第7章 MATLAB在微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例

1、第7章MATLAB在微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例7.1簡(jiǎn)單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計(jì)和分析方法7.2微機(jī)繼電保護(hù)算法的MATLAB輔助設(shè)計(jì)和分析方法7.3輸電線路距離保護(hù)的建模與仿真7.4Simulink在變壓器微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用舉例7.5輸電線路故障行波仿真舉例7.1簡(jiǎn)單數(shù)字濾波器的MATLAB輔助設(shè)計(jì)和分析方法7.1.1減法濾波器(差分濾波器)簡(jiǎn)介7.1.2減法濾波器設(shè)計(jì)分析舉例7.1.1減法濾波器(差分濾波器)簡(jiǎn)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(jī)繼電保護(hù)算法的MATLAB輔助設(shè)計(jì)和分析方法7.2.1基于正弦函數(shù)模型的微機(jī)繼電保護(hù)算

2、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(jī)繼電保護(hù)算法1. 兩點(diǎn)乘積算法簡(jiǎn)介2. 兩點(diǎn)乘積法計(jì)算舉例1. 兩點(diǎn)乘積算法簡(jiǎn)介圖7-4兩點(diǎn)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(diǎn)乘積法計(jì)算得到的輸入信號(hào)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(jiǎn)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(jì)算信號(hào)幅值的算例1. 全波傅里葉算法簡(jiǎn)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(jì)算輸入信號(hào)的幅值圖形7.3輸電線路距離保護(hù)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

3、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(dòng)(即測(cè)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(shí)，阻抗ZJ與(ZJ-Zset)之間的相位差為=90；當(dāng)ZJ位于圓內(nèi)時(shí)，90；當(dāng)ZJ位于圓外時(shí)，90。1)繼電器的測(cè)量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離。2)繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)與故障類型無(wú)關(guān)，也就是保護(hù)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(shí)，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)

4、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(bǔ)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(cè)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(bǔ)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

5、采用“0接線”時(shí)的仿真計(jì)算結(jié)果表故障類型過(guò)渡電阻正方向出口故障近保護(hù)范圍末端故障保護(hù)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0-1778-1778-1778-1782-1782-1782-2-2-210-9517-9517-9517-236-236-236-01-01-0120-869-869-869-38-38-38118118118AB相短路0-1778863-609-1782677113-264115210-95171211-288-236631161053521720-8691293-1235-38539212118449269表7-2采用“0接線”時(shí)的仿真計(jì)算結(jié)果表A

6、相接地01213388-104860738822557833820101756388-6425123881994223382020-1657388-406427388214361338246表7-3采用“相電壓和具有K3補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€”時(shí)的仿真計(jì)算結(jié)果表故障類型過(guò)渡電阻正方向出口故障近保護(hù)范圍末端故障保護(hù)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0-1779-1779-1779-1789-1789-1789-10-10-1010-978-978-978-289-289-289-89-89-8920-887-887-887-100-100-100313131表7-3采用“相電壓和

7、具有K3補(bǔ)償?shù)南嚯娏鹘泳€”時(shí)的仿真計(jì)算結(jié)果表故障類型過(guò)渡電阻正方向出口故障近保護(hù)范圍末端故障保護(hù)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0-912777350-1931002350-8689635910-665162351-92858350034363520-507-15813510337535092228351A相接地0-1746-350501-1483245462-84730142310-981-72676-370273472-1232741820-92172744-18730467-073454037.4Simulink在變壓器微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用舉例7.4.1變壓器仿

8、真模型構(gòu)建7.4.2變壓器空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流的仿真7.4.3變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)、外故障時(shí)比率制動(dòng)的仿真7.4.4變壓器繞組內(nèi)部故障的簡(jiǎn)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7-22IaIbIcContinuouspowerguiABCabcUNABCabcUMABCabcTScope1ABCabcQF2ABCabcQF1ABCLoad5 MW 1 Mvar1ABCLoad5 MW 1 MvarIabc_MFromABCABCFault2ABCABCFault1ABCENABCEM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

9、閘時(shí)勵(lì)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(shí)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(lì)磁涌流的波形圖7-29利用Powergui模塊中的FFT Analysis對(duì)勵(lì)磁涌流波形進(jìn)行諧波分析界面圖7-30空載合閘時(shí)的勵(lì)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(shí)勵(lì)磁涌流諧波分析表合閘初相角0306090勵(lì)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）58612010755311954352752062373544553基波（Fund）100100

10、100100100100100100100100100100表7-4不同合閘初相角下空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流諧波分析表二次諧波（h2）59311306758573762845833437559757756三次諧波（h3）22257347834748663963867288478474四次諧波（h4）52104724152524419432286537233235表7-4不同合閘初相角下空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流諧波分析表五次諧波（h5）3291880346702292432423176775THD63712831932918938116116579885928926合閘初相角120150180210勵(lì)磁涌流

11、(%)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）520625527545554101624528519555185544表7-4不同合閘初相角下空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流諧波分析表基波（Fund）100100100100100100100100100100100100二次諧波（h2）831433843755752582432839830747641756三次諧波（h3）6346963447446733272628634460439474四次諧波（h4）425282411227229551280404427227579227表7-4不同合閘初相角下空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流諧波分析表五次諧波（

12、h5）2352332226372335230213387340560THD11525721153922917929569114411539091055923圖7-31變壓器采用“D11”接線方式時(shí)的空載合閘勵(lì)磁涌流7.4.3變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)、外故障時(shí)比率制動(dòng)的仿真圖7-32變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)、外故障仿真時(shí)增加的運(yùn)算及示波器模塊圖7-33變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)的電流波形圖00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Iam(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Ian(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000I

13、d(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Ires(A)t/s圖7-34變壓器保護(hù)區(qū)外故障時(shí)的電流波形圖00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Iam(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Ian(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Id(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Ires(A)t/s圖7-35Ia_mIb_mIc_mIa_nIb_nIc_nIdIresContinuouspowerguiABCabcUNAB

14、CabcUM123Transformer_C123Transformer_B123Transformer_ATerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1ABCabcQF2ABCabcQF1ABCLoad5 MW 1 Mvar1ABCLoad5 MW 1 Mvar0.5GainIabc_NFrom1Iabc_MFromABCABCFault2ABCABCFault1ABCENABCEM圖7-36變壓器繞組50%處發(fā)生兩相短路故障時(shí)的電流波形00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000IaM(A)00.10.20.30

15、.40.50.60.70.8-500005000IaN(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Id(A)00.10.20.30.40.50.60.70.8-500005000Ires(A)t/s7.5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7-38xingbo.matTo FileABCABCThree-Phase FaultVabcIabcABCabcThree-PhaseV-I MeasurementScope VScope ILine4Line3ABCE3ABCE2ABCE1 Line2 Line1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“To File”模塊的參數(shù)設(shè)置7.5