基于MATLAB的電流、電壓互感器特性的仿真分析

摘 要電壓互感器和電流互感器是電力系統(tǒng)中進(jìn)行電能計(jì)量和繼電保護(hù)的基本測量和繼電保護(hù)等設(shè)備之一，其準(zhǔn)確度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。隨著電力系統(tǒng)在監(jiān)測、控制及保護(hù)等方面自動化和智能化要求的不斷提高，傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器和電流互感器因自身傳感機(jī)理所限而呈現(xiàn)出種種難以克服的問題，已不能滿足電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化的發(fā)展要求，基于電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、光纖通信技術(shù)的新型電子式電壓/電流互感器逐步引起人們的重視。電流、電壓互感器應(yīng)用廣泛，比如可以為電機(jī)及電子設(shè)備等測量電流電壓及繼電保護(hù)的工具。更高效率和更高精度的電流、電壓互感器一直是研究的熱點(diǎn)。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，電流、電壓互感器隨處可見，因?yàn)槠湎啾绕渌碾姶攀交ジ衅鞫越Y(jié)構(gòu)相對簡單，運(yùn)行穩(wěn)定且便于維修等優(yōu)勢，最重要的是電流、電壓互感器在測量和繼電保護(hù)等方面具有很好的優(yōu)勢。隨著自動控制技術(shù)和微電子技術(shù)的不斷革新，目前的技術(shù)水平為實(shí)現(xiàn)電流、電壓互感器調(diào)節(jié)控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提供扎實(shí)的理論依據(jù)。本次設(shè)計(jì)主要以電流、電壓互感器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用作為研究背景，運(yùn)用MATLAB/Simulink仿真工具搭建相應(yīng)的仿真模型。電流、電壓互感器控制系統(tǒng)擁有很好的動態(tài)特性，運(yùn)行穩(wěn)定性高、測量的范圍較大，性能可靠等優(yōu)勢，在實(shí)際生產(chǎn)制造中被廣泛的應(yīng)用。該模型利用MATLAB軟件中的電力系統(tǒng)模塊庫，建立了電流、電壓互感器在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的系統(tǒng)仿真模型，通過Matlab/Simulink仿真軟件搭建仿真模型,運(yùn)行仿真，并對電流互感器的飽和特性的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。經(jīng)過對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以明顯的看出，電流、電壓互感器控制系統(tǒng)響應(yīng)快，沒有超調(diào)量，運(yùn)行穩(wěn)定，抗外界干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。同時，深入學(xué)習(xí)電流、電壓互感器的整體結(jié)構(gòu)和分類，針對電流、電壓互感器控制系統(tǒng)當(dāng)做研究對象。在對電流、電壓互感器控制系統(tǒng)工作原理和各個部分的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，在MATLAB/SIMULINK對不同部件的傳遞原理和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入的研究，建立電流、電壓互感器控制系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證，可以比較各種策略與方案，優(yōu)化并確定相關(guān)參數(shù)。最后，對電流、電壓互感器控制系統(tǒng)分析方法進(jìn)行了詳細(xì)比較分析，為科學(xué)決策提供可靠的依據(jù)。本次設(shè)計(jì)經(jīng)過模型搭建、仿真驗(yàn)證，在學(xué)習(xí)掌握電流、電壓互感器工作特性的同時，參考得到的仿真結(jié)果，為更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)開發(fā)新的產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：電流、電壓互感器，飽和特性，建模與仿真，MATLAB

AbstractVoltagetransformerandcurrenttransformerareoneofthebasicmeasuringequipmentforelectricenergymeteringandrelayprotectioninelectricpowersystem.Theiraccuracyandreliabilityarecloselyrelatedtothesafe,reliableandeconomicaloperationofelectricpowersystem.

Withthecontinuousimprovementofautomationandintellectualizationrequirementsofpowersysteminmonitoring,controlandprotection,thetraditionalelectromagneticvoltagetransformerandcurrenttransformerhavepresentedvariousinsurmountableproblemsduetothelimitationsoftheirownsensingmechanism,whichcannolongermeetthedevelopmentrequirementsofautomationanddigitalizationofpowersystem.

Newelectronicvoltage/currenttransformerbasedonelectronictechnology,computertechnology,opticalfibercommunicationtechnologyhasgraduallyattractedpeople'sattention.Currentandvoltagetransformersarewidelyused,suchasmeasuringcurrentandvoltagetoolsforelectricmotorsandelectronicequipment.

Currentandvoltagetransformerswithhigherefficiencyandaccuracyarealwaysthefocusofresearch.

Inourdailylife,currentandvoltagetransformerscanbeseeneverywhere,becausecomparedwithotherelectromagnetictransformers,theyhaveadvantagessuchassimplestructure,stableoperationandeasymaintenance.Themostimportantthingisthatcurrentandvoltagetransformershavegreatadvantagesinmeasurement.

Withthecontinuousinnovationofautomaticcontroltechnologyandmicroelectronicstechnology,thecurrenttechnicallevellaysasolidfoundationandprovidesasolidtheoreticalbasisfortherealizationofcurrentandvoltagetransformerregulationandcontrol.Thisdesignismainlybasedonthecurrentandvoltagetransformercontrolsystemdesignandapplicationasresearchbackground,usingMATLAB/Simulinksimulationtoolstobuildthecorrespondingsimulationmodel.

Currentandvoltagetransformercontrolsystemhasgooddynamiccharacteristics,highoperationstability,largemeasurementrange,reliableperformanceandotheradvantages,andiswidelyusedinpracticalproductionandmanufacturing.

Inthismodel,thepowersystemmodulelibraryinMATLABsoftwareisusedtoestablishthesystemsimulationmodelofcurrentandvoltagetransformerintheapplicationofpowersystemcurrentmeasurement.ThesimulationmodelisbuiltbyMATLAB/Simulinksimulationsoftware,andthesimulationresultsofsaturationcharacteristicsofthecurrenttransformerareanalyzed.

Throughthesimulationofthecontrolsystem,itcanbeclearlyseenthatthecurrentandvoltagetransformercontrolsystemhasthecharacteristicsofquickresponse,noovershoot,stableoperationandstrongabilitytoresistexternalinterference.Atthesametime,theoverallstructureandclassificationofcurrentandvoltagetransformerswillbestudiedindepth,andthecontrolsystemofcurrentandvoltagetransformerswillbetakenastheresearchobject.

Theworkingprincipleofthecontrolsystemofthecurrent,voltagetransformerandthemathematicalmodelofeachpart,onthebasisofin-depthstudy,intheMATLAB/SIMULINKtothetransmissionprincipleandmathematicalmodelofdifferentpartsofin-depthresearch,current,voltagetransformercontrolsystemdynamicsmodelisestablished,thesimulationresultsverify,youcancompareallkindsofstrategyandplan,

Optimizeanddeterminerelatedparameters.

Finally,theanalysismethodsofcurrentandvoltagetransformercontrolsystemarecomparedandanalyzedindetailtoprovidereliablebasisforscientificdecision-making.Thisdesignthroughmodelbuilding,simulationverification,inlearningandmasteringthecurrentandvoltagetransformerworkingcharacteristicsatthesametime,referencetothesimulationresults,forfurtherdesignanddevelopmentofnewproductstolayasolidfoundation.Keywords:Currentandvoltagetransformers,saturationcharacteristics,modelingandsimulation,MATLAB

目錄TOC\o"1-3"\h\u摘 要 1第一章緒論 51.1概述 51.2課題研究的現(xiàn)狀 71.3課題研究的目的及意義 91.4課題的研究內(nèi)容及章節(jié)安排 10第二章電流電壓互感器 112.1電流互感器 112.1.1電流互感器的工作特點(diǎn) 112.1.2電流互感器的工作原理 112.1.3電流互感器的飽和特性 122.1.4電流互感器的技術(shù)參數(shù) 162.2電壓互感器 162.2.1電壓互感器的工作特點(diǎn) 162.2.2電壓互感器的工作原理 172.2.3電壓互感器的類型 18第三章MATLAB軟件 22第四章電流、電壓互感器系統(tǒng)建模仿真 254.1 電流、電壓互感器系統(tǒng)建模 254.2 仿真輸出波形及分析 264.3本章小結(jié) 27第五章結(jié)束語 28參考文獻(xiàn) 29致謝 31

第一章緒論1.1概述電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行和電力市場交易的先決條件是準(zhǔn)確、可靠的測量電力系統(tǒng)的電參數(shù)，電壓和電流的測量和繼電保護(hù)是電力的基礎(chǔ)。隨著電力系統(tǒng)對可靠性和自動化程度的要求越來越高，現(xiàn)代配電、用電系統(tǒng)都要求在計(jì)量、監(jiān)測、控制及保護(hù)等方面完全自動化和智能化。作為電力系統(tǒng)測量和繼電保護(hù)的基本設(shè)備，電力互感器在電力系統(tǒng)的發(fā)展中面臨著新的要求[1]。電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）是電力系統(tǒng)中用于測量、保護(hù)和控制的重要設(shè)備。PT主要作用是將一次側(cè)的高電壓變換成適合于繼電保護(hù)裝置和測量儀表等工作的低電壓，要求一次、二次系統(tǒng)電氣隔離。CT是電力系統(tǒng)中廣泛采用的電流傳感及變送設(shè)備，它將高電壓系統(tǒng)的電流或低電壓系統(tǒng)的大電流變成低電壓的標(biāo)準(zhǔn)電信號，傳送給二次設(shè)備進(jìn)行測量、控制和保護(hù)。電力互感器在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，無論是生產(chǎn)電能、變換電能還是傳輸電能的設(shè)備，也無論是低壓小功率設(shè)備還是高壓大功率動力系統(tǒng)，電力互感器都是不可缺少的一部分，其準(zhǔn)確度和可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行緊密相關(guān)。隨著電力電子器件的開發(fā)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電流、電壓互感器的面貌也日新月異，尤以裝置的體積、重量、和性能方面變化最為突出。其中電子式電流、電壓互感器的應(yīng)用最為廣泛，在很多方面已經(jīng)取代了原有的電磁式電流、電壓互感器。為了滿足高功率密度及高效率的要求，電流、電壓互感器的研究主要集中在兩個方面，主要為電子式電流、電壓互感器的設(shè)計(jì)[2]。隨著科學(xué)技術(shù)和社會的發(fā)展進(jìn)步，家家戶戶都有電流、電壓互感器相關(guān)的設(shè)備，成為當(dāng)今時代特別的景觀。然而，隨著市場對電流、電壓互感器的需求急劇增加，電流、電壓互感器系統(tǒng)越來越受人們的關(guān)注。因此，只依靠電流、電壓互感器自身的結(jié)構(gòu)來提高產(chǎn)品功能是完全不夠的，更是不現(xiàn)實(shí)的，因此我們必須加強(qiáng)電流、電壓互感器控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，給電流、電壓互感器系統(tǒng)行業(yè)帶來革命性的影響，而且要以一定的技術(shù)指標(biāo)來考核目前的技術(shù)狀況，用實(shí)驗(yàn)室各種高精度的儀器設(shè)備測試出數(shù)據(jù)，定量而又科學(xué)地判斷電流、電壓互感器控制的技術(shù)狀況，給予正確的評價。然而，電流、電壓互感器在使用過程中出現(xiàn)故障的幾率是非常高的，控制部件等一旦出現(xiàn)故障，就會有較危險的情況發(fā)生，從而給用戶帶來不必要的麻煩。作為二十一世紀(jì)的我們，對電流、電壓互感器控制行業(yè)有自己獨(dú)特的見解和好奇心，更希望能夠探索智能控制行業(yè)，為其盡一份自己的綿薄之力。電流、電壓互感器控制技術(shù)是一種快捷技術(shù)，目前主要在智能測量和繼電保護(hù)上使用，同時朝著更加智能的方向不斷革新。起初，由于各國對電流、電壓互感器控制設(shè)備的需求極高，同時給予了很多優(yōu)秀的設(shè)想和建議，而且研究出了很多至關(guān)重要的新技術(shù)。因?yàn)槭澜缈茖W(xué)技術(shù)和人類文明的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，電流、電壓互感器控制設(shè)備不管是在功能上還是在性能上都得到了前所未有的發(fā)展和提高，逐漸變成當(dāng)今社會人們必不可缺的日常工具，從而改善了人們的生活方式。但是伴隨著人們的生活條件和經(jīng)濟(jì)水平不斷改善，市場對電流、電壓互感器性能的需求也在急劇增加，特別是大中及沿海城市。電流、電壓互感器系統(tǒng)控制是一種高效快捷的控制方式，讓我們更加高效的測量電壓、電流和繼電保護(hù)等，但不利的一面也是存在的，由于控制策略的實(shí)際性存在很多問題，常常會出現(xiàn)測量失真的現(xiàn)象等[3]。近幾年，電流、電壓互感器被廣泛的應(yīng)用在測量和繼電保護(hù)系統(tǒng)上，主要因?yàn)槠渚邆溥\(yùn)行成本低、控制邏輯簡單、響應(yīng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時被普遍應(yīng)用在各種測量和繼電保護(hù)設(shè)備中。然而，電流、電壓互感器在測量和繼電保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用時，會面臨很多問題，經(jīng)常會造成很多預(yù)想不到的問題，鑒于此種問題，本次設(shè)計(jì)使用Matlab/Simulink仿真工具中搭建電流、電壓互感器系統(tǒng)模型，通過仿真得出結(jié)論與理論進(jìn)行對比，充分驗(yàn)證其精確性，為電流、電壓互感器系統(tǒng)的生產(chǎn)應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，節(jié)省大量的研發(fā)投入和成本投入。本次設(shè)計(jì)推導(dǎo)出電流、電壓互感器的數(shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink軟件中搭建電流、電壓互感器控制系統(tǒng)模型，最終通過模擬仿真進(jìn)行分析。1.2課題研究的現(xiàn)狀國外對于電流、電壓互感器研究已經(jīng)有幾十年的歷史了，而且已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。相關(guān)行業(yè)的一下大公司已經(jīng)走上了產(chǎn)業(yè)化、市場化的道路。ABB公司已經(jīng)研制出很多種有源和無源的電子式互感器。用于GIS中的復(fù)合式電子互感器都已經(jīng)達(dá)到了0.2級的準(zhǔn)確度；數(shù)字光學(xué)儀用互感器已經(jīng)有電壓等級為72kV到800kV；此外，法國的AREVA公司，日本的三菱公司、加拿大的NxtPhase公司、美國的PhotonicPowerSystems公司、德國的RITZ互感器公司也都在電流、電壓互感器方面進(jìn)行了一系列的研究[4]。21世紀(jì)初，我國的互感器技術(shù)相對落后，由于逐漸意識到落后和精度的缺失，漸漸開始向互感器技術(shù)方向研究。21世紀(jì)初左右，市場上開始涌現(xiàn)出一批互感器控制系統(tǒng)，慢慢的市場上的互感器技術(shù)主要以電流、電壓互感器類為主。但由于國內(nèi)外電流、電壓互感器系統(tǒng)的功能和性能方面有了重大的革新，這也為我國電流、電壓互感器技術(shù)的革新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而國外的水平相對比較先進(jìn)，一些歐洲國家在21世紀(jì)初電流、電壓互感器技術(shù)已經(jīng)有了先進(jìn)的水平，穩(wěn)定性很高，市場上大多數(shù)的老式的電流、電壓互感器被取代。現(xiàn)如今，電流、電壓互感器技術(shù)的發(fā)展方向掌握在我們新一代青年中，要朝著穩(wěn)定性、程序控制、數(shù)字控制的方向迅猛向前[5]。國內(nèi)，許繼電氣公司和國內(nèi)外的一些單位聯(lián)合研制的交流變電站用500kV組合型光電電子式互感器于2005年10月在我國500kV鄭州小瀏變電站投入運(yùn)行，最高電壓1000kV，精確度由德國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會認(rèn)證達(dá)到0.1級標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國內(nèi)輸變電500kV電壓等級數(shù)字式互感器的空白。此外我國的清華大學(xué)、華中科技大學(xué)以及西安交通大學(xué)以及電力科學(xué)院研究所等單位和企業(yè)也在進(jìn)行數(shù)字式電壓互感器的研究工作，已經(jīng)有多種樣機(jī)研究出來，但是絕大多數(shù)限于試驗(yàn)或者試運(yùn)行階段。不同的電流、電壓互感器，逐漸應(yīng)用于國家的所有企業(yè)。歐美等發(fā)達(dá)國家在電流、電壓互感器技術(shù)方面有先進(jìn)的水平，他們在20世紀(jì)60年代開始對過電流、電壓互感器技術(shù)控制系統(tǒng)方面展開深入的研究，在1980年之后，研究人員就基本實(shí)現(xiàn)了對電流、電壓互感器系統(tǒng)的控制，在20世紀(jì)末期，開始對智能電流、電壓互感器技術(shù)的控制模塊進(jìn)行批量生產(chǎn)，但因?yàn)樯a(chǎn)成本過高，這種最新的研發(fā)項(xiàng)目只用在了少數(shù)電力系統(tǒng)上。然而現(xiàn)如今，智能電流、電壓互感器控制系統(tǒng)已經(jīng)成功地與電子技術(shù)相結(jié)合，而且逐漸走向成熟，由于購買成本有所減少，越來越多的人開始購買智能電流、電壓互感器技術(shù)控制系統(tǒng)。我國在電流、電壓互感器技術(shù)控制系統(tǒng)方向的研發(fā)力度不夠，而且很晚，然而隨著近幾年來我國自動控制行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電流、電壓互感器技術(shù)的數(shù)量也在快速增加，同樣的對電流、電壓互感器智能化的需求量也急劇增加。即使國外在智能電流、電壓互感器技術(shù)控制方面研究比較突出，但我國的實(shí)際需求情況比較復(fù)雜，并不能完全的應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，電流、電壓互感器種類較多，沒有一致規(guī)范，而且消費(fèi)習(xí)慣也不一樣，達(dá)到智能電流、電壓互感器控制還有一定的距離，但是智能電流、電壓互感器控制系統(tǒng)在國內(nèi)的還是有寬廣的未來。1.3課題研究的目的及意義電壓互感器是電力系統(tǒng)中必不可少的元件。它的作用主要有兩個：第一，把高壓側(cè)的高電壓轉(zhuǎn)換為二次側(cè)的低電壓，供給測量、自動設(shè)備和繼電保護(hù)等用；第二，實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)和一次高電壓系統(tǒng)的隔離，保障工作人員的安全。而電流互感器是電力系統(tǒng)中一種重要的測量設(shè)備，其運(yùn)行特性影響著測量的準(zhǔn)確性和保護(hù)裝置動作的可靠性。電流、電壓互感器的發(fā)展是和電力系統(tǒng)的需要結(jié)合在一起的，也可以說是電力系統(tǒng)對電流、電壓互感器要求的變化促進(jìn)了電流、電壓互感器的不斷發(fā)展。因此，選取電流、電壓互感器作為工程實(shí)踐的研究，具有一定的應(yīng)用價值。電流、電壓互感器是為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對電力設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和測量。隨著超高壓電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展擴(kuò)大，對繼電保護(hù)動作的正確性和電能計(jì)量的精確性要求越來越高，從而對互感器的準(zhǔn)確性能也提出了更嚴(yán)格要求。同時，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置用的電流、電壓互感器特性的好壞是保護(hù)可靠運(yùn)行的重要條件，特別是電流、電壓互感器在大電流或強(qiáng)勵磁情況下所出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響著保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性。現(xiàn)在世界上已經(jīng)對電流、電壓互感器有很多了解，電流、電壓互感器大范圍用在的電力系統(tǒng)中。現(xiàn)在只有電流、電壓互感器有飽和特性，研究電流、電壓互感器的飽和特性對電力系統(tǒng)運(yùn)行、穩(wěn)定有很很重的作用[6]?；ジ衅鞯淖饔茫夯ジ衅鲗⒁淮位芈返母唠妷骸⒋箅娏髯?yōu)槎位芈返牡碗妷汉托‰娏?便于測量。二次設(shè)備利用互感器與一次設(shè)備實(shí)行了電氣隔離,且二次繞組均接地,從而保證了設(shè)備和人身安全。二次設(shè)備與ー次設(shè)備電氣隔離,使二次回路接線不受一次回路制約更加靈活方便。在維護(hù)調(diào)試、試驗(yàn)時也可不中斷一次系統(tǒng)運(yùn)行僅改變二次接線即可。應(yīng)用了互感器,二次電壓低、電流小;使控制電纜和屏內(nèi)布線簡單,安裝方便,且易進(jìn)行遠(yuǎn)方控制和監(jiān)測二、電流互感器、電流互感器在工程上常用TA或CT表示。1.4課題的研究內(nèi)容及章節(jié)安排本文一共分為四個章節(jié)：第1章是緒論部分，主要對此次設(shè)計(jì)所涉及到的電流、電壓互感器技術(shù)現(xiàn)狀及背景進(jìn)行簡單介紹，同時對此次所涉及的仿真軟件MATLAB/Simulink進(jìn)行簡要說明。第2章是電流互感器基本原理及飽和特性，主要介紹電流互感器系統(tǒng)的工作原理及工作特點(diǎn)，然后說明了電流互感器的包和特性，包含飽和原因和飽和參數(shù)等。第3章是電壓互感器，首先對電壓互感器的工作特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行介紹，然后對電壓互感器的幾種類別進(jìn)行說明和設(shè)計(jì)。第4章是搭建電流、電壓互感器系統(tǒng)仿真模型，并通過仿真輸出波形進(jìn)行分析對比得出結(jié)論。第5章是總結(jié)部分，這次設(shè)計(jì)本人認(rèn)真的總結(jié)了在做這個課題研究時碰到的各種困難以及自己去克服它的方法，并且證明了我的設(shè)計(jì)方案的可行性和實(shí)用性。

第二章電流電壓互感器2.1電流互感器2.1.1電流互感器的工作特點(diǎn)電流互感器和變壓器相似,變壓器在線路上,主要用來改變線路的電壓,而電流互感器接在線路上,主要用來改變線路的電流,電流互感器除了可以將線路上大小不ー的電流變成一定大小的電流,以便于測量之外,還可以起到與線路絕緣的作用,以保證操作人員和儀表的安全電流互感器的負(fù)荷與電流互感器所接的線路上的負(fù)荷沒有任何直接的關(guān)系。只要電流互感器的二次接線不變,不管線路上的負(fù)荷如何變化,電流互感器的負(fù)荷都不變[7]。2.1.2電流互感器的工作原理在電力系統(tǒng)中，廣泛運(yùn)用并聯(lián)電抗器來吸收高壓輸電線路的充電功率。裝設(shè)有并聯(lián)電抗器的系統(tǒng)的簡化單相電路如圖2-1所示。圖2-1單相原理電路R、L——電抗器電阻和電感；CB——并聯(lián)電抗器支路的斷路器；CT——用來測量電抗器支路電流的電流互感器；在電力系統(tǒng)中，廣泛運(yùn)用并聯(lián)電抗器來吸收高壓輸電線路的充電功率。裝設(shè)有并聯(lián)電抗器的系統(tǒng)的簡化單相電路如圖1所示。電流互感器的的運(yùn)行特性與其一次電流的大小和性質(zhì)密切相關(guān)，當(dāng)一次電流為基波電流且在一定的范圍內(nèi)變化時，電流互感器處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行且二次電流與一次電流呈線性關(guān)系；如果一次電流中含有非周期分量(如短路電流)，電流互感器的鐵心將會飽和。為模擬電流互感器的穩(wěn)態(tài)和飽和狀態(tài)這兩種運(yùn)行狀態(tài)，在此通過控制斷路器(CB)的合閘時刻，而在電路中產(chǎn)生不同的電流。電流互感器的運(yùn)行特性與其一次電流的大小和性質(zhì)密切相關(guān)，當(dāng)一次電流為基波電流且在一定的范圍內(nèi)變化時，電流互感器處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，且二次電流與一次電流呈線性關(guān)系；如果一次電流中含有非周期分量（如短路電流），電流互感器的鐵心將會飽和。為模擬電流互感器的穩(wěn)態(tài)和飽和狀態(tài)這兩種運(yùn)行狀態(tài)，在此通過控制斷路器（CB）的合閘時刻，而在電路中產(chǎn)生不同的電流。其原理簡述如下：如圖2-1所示的電路，當(dāng)斷路器合閘后，電路方程為[8]：Ri+Ldidt解這個微分方程，并根據(jù)初始條件（t=0時，i=0，且電感電路電流不能突變），得i=UmZsinwt+α-φ式中Z——電路中每相阻抗Z=Rτ——電路時間常數(shù)τ=L/R；φ——電流與電壓之間的相角φ=tan由式（2-2）可知，電路電流由周期分量和非周期分量兩個分量構(gòu)成，并且非周期分量的大小與電源電壓初相角α有關(guān)，即可通過控制斷路器的合閘時刻來改變電壓初相角α，從而改變電路電流中的非周期分量成分。當(dāng)α=0時，非周期分量最大；當(dāng)α=90°2.1.3電流互感器的飽和特性現(xiàn)在世界上已經(jīng)對電流互感器有很多了解，電流互感器大范圍用在的電力系統(tǒng)中。現(xiàn)在只有電磁式電流互感器有飽和特性，研究電流互感器的飽和特性對電力系統(tǒng)運(yùn)行、穩(wěn)定有很很重的作用。但根據(jù)國內(nèi)外實(shí)際運(yùn)行的相關(guān)資料顯示，目前電流互感器飽和特性受以下的因素的影響[9]：（１）飽和的因素：斷路器時間，電壓源相位角，剩磁等。（２）穩(wěn)態(tài)飽和的因素：斷路器時間，電壓源大小，二次回路的阻抗，工頻勵磁阻抗，剩磁等。因此，本文通過對電流互感器使用MATLAB軟件進(jìn)行建模及仿真、分析、研究，流全部變成勵磁電流，二次側(cè)感應(yīng)電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護(hù)裝置就會拒動。（1）電流互感器的飽和電流互感器的飽和就是電流互感器鐵芯中的磁通飽和，由于磁通密度與感應(yīng)電勢成正比。因此，如果電流互感器二次負(fù)載阻抗大，則在同樣電流情況下，二次回路感應(yīng)電勢就大，或在同樣的負(fù)載阻抗下，二次電流越大，感應(yīng)電勢就越大。電流互感器嚴(yán)重飽和時，一次電流全部變成勵磁電流，二次側(cè)感應(yīng)電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護(hù)裝置就會拒動。（2）電流互感器的飽和原因常見的電流互感器飽和主要有兩種：穩(wěn)態(tài)飽和與暫態(tài)飽和。其中穩(wěn)態(tài)飽和主要是因?yàn)橐淮坞娏髦堤?，進(jìn)入了電流互感器飽和區(qū)域，的勵磁特性試驗(yàn)來反映，即檢驗(yàn)互感器鐵芯的磁化情況。在試驗(yàn)過程中當(dāng)電流增大而電壓變化不大時，說明鐵芯已飽和。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，電流互感器出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，會導(dǎo)致互感器的二次電流誤差增大，飽和程度越大，誤差也越大，從而對保護(hù)裝置的影響也就越大。（3）電流互感器的飽和特性研究電流互感器的誤差主要是由勵磁電流Ie引起的。正常運(yùn)行時由于勵磁阻抗較大，因此Ie很小，以至于這種誤差是可以忽略的。但當(dāng)CT飽和時，飽和程度越嚴(yán)重，勵磁阻抗越小，勵磁電流極大的增大，使互感器的誤差成倍的增大，影響保護(hù)的正確動作。最嚴(yán)重時會使一次電流全部變成勵磁電流，造成二次電流為零的情況。引起互感器飽和的原因一般為電流過大或電流中含有大量的非周期分量，這兩種情況都是發(fā)生在事故情況下的，這時本來要求保護(hù)正確動作快速切除故障，但如果互感器飽和就很容易造成誤差過大引起保護(hù)的不正確動作，進(jìn)一步影響系統(tǒng)安全。因此對于電流互感器飽和的問題我們必須認(rèn)真對待[10]?；ジ衅鞯娘柡蛦栴}如果進(jìn)行詳細(xì)分析是非常復(fù)雜的，因此這里僅進(jìn)行定性分析。所謂互感器的飽和，實(shí)際上講的是互感器鐵心的飽和。我們知道互感器之所以能傳變電流，就是因?yàn)橐淮坞娏髟阼F芯中產(chǎn)生了磁通，進(jìn)而在纏繞在同一鐵芯中上的二次繞組中產(chǎn)生電動勢U=4.44f×N×B×S×10-8。式中f為系統(tǒng)頻率，Hz；N為二次繞組匝數(shù)；S為鐵芯截面積，m2；B為鐵芯中的磁通密度。如果此時二次回路為通路，則將產(chǎn)生二次電流，完成電流在一次和二次繞組中的傳變。而當(dāng)鐵芯中的磁通密度達(dá)到飽和點(diǎn)后，B隨勵磁電流或是磁場強(qiáng)度的變化趨于不明顯。也就是說在N,S,f確定的情況下，二次感應(yīng)電勢將基本維持不變，因此二次電流也將基本不變，一次和二次電流的特性改變了。我們知道互感器的飽和的實(shí)質(zhì)是鐵芯中的磁通密度B過大，超過了飽和點(diǎn)造成的。而鐵芯中磁通的多少決定于建立該磁通的電流的大小，也就是勵磁電流Ie的大小。當(dāng)Ie過大引起磁通密度過大，將使鐵芯趨于飽和。而此時互感器的勵磁阻抗會顯著下降，從而造成勵磁電流的再增大，于是又進(jìn)一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和，這其實(shí)是一個惡性循環(huán)的過程。圖2-2電流互感器的飽和特性如圖2-2所示，二次電流減小，電流波形出現(xiàn)高次諧波分量較大的畸變；內(nèi)阻減小，甚至接近于零；若發(fā)生一次故障，電流的波形在零點(diǎn)附近時，電流互感器會引起線性關(guān)系傳遞；在故障的瞬間，互感器會在滯后5秒左右才開始達(dá)到飽和。一般情況下，嚴(yán)禁電流互感器的二次發(fā)生開路現(xiàn)象。因?yàn)樵陔娏骰ジ衅鬟\(yùn)行過程中，一旦發(fā)生二次開路，就會使一次電流轉(zhuǎn)換成為勵磁電流，引起鐵芯的磁通密度增加，導(dǎo)致電流互感器的快速飽和。飽和磁通會產(chǎn)生較高電壓，對一次和二次繞組絕緣設(shè)施破壞較大，容易造成人身安全威脅[11]。鐵芯的飽和一般可以分成兩種情況來了解。其一是穩(wěn)態(tài)飽和，其二為暫態(tài)飽和。對于穩(wěn)態(tài)飽和，可以借助圖一進(jìn)行分析。在圖中可以知道，Ie和二次電流Is是按比例分流的關(guān)系。假設(shè)勵磁阻抗Ze不變。當(dāng)一次電流由于發(fā)生事故等原因增大時，Ie也必然會按比例增大，于是鐵芯磁通增加。如果一次電流過大，也會引起Ie的過大，從而又會走入上面我們所說的那種循環(huán)里去，進(jìn)而造成互感器飽和。暫態(tài)飽和，是指發(fā)生在故障暫態(tài)過程中，由暫態(tài)分量引起的互感器飽和。我們知道，任何故障發(fā)生時，電氣量都不是突變的。故障量的出現(xiàn)必然會伴隨著或多或少的非周期分量。而非周期分量，特別是故障電流中的直流分量是不能在互感器一二次間傳變的。這些電流量將全部作為勵磁電流出現(xiàn)。因此當(dāng)事故發(fā)生時伴有較大的暫態(tài)分量時，也會造成勵磁電流的增大，從而造成互感器飽和。（4）電流互感器的飽和后特性參數(shù)1、所有通過電磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備，磁通的建立都是一次繞組電流I1乘以一次繞組匝數(shù)N1與二次繞組電流I2乘以二次繞組匝數(shù)N2綜合作用來產(chǎn)生的，即N1I1-N2I2，這個量叫磁勢，是建立磁場的原動力。2、磁勢可以理解為電壓，磁通可以理解為電流，在磁勢較小時，磁通近似與磁勢成正比關(guān)系，但當(dāng)達(dá)到磁勢增加到某一定值時，隨著磁勢的變大，磁通將增加的很小或不再增加。3、變壓器一次線圈是一個電壓源，U＝4.44f*N*B*S，由于電壓是一定值，所以磁通是不變的，磁勢也是不變的，即N1I1-N2I2是一定值，這個值就等于變壓器空載時一次側(cè)N1I0，空載電流很小，也就是電磁感應(yīng)設(shè)備用來建立磁場的電流很小，許多工程計(jì)算中都忽略了這個值，當(dāng)變壓器帶載時，一次電流隨著二次電流增加而增加，始終保持N1I1-N2I2不變，由于勵磁電流很小近似為0，N1I1-N2I2=0，N1I1=N2I2。4、對于電流互感器一次線圈的激勵是一個電流源，電流互感器不管工作于哪種狀態(tài)都不可能改變一次電流，即N1I1是由系統(tǒng)決定的，這也是為什么電流互感器不允許二次開路，因?yàn)槎伍_路了，N2=0，一次線圈電流N1I1將全部用來建立磁場，這個磁勢很大，首先會導(dǎo)致鐵心過飽和，發(fā)熱，產(chǎn)生剩磁，其次大的磁勢會產(chǎn)生一個大的磁通，二次側(cè)感應(yīng)出高壓。而當(dāng)二次側(cè)短路時，磁勢為一二次電流共同作用N1I1-N2I2，約等于0，N1I1=N2I2，所以二次側(cè)基本沒有電壓[12]。2.1.4電流互感器的技術(shù)參數(shù)1.額定一次電壓：額定電壓是表征原邊繞組對地之間的絕緣等級的。但它絕不是原邊繞組兩端的電壓,正常運(yùn)行時,原邊繞組兩端的電壓是很小的。2.額定電流：額定電流是指原邊繞組的額定電流。在環(huán)境溫度下,容許電流互感器通過120%的額定電流。3.準(zhǔn)確度級及二次額定負(fù)載電流：當(dāng)二次負(fù)載保持cos=0.8,(0.25~1)范圍,根據(jù)原邊電流在(100%~120%)之間變化時,電流互感器的最大電流誤差的百分?jǐn)?shù),確定為其準(zhǔn)確度等級。4.動穩(wěn)定電流：動穩(wěn)定電流是指在二次線圈短路的條件下,一次側(cè)發(fā)生短路,互感器所能承受而無機(jī)械損傷的最大一次電流峰值動穩(wěn)定倍數(shù):這個電流與一次額定電流的比值稱為動穩(wěn)定倍數(shù)。技術(shù)手冊通常是用動穩(wěn)定倍數(shù)來表示動穩(wěn)定電流的。5.熱穩(wěn)定電流：熱穩(wěn)定電流是指二次線圈短路的條件下,互感器在1s內(nèi)承受一次側(cè)短路電流的熱作用而無損傷的一次電流有效值。

熱穩(wěn)定倍數(shù):熱穩(wěn)定電流與ー次額定電流之比[13]。2.1.5電流互感器二次側(cè)接反帶來的影響若電流互感器二次側(cè)接反，會帶來如下影響：1、電流互感器如用在繼電保護(hù)電路中，將引起繼電保護(hù)層裝置的誤動或拒動。2、電流互感器如用在儀表計(jì)量回路中，功率表和電度表的正確測量將受到影響。3、采用不完全星形聯(lián)結(jié)的電流互感器，如任一相極性接反，都會引起未接電流互感器(一般為中相)的一相較其它相電流增高倍。4、采用不完全星形聯(lián)接的電流互感器，如兩相均接反，雖然二次測的三相電流仍平衡，但與相應(yīng)的一次電流的相角差為180°，從而將使電度表反轉(zhuǎn)[14]。2.2電壓互感器2.2.1電壓互感器的工作特點(diǎn)（一）電壓互感器的一次側(cè)電壓挑選于一次電力網(wǎng)的電壓，不受二次負(fù)載的影響；（二）正常作業(yè)時，電壓互感器二次繞組近似作業(yè)在開路狀況，由于電壓互感器的二次負(fù)載是丈量外表、繼電器的電壓線圈，匝數(shù)多，電抗大，經(jīng)過的電流很小，二次繞組挨近于空載狀況。（三）作業(yè)中的電壓互感器二次側(cè)不容許短路。當(dāng)二次側(cè)短路時，將發(fā)作很大的短路電流損壞電壓互感器。為了維護(hù)二次繞組，通常在二次側(cè)出口處設(shè)備些熔斷器或活絡(luò)主動空氣開關(guān)，用于過載和短路維護(hù)。（四）電壓互感器的基本原理與變壓器相同。就其結(jié)構(gòu)而言是一種小容量、大電壓比的變壓器。但它不輸送電能，僅作為測量和保護(hù)用的標(biāo)準(zhǔn)電源。（五）電壓互感器的一次（原）繞組并聯(lián)于一次電路內(nèi)，而二次（副）繞組與測量表計(jì)或繼電保護(hù)及自動裝置的電壓線圈并聯(lián)連接。二次回路阻抗很大，工作電流和功耗都很小，相當(dāng)于空載（二次開路）狀態(tài)。二次電壓只決定于一次（系統(tǒng)）電壓。（六）電壓互感器二次繞組必須一點(diǎn)（保護(hù)）接地。一般是以中性點(diǎn)，若無中性點(diǎn)，則采用b相接地[15]。2.2.2電壓互感器的工作原理電壓互感器的構(gòu)造、原理和接線都與電力變壓器相同，差別在于電壓互感器的容量小，二次負(fù)荷為儀表和繼電器的電壓線圈，基本上是恒定高阻抗。其工作狀態(tài)接近電力變壓器的空載運(yùn)行。電壓互感器的高壓繞組，并聯(lián)在系統(tǒng)一次電路中，二次電壓U2與一次電壓成比例，反映了一次電壓的數(shù)值。一次額定電壓UIN，多與電網(wǎng)的額定電壓相同，二次額定電壓U2N，一般為100V、100/3V電壓互感器的一、二次繞組額定電壓之比，稱為電壓互感器的額定變比KNKN=U1NU2N式中N1、N由式（3-1）知，若已知二次電壓U2的數(shù)值，便能計(jì)算出一次電壓UU1=KNU由于電壓互感器的原繞組是并聯(lián)在一次電路中，與電力變壓器一樣，二次側(cè)不能短路，否則會產(chǎn)生很大的短路電流，燒毀電壓互感器。同樣，為了防止高、低壓繞組絕緣擊穿時，高電壓竄入二次回路造成危害，必須將電壓互感器的二次繞組、鐵心及外殼接地[16]。2.2.3電壓互感器的類型目前中壓電網(wǎng)中普遍使用電磁式PT采集測量和保護(hù)用電壓信號，它具有線性范圍內(nèi)測量準(zhǔn)確度高、制造工藝成熟、校驗(yàn)方法規(guī)范等優(yōu)勢。但因其含有鐵磁材料，所以測量的動態(tài)范圍小、頻帶窄，存在鐵磁諧振引起過電壓和輸出端短路會造成大電流等安全隱患問題。另外，電壓互感器的二次額定電壓為100V或100/3V，不便于直接與現(xiàn)代化的微機(jī)保護(hù)和測量設(shè)備接口，難以適應(yīng)電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化的要求。電阻分壓式電壓互感器具有測量準(zhǔn)確度高、線性范圍大、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，消除了在鐵磁諧振和二次側(cè)短路帶來的安全隱患，從工作原理上較好的克服了電磁式PT存在的各種問題。電壓互感器按測量元件可劃分為三種基本類型：1、電阻分壓器，高低壓臂均為電阻。2、電容分壓器，高低壓臂均為電容，又可分為串連電容式（由多個電容器疊置串聯(lián)）和集中的雙電容式（集中的高壓電容是由兩個電極構(gòu)成）。3、阻容分壓器，高低壓臂的測量元件即有電阻，又有電容，屬于阻容混合，是作為以上兩種分壓器的改進(jìn)類型發(fā)展起來的。實(shí)際使用的分壓器為了達(dá)到一定的測量電壓等級，通常由多個元件串連而成，某些阻容混合式分壓器，每個串連單元又是由阻容元件并聯(lián)而成的。（1）電阻分壓式互感器分壓器原理圖如圖3-1所示，其中Z1為分壓器的高壓臂的阻抗，Z2為分壓器低壓臂的阻抗。大部分被測電壓降落在阻抗Z1上，阻抗Z2上僅有一小部分電壓，用測量儀器測得Z2上的電壓降，乘上一個常數(shù)，即可得被測電壓。這個常數(shù)稱為分壓比k[17]。圖3-1分壓器原理圖U2=U1Z分壓比k=U1U2準(zhǔn)確測量要求被測電壓與Z2上的電壓僅在幅值上差k倍，相角應(yīng)完全相同，或相差極小。電阻分壓器做為測量手段，可用于交流電壓、直流電壓和沖擊電壓的測量?；陔娮璺謮涸淼碾妷夯ジ衅鳎w結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2電阻分壓式電壓互感器整體框圖其中，R1、R2分別為分壓器的高壓臂和低壓臂電阻。被測電壓U1絕大部分降落在R1上，從R2上取出與U1成正比的小電壓信號。通過設(shè)置分壓比，可以得到符合后續(xù)測量或保護(hù)設(shè)備輸入要求的電壓。二次電路的目的是對分壓器的輸出進(jìn)行幅值調(diào)整及相位補(bǔ)償?shù)?，使之滿足IEC60044-7《電子式電壓互感器》規(guī)定的二次輸出的要求。分壓器的輸出信號經(jīng)放大、移相處理后，給出額定有效值6.5/3V（測量）、與被測電壓相位差在誤差范圍內(nèi)的電壓信號。為了防止在低壓臂出現(xiàn)過電壓，在電阻R2的兩端并聯(lián)一個放電管S，其放電電壓須小于低壓側(cè)電阻或二次電路允許的最大電壓；同時，在電路輸入端也要加入適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。（2）電容式互感器電容式電壓互感器(CVT)成為電力系統(tǒng)高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物,其與傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器相比具有四個特點(diǎn):絕緣性能較好,耐壓水平高,不會與斷路器斷口電容產(chǎn)生鐵磁諧振;電壓等級越高,其相對成本越低,節(jié)省設(shè)備投資;可兼作載波通訊使用;由于是電容型設(shè)備,實(shí)現(xiàn)絕緣在線監(jiān)測更加容易。CVT在220kV及以上電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛。大慶油田電網(wǎng)由于輸電等級較低,為110kV及以下,目前僅在油田熱電廠及宏偉電廠采用了110kV電容式電壓互感器,現(xiàn)將大慶油田電力集團(tuán)宏偉電廠電氣分廠9516、9517兩條線路的CVT測試經(jīng)驗(yàn)加以分析。對于220kV及以上的CVT,只是增加了上節(jié)分壓電容器,并對分壓電容器單獨(dú)進(jìn)行介損正接線試驗(yàn),與傳統(tǒng)方法無異。1.CVT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。（以TYD110/-0.01H型電容式電壓互感器為例）其由電容分壓器和電磁單元兩個獨(dú)立的元件組成,電容分壓器的中壓端子和接地端子穿過密封的油箱箱蓋引入到油箱中分別與電磁單元的高壓端子(A)和二次接線板的接地端子(N)相連。載波裝置、保護(hù)球極(N-E間)在二次接線盒內(nèi),當(dāng)電容式電壓互感器作載波使用時,需將N-E間連接片斷開;如果不做載波用則須將N-E用連接片短接。電磁單元的油箱內(nèi)裝有中間變壓器和補(bǔ)償電抗器、阻尼器、保護(hù)補(bǔ)償電抗器的低壓避雷器,并充有變壓器油。中間變壓器高壓繞組與補(bǔ)償電抗器串聯(lián)。電磁單元的二次繞組端子及接地端子均由二次接線盒引出。其結(jié)構(gòu)接線圖中主要元件為電容(C1、C2),補(bǔ)償電抗器,中間電磁式電壓互感器TV及阻尼器等。CVT工作原理采用電容分壓原理。U1為電網(wǎng)電壓;Z2表示儀表、繼電器等電壓線圈負(fù)荷[18]。U2=UC2=式中:KU=為分壓比,Zi=互感器帶負(fù)荷Z2后,其內(nèi)阻抗(利用等效電源原理,將電容分壓原理轉(zhuǎn)化成電容式電壓互感器等值電路),當(dāng)有負(fù)荷電流流過時,在內(nèi)阻抗上將產(chǎn)生電壓降。使U2與U1,不僅在數(shù)值上而且在相位上有誤差,負(fù)荷越大,誤差越大。要獲得一定的準(zhǔn)確級,必須增大電容量,這是很不經(jīng)濟(jì)的。合理的解決措施是在電路中串聯(lián)一電感,即補(bǔ)償電抗器。電感應(yīng)按產(chǎn)生串聯(lián)諧振的條件選擇L。由于電容式電壓互感器含有電容元件及多個非線形電感元件(如補(bǔ)償電抗器和中間變壓器等),在系統(tǒng)合閘操作或短路故障產(chǎn)生的瞬態(tài)過程中,由于非線形電感元件的鐵心飽和激發(fā)穩(wěn)定的次諧波諧振,使得在補(bǔ)償電抗及中間變壓器上產(chǎn)生過電壓,最終導(dǎo)致補(bǔ)償電抗器和中間變壓器繞組擊穿損壞。為抑制CVT內(nèi)部鐵磁諧振,在互感器二次繞組上并聯(lián)阻尼裝置。為保護(hù)補(bǔ)償電抗器及加大抑制諧振作用,在其兩端并聯(lián)氧化鋅(ZnO)避雷器。

第三章MATLAB軟件3.1MATLAB軟件3.1.1MATLAB的簡介MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）是由美國MathWorks公司開發(fā)的第四代高層次的編程語言和交互式環(huán)境數(shù)值計(jì)算，可視化和編程；MATLAB允許矩陣操作、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、算法實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)建用戶界面；MATLAB能和在其他語言，包括C、C++、Java和Fortran語言編寫的程序接口；MATLAB可以分析數(shù)據(jù)、開發(fā)算法、建立模型和應(yīng)用程序；MATLAB擁有眾多的內(nèi)置命令和數(shù)學(xué)函數(shù)，可以幫助您在數(shù)學(xué)計(jì)算，繪圖和執(zhí)行數(shù)值計(jì)算方法。3.1.2MATLAB的特點(diǎn)MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）是由美國MathWorks公司開發(fā)的第四代高層次的編程語言和交互式環(huán)境數(shù)值計(jì)算，可視化和編程；MATLAB允許矩陣操作、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、算法實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)建用戶界面；MATLAB能和在其他語言，包括C、C++、Java和Fortran語言編寫的程序接口；MATLAB可以分析數(shù)據(jù)、開發(fā)算法、建立模型和應(yīng)用程序；MATLAB擁有眾多的內(nèi)置命令和數(shù)學(xué)函數(shù)，可以幫助您在數(shù)學(xué)計(jì)算，繪圖和執(zhí)行數(shù)值計(jì)算方法。3.2Simulink3.2.1Simulink的簡介現(xiàn)如今，MATLAB仿真工具被普遍應(yīng)用在各行各業(yè)，該軟件最初是由美國MathWorks公司推出的，用于商業(yè)化數(shù)學(xué)工具，功能十分強(qiáng)大，具有控制算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)可視化分析和數(shù)學(xué)公式計(jì)算等功能。其中主要用到的仿真軟件有兩種，分別是MATLAB和Simulink模塊。Simulink是一個仿真包，作用是進(jìn)行了代碼塊的封裝，用戶只需要使邏輯塊之間建立邏輯關(guān)系即可，使用戶不再局限于代碼，從而關(guān)注實(shí)際問題。Simulink是動態(tài)仿真，解決很多動態(tài)系統(tǒng)（變量隨著時間變化）問題，常見的有電路，震動以及其他的電學(xué)，機(jī)械學(xué)，熱動力學(xué)等。Simulink的操作過程是打開Simulink，然后建立一個Simulink文件，將Simulink模塊瀏覽器中的對象拖動到文件的窗口中，設(shè)置邏輯關(guān)系以及參數(shù)即可。3.2.2Simulink的特點(diǎn)可視化：simulink仿真采用交互式開發(fā)的方法，操作簡單、直觀、用戶只需要拖拽鼠標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)的仿真。圖形化的界面可以避免過多的編程，同時又可以直觀的反映仿真的過程。擴(kuò)展性強(qiáng)：simulink有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)自己的需求來編寫自己的模塊庫，建立子系統(tǒng)，封裝子系統(tǒng)。靈活性強(qiáng)：simulink是一個非常靈活的仿真建模工具，雖然MATLAB為用戶提供封裝了大量的模塊，但是用戶在使用的時候也可以修改里面的參數(shù)。近年來在各大領(lǐng)域的得到了大量的應(yīng)用。3.2.3Simulink的功能(1)

建立簡單模型框架：首先打開MATLAB/Simulink，新建一個Simulink建模界面。想要搭建簡單的數(shù)模模型，需要在Simulink庫文件中找到相應(yīng)的模塊拖動到界面，具體操作步驟如下：在Simulink庫中的搜索欄中搜索SineWave模塊。在Math庫文件中的Gain增益模塊：可將一個輸入信號乘一個常值。在Sinks庫文件中的示波器模塊，用于仿真顯示輸出波形圖。將所有選中的模塊拖動到Simulink建模界面，進(jìn)行連接。首先運(yùn)行MATLAB/Simulink模塊庫，可以看到，Simulink公共模塊庫是最基本和最常用的Simulink庫之一，可以在不同的專業(yè)化領(lǐng)域使用。在選擇構(gòu)建系統(tǒng)模型所需的所有模塊后，必。須正確地將系統(tǒng)模塊與系統(tǒng)信息流連接起來。連接模塊的步驟如下:當(dāng)光標(biāo)變成“+”時，將光標(biāo)指向初始塊輸出端口。按下鼠標(biāo)左邊的按鈕，將輸入端口轉(zhuǎn)移到目標(biāo)模塊中，當(dāng)它接近某個點(diǎn)時，光標(biāo)就變成了一個雙x。(2)

連線分支與連線改變：在某些情況下，單個系統(tǒng)模塊的輸出同時是多個其他模塊的輸入，從現(xiàn)在起，需要從模塊中提取一系列的連接。信號耦合耦合的工作方法:使用鼠標(biāo)在鼠標(biāo)的右鍵上一次擊擊需要將信號耦合(光標(biāo)變成+)分離，然后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)模塊。對信號連線還有以下幾種常用的操作：使用鼠標(biāo)左鍵單擊并拖動以改變信號連線的路徑。按下Shift鍵的同時，在信號連線上單擊鼠標(biāo)左鍵并拖動，可以生成新的節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)上使用鼠標(biāo)左鍵單擊并拖動，可以改變信號連線路徑。(3)運(yùn)行仿真：系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置。(4)系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置方法如下：點(diǎn)擊系統(tǒng)模塊，打開模塊參數(shù)。參數(shù)參數(shù)包括簡單的系統(tǒng)模塊描述，例如信息，模塊參數(shù)，注意到非系統(tǒng)系統(tǒng)模塊設(shè)置的參數(shù)是不同的。(5)運(yùn)行仿真當(dāng)所有模塊參數(shù)和系統(tǒng)都被Ju分離后的參數(shù)建模時，系統(tǒng)分析就可以建模了。單擊綠色三角形按鈕，啟動仿真。對于本文所示的動態(tài)系統(tǒng)，在完成模擬后，模擬模塊默認(rèn)參數(shù)的模擬參數(shù)建模，雙點(diǎn)擊Scope模塊來顯示系統(tǒng)建模的結(jié)果。(6)設(shè)計(jì)框圖界面：在建立了系統(tǒng)模型以后，為了便于用戶對系統(tǒng)模型的理解與維護(hù)，我們需要對系統(tǒng)框圖界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。(7)模塊的名稱操作在使用Simulink中的系統(tǒng)模塊構(gòu)建系統(tǒng)模型時，Simulink會自動給系統(tǒng)模型中的模塊命名，如在本文的簡單動態(tài)系統(tǒng)中，正弦信號模塊名稱為SineWave；對于系統(tǒng)模型中相同的模塊，Simulink會自動對其進(jìn)行編號，如Scope和Scope1。一般對于簡單的系統(tǒng)，可以釆用Simulink的自動命名；但對于復(fù)雜系統(tǒng)，給每個模塊取一個具有明顯意義的名稱非常有利于系統(tǒng)模型的理解與維護(hù)。(8)模塊的其它操作Simulink允許用戶對模塊的幾何尺寸進(jìn)行修改，改變系統(tǒng)模塊尺寸的方法為：使用鼠標(biāo)左鍵單擊選擇模塊，然后拖動模塊周圍任何一角的方框到適當(dāng)?shù)拇笮　?/p>

第四章電流、電壓互感器系統(tǒng)建模仿真本文所建立的電流、電壓互感器模型主要研究仿真分析電路的性能指標(biāo)。4.1 電流、電壓互感器系統(tǒng)建模電流、電壓互感器系統(tǒng)日漸復(fù)雜，控制算法不斷更新，而MATLAB集自動控制、信號處理、電力控制等于一身，因此MATLAB仿真軟件被廣泛應(yīng)用電流、電壓互感器系統(tǒng)的仿真。直接利用模塊庫搭建模型具有簡單直觀，并能進(jìn)行輸入和仿真計(jì)算，為研究開發(fā)提供一條捷徑。根據(jù)上兩章的原理部分介紹，在這章里分別給出電流、電壓互感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和Simulink仿真模型，然后比較仿真結(jié)果，分析得出結(jié)論。本次設(shè)計(jì)的電流互感器(CT)用于測量連接在120千伏網(wǎng)絡(luò)上的并聯(lián)電感器的電流。電流互感器的額定電流為2000A/5A,5VA。一次繞組由一個單匝通過CT環(huán)形鐵芯與額定69.3Mvar,69.3kV，1KA有效值的并聯(lián)電感串聯(lián)而成。由1*2000/5=400匝組成的二次繞組通過1Ω負(fù)載電阻短路。連接在次級電源上的電壓傳感器讀取的電壓應(yīng)與初級電源電流成正比。在穩(wěn)態(tài)下，次級電流為1000*5/2000=2.5A(電壓測量塊V2讀取2.5Vrms或3.54Vpeak)。打開電流互感器模型，觀察電流互感器參數(shù)的設(shè)置。假設(shè)電流互感器飽和特性為10pu，使用簡單的2段飽和特性。反射在二次上的初級電流和在1Ω電阻上產(chǎn)生的電壓被發(fā)送到Scope塊上跟蹤。與電流互感器二次開關(guān)串聯(lián)的開關(guān)通常是閉合的。這個開關(guān)將用來說明當(dāng)電流互感器二次開關(guān)處于打開狀態(tài)時產(chǎn)生的過電壓。電流互感器仿真模型如圖4-1所示：圖4-1:電流互感器系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)仿真模型4.2 仿真輸出波形及分析運(yùn)行仿真并在示波器上觀察產(chǎn)生的信號，如圖4-2所示。1.

正常操作在本次仿真測試中，斷路器在源電壓峰值時閉合(t=1.25循環(huán))。這種開關(guān)不會產(chǎn)生電流不對稱。啟動仿真，觀察電流互感器一次電流和二次電壓(Scopeblock第一條跡)。正如預(yù)期的那樣，電流互感器電流和電壓是正弦的，電流互感器電阻和漏抗引起的測量誤差不顯著。通量包含直流分量，但它保持低于10pu飽和值。2.

電流不對稱導(dǎo)致電流互感器飽和現(xiàn)在，改變斷路器的合閘時間，以便在過零電壓時合閘。用t=1/50秒。這個開關(guān)瞬間將在并聯(lián)電抗器中產(chǎn)生全電流不對稱。重新啟動仿真。觀察前3個周期，通量保持低于飽和臨界點(diǎn)(10pu)。然后電流互感器電壓輸出V2跟隨一次電流。但經(jīng)過3個循環(huán)后，一次電流產(chǎn)生的磁通不對稱導(dǎo)致電流互感器飽和，從而產(chǎn)生電流互感器二次電壓的較大畸變。3.電流互感器二次開口造成過電壓將一次開斷時間t=1.25/50s(無磁通不對稱)重新編程，將二次開斷時間改為t=0.1s。重新啟動仿真，觀察電流互感器二次打開時產(chǎn)生的過大過電壓。通量在+10和-10pu處切成方波狀。在通量反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的較大的dphi/dt會產(chǎn)生高電壓峰值(250V)。 圖4-2:電流、電壓互感器輸出波形圖4.3本章小結(jié)二十一世紀(jì)以來，隨著電流、電壓互感器技術(shù)的革新以及電子控制器的發(fā)展，極大的促進(jìn)了電流、電壓互感器系統(tǒng)的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)通過實(shí)際仿真，本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，探討電流、電壓互感器控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)電壓、電流進(jìn)行相關(guān)分析總結(jié)，本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容總結(jié)如下：簡單陳述討論關(guān)于電流、電壓互感器控制系統(tǒng)的概況以及研究現(xiàn)狀，對電流、電壓互感器控制系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，有一個總的框架結(jié)構(gòu)；在MATLAB/Simulink中搭建電流互感器控制系統(tǒng)控制模型；搭建電流互感器控制系統(tǒng)仿真模型，使用MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果顯示仿真數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)基本一樣。仿真數(shù)據(jù)是系統(tǒng)模型在較理想情況下仿真獲得，所以仿真結(jié)果表現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于預(yù)期設(shè)計(jì)要求的情況。其中電流、電壓互感器的設(shè)計(jì)相較于其他互感器控制的設(shè)計(jì)，在具有良好的穩(wěn)態(tài)特性的同時，在負(fù)載變化時具有更均衡的動態(tài)特性，進(jìn)一步表明了電流、電壓互感器比傳統(tǒng)的互感器具有更好的動態(tài)特性。

第五章結(jié)束語此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用MATLAB搭建電流、電壓互感器系統(tǒng)模型，來深入研究電流、電壓互感器的仿真應(yīng)用。通過仿真分析可知，電流、電壓互感器系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性和重要性。同時可以看出，建立合理的模型、輸入正確的參數(shù)、準(zhǔn)確的仿真參數(shù)以及控制算法對于控制系統(tǒng)而言至關(guān)重要，可以得到滿足要求的仿真結(jié)果和動態(tài)性能，而且通過輸入給定值后，能夠有限的跟蹤到，各個控制部件協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)對電流、電壓互感器控制。也正因?yàn)槿绱?，電流、電壓互感器系統(tǒng)行業(yè)一個全新的開始。當(dāng)前，各國對于電流、電壓互感器系統(tǒng)的探討和研究都做了很多工作，同時，該控制策略的發(fā)展和革新給電流、電壓互感器系統(tǒng)而言是至關(guān)重要的，走進(jìn)了一個新的高度?；贛ATLAB/SIMULINK仿真軟件搭建的電流、電壓互感器系統(tǒng)仿真模型具有其優(yōu)勢和先進(jìn)性，在行業(yè)內(nèi)被廣泛的采用。同時由于自身的能力有限和各種現(xiàn)實(shí)因素的不允許，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)制作中，有很多缺點(diǎn)和