zhǎng)度：150km；測(cè)量：選擇不測(cè)量電氣量；圖4150km分布參數(shù)線路的參數(shù)設(shè)置2.3.2100km線路模塊等值線路元件（DistributedParametersLine）如圖5：線路相數(shù)：3；頻率：50HZ；單位長(zhǎng)度電阻：[0.011650.2676];單位長(zhǎng)度電感：[0.8679e-33.008e-3];單位長(zhǎng)度電容：[13.41e-98.57e-9];線路長(zhǎng)度：100km；測(cè)量：選擇不測(cè)量電氣量；圖5100km分布參數(shù)線路的參數(shù)設(shè)置2.1電源模塊三相電壓源（3-PhaseSource）如圖6：相電壓有效值：220e3V；A相相角：0°；頻率：50HZ；內(nèi)部連接方式：Y型（表示三相電源Y型連接，中性點(diǎn)不接地）；三相短路電壓：200e6；基準(zhǔn)電壓：220e6;圖6三相電源的參數(shù)設(shè)置2.3負(fù)載模塊2.3.1三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load1三相串聯(lián)RLC負(fù)載（Three-PhaseseriesRLCload）如圖7：相電壓：220e3V；頻率：50HZ；三相有功功率：200e6/250W;感性無功功率：200e6Var;容性無功功率：0Var;圖7三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load1的參數(shù)設(shè)置2.3.2三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load4三相串聯(lián)RLC負(fù)載（Three-PhaseseriesRLCload）如圖8：相電壓：13.8e3V；頻率：50HZ；三相有功功率：200e6W;感性無功功率：0Var;容性無功功率：0Var;圖8三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load4的參數(shù)設(shè)置2.4斷路器模塊三相斷路器（Three-PhaseBreak）如圖9：斷路器初始狀態(tài)：closed；轉(zhuǎn)換時(shí)間：[0.040.08]；阻值：0.001;過渡電阻：1e5;過渡電容：inf;圖9斷路器參數(shù)設(shè)置2.5測(cè)量模塊從電路測(cè)量中選擇三相電壓電流測(cè)量（3-PhaseVIMeasurement）；2.6顯示模塊從SIMULINK元件庫(kù)SINKS目錄下選擇示波器（SCOPE），分別改名為：V-I：用于電壓源出口處三相電流和電壓的顯示。輸入軸為2；2.7其他模塊相應(yīng)的接地元件、節(jié)點(diǎn)等，以及電力系統(tǒng)分析工具。2.8仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)電路圖設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行仿真，已達(dá)到觀察短路接地電路中暫態(tài)變化情況，如圖11：開始時(shí)間：0s;停止時(shí)間：0.3s;求解程序類型選項(xiàng)：固定步長(zhǎng)，discrete（nocontinuoussatates）固定步長(zhǎng)：50e-6;周期樣本模式：auto；圖11仿真參數(shù)設(shè)置3仿真結(jié)果及波形分析3.1線路單相重合閘在電路圖參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，將斷路器的故障相選為A相，斷路器的初始條件狀態(tài)為閉合，說明線路正常工作；斷路器的轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置為[0.040.08]，即線路在0.04s時(shí)發(fā)生A相接地短路，斷路器斷開，在0.08s時(shí)斷路器重合，相當(dāng)于臨時(shí)故障切除后線路進(jìn)行重合閘。線路單相接地短路時(shí)，母線的電壓和電流如圖12所示。圖12單相重合閘母線端的電壓和電流圖13A相短路時(shí)穩(wěn)態(tài)電流電壓對(duì)話框由圖12、圖13可以得出以下結(jié)論：由于系統(tǒng)為雙電源供電系統(tǒng)，因此當(dāng)線路發(fā)生單相接地短路時(shí)，斷路器斷開切除故障點(diǎn)，母線電壓并沒有多大的改變；在單相接地短路期間（0.04~0.08），斷路器A相斷開，A相電流為0，非故障相的電流幅值減小；在故障切除后（0.08s后），重合閘成功，三相電流經(jīng)過暫態(tài)后又恢復(fù)為穩(wěn)定工作狀態(tài)，從穩(wěn)態(tài)電流對(duì)話框中三相電流的幅值和相角可以看出，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，三相電流保持對(duì)稱，相角互差120度。3.2線路三相重合閘在電路圖參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，將斷路器的故障相選為A相、B相、C相，斷路器的初始狀態(tài)為閉合，說明線路正常工作；斷路器的轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置為[0.040.08]，即線路在0.04s時(shí)發(fā)生三相相間短路時(shí)，母線的電壓和電流，如圖14所示.圖14線路三相短路母線端的電壓和電流圖15線路三相短路穩(wěn)態(tài)電流電壓對(duì)話框圖14、圖15可得：三相短路期間（0.04s~0.08s），三相的電流基本為0；在故障切除后，重合閘成功，三相電流經(jīng)過暫態(tài)后又恢復(fù)穩(wěn)定工作狀態(tài)，三相電壓電流對(duì)稱。總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，鞏固和加深在《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》課程中所學(xué)的理論知識(shí)，學(xué)習(xí)了使用MATLAB仿真平臺(tái)上構(gòu)建電力系統(tǒng)輸電線路模型，并且進(jìn)行仿真分析，更加深了我對(duì)電力系統(tǒng)的了解，并熟悉了MATLABPSB的模型設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇以及設(shè)置等，知道了MATLAB對(duì)電力系統(tǒng)建模仿真和系統(tǒng)分析的重要性。通過這次課程設(shè)計(jì)，深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了我的學(xué)習(xí)成果。同時(shí)老師的指導(dǎo)以及同學(xué)們的幫助使