基于MATLAB的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)仿真研究

基于MATLAB的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)的解析以及創(chuàng)設(shè)，筆者以電力體系的繼電保護(hù)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(hù)、變壓器縱差保護(hù)等仿真案例的達(dá)成模式。在參考這部分仿真案例的同時(shí)，對(duì)仿真成果實(shí)施了深度剖析。

關(guān)鍵詞：MATLAB；電力體系；繼電保護(hù)；仿真研究

為了能夠獲得高特性的繼電保護(hù)商品，通常要完成繼電保護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)，以往的繼電保護(hù)試驗(yàn)多應(yīng)用實(shí)體的物理模型，試驗(yàn)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(hù)數(shù)字仿真是運(yùn)用電腦軟件模擬電力體系故障產(chǎn)生后電氣量的波動(dòng)特性，模擬繼電保護(hù)設(shè)備的處置以及動(dòng)作的流程，有著穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、能夠反復(fù)試驗(yàn)、脫離環(huán)境約束、研發(fā)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。透過(guò)對(duì)各類相異的繼電保護(hù)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的故障并第一時(shí)間處理。而MATLAB為核心的電力體系繼電保護(hù)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(jí)別是220千伏，見(jiàn)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(jī)電機(jī)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(duì)地電容是13.41×10-9F/km。電荷1的電壓達(dá)到220千伏；有功負(fù)荷達(dá)到220×106/250W；無(wú)功負(fù)荷達(dá)到200W；負(fù)荷3顯示電壓值是220千伏；有功負(fù)荷達(dá)到220×106/250W；無(wú)功負(fù)荷達(dá)到200W；負(fù)荷四電壓值達(dá)到13.8千伏；有功負(fù)荷達(dá)到220×106/250W；沒(méi)有無(wú)功負(fù)荷。

在設(shè)計(jì)故障體系MATLAB仿真模型的過(guò)程中，透過(guò)故障模塊能夠設(shè)計(jì)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(jì)三相短路零件數(shù)據(jù)是A相接地短路，讓仿真系統(tǒng)運(yùn)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(duì)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(wú)，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(wèn)題。三相電壓流入后系統(tǒng)趨于平穩(wěn)，并回到三相對(duì)稱運(yùn)轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)。

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

二、零序電流保護(hù)仿真

Simulink以及PSB模塊庫(kù)能夠設(shè)計(jì)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(hù)以及單相重合閘為核心的仿真模型，透過(guò)這類模型能夠便利的對(duì)各類接地電阻和電弧作用下的故障實(shí)施解析，并模仿電力設(shè)備動(dòng)作。筆者在此闡述單相接地短路故障，把故障模塊設(shè)計(jì)成A相接地短路，其仿真圖見(jiàn)下圖：

上圖顯示：在0.03秒的時(shí)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(dòng)，電壓不穩(wěn)定，繼電設(shè)備動(dòng)作后0.05秒保護(hù)端口跳閘，跳閘時(shí)間達(dá)到0.3秒的時(shí)候自行重合閘。因此，故障依然沒(méi)有消除，保護(hù)僅用時(shí)0.01秒就下達(dá)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(hù)仿真

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

通過(guò)仿真設(shè)計(jì)，三相電源端的電壓達(dá)到735千伏，頻率達(dá)到50赫茲；低壓端電壓達(dá)到315千伏，頻率達(dá)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(hù)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(jì)故障零件是A、B、C三相短路，短路點(diǎn)布置于靠里的方位，模擬變壓器縱差保護(hù)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(jiǎn)圖，見(jiàn)下圖：

上圖顯示：在0-0.03秒的時(shí)間段內(nèi)，電路能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，三相電流和電壓對(duì)應(yīng)。在0.03秒的時(shí)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(duì)應(yīng)，表示三相短路是對(duì)稱短路。在0.13秒的時(shí)間段內(nèi)，變壓器縱差保護(hù)動(dòng)作，排除問(wèn)題，電壓是電源電壓，電流值趨近于無(wú)。

四、事例闡述

（一）實(shí)驗(yàn)情況

電力體系位于一條長(zhǎng)為33.6千米的電路開(kāi)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(jiàn)，僅進(jìn)行距離保護(hù)。透過(guò)電腦模擬暫態(tài)運(yùn)算參數(shù)，將參數(shù)傳遞給功率放大設(shè)備，以測(cè)試設(shè)備的“波形回放”技術(shù)重演故障產(chǎn)生過(guò)程。

（二）實(shí)驗(yàn)成果

21ms保護(hù)動(dòng)作跳出故障相；1055ms時(shí)，重合閘解決重合故障。

（三）實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

保護(hù)動(dòng)作無(wú)失誤；參數(shù)波形較準(zhǔn)確；打印的匯報(bào)與原始設(shè)置統(tǒng)一；表示測(cè)驗(yàn)參數(shù)是準(zhǔn)確的。

運(yùn)用暫態(tài)仿真來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判別，能夠查驗(yàn)保護(hù)動(dòng)作的可靠性及保護(hù)間的協(xié)調(diào)是否到位。

結(jié)束語(yǔ)：

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(qiáng)大的工具箱，能夠在電力體系的仿真過(guò)程中，得心應(yīng)手地使用各類繁雜的管控模式?；贛ATLAB的電力體系繼電保護(hù)仿真技術(shù)是未來(lái)電力仿真領(lǐng)域的發(fā)展潮流。

參考文獻(xiàn)

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