基于Matlab的電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘建模與仿真講解

1、實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:題 目:Matlab上機(jī)基于MATLA啲電力系統(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：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(guò)程。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 自動(dòng)重合閘MATLAB短路故障1弓I 言1.2模型中主要模塊的選擇和參數(shù) 2.2.1同步發(fā)電機(jī)模塊2.2.2變壓器模塊 2.2.3輸電線路模塊3.2.3.1 150km 線路模塊3.2.3.2 100km 線路模塊4.2.1電源模塊5.2.3負(fù)載模塊6.

2、2.3.1三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load162.3.2三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load47.2.4斷路器模塊 8.2.5測(cè)量模塊9.2.6顯示模塊9.2.7其他模塊9.2.8 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)1.3參考文獻(xiàn)1.46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(lái)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，

3、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

4、圖為理想情況下220kv電力系統(tǒng)的模型。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)(Simplified Synchronous Machine)如圖 2：連接類型：3線丫型連接；額定參數(shù)：500e6 13.8e3 50; 機(jī)械參數(shù)：56290 0.3 2；內(nèi)部阻抗：1.9845 263.15e-3; 初始條件：0.2 0 0,0,0 0,0,0；b Block Parameters Simplified SvAchfoncuus Machin# SI UnitKiSimplified Synchroncrtis lachinft (mafik) (link)Iwlevents

5、 a 3phase simplified synchronous achine+ Machine is modelled as an internal voltage behind a R-L impedance Stator windings axe connected in wye to an internal neutral puint.Use this block if you want to specify SI paxam&tersPaxaniet ersConnection type:3-wire YMechanical input iMechajiical powdi: Pmi

6、nal pckwbEj linB-t s-lin.* volt aj Sj and freoMency Pn (VA.) Vh(Vts) fn(Hz):600e6 IX 8e3 50)Inert is, damping factor and pairs of poles J (kg Jif2) Kd(pu_T/pu_w) p()56290 D.3 2Internal impedance R(ohm) L (H):1.9845 263. 15e-3Irat ial condit i crns dw(%) th (deg) i 色 ibj ic (A) pha phbj phc (de j):0.

7、 2J 00,0, 0 必 0, 0 Sanple tiRe (-1 for inherited)-1 M | anc“| Help Apply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-Phase Transforme)如圖3：額定功率和頻率：500e6 50；一次繞組連接方式：三角形連接；一次繞組參數(shù)：13.8e3 0.002 0.08;二次繞組連接方式：星形連接；二次繞組參數(shù)：220e3 0.002 0.08;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;Block Param*t$r$： TClick the Apply or the

8、OK batten after a chanst to th? Units popup to confirm the caniversion of parameters.| Canfi*uration Parameters AdvancedUnit s fiupNojtinal povgr and freQU#ncy Pn(VA) 3 fn(Ha)、 60 Wimdin 1 parametars VI Pti-Ph (Vtits) 、 R1 (pu) , Li (pu)T 麗応,Q?002 , 0. 08 Winding 2 parameters V2 Ph-Ph(Vtits) s R2 (p

9、u) , L2(pu)220fl3 ； 0. 0D2 IL08 Magnetization resistance Rn (pu)200Wagnetization inductance Ln (pu)200Saturation character!stic L 11 , phil ;12 、 phi2 : . (pu0.0 ; 0.0024, 1.2 ; 1.0, 1.52 JIn 辻 ial f luses phiOA . phi OB , pihiOC (pu):C, 8 , -0. 8， 0. 7 .圖3三相變壓器的參數(shù)設(shè)置2.3輸電線路模塊2.3.1 150km線路模塊等值線路元件(Di

10、stributed Parameters Line )如圖 4：線路相數(shù)：3；頻率：50HZ ；單位長(zhǎng)度電阻：0.01165 0.2676;單位長(zhǎng)度電感：0.8679e-3 3.008e-3;單位長(zhǎng)度電容：13.41e-9 8.57e-9;線路長(zhǎng)度：150km；測(cè)量：選擇不測(cè)量電氣量;Block Parjmeters: 150km匸丄 L 丄 luj IpTTCxTj CuJTipxcCC |丄*込丄 jTTTClxCcEOT d丄iLp 丄 cTlCCTT EcqwdTUc parameters vectors: the positive and zsxtq sequence parajie

11、tr-s fox a two-phase or three-phase transposed linej plus the mutual zero-sequence for a siac-phase transposed line (2 coupled 3- phase lines)sParaaeterNumber of phases N5_Frequency used for R L C specification (Hz)50ance per unit length (Ohms/lcm) N*H matrix g Rl RD RQm：0.01165 0. 2676Inductance pe

12、r unit lengih (H/km) N*H matrix or IL1 LO LOm0.8679e-3 3 OOSe-3Capacitance per unit length (F/kn) N*F matriz be Cl CO COm1X418-9 8. 57e-5Lins length (kn)150Me asux ement s NoneI 訓(xùn)一 I 卜QKCancelQelppply圖4 150km分布參數(shù)線路的參數(shù)設(shè)置2.3.2 100km線路模塊等值線路元件(Distributed Parameters Line )如圖 5： 線路相數(shù)：3；頻率：50HZ ；單位長(zhǎng)度電阻：0

13、.01165 0.2676;單位長(zhǎng)度電感：0.8679e-3 3.008e-3;單位長(zhǎng)度電容：13.41e-9 8.57e-9; 線路長(zhǎng)度：100km；測(cè)量：選擇不測(cè)量電氣量;圖5 100km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-Phase Source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：丫型（表示三相電源丫型連接，中性點(diǎn)不接地）；三相短路電壓：200e6;基準(zhǔn)電壓：220e6;H Block Parameters； Loadl8Thrte-Phase Source(link)Three-phase volta$e source in

14、seriFS with KL branch,Phaja-to-phasa volt age (V):22De3|Phase angle of phase 1 (degrees:Fre(juency (Hz):50Int ernal connect ion:V Specify inpedance using short-circuit level 3-phase short-circuit level at base voltage(VA):2Q0e6Bas? voltafe (Vrns ph-ph):220e3X/R ratiQ；10CancelJelpApply圖6三相電源的參數(shù)設(shè)置2.3負(fù)

15、載模塊2.3.1三相串聯(lián)RLC負(fù)載Loadl三相串聯(lián) RLC 負(fù)載(Three-Phase series RLC load)如圖 7: 相電壓：220e3V;頻率：50HZ;三相有功功率：200e6/250W;感性無(wú)功功率：200e6Var;容性無(wú)功功率：0Var;Three-Phase Series RLC Load (mask) (link)Implements a three-phase series RLC loaParametersConfiguration Y (groimded)Nominal phase-t o-phase volt age Vn (Vrms)220e3Nomi

16、nal frequency fn (Hz):50Act ive power P (V) s：200e6/2!5Inductive reactiw power QL (positive var):200e6Capacitive reactive power Qc (negative var):0Me asur ement s None2K匚andHelpApply圖7三相串聯(lián)RLC負(fù)載Loadl的參數(shù)設(shè)置232三相串聯(lián)RLC負(fù)載Load4三相串聯(lián) RLC 負(fù)載(Three-Phase series RLC load)如圖 8: 相電壓：13.8e3V;頻率：50HZ;三相有功功率：200e6W;

17、感性無(wú)功功率：0Var;容性無(wú)功功率：0Var;呂 Block Parameters： Load4Thtee-Phase Series HC L口sd (nask) (linjc)IjuplBments a three-phase seriw RLC load.ParametersConfiguration Y (grounded)Noninal phase-t o-phase voltage Vn (Vms)13.8e3Nominal frequency fn (Hz):50Active power P (T) s2D0e6Inductive reactive power QL (posit

18、ive var) ?Capacitive reactive power Qc (negative var):Measurement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-Phase Break)如圖9:斷路器初始狀態(tài)：closed;轉(zhuǎn)換時(shí)間：0.04 0.08;阻值：0.001;過(guò)渡電阻：1e5;過(guò)渡電容：inf;9旨 Block PfrAiYkMeriBrfdk#rlyou want to switch. You can define the breaker timine direcrt lyfrom the dialog box or apply

19、an external logical signal If yamchech the P External control boKj the external control inputwill appearParametersInitial status of breakers closed營(yíng)弼 Swit ching of ph-ass AI Swit ching of Phase B1 Swit ching of phase CTransition times (s)0.040,081 External control of switching tinesBreakers resist w

20、ee Ron (ohms)0B 001Snwbtiers resistance 防(Ohns)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-Phase VI Measurement);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。102.8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(kāi)始時(shí)間：Os;停止時(shí)間：0.3s;求解程序類型選項(xiàng)：固定步長(zhǎng)，discre

21、te ( no continuous satateS 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(shuō)明線路正常工作；斷路器的轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置為0.04 0.08,即線路在0.04s時(shí)發(fā)生A相接地短路，斷路器斷開(kāi)，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13 A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

22、當(dāng)線 路發(fā)生單相接地短路時(shí)，斷路器斷開(kāi)切除故障點(diǎn)，母線電壓并沒(méi)有多大的改變； 在單相接地短路期間(0.040.08)，斷路器A相斷開(kāi)，A相電流為0,非故障相 的電流幅值減?。辉诠收锨谐?0.08s后)，重合閘成功，三相電流經(jīng)過(guò)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(shuō)明線路正常工作；斷路器的轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置為0.04 0.08， 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.15STATES； 11pli-aseAiLead!1 n舸4曲9；3彰111ClLcaiSl1 XX加3加111pliase51Lead?XIC;3血111p2i4.sek11訐扎已3;Lcd3111CLcad311tr-onsf g1windingIsT rii：Eari3o1Lm T*11trn3fq2wm-di 口 g*1 =