電流保護matlab仿真畢業(yè)設計

1、1 引言12MATLAB及其模塊介紹2MATLAB編程基礎2M文件及M函數(shù)3SIMULINK介紹3S-FUNCTION簡介53線路繼電保護的基本原理83.1 整定基本要求8保護整定原則104線路繼電保護仿真18保護仿真軟件概述18仿真設計步驟194.3 線路單相自動重合閘電流保護仿真194.4 線路三段式電流保護仿真275仿真結果分析36線路單相自動重合閘電流保護仿真結果分析36線路三段式電流保護仿真結果分析376總結38致謝40參考文獻411引言本設計的題目是線路繼電保護整定計算的MATLAB仿真，包括對電力系統(tǒng)線路整定計算仿真和故障仿真的研究。輸電線路是電力系統(tǒng)中的重要電氣設備。不同地區(qū)、

2、不同類型的發(fā)電和配電設備都是通過它連接起來的，構成電力系統(tǒng)網絡。它的安全運行直接關系到電力系統(tǒng)發(fā)電、供電和配電的穩(wěn)定運行。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護的日益發(fā)展采用計算機仿真方法來分析研究電力系統(tǒng)繼電保護是解決此類工程問題的一種有效手段。MATLAB語言是目前國際上流行的一種演算紙式的編程語言，它具有強大的矩陣分析與運算功能，并且是一個開放的環(huán)境。其中SIMULINK就是為MATLAB開發(fā)的一種優(yōu)秀的控制系統(tǒng)仿真工具軟件，它具有模塊化、可重載、可封裝、面向結構圖編程及可視化等特點，可大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性。我們可以利用工具箱中的元件模型，結合電力系統(tǒng)中的基本原理，搭建輸電線路模型，繼而設置

3、各種電力系統(tǒng)故障進行分析和調試，以期為電力系統(tǒng)線路故障故障仿真提供有力根據(jù)。在線路繼電保護整定計算仿真方面，我們使用了SimuLink和SimPowerSystems工具箱，它常用于電力系統(tǒng)各個方面的仿真。例如MATLAB被用于發(fā)電機、變壓器、線路和負荷等元件的建模和仿真，在輸電線路研究中，有利用Matlab對輸電線路進行故障定位數(shù)字仿真的研究。在繼電保護仿真中也應用到了Matlab，如基于Matlab開發(fā)平臺的繼電保護仿真系統(tǒng)。本設計主要針對線路的繼電保護三段式電流保護和零序電流保護進行仿真研究。利用MATLAB和線路繼電保護的內容，使用SimuLink和SimPowerSystems工具箱

4、，搭建了一個線路整定計算和故障仿真模型。在系統(tǒng)中設定不同的故障點，分別進行了相應的仿真，且與線路的整定計算值相配合，做到有選擇性的動作，對仿真結果進行分析。本文第1部分為前言，介紹了本次設計的主要思路。第2部分介紹了Matlab基礎和在設計中所用到知識。第3部分是線路繼電保護的基本原理等基礎理論知識。第4部分中對線路繼電保護仿真中的模型構成、參數(shù)設定及故障發(fā)生時保護裝置的動作情況作了詳細說明。并介紹了所設計的線路繼電保護仿真與整定計算值的配合。第5部分對仿真實驗的結果進行了分析，不同層面做出分析，對于在整個設計過程的不同階段也做出具體分析。在本文的第6部分中總結了此次設計并給出了結論。其中包括

5、致謝詞，參考文獻等。此次畢業(yè)設計在張龍斌老師的指導下完成。2Matlab 及其模塊介紹本章簡單介紹了此次設計用到的Matlab 知識，首先介紹Matlab 軟件編程基礎知識，再對計算機實現(xiàn)線路繼電保護整定計算仿真設計中用到的仿真模塊的來源、功能、參數(shù)等進行介紹。2.1MATLAB編程基礎2.1.1變量和數(shù)學運算首先從Matlab數(shù)學運算開始說明。例如要計算1+2+3 及1×10+2×10+3×10這兩個算式，接在提示符號>>之后的是要鍵入的算式，Matlab將計算的結果以ans顯示。2.1.2數(shù)組和數(shù)據(jù)Matlab的運算事實上是以數(shù)組（array）及矩

6、陣（matrix）方式在做運算，而這兩者在Matlab的基本運算性質上是不同的，數(shù)組強調元素對元素的運算，而矩陣則采用線性代數(shù)的運算方式。在聲明一個變量為數(shù)組或是矩陣時，如果是要個別輸入元素，需要用中括號將元素置于其中。數(shù)組由一維元素構成，而矩陣由多維元素組成。在介紹矩陣運算之前首先介紹幾個特殊的矩陣。Zeros函數(shù)生成元素皆為0 的矩陣；ones函數(shù)生成元素皆為1 的矩陣，eye生成一個單位矩陣，之所以稱為eye是取其發(fā)音與原來單位矩陣符號相同，而又避免與復數(shù)定義中的虛部所用的符號i混淆，所以改以eye替代。上述三個函數(shù)的使用語法都相似，如zeros（m）可以產生一個m×m 的正方

7、矩陣，而zeros（m，n）產生的是m×n的矩陣。也可以使用這三個函數(shù)將一個m×n 矩陣原來元素全部取代成為0，1或是單位矩陣的值，不過要加上size指令來指出其矩陣大小是m×n，所以語法為：zeros（size（A）其中A為原來的矩陣2.2M文件及M函數(shù)Matlab程序大致分為兩類：M腳本文件（M-Script）和M函數(shù)（M-Function），它們均是普通的ASCII 碼構成的文件。M腳本文件中包含一組有Matlab語言所支持的語句，它類似DOS下的批處理文件。它的執(zhí)行方式很簡單，用戶只需在Matlab的提示符下輸入該M文件的文件名，這樣Matlab就會自動執(zhí)

8、行該M文件中的各條語句，并將結果直接返回到Matlab工作空間。使用M函數(shù)格式變成是Matlab程序設計的主流。Matlab的M函數(shù)是有function語句引導的，其基本格式如下：Function 返回變量列表=函數(shù)名(輸入變量列表)注釋說明語句段，由%一道輸入、返回變量格式的檢測函數(shù)體語句這里輸入和返回變量的實際個數(shù)分別有nargin和nargout兩個Matlab的保留變量來給出。只要進入該函數(shù)，Matlab就將自動生成這兩個變量，不論是佛直接使用這兩個變量。如果返回變量多于一個，則應該用方括號括起來。輸入變量和返回變量之間用括號分隔。注釋語句段的每行語句都應該由百分號引導，百分號后面的內

9、容不執(zhí)行，只起注釋作用。用戶采用help命令則可以顯示出來注釋語句段的內容。此外、標準的變量樹木檢測也是必要的。如果輸入或返回變量格式不正確，則應該給出相應的提示。另外，因為Matlab是一中注釋性語言，所以即使在某個或某些函數(shù)中存在語法錯誤，如果沒執(zhí)行到該語句時可能就不會發(fā)現(xiàn)該錯誤，這在嚴格的程序設計中是不容許的。要檢查某目錄中所有的M函數(shù)語法錯誤，首先應該用cd命令進入該目錄，然后運行pcode*命令進行偽代碼轉換。因為該命令會將Matlab函數(shù)轉換成偽代碼，而在轉換過程中該程序將自動翻譯每一條語句，所以一旦發(fā)現(xiàn)有語法錯誤，將會停止翻譯，給出錯誤信息。改正了該語法錯誤后，再重新執(zhí)行pcod

10、e命令，直到沒有錯誤為止。這樣會保證目錄下所有的程序不含有語法錯誤。2.3SIMULINK介紹Simulink是以工具庫的形式掛接在Matlab上的，不能獨立運行，只能在Matlab環(huán)境中運行。Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)。Simulink是由模塊庫、模型構造及指令分析、演示程序等幾部分組成。Simulink提供了用方框圖進行建模的圖形接口。模塊框圖是動態(tài)系統(tǒng)的圖形顯示，由一組稱為模塊的圖標組成，模塊之間采用連線聯(lián)接。每個模塊代表了動態(tài)系統(tǒng)的某個單元，并且產生一定的輸出。模塊之

11、間的連線表明模塊的輸入端口與輸出端口之間的信號連結。模塊的類型決定了模塊輸出與輸入、狀態(tài)和時間之間的關系。一個模塊框圖可以根據(jù)需要包含任何類型的模塊。模塊代表了動態(tài)系統(tǒng)的某個功能單元，每個模塊一般包括一組輸入、狀態(tài)和一組輸出等幾個部分。Simulink模塊的基本特點是參數(shù)化的，許多模塊都具有獨立的屬性對話框，在對話框中用戶可以定義模塊的各種參數(shù)。Simulink包含Sinks（輸出方式）、Source（輸入源）、Continuous（連續(xù)環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性）、Discrete（離散環(huán)節(jié)）、Signals & System（信號與系統(tǒng)）、Math（數(shù)學模塊）和Functi

12、ons& Tables（函數(shù)和查詢表）等子模型庫。SIMULINK在諸如Communication Toolbox，Nonlinear Control Design Blockset，Power System Blockset等工具箱的配合下，還可以完成對諸如通行系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的建模、分析和仿真。設計中使用的模塊本設計中共使用了位于Simpowersystems模塊庫，和Simulink模塊庫中的29 個不同的模塊。分別為：1）位于Simpowersystems模塊庫中：斷路器模塊(break)，線路模塊(Series RLC Branch block)，電流測量器模塊

13、(Current Measurement block)，交流電壓源模塊(AC Volatge block)，三相故障模塊（Three-Phase Fault block），傅利葉變換模塊（Fourier block），萬用表模塊（Multimeter block），接地模塊（Ground(input/output) block），2）位于Simulink模塊庫中：到工作空間模塊（To Workspace block），輸入端口模塊（In1 block），輸出端口模塊（Out1 block），示波器模塊（Scope block），常數(shù)模塊（Constant block），乘法模塊（Product

14、 block）， 繼電器模塊（Relay block）， 加法模塊（SUM block），使能子系統(tǒng)模塊（Enable Subsystem block）。2.4S-FUNCTION簡介Simulink 為用戶提供了許多內置的基本庫模塊，通過這些模塊進行連接而構成系統(tǒng)的模型。對于那些經常使用的模塊進行組合并封裝可以構建出重復使用的新模塊，但它依然是基于Simulink 原來提供的內置模塊。而Simulink s-function是一種強大的對模塊庫進行擴展的新工具。2.4.1S-Function的概念1）s-function 是一個動態(tài)系統(tǒng)的計算機語言描述，在MATLAB里，用戶可以選擇用m文件

15、編寫，也可以用c或mex文件編寫，在這里只給大家介紹如何用m文件編寫s-function。2）S-function 提供了擴展Simulink模塊庫的有力工具，它采用一種特定的調用語法，使函數(shù)和Simulink解法器進行交互。3）S-function 最廣泛的用途是定制用戶自己的Simulink模塊。它的形式十分通用，能夠支持連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。2.4.2建立M文件S-Function使用模板文件：sfuntmp1. m1) 該模板文件位于MATLAB根目錄下toolbox/simulink/blocks目錄下。2) 模板文件里s-function的結構十分簡單，它只為不同的flag

16、的值指定要相應調用的m 文件子函數(shù)。比如當flag=3時，即模塊處于計算輸出這個仿真階段時，相應調用的子函數(shù)為sys=mdloutputs(t,x,u)。3) 模板文件使用switch語句來完成這種指定，當然這種結構并不唯一，用戶也可以使用if語句來完成同樣的功能。而且在實際運用時，可以根據(jù)實際需要來去掉某些值，因為并不是每個模塊都需要經過所有的子函數(shù)調用。4)模板文件只是Simulink為方便用戶而提供的一種參考格式，并不是編寫s-function的語法要求，用戶完全可以改變子函數(shù)的名稱，或者直接把代碼寫在主函數(shù)里，但使用模板文件的好處是，比較方便，而且條理清晰。5)使用模板編寫s-func

17、tion，用戶只需把s-函數(shù)名換成期望的函數(shù)名稱，如果需要額外的輸入參量，還需在輸入參數(shù)列表的后面增加這些參數(shù)，因為前面的4個參數(shù)是simulink調用s-function時自動傳入的。對于輸出參數(shù)，最好不做修改。接下去的工作就是根據(jù)所編s-function要完成的任務，用相應的代碼去替代模板里各個子函數(shù)的代碼即可。6) Simulink 在每個仿真階段都會對s-function進行調用，在調用時，Simulink會根據(jù)所處的仿真階段為flag傳入不同的值，而且還會為sys這個返回參數(shù)指定不同的角色，也就是說盡管是相同的sys變量，但在不同的仿真階段其意義卻不相同，這種變化由simulink自

18、動完成。7) m文件s-function可用的子函數(shù)說明如下：mdlInitializeSizes：定義s-function模塊的基本特性，包括采樣時間、連續(xù)或者離散狀態(tài)的初始條件和sizes數(shù)組。mdlDerivatives：計算連續(xù)狀態(tài)變量的微分方程。mdlUpdate：更新離散狀態(tài)、采樣時間和主時間步的要求。mdlOutputs：計算s-function的輸出。mdlGetTimeOfNextVarHit：計算下一個采樣點的絕對時間，這個方法僅僅是在用戶在mdlInitializeSizes里說明了一個可變的離散采樣時間。mdlTerminate：實現(xiàn)仿真任務必須的結束。8)概括說來，建

19、立s-function可以分成兩個分離的任務：9) 初始化模塊特性包括輸入輸出信號的寬度，離散連續(xù)狀態(tài)的初始條件和采樣時間。10)將算法放到合適的s-function子函數(shù)中去。定義s-function 的初始信息1)為了讓Simulink識別出一個m文件s-function，用戶必須在s-函數(shù)里提供有關s-函數(shù)的說明信息，包括采樣時間、連續(xù)或者離散狀態(tài)個數(shù)等初始條件。這一部分主要是在mdlInitializeSizes子函數(shù)里完成。2) Sizes數(shù)組是s-function函數(shù)信息的載體，它內部的字段意義為：NumContStates：連續(xù)狀態(tài)的個數(shù)（狀態(tài)向量連續(xù)部分的寬度）NumDiscS

20、tates：離散狀態(tài)的個數(shù)（狀態(tài)向量離散部分的寬度）NumOutputs：輸出變量的個數(shù)（輸出向量的寬度）NumInputs：輸入變量的個數(shù)（輸入向量的寬度）DirFeedthrough：有無直接饋入NumSampleTimes：采樣時間的個數(shù)3) 如果字段代表的向量寬度為動態(tài)可變，則可以將它們賦值為1。4) 注意DirFeedthrough是一個布爾變量，它的取值只有0和1兩種，0表示沒有直接饋入，此時用戶在編寫mdlOutputs子函數(shù)時就要確保子函數(shù)的代碼里不出現(xiàn)輸入變量u；1表示有直接饋入。5) NumSampleTimes表示采樣時間的個數(shù)，也就是ts變量的行數(shù)，與用戶對ts的定義有

21、關。6) 需要指出的是，由于s-function會忽略端口，所以當有多個輸入變量或多個輸出變量時，必須用mux模塊或demux模塊將多個單一輸入合成一個復合輸入向量或將一個復合輸出向量分解為多個單一輸出。輸入和輸出參量說明1) S-function默認的4個輸入參數(shù)為t、x、u 和flag，它們的次序不能變動，代表的意義分別為：t：代表當前的仿真時間，這個輸入參數(shù)通常用于決定下一個采樣時刻，或者在多采樣速率系統(tǒng)中，用來區(qū)分不同的采樣時刻點，并據(jù)此進行不同的處理。x：表示狀態(tài)向量，這個參數(shù)是必須的，甚至在系統(tǒng)中不存在狀態(tài)時也是如此。它具有很靈活的運用。u：表示輸入向量。2) flag：是一個控制

22、在每一個仿真階段調用哪一個子函數(shù)的參數(shù)，由Simulink 在調用時自動取值。3) S-function默認的4 個返回參數(shù)為sys、x0、str和ts，它們的次序不能變動，代表的意義分別為：sys：是一個通用的返回參數(shù)，它所返回值的意義取決于flag的值。x0：是初始的狀態(tài)值（沒有狀態(tài)時是一個空矩陣），這個返回參數(shù)只在flag值為0時才有效，其他時候都會被忽略。str：這個參數(shù)沒有什么意義，是MathWorks公司為將來的應用保留的m文件s-function必須把它設為空矩陣。ts：是一個m×2的矩陣，它的兩列分別表示采樣時間間隔和偏移。2.4.3模塊的封裝與測試：將該程序以文件名

23、*.m存盤，編好S 函數(shù)后，就可以進行封裝和測試了，向模型編輯窗口中添加S-FUNCTION模塊，雙擊該模塊，打開參數(shù)設置對話框，在其中輸入M文件名和用戶定義的參數(shù)。選擇該模塊，按CTRL+M或右鍵單擊該模塊。從彈出的快捷菜單中添加用戶定義的變量參數(shù)。在Initalzation頁中對變量初始化在Documentation頁中添加模塊的說明和幫助文檔，其具體操作與子系統(tǒng)的封裝類似?？梢苑庋b該S函數(shù)，從而設計出相應的參數(shù)輸入對話框，選擇S函數(shù)模塊，打開其封裝編輯器，在Parameters頁中添加用戶定義的變量參數(shù)。S函數(shù)模塊被封裝后，雙擊它，則有模塊參數(shù)對話框。能有附加參數(shù)的一個提示。3線路繼電保

24、護的基本原理整定基本要求電力系統(tǒng)運行中，可能發(fā)生各種故障和不正常的運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種類型的短路。當系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時，都會危及系統(tǒng)安全，引發(fā)事故，有時還可能造成人身和設備安全事故。電力系統(tǒng)故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性地切除故障元件，這依賴于繼電保護裝置的正確動作。而當系統(tǒng)發(fā)生不正常運行狀態(tài)的時候，應該只發(fā)出告警信號，或根據(jù)危害程度規(guī)定一定的延時再切除故障元件，以免暫短的運行波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。因此，合理地選擇保護方式和正確地進行繼電保護整定計算，對保證電力系統(tǒng)的安全運行有非常重要的意義。 選擇保護方式時，希望全面滿足繼電保護可靠性、

25、選擇性、靈敏性和速動性的四項基本要求。繼電保護的可靠性是指繼電保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作，而在任何其他保護不應該動作的情況下，則不應該誤動作。繼電保護的選擇性則是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。為了保證選擇性，對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一級保護內有配合要求的兩元件，其靈敏系數(shù)和動作時間，在一般情況下應相互配合。繼電保護的靈敏性指對于其保護范圍內發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在事先規(guī)定的保護范圍內故障時，不

26、論短路點的位置、短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能敏銳感覺，正確反應。保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量。繼電保護的速動性指發(fā)生故障時，應力求保護裝置能迅速動作切除故障。繼電保護的整定，主要考慮繼電保護的選擇性和靈敏性。對于方向保護，相鄰線路的配合動作值和動作時間都要相互配合，以滿足選擇性和靈敏性的要求。 電力系統(tǒng)的安全運行是一個綜合整體，繼電保護與電網的接線方式以及調度運行密切相關。合理的電網結構是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎，繼電保護裝置能否發(fā)揮積極作用，與電網結構和電力設備的布置是否合理有密切關系，因此必須把它們作為一個有機整體統(tǒng)一考慮，全面安排，對嚴重影響繼電保護裝置保護

27、性能的電網結構和電力設備的布置，應限制使用。 電力系統(tǒng)中的繼電保護是按斷路器的配置裝設的，因此繼電保護必須按照斷路器分級進行整定。繼電保護的分級是按保護的正方向來劃分的，要求按保護的正方向各相鄰的上、下級保護之間實現(xiàn)配合協(xié)調，以達到選擇性的目的。這是繼電保護整定配合的總原則。根據(jù)繼電保護及安全自動裝置技術規(guī)程、3110kV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)程、大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則、220500kV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)則、電力系統(tǒng)繼電保護來實現(xiàn)的保護原則。繼電保護整定原則：3110kV電網的繼電保護，應當滿足可靠性、選擇性、靈敏性及速動性四項基本要求：3.可靠性可靠性由結構合理、質

28、量優(yōu)良的繼電保護裝置和符合規(guī)程要求的運行維護與管理來保證。3.選擇性選擇性是指：首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰元件的保護或斷路器失靈保護動作切除故障。3.靈敏性由于有速動性的要求，繼電保護的定值應保證在其保護范圍內有規(guī)定的靈敏系數(shù)。3.速動性根據(jù)繼電保護及安全自動裝置技術規(guī)程，如線路短路使發(fā)電廠廠用母線或重要用戶母線電壓低于額定電壓的50%60%時，應快速切除故障。因此，繼電保護的配置和整定計算應保證快速的切除各種類型故障。3.2保護整定原則3.三段式電流保護10kV、35kV線路配三段式（階段式）電流保護整定計算原則：根據(jù)繼電保

29、護裝置整定的具體規(guī)定：3.1電流速斷保護a、按躲過本線路末段最大三相短路電流整定。=3-1式中：動作電流；可靠系數(shù)，可?。痪€路末端最大三相短路電流。b、靈敏度校驗：電流速斷保護應校核被保護線路出口短路的靈敏系數(shù)，在常見運行大方式下，線路出口（即母線處）三相短路的靈敏系數(shù)不小于1時即可投運。c、動作時限：t=100ms。 注：（速斷保護的動作時間取決于繼電器本身固有的動作時間，一般小于10ms。考慮到躲過線路中避雷器的放電時間為4060ms，一般加裝一個動作時間為6080ms的保護出口中間繼電器，一方面提供延時，另一方面擴大觸電的容量和數(shù)量。）3.2 限時電流速斷保護a、保護線路全長，按躲過下級

30、相鄰線路的電流速斷最大保護范圍整定。為了確保速斷保護能準確及時動作3-2式中：啟動電流。可靠系數(shù)，可取。電流速斷保護的動作電流。b、 靈敏度校驗：=3-3式中：最小運行方式下保護范圍內發(fā)生金屬性短路時故障參數(shù)的計算值。保護裝置的動作參數(shù)值。注：靈敏系數(shù)大于1的原因是考慮可能會出現(xiàn)一些不利于保護啟動的因素，為使保護仍然能夠動作，就要留有一定的裕度。c、（1）、動作時限： =+t；t=。（2）、動作時限：=+t；當靈敏系數(shù)不能滿足要求時使用此式。式中：下級限時速斷的時限。當校驗靈敏度不滿足要求時，動作時限：=+t3.3 定時限過電流保護a、按躲過最大負荷電流整定。當無事故過負荷電流的時候，采用線路

31、導線的載流量來計算。=3-4式中：可靠系數(shù)，取；最大負荷電流。b、靈敏度校驗：近后備校驗=3-5遠后備校驗=式中：最小運行方式下保護范圍內發(fā)生金屬性短路時故障參數(shù)的計算值。保護裝置的動作參數(shù)值。近后備保護范圍要大于等于，遠后備保護范圍要大于等于。c、動作時限：t為從線路末端為零起每向上一級線路就加一個t。3. 距離保護A 相間距離保護I段：a 為了保證保護動作的選擇性，當被保護線路無中間分支路時，相間距離保護I段按躲過本線路末端故障整定，一般可按被保護線路正序阻抗的80%85%計算。=3-6式中：距離保護I段的整定阻抗；可靠系數(shù)，取；本線路的正序阻抗，是線路茬高度。動作時限：t=0s。b 單回

32、線送變壓器終端方式，送電側保護深入受端變壓器的整定。=+3-7式中：距離保護I段的整定阻抗；可靠系數(shù)，取；為終端變壓器并聯(lián)等值正序阻抗。動作時限：t0s。B 相間距離段應能保護線路的全長，具體整定計算方法如下：a 與相鄰線路相間距離I段配合。=（+）3-8 式中： 可靠系數(shù)，?。槐槐Ｗo線路的阻抗； 相鄰線路距離保護I段整定阻抗。靈敏系數(shù)校驗： =/.3-9動作時限：=t動作時，t=。b 按保證本線路末端故障，保護的靈敏系數(shù)整定。=3-10式中：被保護線路末端故障，保護的靈敏度。 當線路長度為20km以下時，不小于； 當線路長度為2050km時，不小于； 當線路長度為50km以上時，不小于。動作

33、時限計算同a。c與相鄰變壓器的快速保護相配合； =（+） 3-11式中：可靠系數(shù)，?。槐槐Ｗo線路的阻抗；為相鄰變壓器阻抗。動作時限：t.d 與相鄰線路相間距離段配合。=（+）3-12式中：可靠系數(shù)，；為本線路阻抗；可靠系數(shù)；為最小分支系數(shù)；為相鄰線路相間距離II段動作阻抗； 動作時限：=+t; 為相鄰線路距離II段動作時間。C 相間距離保護：a 與相鄰線路相間距離段配合；=3-13式中：可靠系數(shù)，；為本線路阻抗；為最小分支系數(shù)；為相鄰線路距離段動作阻抗。動作時限：（1）、保護范圍伸出相鄰變壓器其他各側母線時，+t; (2)、保護范圍伸出變壓器其他各側母線時，+t。式中：為相鄰線路重合后不經振蕩

34、閉鎖的距離II段動作時間；為相鄰變壓器相間短路后備保護動作時間。靈敏度校驗：作為近后備時=/；作為遠后備時.b 與相鄰變壓器的電流、電壓保護配合整定；=3-14式中：電流、電壓保護的最小保護范圍對應的阻抗值。動作時限：=+t。 為相鄰變壓器相間短路后備保護動作時間。c 與相鄰線路距離段配合；=3-15式中：=；可靠系數(shù)；為相鄰線路距離段動作阻抗。動作時限：=+t。 為相鄰線路距離III段動作時間。d 躲過最小負荷阻抗； 若采用全阻抗特性，則整定值為=3-16式中：按實際最不利的系統(tǒng)頻率下阻抗元件所見到的事故過負荷最小負荷阻抗（應配合阻抗元件的實際動作特性進行檢查）整定；可靠系數(shù)，一般取 電機自

35、啟動系數(shù)，取 阻抗測量元件（欠量動作）的返回系數(shù)，取。線路重合閘在電力系統(tǒng)故障中，大多數(shù)的故障是送電線路的故障。運行經驗表明，架空線路故障大都是一些瞬時性故障，如雷電引起的絕緣子表面閃絡，大風引起的碰線，鳥類或是樹枝等物體落在導線上引起的短路等，在線路被繼電保護迅速斷開以后，電弧立即熄滅，外界的物體也被電弧燒掉而消失。此時，如果把斷開的線路再合上，就能夠恢復正常供電。但是，如果故障是永久性的，如線路倒桿、斷線、絕緣子擊穿或損壞引起的故障，在線路被繼電保護迅速斷開以后，故障仍然存在，即使再合上電源，線路還要被繼電保護再次斷開，因而就不可能立即恢復供電了，必須待工作人員檢修后才可再次恢復供電。由于

36、送點線路具有以上性質，所以采用重合閘能夠大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)。此外，重合閘可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，提高傳輸容量，糾正由于斷路器本身的機構不良或誤動作而引起的跳閘。三相一次重合閘的跳、合閘方式為無論本線路發(fā)生何種類型的故障，繼電保護裝置均將三相斷路器跳開，重合閘啟動，經預先設置的延時發(fā)出重合閘脈沖，將三相短路器一起合上。若是瞬時性故障，因故障已經消失，重合成功，線路繼續(xù)運行；若是永久性故障，繼電保護再次動作跳開三相，并且不在重合。重合閘的啟動過程：當短路器由繼電保護動作跳閘或其他非手動原因而跳閘后，重合閘均應啟動。一般使用斷路器的輔助常開觸點或者用合閘位置繼電器的觸

37、點構成，在正常情況下，當斷路器由合閘位置變?yōu)樘l位置時，馬上發(fā)出啟動指令。重合閘的時間：啟動元件發(fā)出啟動指令后，時間元件開始記時，達到預定的演示后，發(fā)出一個短暫的合閘脈沖命令，這個延時就是重合閘時間，是可以整定的。一次重合閘脈沖：當延時時間到后，它馬上發(fā)出一個可以合閘脈沖命令，并且開始記時，準備重合閘的整組復歸，在復歸時間內即使再有重合閘時間元件發(fā)出命令，它也不再發(fā)出第二個合閘命令。它可保證在一次跳閘后有足夠的時間合上和再次跳開斷路器。自動重合閘與繼電保護的配合為了能盡量利用重合閘所提供的條件以加速切除故障，繼電保護與之配合時，一般采用重合閘前加速保護和重合閘后加速保護兩種方式，根據(jù)不同的線路

38、及其保護配置方式選用。1) 重合閘前加速保護重合閘前加速保護一般又簡稱為“前加速”。它是當任何一條線路上發(fā)生故障時，第一次都有保護瞬時無選擇性動作予以切除，重合閘以后保護第二次動作切除故障是由選擇性的。采用前加速保護會使斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多；重合與永久性故障時，故障切除的時間可能較長；若重合閘或斷路器拒絕合閘，則將擴大停電范圍，甚至在最末一級線路上故障時，都會使連接在這條線路上的所有用戶停電。2) 重合閘后加速保護重合閘后加速保護一般又簡稱為“后加速”。它是當任線路第一次故障時，保護有選擇性動作，然后進行重合。如果重合于永久故障，則在斷路器合閘后，再加速保護動作瞬時切除故障，而與第

39、一次動作是否帶有時限無關。它的優(yōu)點是第一次有選擇性切除故障，不會擴大停電范圍；保證永久性故障能瞬時切除，并仍然是有選擇性；與前加速相比，不受網絡結構和負荷條件的限制。綜上所述，基于本設計中的線路是簡單的單相線路，所以采用重合閘后加速保護。3.零序電流保護（1）零序電流段的整定原則：躲過本線路末端單相或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流3-17式中：可靠系數(shù)，可取；（2）零序電流II段整定原則：按與相鄰線路零序電流I段配合整定。3-18式中：為可靠系數(shù)，可取；分支系數(shù)；相鄰線路零序電流段整定值。靈敏度校驗：3-19式中：3I 線路末端接地短路時流過保護的最小零序電流； 保全線有靈敏系數(shù)的零序電

40、流定值對本線路末端金屬性接地故障的靈敏系數(shù)應滿足如下要求： a. 20km以下線路，不小于； b. 2050km的線路，不小于； c.50km以上線路，不小于。動作時限：因相間零序電流段保護定值與相鄰線路零序電流保護段配合，所以段動作時限比相鄰線路零序電流保護段的動作時限高出一個t即可，可取。靈敏度不夠時，按與相鄰線路段配合來整定。3-20式中：相鄰線路零序電流段整定值。動作時限：因相間零序電流段保護定值與相鄰線路零序電流保護段配合，所以段動作時限比相鄰線路零序電流保護段的動作時限高出一個t即可，可取。（3）零序電流保護的整定原則：按照躲開在下級線路出口處相間短路時出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定3

41、-21式中：靈敏度校驗：3-22式中：I 線路末端接地短路時流過保護的最小零序電流；被保護線路末段故障，保護的靈敏系數(shù)。 當線路長度為20km以下時，不小于； 當線路長度為2050km時，不小于； 當線路長度為50km以上時，不小于。動作時限：因相間零序電流段保護定值與相鄰線路零序電流保護段配合，所以段動作時限比相鄰線路零序電流保護段的動作時限高出一個t即可，可取。靈敏度不夠時，按與相鄰線路段配合來整定。3-23式中：，為分支系數(shù)。動作時限：因相間零序電流段保護定值與相鄰線路零序電流保護段配合，所以段動作時限比相鄰線路零序電流保護段的動作時限高出一個t即可，可取0.9s。4線路繼電保護仿真4.

42、1保護仿真軟件概述Matlab是MathWorks公司推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。Matlab 7. 0中包含有Simulink及功能強大的仿真電力系統(tǒng)(SimPowerSystems)模塊庫，它的功能非常強大，含有電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、電力傳輸?shù)入姽た茖W中常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型，建模只需點擊和拖拉即可完成。利用MATLAB進行繼電保護原理及裝置的計算機仿真是當今高校及科研機構學習研究新型保護裝置的重要手段之一。本文根據(jù)以上線路繼電保護基本原理思路，利用Matlab中的Simulink模塊搭建出簡單的一次供電系統(tǒng)，在這基礎上搭建線路繼電保護模塊，繼而設置電力系統(tǒng)故障

43、運行所搭建的模型，調試程序，達到保護按電流三段式原理和零序電流保護原理動作的目的，成功完成線路繼電保護仿真。仿真設計步驟第一步，利用Simulink中的SimPowerSystems工具箱構建一個簡單的單電源供電系統(tǒng)，并在Matlab環(huán)境中調試成功。第二步，根據(jù)線路三段式電流保護和自動重合閘保護原理構建線路繼電保護模塊，并結合前面搭建的供電系統(tǒng)進行調試。再與整定值進行配合，使保護能有選擇性的動作滿足實際要求。第三步，根據(jù)所學的電力系統(tǒng)基本知識和線路繼電保護知識，對仿真的結果（數(shù)據(jù)、圖像、波形等）進行分析，檢測實際仿真結果是否與理論知識一致，最后達到保護按實際情況有選擇性的快速切除故障。線路單相

44、自動重合閘電流保護仿真圖中以單側電源線路為例，在線路的不同段可分別設置故障發(fā)生器，并設置線路重合閘電流保護。所建仿真模型如圖4-1所示。圖4-1 線路單相自動重合閘電流保護模型該模型各個模塊參數(shù)設置如下：（只需雙擊模塊即可實現(xiàn)修改參數(shù)）1）“交流電壓源”模塊實際為一個單相電源模塊(AC Volatge Sourceblock)，通過設定該模塊的參數(shù)來模擬單電源系統(tǒng)。其參數(shù)如下表4-1所示。表4-1交流電壓源模塊參數(shù)表交流電壓源模塊參數(shù)單電源系統(tǒng)Peak amplitude (V)100Phase (deg)0Frequency(Hz)50Sample time0MeasurementsNone

45、2）斷路器模塊“breaker”參數(shù)如表42所示。表4-2斷路器模塊參數(shù)表斷路器模塊參數(shù)BreakBreakers resistance Ron(ohms)Initial state1Snubbers resistance Rs(ohms)1e6Snubbers capacitance Cs(F)infExternal control of switching timesMeasurementsBranch volatge and current3)線路模塊參數(shù)如表43所示表4-3 線路模塊參數(shù)表線路模塊參數(shù)Line 1 300 kmResistance(Ohms)1Inductance(H/

46、km)Capacitance(H/km)infSet the initinal capacitor volatgeCapacitor initinal volatge (V)0Set the initinal inductor currentInductor initinal current0MeasurementsNone4) 故障模塊參數(shù)如表4-4所示。表4-4故障模塊參數(shù)表故障模塊參數(shù)Three-phase FaultPhase A FaultPhase B FaultPhase C FaultFault resistances Ron (ohms)Ground FaultGround

47、resistances Rg(ohms)External control of fault timingInitinal status of fault0 0 1Snubbers resistances Rp (ohms)1e6Snubbers Capacitance Cp (ohms)infMeasurementsFault Voltages and currents5) 定時器模塊參數(shù)如表4-5 所示。表4-5定時器模塊參數(shù)表定時器模塊參數(shù)TimerTime (s)0 0.3Amplitude0 16) 繼電器模塊參數(shù)如表4-6所示。表4-6繼電器模塊參數(shù)表繼電器模塊參數(shù)RelaySwit

48、ch on point3Switch off point2Output when on1Output when off0Enable zero crossing detectionSample time (-1 for inherited)-17) 電流測量模塊如表4-7所示。表4-7電流測量模塊參數(shù)表電流測量模塊參數(shù)Current MeasurementOutput signalMagnitude.1“單相自動重合閘”電流保護模塊子系統(tǒng)（Subsystem）單相自動重合閘電流保護模型可以分為6個部分：（1）測量模塊，由萬用表（Multimeter）采集流過圖4-1中線路首端斷路器模塊的電流，

49、從而得到電流的采樣值。（2）保護模塊，模塊主要由傅立葉變換模塊（Fourier）、繼電器(Realy)、延遲模塊(Transport Delay,本例中設入延時值為0.05s),其主要功能是將經傅立葉變換后的零序電流幅值與定值相比較，一旦大于定值，才經延時輸出為“0”。（3）保護出口模塊，該模塊的主要功能是將保護模塊的動作行為保持，主要由非門(NOT)、加法器(SUM)和常數(shù)(constant)、使能子系統(tǒng)模塊(Enable Subsystem)構成。由于使能子系統(tǒng)模塊的特點是：使能端輸入正數(shù)或零時，子系統(tǒng)開啟；使能端輸入負數(shù)時，子系統(tǒng)關閉，模塊輸出端為初始值或保持前一狀態(tài)。而保護模塊中延遲模

50、塊的輸出為“1”或“0”，因此不能接在使能端上，否則會一直使保護出口模塊始終處于使能狀態(tài)，輸出為“1”。由圖4-1可見，如保護模塊中延遲模塊的輸出為“0”,則經非門再與常數(shù)-0.5相加后，可是保護出口模塊使能端輸出為“1”。保護出口模塊輸出為“0”。）組成。如保護模塊輸出為0，則經整定延時后，重合閘使能出口模塊輸出為“1”。（5）后加速模塊，主要功能是判斷斷路器重合后故障是否存在。如故障依然存在，則發(fā)出跳閘命令并不再重合；如故障解除，則保持合閘狀態(tài)。主要由非門(NOT)、加法器(SUM)和常數(shù)(constant)、使能子系統(tǒng)模塊(Enable Subsystem)等模塊構成。后加速模塊的邏輯功

51、能基本等同于保護模塊和保護出口模塊的功能合成，不同的是后加速模塊是在重合閘后啟動的，另外，該模塊要實現(xiàn)加速跳閘的功能，因此在本例中設定延時值為0.01s。（6）執(zhí)行模塊，將（2）、（3）、（4）部分的波形相加，最終形成正確的斷路器控制波形。注意在一個采樣點，還有子系統(tǒng)命名問題，不能重復。.2系統(tǒng)中的小模塊介紹1）基波傅立葉變換傅立葉模塊的作用是輸出各相電流的基波和幅值，從而輸入S-FUNCTION模塊中使運算中通過公式A+ jB = I*cosj + jI*sinj，把電流變換成復數(shù)形式進行運算。如圖4-3所示。圖4-2基波傅立葉變換2）繼電器模塊它的功能就跟實際的繼電器一樣，當輸入值大于預先

52、設置的定值時，輸出為“1”，即動作；當輸入值小于預先設置的定值時，繼電器返回，輸出為“0”。其參數(shù)設置如圖4-3所示。圖4-3 繼電器模塊參數(shù)設置圖3）延遲模塊它的功能就是將輸入信號延遲一個時間，這個時間可以根據(jù)時間情況來設置。其參數(shù)設置如圖4-4所示。圖4-4 延遲模塊參數(shù)設置圖4）非門模塊它的功能就是對輸入的信號值取反，輸入是“1”，輸出則為“0”； 輸入是“0”，輸出則為“1”。.3設置故障與仿真結果因為本仿真是對線路發(fā)生接地故障時，斷路器跳閘繼而再重合閘，所以就在線路的中點設置了一個接地故障，具體又分為永久性和瞬時性接地故障：1）永久性接地故障本設計設置的是線路在0.3s發(fā)生永久性接地

53、故障，在設置完仿真參數(shù)后，執(zhí)行仿真，仿真結果是：線路在0.3s之前是正常運行的有一個線路電流，在0.3s發(fā)生永久性接地故障，電路電流突然變大，在經過保護的0.05s延時后跳閘，經過0.1s延時后，重合閘動作，斷路器重合，又經過0.08s延時后，重合閘后加速，之后重合不成功，斷路器跳開，不在重合。仿真波形如下圖4-5所示：圖4-5永久性接地故障仿真波形圖2）瞬時性接地故障本設計設置的是線路在0.3s發(fā)生瞬時性接地故障，在設置完仿真參數(shù)后，執(zhí)行仿真，仿真結果是：線路在0.3s之前是正常運行的有一個線路電流，在0.3s發(fā)生永久性接地故障，電路電流突然變大，在經過保護的0.05s延時后跳閘，經過0.1

54、s延時后，重合閘動作，斷路器重合，又經過0.01s延時后，重合閘后加速，之后重合成功。仿真波形如下圖4-6所示：圖4-6 瞬時性接地故障仿真波形圖圖4-7 重合閘后加速模塊各信號波形圖線路三段式電流保護仿真 本設計是根據(jù)繼電保護中線路三段式電流保護的原理，模擬單側電源系統(tǒng)中，線路發(fā)生故障是保護的動作情況，并對其進行數(shù)字、波形仿真。這里當然涉及到了三段式電流的整定計算與各段保護之間的配合，如前所述。模型搭建起來之后，我們可以在線路的不同段可分別設置故障，仿真線路保護中電流速斷保護（段）、限時電流速斷保護(段)和定時限過電流保護(段)的動作情況。所建仿真模型如圖4-8所示。圖4-8 線路三段式電流

55、保護模型該模型各個模塊參數(shù)設置如下：（只需雙擊模塊即可實現(xiàn)修改參數(shù)）1）“交流電壓源”模塊實際為一個單相電源模塊(AC Volatge Source block)，通過設定該模塊的參數(shù)來模擬單電源系統(tǒng)。其參數(shù)如下表4-8所示。表4-8交流電壓源模塊參數(shù)表交流電壓源模塊參數(shù)單電源系統(tǒng)Peak amplitude (V)10e3Phase (deg)0Frequency(Hz)50Sample time0MeasurementsNone2）斷路器模塊“break”參數(shù)如表49所示。表4-9斷路器模塊參數(shù)斷路器模塊參數(shù)BreakBreakers resistance Ron(ohms)Initial state1Snubbers resistance Rs(ohms)1e6Snubbers capacitance Cs(F)infExternal control of switching timesMeasurementsBranch volatge and current3)線路模塊參數(shù)如表410所示表4-10線路模塊參數(shù)表線路模塊參數(shù)Line 0/1/2Resistance(Ohms)0.3/5/3.5Inductan