2021年基于MATLAB的微機(jī)保護(hù)算法仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)范文

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文) 題 目基于matlab的微機(jī)保護(hù)算法仿真 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化班 指導(dǎo)教師基于matlab的微機(jī)保護(hù)算法仿真 摘 要 基于matlab軟件，運(yùn)用simulink工具完成一種繼電保護(hù)微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。主要基于兩點(diǎn)法、突變量算法、對(duì)稱分量選相法等傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)算法，搭建matlab的仿真模型，根據(jù)采集的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的繼電保護(hù)功能。本文對(duì)matlab軟件如何應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)做了詳細(xì)說(shuō)明，并運(yùn)用matlab的動(dòng)態(tài)仿真工具對(duì)電力系統(tǒng)中的故障以及微機(jī)保護(hù)的算法進(jìn)行了仿真分析，說(shuō)明了matlab在微機(jī)繼電保護(hù)

2、中應(yīng)用的可行性。同時(shí)本文對(duì)工程中常用微機(jī)保護(hù)算法進(jìn)行了原理層面的分析，并運(yùn)用模型對(duì)各種算法的性能進(jìn)行了仿真和研究，有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞matlab；微機(jī)保護(hù)；算法；采樣數(shù)據(jù) microcomputer protection algorithm based on matlab simulation abstract based on matlab software, using simulink tools perform one computer protection relay data acquisition and processing systems. mainly based

3、on two-point method, the amount of mutation algorithms, symmetric phase selector and other traditional computer protection algorithms to build matlab simulation model, based on the amount of collected samples of the input electrical data analysis, calculation and judgment, in order to achieve the co

4、rresponding relay protection. in this paper, matlab software how to apply a detailed description of computer protection, and the use of matlab dynamic simulation tool for power system failures and computer protection algorithms for the simulation analysis, illustrates the application of matlab in th

5、e feasibility of relay protection . this paper also commonly used in engineering computer protection algorithms theory level of analysis, and the use of models for the performance of various algorithms and simulation studies, there is a very important practical significance. keywordsmatlab；microcomp

6、uter protection；algorithm; sampling data 目 錄 第1章 引言 1 第2章 微機(jī)保護(hù)的基本理論知識(shí) 4 1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 4 2 微機(jī)保護(hù)的算法 6 1 兩點(diǎn)乘積法 6 3 對(duì)稱分量選相法 9 第3章 設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容 13 1 典型電力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 1 輸電線路型號(hào)及長(zhǎng)度選擇 13 2 電源和變壓器型號(hào)選擇 14 3 變壓器具體參數(shù)計(jì)算 14 2 微機(jī)保護(hù)部分設(shè)計(jì) 16 1 兩點(diǎn)法作為保護(hù)算法 17 2 突作量電流算法作為保護(hù)算法 19 3 對(duì)稱分量選相法作為保護(hù)算法 19 第4章 結(jié)果分析與討論 21 致 謝 25 參考文獻(xiàn) 26 第1章 引言

7、微機(jī)保護(hù)是用微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的繼電保護(hù)，是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展方向，它具有高可靠性，高選擇性，高靈敏度，微機(jī)保護(hù)裝置硬件包括微處理器(單片機(jī))為核心，配以輸入、輸出通道，人機(jī)接口和通訊接口等。由于有計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)在各行各業(yè)中廣泛而深入的應(yīng)用給工程技術(shù)帶來(lái)了深刻的影響。工程師們對(duì)其在電力系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在線應(yīng)用的技術(shù)性的革命。毋庸置疑，微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用與推廣早已成為繼電保護(hù)的發(fā)展方向。早在上個(gè)世紀(jì)6年代末，就有人提出了用計(jì)算機(jī)構(gòu)成繼電保護(hù)裝置，當(dāng)時(shí)的研究主要是以小型計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，目的在于用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)來(lái)完成多個(gè)電氣設(shè)備乃至整個(gè)變電所的保護(hù)功能，這一嘗試為計(jì)算機(jī)保護(hù)算

8、法和軟件的研究的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，在繼電保護(hù)領(lǐng)域具有非常重要的歷史意義。到了2世紀(jì)7年代，大量關(guān)于微機(jī)保護(hù)算法及保護(hù)構(gòu)成的論文相繼發(fā)表，與此同時(shí)，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)由微處理器的問(wèn)世和其成本的逐年降低，計(jì)算機(jī)保護(hù)開(kāi)始進(jìn)入到實(shí)用階段，走進(jìn)了一些工廠和企業(yè)，一批性能較強(qiáng)的微機(jī)開(kāi)始相繼問(wèn)世，并快速發(fā)展形成產(chǎn)品系列。拿日本來(lái)說(shuō)，1977年，日本率先投入了一套以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的控制與繼電保護(hù)裝置，1987年，日本繼電保護(hù)設(shè)備的總產(chǎn)值中已有7%是微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品。我國(guó)的微機(jī)保護(hù)1的研究始于1979年，可以算得上是后起之秀。目前為止，國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)的微機(jī)型線路保護(hù)和主設(shè)備保護(hù)已達(dá)數(shù)千套，在輸電線

9、路保護(hù)、元件保護(hù)、變電所綜合自動(dòng)化、故障錄波和故障測(cè)距等領(lǐng)域，微機(jī)繼電保護(hù)都取得了引人矚目的成果，具有高可靠性、高抗干擾水平和網(wǎng)絡(luò)通信能力的第三代微機(jī)繼電保護(hù)裝置已經(jīng)在電力系統(tǒng)中投入使用，我國(guó)微機(jī)繼電保護(hù)的研究和制造水平都已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平。目前，我國(guó)電力行業(yè)的資產(chǎn)規(guī)模已超過(guò)2萬(wàn)多億，占整個(gè)國(guó)有資產(chǎn)總量的四分之一，電力生產(chǎn)直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。電力系統(tǒng)的不斷更新和發(fā)展，對(duì)微機(jī)保護(hù)不斷提出新的更高的要求。同時(shí)電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展，為微機(jī)保護(hù)的發(fā)展提供了源源不斷的動(dòng)力。但是電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大是一把雙刃劍，它在方便了用戶的同時(shí)，也給電力工程師們提出了一個(gè)新的難題這樣一個(gè)

10、復(fù)雜的、高維數(shù)的系統(tǒng)，上哪里去尋找一個(gè)能夠很好的模擬這個(gè)龐然大物的工具呢？matlab的出現(xiàn)解決了工程師們的問(wèn)題。matlab軟件中文名為矩陣實(shí)驗(yàn)室，它被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。尤其是它擁有的simulink為工程師們提供了動(dòng)態(tài)建模、仿真和分析的集成環(huán)境。simulink是matlab軟件的功能擴(kuò)展和特色的體現(xiàn)，是搭建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型和進(jìn)行仿真的軟件包。因?yàn)樗脑S多功能是基于matlab的軟件平臺(tái)的，所以有人把它稱作是matlab的一個(gè)工具箱。運(yùn)用它可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建模和仿真的環(huán)境集成，并且可以根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)和使用要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改和優(yōu)化，從而提高了系統(tǒng)的工作性能，從而達(dá)到了高效開(kāi)發(fā)的目的。微機(jī)保護(hù)

11、是不是像傳說(shuō)中的那么神乎其神呢？是騾子是馬，就需要用matlab來(lái)對(duì)保護(hù)的性能和指標(biāo)做出評(píng)判。本設(shè)計(jì)的目的便是利用matlab軟件來(lái)建立一個(gè)較為復(fù)雜的電力系統(tǒng)模型，它包括發(fā)電、輸電、變電、配電等各個(gè)電力系統(tǒng)的環(huán)節(jié)。輸電線路的電壓等級(jí)包含了:22kv、11kv、35kv、6kv，各個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路采用了不同的保護(hù)方式。對(duì)于22kv電壓等級(jí)的線路，由于電流保護(hù)和距離保護(hù)只適用于被保護(hù)元件一側(cè)的電氣量所構(gòu)成的判據(jù)，所以當(dāng)故障發(fā)生在本線路末端或是相鄰線路的始端時(shí)，這兩類保護(hù)就不能進(jìn)行快速地加以區(qū)分，從而只能采取階段式的配合關(guān)系來(lái)選擇性的切除故障。結(jié)果是當(dāng)線路末端發(fā)生故障時(shí)，需要段延時(shí)來(lái)切除故障，這

12、樣的延時(shí)在22kv及以上電壓等級(jí)的輸電線路中是無(wú)法滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)繼電保護(hù)快速性的要求的。工程師們經(jīng)過(guò)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果同時(shí)利用線路兩側(cè)的電氣量就可以快速而又可靠地區(qū)分發(fā)生在線路內(nèi)的短路故障和外部短路故障，從而達(dá)到了快速、有選擇地切除線路任一點(diǎn)故障的目的。為了達(dá)到這一目的，需要快速地把線路這一側(cè)的電氣量的信息傳到相對(duì)那側(cè)去，安裝于線路兩側(cè)的保護(hù)在收到信息后將會(huì)對(duì)線路兩側(cè)的電氣量進(jìn)行比較和分析，聯(lián)合進(jìn)行動(dòng)作，這樣的保護(hù)方式便是縱聯(lián)保護(hù)。本設(shè)計(jì)中電壓等級(jí)22kv的線路采用縱聯(lián)保護(hù)的方式。電流和電壓保護(hù)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠的特點(diǎn)，在35kv及以下電壓等級(jí)中廣泛應(yīng)用。但其保護(hù)范圍及靈敏度隨著運(yùn)行方式

13、的變化而劇烈變化，因此對(duì)電壓等級(jí)更高的電網(wǎng)是不適用的。為了滿足更高電壓等級(jí)的線路能夠快速、有選擇的切除故障的要求，需要尋求一種性能更完善的保護(hù)方式距離保護(hù)。短路故障發(fā)生時(shí)，電壓、電流將同時(shí)發(fā)生變化，測(cè)出電壓與電流的比值，這個(gè)比值能夠很好的反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，當(dāng)短路點(diǎn)距離小于整定值得時(shí)候保護(hù)就動(dòng)作。因此，本設(shè)計(jì)中11kv的輸電線路采用距離保護(hù)的方式。本設(shè)計(jì)6kv線路采用電流保護(hù)，保護(hù)算法采用兩點(diǎn)法。電流速斷保護(hù)按被保護(hù)設(shè)備的短路電流整定，一旦短路電流超過(guò)整定值，保護(hù)裝置立即動(dòng)作，斷路器跳閘，一般電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限，無(wú)法保護(hù)線路全長(zhǎng)(目的是避免失去選擇性)，因此這種保護(hù)存在保護(hù)的死區(qū)為了

14、克服這個(gè)缺陷從而保護(hù)線路全長(zhǎng)，經(jīng)常采用帶有時(shí)限的電流速斷保護(hù)。它的保護(hù)范圍不僅包括線路全長(zhǎng)，而且深入到相鄰線路的無(wú)時(shí)限保護(hù)的那一部分，其動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路的無(wú)時(shí)限保護(hù)大一個(gè)級(jí)差保護(hù)算法采用兩點(diǎn)法。本設(shè)計(jì)采用微機(jī)保護(hù)中的三個(gè)常用算法兩點(diǎn)法、突變量算法、對(duì)稱分量選相法來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。根據(jù)本設(shè)計(jì)中這三種算法在保護(hù)中的實(shí)現(xiàn)情況來(lái)看，保護(hù)的的動(dòng)作是快速有效又具有良好選擇性的。第2章 微機(jī)保護(hù)的基本理論知識(shí) 1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 定義微機(jī)保護(hù)是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)成的繼電保護(hù)，是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的優(yōu)先發(fā)展方向(現(xiàn)已基本實(shí)現(xiàn)，仍然在不斷發(fā)展之中)，它具有高可靠性，高選擇性，高靈敏度。1 微機(jī)保護(hù)的應(yīng)

15、用及發(fā)展總述 四十多年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)也進(jìn)入了快車(chē)道，其應(yīng)用廣泛，深刻影響著科技生產(chǎn)和人類的日常生活等各個(gè)方面。有關(guān)計(jì)算機(jī)保護(hù)，即計(jì)算機(jī)技術(shù)如何應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，是工程師們面臨的一個(gè)重要課題。我國(guó)在微機(jī)保護(hù)方面可以說(shuō)是后起之秀，1984年第一套以689(cpu)為基礎(chǔ)的距離保護(hù)樣機(jī)投入試運(yùn)行。進(jìn)入9年代，陸續(xù)推出了一批成熟的微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。目前我國(guó)在此方面已取得了不俗成就，相信未來(lái)微機(jī)保護(hù)會(huì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生成生活中發(fā)揮更重要的作用。2 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成包括硬件和軟件兩方面，硬件包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、cpu主系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)

16、、外圍設(shè)備等。軟件包括初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊、自檢模塊等等。3 微機(jī)保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn) 微機(jī)保護(hù)之所以能夠廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)樗幸韵聝?yōu)點(diǎn) 從微機(jī)保護(hù)中可以獲得其他附加功能 微機(jī)保護(hù)比普通保護(hù)更加靈活，使動(dòng)作更加迅速 微機(jī)保護(hù)具有比常規(guī)保護(hù)更高的可靠 微機(jī)保護(hù)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)軟硬件進(jìn)行自我檢測(cè)，綜合分析、判斷能力非常強(qiáng)大。它可以在檢測(cè)出硬件故障的同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并且迅速地閉鎖跳閘出口回路。軟件的自檢功能可以對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)，可以自動(dòng)識(shí)別和排除干擾。一句話來(lái)說(shuō)，微機(jī)保護(hù)的可靠性要比傳統(tǒng)的保護(hù)大大提高了。4 微機(jī)保護(hù)的硬件框圖2 微機(jī)保護(hù)的硬件框圖如圖2-1所示。數(shù)據(jù)采

17、集系統(tǒng) 微機(jī)主系統(tǒng) 串行通信 輸入/輸出系統(tǒng) 來(lái)自電流互感器電壓互感器 圖2-1 微機(jī)保護(hù)硬件框圖 一電壓形成回路 微機(jī)保護(hù)要實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能，需要得到來(lái)自被保護(hù)線路和設(shè)備電流互感器、電壓互感器上傳來(lái)的信息，但不幸的是直接從這些互感器取得的二次數(shù)值、輸入范圍不適用于常用的微機(jī)保護(hù)電路，因此這些信息需要加以降低和變換。在微機(jī)保護(hù)中，通常要求輸入的電壓信號(hào)為v或v，具體需要有模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，電壓變換時(shí)采用小型中間變壓器。當(dāng)涉及電流變換時(shí)，普遍存在著兩種方式，一種采用小型中間變流器，其二次側(cè)需要并聯(lián)電阻從而取得所需要的電壓，另一種采用了電抗變壓器。這些變換器不僅有上述功能，還能起到屏蔽和隔

18、離的作用，從而大大提高了保護(hù)的可靠性。二采樣保持電路與模擬低通濾波器3 采樣保持器(s/h) 采樣就是把連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行離散化，過(guò)程如圖2-2所示。圖2-2 信號(hào)采樣圖 模擬低通濾波器(alf) 根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣信號(hào)的頻率必須大于(為被采樣信號(hào)的頻率)。對(duì)于微機(jī)保護(hù)，故障發(fā)生瞬間，電壓、電流可能含有高頻分量，采樣前需要用低通濾波器將這些高頻分量濾除掉，從而降低，防止了發(fā)生混疊。微機(jī)保護(hù)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在向cpu輸入數(shù)據(jù)，cpu需要對(duì)采樣值做必須的操作和運(yùn)算，而這一過(guò)程必須要在兩個(gè)相鄰采樣間隔時(shí)間內(nèi)完成。否則cpu就無(wú)法正常工作。一旦采樣頻率過(guò)低，就不能如實(shí)地反映

19、被采樣信號(hào)的情況。三多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(mux) 又稱多路轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際采集系統(tǒng)中，需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)可能有十幾路，采用mux來(lái)輪流切換被測(cè)量和a/d轉(zhuǎn)換電路通路，從而可以達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換目的。在一般情況下，來(lái)自各個(gè)通道的模擬電壓是在同一時(shí)刻進(jìn)行采樣并且保持的，在此期間，各路被采樣的電壓一一取出再進(jìn)行轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。四模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部件，它肩負(fù)著將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的任務(wù)，從而方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。a/d轉(zhuǎn)換器包括逐位比較型、積分型和計(jì)數(shù)型等等。2 微機(jī)保護(hù)的算法 算法的定義微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)從模數(shù)轉(zhuǎn)換器而來(lái)的輸入電氣量的

20、采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷，從而實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法稱為算法4。算法分類(1)直接對(duì)采樣值進(jìn)行某種運(yùn)算，求出被測(cè)信號(hào)的實(shí)際值然后再與定值比較。(2)根據(jù)繼電器的動(dòng)作方程，將采樣值或由它們計(jì)算出的中間變量代入動(dòng)作方程，轉(zhuǎn)換為運(yùn)算式的判斷。算法所研究的主要問(wèn)題(1)算法的計(jì)算精度關(guān)系到保護(hù)能否做出正確判斷；(2)算法所用的速度關(guān)系到保護(hù)動(dòng)作速度的快慢。1 兩點(diǎn)乘積法 設(shè)和分別為兩個(gè)電氣角度相隔為的采樣時(shí)刻和的采樣值(注意比超前) 即(2-1) 則(2-2) (2-3) 式中是采樣時(shí)刻電流的相角，為任意值。根據(jù)(2-2)、(2-3)，有 (2-4) (2-5) 結(jié)論只要知道相隔電氣角的任意兩

21、個(gè)瞬時(shí)值，就可以計(jì)算出該正弦量的有效值和相位。同理，對(duì)電壓，有 (2-6) (2-7) (2-8) 式中，是采樣時(shí)刻電壓的相角。2 突變量電流算法5 圖2-3 短路分解圖 如圖2-3所示，對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變的線性系統(tǒng)，利用疊加原理可以將短路故障分解為以上兩個(gè)部分。圖中，為時(shí)刻的測(cè)量電流，為時(shí)刻的故障電流，為時(shí)刻的負(fù)荷電流。根據(jù)疊加定理，有 圖2-4 故障電流變化圖 (2-9) 對(duì)于正弦信號(hào)，時(shí)間上間隔整周的兩個(gè)瞬時(shí)值，其大小相等，則 (2-1) 易知，非故障階段時(shí)刻的測(cè)量電流 (2-11) 時(shí)刻故障電流等于時(shí)刻測(cè)量電流與故障前時(shí)刻測(cè)量電之差 轉(zhuǎn)化為采樣值計(jì)算公式 (2-12) 其中 故障分量在采

22、樣時(shí)刻的計(jì)算值；在時(shí)刻的測(cè)量電流采樣值；時(shí)刻之前一周期的電流采樣值(為一周期的采樣點(diǎn)數(shù)) 如圖2-4所示，根據(jù)上述分析和推導(dǎo)可知(1)當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)；(2)當(dāng)系統(tǒng)剛發(fā)生故障的一周內(nèi)，算出的是純故障分量；(3)綜合考慮短路和短路器斷開(kāi)兩種情況，不再稱為“故障分量”，而稱為“突變分量”。3 對(duì)稱分量選相法 對(duì)稱分量選項(xiàng)法6原理先判別是否存在零序電流，排除三相短路和兩相相間短路；再用和進(jìn)行比較，找出單相接地與兩相接地短路的區(qū)別。只有單相接地短路和兩相接地短路才同時(shí)出現(xiàn)零序和負(fù)序分量，而三相短路和兩相相間短路均不出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的零序電流。(1)單相接地短路 如圖2-5所示，為單相接地短路復(fù)合序網(wǎng)，零序、負(fù)

23、序向量關(guān)系圖 圖2-5 零序、負(fù)序向量關(guān)系圖 保護(hù)安裝地點(diǎn)(2-13) (考慮量，) 保護(hù)安裝點(diǎn)負(fù)序電流分配系數(shù)；保護(hù)安裝點(diǎn)零序電流分配系數(shù)；、保護(hù)安裝點(diǎn)的零序、負(fù)序電流；、故障支路零序、負(fù)序 對(duì)于保護(hù)安裝處 a相接地時(shí)， ( 考慮裕量，) b相接地時(shí)， 和 ( 考慮裕量，) c相接地時(shí)， 和 ( 考慮裕量，) （2） 兩相接地短路7(是過(guò)度電阻) 兩相接地短路復(fù)合序網(wǎng)，零序、負(fù)序之間向量關(guān)系如圖2-6，圖2-7所示 圖2-6 兩相接地復(fù)合序網(wǎng)圖 圖2-7 b、c兩相接地時(shí)的零序、負(fù)序向量關(guān)系圖 由圖可知， (2-14) (2-15) 因此，短路點(diǎn) (2-16) ；對(duì)保護(hù)安裝處 ab相短路接地

24、( 考慮裕量，) bc相間短路接地( 考慮裕量，) ca相間短路接地( 考慮裕量，) (3)選相方法8 考慮裕度(即對(duì)稱分量分配系數(shù)的角度差),實(shí)際應(yīng)用的對(duì)稱分量選相區(qū)域如圖2-8 所示。圖2-8 實(shí)用對(duì)稱分量選項(xiàng)區(qū)域圖 對(duì)于同一個(gè)相位區(qū)域內(nèi)的單相接地和兩相接地，可以用阻抗來(lái)認(rèn)定。以這個(gè)例子來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)，可以用阻抗法來(lái)進(jìn)行區(qū)分到底是單相接地還是兩相接地，若是a相接地短路(an)，兩相間的阻抗基本是負(fù)荷阻抗，它的值較高，測(cè)量阻抗應(yīng)該在段阻抗以外；若是bc兩相接地短路(bcn)，那么bc兩相之間的測(cè)量阻抗應(yīng)該在段阻抗以內(nèi)。如何區(qū)分(an)和(bcn)的規(guī)則如下1） 當(dāng)時(shí)，如果在內(nèi)，判斷的結(jié)果是bc兩

25、相接地(bcn)。2） 當(dāng)時(shí)，如果在外，判斷的結(jié)果是a相接地(an)。其余類推，選相的流程如圖2-9所示。圖2-9 選相流程圖 第3章 設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容 1 典型電力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 輸電線路型號(hào)及長(zhǎng)度選擇 22kv線路選型計(jì)算11kv線路選型計(jì)算6kv線路選型根據(jù)計(jì)算的電流值，選擇以下型號(hào)的鋼芯鋁絞線作為相應(yīng)輸電線路 表3-1 輸電線路型號(hào)表 線路電壓等級(jí)/kv 標(biāo)稱截面/mm 鋁/鋼 結(jié)構(gòu)根數(shù)/直徑/(根/mm) 外徑/mm 計(jì)算 質(zhì)量(kg/km) 直流電阻 (2)/ (/km) 計(jì)算載流量/a 鋁 鋼 7 8 9 22 21/35 26/22 7/5 2.38 859 .1363 49 57

26、 586 11 95/15 26/15 7/67 161 38.8 .358 252 36 351 6 25/4 6/32 1/32 96 16 131 111 131 149 表3-2 不同電壓等級(jí)送點(diǎn)距離和送點(diǎn)功率表 電壓等級(jí) 送電距離km 送電功率kw .4kv .6以下 1以下 6kv 415 112 1kv 62 22 35kv 27 11 66kv 31 353 11kv 515 15mw 22kv 13 15mw 33kv 26 28mw 5kv 1585 115mw 根據(jù)表3-2，設(shè)計(jì)22kv線路81km，11kv線路13km，6kv線路為15km。2 電源和變壓器型號(hào)選擇 電

27、源部分輸出電壓18kv 容量55mva 主變壓器18/242kv變壓器 sfp-36/22 22/121/6kv變壓器 spps-5/22 11/35/3kv變壓器 sfs-5/11 表3-3 變壓器參數(shù)表 型號(hào) 額定容量(kva) 額定電壓(kv) 空載 損耗 (kw) 空載 電流 (%) 負(fù)載 損耗 (kw) 阻抗 電壓 (%) 高壓 低壓 sfp-36/22 36 242 18 19 .28 86 13 型號(hào) 額定 容量(kva) 額定電壓(kv) 空載損耗/kw 空載電流(%) 負(fù)載損耗(kw) 阻抗電壓(%) 高壓 中壓 低壓 高-中 高-低 中-低 高-中 高-低 中-低 sfps

28、-5/ 22 22 121 6 7 246 246 246 15 25 5 sfps-5/ 11 5 11 35 3 65 25 25 25 1.5 15 5 3 變壓器具體參數(shù)計(jì)算 (1)雙繞組變壓器sfp-36/22的參數(shù) 由公式(3-1)、(3-2)給出(3-1) (3-2) (2)三繞組變壓器sfps-5/22的參數(shù) 由公式(3-3)、(3-4)、(3-5)給出(3-3) (3-4) (3-5) 由公式(3-6)、(3-7)、(3-8)給出(3-6) (3-7) (3-8) 由公式(3-9)、(3-1)給出, (3-9) , (3-1) （3） 三繞組變壓器sfps-5/11的參數(shù) 2

29、 微機(jī)保護(hù)部分設(shè)計(jì)9 在matlab的動(dòng)態(tài)仿真工具simulink里，可以在工具箱simpowersystems中找到搭建此電力系統(tǒng)模型的基本元件和仿真模型。為模擬本設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種短路故障提供了方便。在電力系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生短路、斷線以及另外一些復(fù)雜的故障1，最常碰到的就是短路。短路故障分為三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路，其中以單相接地短路發(fā)生頻率最高。本課題主要以三相短路接地和單相短路接地為研究對(duì)象，對(duì)它們進(jìn)行模擬，并以特定的微機(jī)保護(hù)算法控制斷路器來(lái)保護(hù)線路不受到短路故障的損害。1 兩點(diǎn)法作為保護(hù)算法11 (1)用matlab編程實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)法 已知電路的輸入電壓是，輸入電流時(shí)，

30、每個(gè)周期采樣12個(gè)點(diǎn)，運(yùn)用兩點(diǎn)法來(lái)計(jì)算信號(hào)的有效值，由兩點(diǎn)法的(3-11)、(3-12)公式(3-11) (3-12) 其中，、是不同時(shí)刻采樣點(diǎn)的瞬時(shí)值，在matlab中編寫(xiě)如下程序clear; n=12; t1=(:.2/n:.2); m=size(t1); va=1*sin(2*pi*5*t1); ia=1*sin(2*pi*5*t1-pi/6); for jj=4:m(2) u(jj)=sqrt(va(jj)*va(jj)+va(jj-3)*va(jj-3)/2); end; for jj=4:m(2) i(jj)=sqrt(ia(jj)*ia(jj)+ia(jj-3)*ia(jj-3)

31、/2); end subplot(131); plot(t1,va,-ro,t1,ia,-bo); legend(va,ia); title(測(cè)量電壓和電流量); subplot(132); plot(t1,u,-bo); title(計(jì)算電壓有效值); subplot(133); plot(t1,i,-bo); title(計(jì)算電流有效值); 生成m文件后運(yùn)行，得到輸入電流、電壓的波形，并得到運(yùn)用兩點(diǎn)法計(jì)算出的各自的有效值，如圖3-1所示圖3-1 電壓、電流瞬時(shí)值和有效值波形圖 (2)設(shè)計(jì)部分 兩點(diǎn)法作為微機(jī)保護(hù)的算法，用于保護(hù)6kv線路，設(shè)計(jì)如圖3-2所示圖3-2 兩點(diǎn)法作為保護(hù)算法的保護(hù)

32、部分 兩點(diǎn)法作為微機(jī)保護(hù)的算法，采用縱聯(lián)保護(hù)，用于保護(hù)22kv線路，設(shè)計(jì)如圖3-3 所示圖3-3 兩點(diǎn)法作為保護(hù)算法的保護(hù)部分 2 突作量電流算法作為保護(hù)算法12 突變量電流算法作為微機(jī)保護(hù)的算法，用于保護(hù)6kv線路，設(shè)計(jì)如圖3-4所示圖3-4 突變量電流算法作為保護(hù)算法的保護(hù)部分 3 對(duì)稱分量選相法作為保護(hù)算法13 對(duì)稱分量選相法作為微機(jī)保護(hù)的算法，用于保護(hù)11kv線路，設(shè)計(jì)如圖3-5所示圖3-5 對(duì)稱分量選相法作為保護(hù)算法的保護(hù)部分 如圖3-2、3-3、3-4、3-5所示。短路故障使用三相故障元件來(lái)模擬，故障類型可以根據(jù)需要設(shè)置。以圖3-1來(lái)說(shuō)，故障類型設(shè)置為abc相以及接地故障(grou

33、nd fault)，fault resistance設(shè)置為.1(此值非常小，但絕對(duì)不能是)。從故障處，線路被分為6km和9km兩段，故障時(shí)間可以在transition times來(lái)進(jìn)行設(shè)置。這里故障的起始時(shí)間設(shè)置為.2s，截止時(shí)間設(shè)置為.5s，仿真結(jié)束時(shí)間定為.5s，也說(shuō)是說(shuō)這是一個(gè)永久性故障。設(shè)置完成后就可以對(duì)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行仿真了，仿真操作可以在matlab的命令窗口中來(lái)運(yùn)行仿真命令。第4章 結(jié)果分析與討論 如圖4-1、4-2，是運(yùn)用兩點(diǎn)法作為保護(hù)算法保護(hù)6kv線路故障發(fā)生時(shí)的電壓、電流波形?？梢钥闯鲈诜抡骈_(kāi)始的到.2s期間，電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電壓和電流都按照正弦規(guī)律變化，在.2s時(shí)發(fā)生

34、三相接地短路，電流瞬間增大，同時(shí)斷路器迅速故障，立即切除了故障，電壓、電流均變?yōu)?。圖4-1 三相短路接地時(shí)電流波形 圖4-2 三相短路接地時(shí)電壓波形 如圖4-3是運(yùn)用兩點(diǎn)法作為保護(hù)算法,縱聯(lián)保護(hù)法保護(hù)22kv線路故障發(fā)生時(shí)的電流波形?？梢钥闯鲈诜抡骈_(kāi)始的到.2s期間，電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電流按照正弦規(guī)律變化，在.2s時(shí)發(fā)生a相接地短路，a相電流瞬間增大，同時(shí)斷路器迅速故障，立即切除了故障，電流變?yōu)椤D4-3 a相接地短路接地時(shí)電流波形 如圖4-4、4-5，是運(yùn)用突變量電流算法作為保護(hù)算法用于保護(hù)6kv線路的電流、電壓波形?？梢钥闯鲈诜抡骈_(kāi)始的到.2s期間，電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電壓和電流都按照正弦規(guī)律變化，在.2s時(shí)發(fā)生三相接地短路，電流瞬間增大，同時(shí)斷路器迅速故障，立即切除了故障，電壓、電流均變?yōu)?。圖4-4 三相短路接地時(shí)電流波形 圖4-5 三相短路接地時(shí)電壓波形 如圖4-6是運(yùn)用對(duì)稱分量選相法作為保護(hù)算法用于保護(hù)11kv線路的電流波形。設(shè)置故障類型為a相短路接地，故障時(shí)間為.2s到.5s可以看出在仿真開(kāi)始的到.2s期間，電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電流都按照正弦規(guī)律變化，在.2s時(shí)發(fā)生a相接地短路，電流瞬間增大，同時(shí)斷路器迅速故障，立即切除了故障，電流變?yōu)?。圖4-6 a相短路接地時(shí)電流波形 第5章 結(jié)論 本課題通過(guò)matlab軟件搭建了復(fù)雜電力系統(tǒng)，并