基于MATLAB的電力系統(tǒng)繼電保護仿真研究

基于MATLAB的電力系統(tǒng)繼電保護仿真研究摘要：以MATLAB為基礎(chǔ)的仿真技術(shù)能夠完成電力體系繼電保護的解析以及創(chuàng)設(shè)，筆者以電力體系的繼電保護為中心環(huán)節(jié)，創(chuàng)建了體系仿真模型，并例舉了電力體系故障、零序電流保護、變壓器縱差保護等仿真案例的達成模式。在參考這部分仿真案例的同時，對仿真成果實施了深度剖析。

關(guān)鍵詞：MATLAB；電力體系；繼電保護；仿真研究

為了能夠獲得高特性的繼電保護商品，通常要完成繼電保護模擬實驗，以往的繼電保護試驗多應(yīng)用實體的物理模型，試驗流程繁瑣、成本居高不下，效果也不甚理想，其變通性不佳。電力體系繼電保護數(shù)字仿真是運用電腦軟件模擬電力體系故障產(chǎn)生后電氣量的波動特性，模擬繼電保護設(shè)備的處置以及動作的流程，有著穩(wěn)定性強、成本低、能夠反復(fù)試驗、脫離環(huán)境約束、研發(fā)時間短等優(yōu)勢。透過對各類相異的繼電保護技術(shù)的仿真，并輔以軟件的協(xié)助，可以快速排查出設(shè)施運轉(zhuǎn)時的故障并第一時間處理。而MATLAB為核心的電力體系繼電保護仿真是其中使用頻率較高的技術(shù)。

一、電力系統(tǒng)故障仿真

筆者使用雙電源供應(yīng)電能的體系模型，電壓級別是220千伏，見下圖：

圖1電力體系故障模型

上圖的模型顯示：同步發(fā)電機電機的容量是500MV?A，電壓是13.8千伏；頻率是50赫茲；三相變壓器的容量是500MV?A，D11/Yg線路接入模式，頻率是50赫茲。150千米電線的正序阻抗是0.01165+j0.0008679歐姆/千米，對地電容是13.41×10-9F/km。電荷1的電壓達到220千伏；有功負荷達到220×106/250W；無功負荷達到200W；負荷3顯示電壓值是220千伏；有功負荷達到220×106/250W；無功負荷達到200W；負荷四電壓值達到13.8千伏；有功負荷達到220×106/250W；沒有無功負荷。

在設(shè)計故障體系MATLAB仿真模型的過程中，透過故障模塊能夠設(shè)計三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地故障。筆者在此闡述單相接地短路故障，設(shè)計三相短路零件數(shù)據(jù)是A相接地短路，讓仿真系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，獲取電路單相接地短路電壓和電流走向。

顯然，0-0.03秒的范疇內(nèi)，電力體系能夠正常工作，三相電流和電壓相對應(yīng)；在0.03秒的階段產(chǎn)生A相接地故障。A相電壓趨近于無，B相以及C相電壓也較低，因此流經(jīng)A相的電流導(dǎo)致短路問題。三相電壓流入后系統(tǒng)趨于平穩(wěn)，并回到三相對稱運轉(zhuǎn)的態(tài)勢。

以此類推，能夠設(shè)計它類的短路故障，并測試出仿真圖譜，并且能夠測得仿真模型內(nèi)的三相故障模塊的電阻數(shù)據(jù)。透過觀測相應(yīng)的仿真圖譜，解析接地電阻對電力體系的作用。

二、零序電流保護仿真

Simulink以及PSB模塊庫能夠設(shè)計一套220千伏的單側(cè)電源電能供應(yīng)模型，模擬電力體系的接地故障。而且，構(gòu)建零序電流保護以及單相重合閘為核心的仿真模型，透過這類模型能夠便利的對各類接地電阻和電弧作用下的故障實施解析，并模仿電力設(shè)備動作。筆者在此闡述單相接地短路故障，把故障模塊設(shè)計成A相接地短路，其仿真圖見下圖：

上圖顯示：在0.03秒的時間段中電路產(chǎn)生單相接地故障，A相電路產(chǎn)生劇烈波動，電壓不穩(wěn)定，繼電設(shè)備動作后0.05秒保護端口跳閘，跳閘時間達到0.3秒的時候自行重合閘。因此，故障依然沒有消除，保護僅用時0.01秒就下達了跳閘指令。其流程是跳閘—重合閘——第二次跳閘。

三、變壓器縱差保護仿真

使用雙面電能供應(yīng)模型，電壓級別達到735千伏/315千伏，變壓器兩端布置斷路器。

通過仿真設(shè)計，三相電源端的電壓達到735千伏，頻率達到50赫茲；低壓端電壓達到315千伏，頻率達到50赫茲。三相變壓器SN數(shù)值是250MV?A，U1N/U2N數(shù)值是735千伏/315千伏，線路接入模式Y(jié)，d11。

在變壓器縱差保護的MATLAB仿真模型內(nèi)，使用故障模塊能夠模擬變壓器區(qū)內(nèi)外的任意故障。筆者在此闡述區(qū)內(nèi)三相短路故障，應(yīng)設(shè)計故障零件是A、B、C三相短路，短路點布置于靠里的方位，模擬變壓器縱差保護內(nèi)部三相故障，這種仿真模式的使用，能夠獲得電流、電壓以及跳閘的簡圖，見下圖：

上圖顯示：在0-0.03秒的時間段內(nèi)，電路能夠平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，三相電流和電壓對應(yīng)。在0.03秒的時間段產(chǎn)生三相短路故障，三相電壓降低，三相電流快速躥升形成短路狀態(tài)，三相電壓與電流對應(yīng)，表示三相短路是對稱短路。在0.13秒的時間段內(nèi)，變壓器縱差保護動作，排除問題，電壓是電源電壓，電流值趨近于無。

四、事例闡述

（一）實驗情況

電力體系位于一條長為33.6千米的電路開端處3千米的位置，并產(chǎn)生A相單相接地故障，為方便起見，僅進行距離保護。透過電腦模擬暫態(tài)運算參數(shù)，將參數(shù)傳遞給功率放大設(shè)備，以測試設(shè)備的“波形回放”技術(shù)重演故障產(chǎn)生過程。

（二）實驗成果

21ms保護動作跳出故障相；1055ms時，重合閘解決重合故障。

（三）實驗評價

保護動作無失誤；參數(shù)波形較準確；打印的匯報與原始設(shè)置統(tǒng)一；表示測驗參數(shù)是準確的。

運用暫態(tài)仿真來對故障進行判別，能夠查驗保護動作的可靠性及保護間的協(xié)調(diào)是否到位。

結(jié)束語：

綜上，在MATLAB內(nèi)，電力體系模型能夠在Simulation的背景下完成構(gòu)建，再利用MATLAB強大的工具箱，能夠在電力體系的仿真過程中，得心應(yīng)手地使用各類繁雜的管控模式。基于MATLAB的電力體系繼電保護仿真技術(shù)是未來電力仿真領(lǐng)域的發(fā)展潮流。

參考文獻

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