第7章MATLAB在微機繼電保護中的應(yīng)用實例

第7章MATLAB在微機繼電保護中的應(yīng)用實例7.1簡單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法

7.2微機繼電保護算法的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法

7.3輸電線路距離保護的建模與仿真

7.4Simulink在變壓器微機繼電保護中的應(yīng)用舉例

7.5輸電線路故障行波仿真舉例7.1簡單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法7.1.1減法濾波器(差分濾波器)簡介

7.1.2減法濾波器設(shè)計分析舉例7.1.1減法濾波器(差分濾波器)簡介圖7-1減法濾波器幅頻特性圖7-2濾波器的幅頻特性圖7-3濾波效果的仿真波形7.2微機繼電保護算法的MATLAB輔助設(shè)計和分析方法7.2.1基于正弦函數(shù)模型的微機繼電保護算法

7.2.2全波傅里葉算法7.2.1基于正弦函數(shù)模型的微機繼電保護算法1.兩點乘積算法簡介

2.兩點乘積法計算舉例1.兩點乘積算法簡介圖7-4兩點乘積算法采樣示意圖圖7-?5例7-2電路圖圖7-6利用兩點乘積法計算得到的輸入信號有效值、相位差及電路的電阻、電抗7.2.2全波傅里葉算法1.全波傅里葉算法簡介

2.全波傅里葉算法的頻率特性分析

3.利用全波傅里葉算法計算信號幅值的算例1.全波傅里葉算法簡介圖7-7在不同初相角情況下全波傅里葉算法的幅頻特性圖7-8利用全波傅里葉算法計算輸入信號的幅值圖形7.3輸電線路距離保護的建模與仿真7.3.1方向阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型

7.3.2方向阻抗繼電器的仿真模型

7.3.3仿真結(jié)果7.3.1方向阻抗繼電器的數(shù)學(xué)模型1)用幅值比較方式分析圖7-9a，繼電器能夠起動(即測量阻抗ZJ位于圓內(nèi))的條件是

2)用相位比較方式分析圖7-9b，當(dāng)ZJ位于圓周上時，阻抗ZJ與(ZJ-Zset)之間的相位差為θ=90°；當(dāng)ZJ位于圓內(nèi)時，θ＞90°；當(dāng)ZJ位于圓外時，θ＜90°。

1)繼電器的測量阻抗正比于短路點到保護安裝地點之間的距離。

2)繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護范圍不隨故障類型而變化。圖7-9方向阻抗繼電器的特性

a)幅值比較方式分析b)相位比較方式分析表7-1阻抗繼電器采用不同接線方式時，接入的電壓和電流關(guān)系7.3.2方向阻抗繼電器的仿真模型1.電力系統(tǒng)Simulink仿真模型

2.“0°接線”的方向阻抗繼電器模塊構(gòu)造

3.“相電壓和具有K30補償?shù)南嚯娏鹘泳€”的方向阻抗繼電器模塊構(gòu)造圖7-10方向阻抗繼電器仿真所用的電力系統(tǒng)接線圖7-11電力系統(tǒng)Simulink仿真模型圖7-12電源EM的參數(shù)設(shè)置圖7-13輸電線路的參數(shù)設(shè)置圖7-14三相電壓電流測量模塊UM的參數(shù)設(shè)置圖7-15采用“0°接線”的方向阻抗繼電器模塊圖7-16子系統(tǒng)“U_convert”的組成圖7-17設(shè)置整定阻抗界面圖7-18“0°接線”用相位比較方式構(gòu)成方向阻抗繼電器的模塊圖7-19采用“相電壓和具有K3補償?shù)南嚯娏鹘泳€”的方向阻抗繼電器模塊圖7-20繼電器模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表7-2采用“0°接線”時的仿真計算結(jié)果表故障類型過渡電阻正方向出口故障近保護范圍末端故障保護范圍外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相三相短路0-177．8-177．8-177．8-178．2-178．2-178．2-2-2-210-95．17-95．17-95．17-23．6-23．6-23．6-0．1-0．1-0．120-86．9-86．9-86．9-3．8-3．8-3．811．811．811．8AB相短路0-177．886．3-60．9-178．267．711．3-264．115．210-95．17121．1-28．8-23．663．116．1053．521．720-86．9129．3-12．35-3．853．921．211．844．926．9表7-2采用“0°接線”時的仿真計算結(jié)果表A相接地0121．338．8-104．860．738．822．557．833．82010175．638．8-64．251．238．819．942．233．82020-165．738．8-40．642．738．821．436．133．824．6表7-3采用“相電壓和具有K3補償?shù)南嚯娏鹘泳€”時的仿真計算結(jié)果表故障類型過渡電阻正方向出口故障近保護范圍末端故障保護范圍外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相三相短路0-177．9-177．9-177．9-178．9-178．9-178．9-1．0-1．0-1．010-97．8-97．8-97．8-28．9-28．9-28．9-8．9-8．9-8．920-88．7-88．7-88．7-10．0-10．0-10．03．13．13．1表7-3采用“相電壓和具有K3補償?shù)南嚯娏鹘泳€”時的仿真計算結(jié)果表故障類型過渡電阻正方向出口故障近保護范圍末端故障保護范圍外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相AB相短路0-91．277．735．0-19．3100．235．0-8．689．635．910-66．516235．1-9．285．835．00．343．63520-50．7-158．135．10．337．535．09．222．835．1A相接地0-174．6-35．050．1-148．324．546．2-8．4730．142．310-98．1-7．267．6-37．027．347．2-1232．741．820-92．17．274．4-18．73046．7-0．734．540．37.4Simulink在變壓器微機繼電保護中的應(yīng)用舉例7.4.1變壓器仿真模型構(gòu)建

7.4.2變壓器空載合閘時勵磁涌流的仿真

7.4.3變壓器保護區(qū)內(nèi)、外故障時比率制動的仿真

7.4.4變壓器繞組內(nèi)部故障的簡單仿真圖7-21具有雙側(cè)電源的雙繞組變壓器電力系統(tǒng)圖7-22圖7-23電源EM的參數(shù)設(shè)置圖7-24變壓器T的參數(shù)設(shè)置圖7-25UM模塊的參數(shù)設(shè)置7.4.2變壓器空載合閘時勵磁涌流的仿真1)包含很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側(cè)。

2)包含大量的高次諧波。

3)波形之間出現(xiàn)間斷。圖7-26示波器模塊圖7-27示波器模塊的參數(shù)設(shè)置圖7-28空載合閘后的三相勵磁涌流的波形圖7-29利用Powergui模塊中的FFTAnalysis對勵磁涌流波形進行諧波分析界面圖7-30空載合閘時的勵磁涌流與短路電流的比較圖表7-4不同合閘初相角下空載合閘時勵磁涌流諧波分析表合閘初相角α0°30°60°90°勵磁涌流（%）A相B相C相A相B相C相A相B相C相A相B相C相直流（DC）58．612010755．311．954．352．752．062．37．354．455．3基波（Fund）100100100100100100100100100100100100表7-4不同合閘初相角下空載合閘時勵磁涌流諧波分析表二次諧波（h2）59．31130．675．857．376．284．583．343．755．975．775．6三次諧波（h3）22．25．7347．834．748．663．963．86．728．847．847．4四次諧波（h4）5．21．04．724．152．52441．943．228．653．723．323．5表7-4不同合閘初相角下空載合閘時勵磁涌流諧波分析表五次諧波（h5）32．91．88．034．67．022．924．324．231．76．77．5THD63．712．83193．291．893．811611657．988．592．892．6合閘初相角α120°150°180°210°勵磁涌流(%)A相B相C相A相B相C相A相B相C相A相B相C相直流（DC）52．062．552．754．555．410．162．452．851．955．518．554．4表7-4不同合閘初相角下空載合閘時勵磁涌流諧波分析表基波（Fund）100100100100100100100100100100100100二次諧波（h2）83．143．384．375．575．258．243．283．983．074．764．175．6三次諧波（h3）63．46．963．447．446．733．27．262．863．446．043．947．4四次諧波（h4）42．528．241．122．722．955．128．040．442．722．757．922．7表7-4不同合閘初相角下空載合閘時勵磁涌流諧波分析表五次諧波（h5）23．523．322．26．37．233．523．021．33．87．340．56．0THD115．257．2115．392．291．792．956．9114．4115．390．9105．592．3圖7-31變壓器采用“D11”接線方式時的空載合閘勵磁涌流7.4.3變壓器保護區(qū)內(nèi)、外故障時比率制動的仿真圖7-32變壓器保護區(qū)內(nèi)、外故障仿真時增加的運算及示波器模塊圖7-33變壓器保護區(qū)內(nèi)故障時的電流波形圖圖7-34變壓器保護區(qū)外故障時的電流波形圖圖7-35圖7-36變壓器繞組50%處發(fā)生兩相短路故障時的電流波形7.5輸電線路故障行波仿真舉例7.5.1行波的基本概念

7.5.2輸電線路故障行波仿真模型的構(gòu)建

7.5.3輸電線路故障行波的提取

7.5.4仿真結(jié)果圖7-37利用疊加原理分析故障產(chǎn)生的行波圖7-38圖7-39電源E1的參數(shù)設(shè)置圖7-40輸電線路line1的參數(shù)設(shè)置圖7-41“ToFile”模塊的參數(shù)設(shè)置7.5.3輸電線路故障行波的提取1)提取三相電壓和三相電流的暫態(tài)