基于MATLAB的电力系统继电保护仿真研究.docx
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基于MATLAB的电力系统继电保护仿真研究
基于MATLAB的电力系统继电
保护仿真研究
胥
杰1，陈
峦1,2
（1.新疆大学电气工程学院，新疆
乌鲁木齐830047；
2.电子科技大学自动化工程学院，四川成都610054）
摘
要：
基于MATLAB的仿真技术可以辅助继电保护系统的分析和设计，针对电力系统继电保护领域的核心内容，
构建了系统仿真模型，举例说明了电力系统故障、零序电流保护和变压器纵差保护等仿真实例的实现方案。
在运行这些仿真实例的基础上，对仿真结果进行了深入分析。
通过仿真实例证明了电力系统继电保护仿真的有效性和可行性。
关键词：
电力系统；继电保护；仿真；MATLAB
MATLAB-basedSimulationofPowerSystemRelayProtection
XuJie1,ChenLuan1,2
（1.CollegeofElectricalEngineering,XinjiangUniversity,UrumqiXinjiang830047;
2.CollegeofAutomationEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnology,ChengduSichuan610054
Abstract:
MATLAB-basedsimulationtechnologycansupporttheanalysisanddesignofrelayprotectionsystems.Asimulationmodelisbuiltforthestudyofpowersystemrelayprotection.Asanexample,thepowersystemfaultsimulation,zero-sequencecurrentprotectionsimulationandtransformerdifferentialprotectionsimulationarepresentedherein.Thecasestudiesshowthatthesimulationofpowersystemrelayprotectioniseffectiveandfeasible.KeyWords:
powersystem;relayprotection;simulation;MATLAB
中图分类号：
TM743
文献标识码：
A
文章编号：
0559－9342（2010）03－0084－03
收稿日期：
2009-05-23
基金项目：
新疆大学21世纪高等教育教学改革工程资助项目（XJU2008JGY21）
作者简介：
胥杰（1985—），男，四川绵阳人，主要从事电力系统继电保护方面的研究.
为了设计出高性能的继电保护产品，常常要进行继电保护模拟实验，传统的继电保护实验是在真实的物理模型上进行的，实验系统复杂，实验成本高，效率低，灵活性和通用性差。
电力系统继电保护数字仿真是利用计算机软件仿真电力系统故障情况下电气量变化的特征，模拟继电保护装置处理和动作的过程，具有安全、经济、可重复、不受环境限制、研究开发周期短、效率高等优点[1]。
通过对各种不同继电保护技术的仿真，可使研究者形象地观察到电力系统从正常状态到发生故障期间电气量的变化情况以及继电保护装置中每一部分处理和动作的过程。
利用计算机软件模拟真实保护设备装置的运行情况，能及早发现和解决设备运行中可能出现的问题，因此，电力系统继电保护计算机仿真具有十分重要的现实意义
[2,3]
。
本文设计了电力系统故障、空载合闸励磁涌流、
单侧电源相间短路的电流保护、零序电流保护、变压器纵差保护、微机保护算法等仿真实例的实现方案，在运行这些仿真实例的基础上，对仿真结果进行了分析[4-7]。
1电力系统故障仿真
本研究采用双电源供电的系统模型，电压等级为220kV，如图1所示。
该模型中同步发电机的容量为500MV·A，电压为13.8kV，频率为50Hz。
三相变压器的容量为500MV·A，D11/Yg接线形式，
WaterPowerVol．36．No．3
水力发电
第36卷第3期2010年3月
机电与金属结构
WaterPowerVol．36．No．3
胥杰，等：
基于MATLAB的电力系统继电保护仿真研究频率为50Hz。
150km线路的正序阻抗为0.01165+
j0.0008679Ω/km，对地电容为13.41×10-9F/km；100km线路的正序阻抗为0.01165+j0.0008679Ω/km，
对地电容为13.41×10-9F/km。
负荷1的电压为220
kV，有功负荷为220×106/250W，无功负荷为200W；负荷2的电压为220kV，有功负荷为220×106/250W，无功负荷为200W；负荷3的电压为220kV，
有功负荷为220×106/250W，无功负荷为200W；负荷4的电压为13.8kV，有功负荷为220×106W；无功负荷为0W。
在构建的故障系统MATLAB仿真模型中，通过故障模块可设置三相短路、两相短路、两相短路接地和单相短路接地故障。
以单相接地短路故障为例，设置三相短路元件参数为A相接地短路，运行仿真模型，得到线路单相接地短路时母线的短路电压及电流波形如图2所示。
波形显示，在0~0.03s期间，线路工作在稳定状态，三相电流和电压对称；在0.03s时发生A相接地短路，A相电压基本为0，B相和C相电压也相对减小，故障相A相的电流迅速上升为短路电流，B相和C相电流也相对增大；0.08s时切除故障，三相电压电流经暂态后达到新的稳定状态，并重新恢复三相对称运行工作状态。
同理，可以设置其他的短路故障类型，并观察其仿真波形，也可以对仿真模型中的三相故障模块设置接地电阻参数，通过观察对应的仿真波形，分析接地电阻对电力系统故障的影响。
2零序电流保护仿真
用Simulink和PSB模块库构建一个220kV的
单侧电源供电系统模型，模拟输电线路发生接地故
障。
同时，建立一个零序电流保护及单相重合闸装置的仿真模型，通过该系统可十分方便地进行不同接地电阻及电弧情况下的故障分析以及继电器动作特性的模拟。
以单相接地短路为例，将故障模块设置为A相接地短路，仿真结果如图3所示。
由图3可以看出，在0.03s的时候线路发生单相接地故障，A相电流发生急剧变化，电压变得不对称，继电器动作后经0.05s保护出口跳闸，跳闸后经0.3s自动重合闸，此时故障仍存在，保护只用
0.01s立即发跳闸命令。
从而完成了从跳闸到重合
闸再跳闸的整个过程。
3变压器纵差保护仿真
采用双侧电源供电模型，电压等级为735kV/
315kV，变压器两侧安装有断路器，如图4所示。
该模型中三相电源侧的电压为735kV，频率为50
Hz；低压侧的电压为315kV，频率为50Hz。
三相
变压器的SN=250MV·A，U1N/U2N=735kV/315kV，接线方式Y，d11。
在变压器纵差保护的MATLAB仿真模型中，通过故障模块可设变压器区内、区外
的各种故障。
以区内三相短路为例，设置故障元件为A、B、C三相短路，短路点设置在内部（两边电流表以内），得到变压器纵差保护内部三相故障模型，运行该仿真模型，即可得到电压、电流和跳闸波形，如图5所示。
由图5可见，在0~0.03s期间，线路工作在稳定状态，三相电流和电压对称。
在0.03s时发生三相短路，三相电压变小，三相电流迅速上升为短路电流，三相电压和电流对称，说明三相短路为对称短路。
在0.13s时，变压器纵差保护动作，切除故
第36卷第3期
机电与金属结构
WaterPowerVol．36．No．3
水力发电2010年3月
（上接第68页）直线PB与A断面的夹角为α，则直线PB与A断面上任何一点的夹角均为α，因而直线PB与断面的圆心的夹角也为α。
假定C（N，E，
H）为隧洞断面圆周上任意一实测点，则其对应断
面所对应圆心角α=arctan[（N-No）/（H-Ho）]。
2.2.4建立数学模型
①角度α=arctan[（N-No）/（H-Ho）]；②断面圆
心角坐标O（X，Y，Z），X=No-38sinα，Y=0，Z=
Ho-38cosα；③断面实测半径R=[（N-X）2+（E-Y）2+
（H-Z）2]1/2；④断面理论半径：
L=7.25-α/50。
2.3放样实施
把全站仪所测的坐标N，E，H输入计数器，计
算所测点的实际半径和理论半径，比较实际半径和理论半径，当实际半径与理论半径之差为正时，应向内移动棱镜，移动数值为其差值，反之向外移动
棱镜。
反复移动，直到位置达到精度要求。
3结语
溪洛渡水电站是国家重点工程，GPS、电子全站仪、断面仪等当代工程测量技术在洞群施工测量中得到了广泛的应用。
随着测绘科技的发展，隧洞工程施工测量技术和方法也会不断地创新和发展，将会有更多的施工测量新技术、新方法应用于隧洞工程施工测量中。
参考文献：
［1］贺国宏．桥隧控制测量［M］．北京：
交通出版社，1999．
［2］
吴来瑞，邓学才．建筑施工测量手册［M］．北京：
中国建筑工业出版社，2007．
［3］
王景海．直线与曲线交点的算法、程序及算例［J］．勘察科学技术，2009
（2）：
24-27．［4］陈健．MATLAB在变形监测数据处理中的应用［J］．城市勘测，
2009
（2）：
130-133．
［5］刘文生．隧道圆拱线施工测量位移法研究及应用［J］．城市勘测，
2007（5）：
59-60．
［6］刘丹源，刘钢．水电站水轮发电机尾水管安装过程中测量方法探讨［J］．测绘通报，2008
（2）：
69-70．
［7］
赵吉先，万程辉．贯通横向误差处理新方的法探讨［J］．测绘通报，
2008
（1）：
10-11．
（责任编辑杨健）
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障，电压为电源电压，电流几乎为0。
4结语
基于计算机技术的电力系统继电保护数字仿真可以辅助继电保护系统的分析和设计，将MATLAB仿真技术应用于电力系统继电保护研究中具有十分重要的现实意义。
针对电力系统继电保护技术的核心内容，构建了继电保护系统的MATLAB仿真模型。
除所介绍的电力系统故障仿真、零序电流保护
仿真和变压器纵差保护仿真外，模型还可以对空载合闸励磁涌流仿真、单侧电源相间短路的电流保护仿真和微机保护算法仿真等进行实际仿真运行，实践表明将MATLAB应用于电力系统继电保护数字仿真中是有效的和可行的。
参考文献：
［1］冯小玲，郭袅，谭建成.继电保护仿真系统的现状及其应用［J］.广西电力，2004（6）：
50-56.
［2］盛义发，唐耀庚，苏泽光，等.基于MATLAB的电力系统故障的仿真分析［J］.南华大学学报（理工版），2003，17（4）：
45-51.［3］
杨晓军，沈勇环，郭征，等.开放式的继电保护动态特性仿真系统［J］.电力系统及其自动化学报，2003，15（6）：
1-4.［4］章志刚，李兴源.基于MATLAB开发平台的继电保护仿真系统［J］.四川电力技术，2003
（2）：
43-46.
［5］韩笑，徐曦，陈卓平.基于Matlab与VB数据交换的继电保护仿真［J］.电力自动化设备，2006，26（5）：
92-95.
［6］黄绍平，李永坚.基于MATLAB的变压器空载合闸瞬变过程仿真研究［J］.继电器，2004，32（8）：
19-21.
［7］
张伏生，寇强，刘芳，刘沛津，等.线路微机保护装置仿真系统的设计与实现［J］.继电器，2003，31（4）：
76-79.
（责任编辑高瑜）
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