基于Matlab的電力系統(tǒng)自動重合閘建模與仿真

PAGE實踐課程設計報告課程名稱：Matlab上機題目：基于MATLAB的電力系統(tǒng)自動重合閘所在學院：學科專業(yè)：學號：學生姓名：指導教師：二零一五年四摘要分析了單相自動重合閘的工作特性，并利用MATLAB軟件搭建了220kv電力系統(tǒng)的自動重合閘的仿真模型，模擬系統(tǒng)發(fā)生單相接地、三相相間短路故障，斷路器跳閘后自動重合閘的工作過程。關鍵詞：電力系統(tǒng)自動重合閘MATLAB短路故障目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 12模型中主要模塊的選擇和參數(shù) 22.1同步發(fā)電機模塊 22.2變壓器模塊 22.3輸電線路模塊 32.3.1150km線路模塊 32.3.2100km線路模塊 42.1電源模塊 52.3負載模塊 62.3.1三相串聯(lián)RLC負載Load1 62.3.2三相串聯(lián)RLC負載Load4 72.4斷路器模塊 82.5測量模塊 92.6顯示模塊 92.7其他模塊 92.8仿真參數(shù)設置 103仿真結果及波形分析 103.1線路單相重合閘 103.2線路三相重合閘 12總結 13參考文獻 14PAGE13基于Matlab的電力系統(tǒng)自動重合閘1引言隨著技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越復雜。從實際條件與安全角度考慮，不太可能進行電力系統(tǒng)科研實驗，因而電力系統(tǒng)數(shù)字仿真成為了電力系統(tǒng)研究、規(guī)劃和設計的重要手段。電力系統(tǒng)仿真軟件如BPA，EMTP，PSCAD/

EMTDC

，NETOMAC，PSASP，MATLAB等，正向著多功能，具有更高的可移植性方向發(fā)展。其中在MATLAB

中，電力系統(tǒng)模型可以在Simulink環(huán)境下直接搭建，Simulink電力系統(tǒng)元件庫中有多種多樣的電氣模塊，電力系統(tǒng)大多數(shù)元件都包含。其中，可以直接調用。電力系統(tǒng)大部分故障是瞬時性故障，因此采用自動重合閘后，電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時性故障時供電的連續(xù)性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到很大的提高。此外，自動重合閘有效糾正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。本文以MATLAB為工具，對簡單系統(tǒng)的線路單相重合閘和線路三相重合閘進行分析與研究。1.1仿真模型的設計和實現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運行時可以認為是三相對稱的，即電壓、電流對稱，且具有正弦波形。下圖為理想情況下220kv電力系統(tǒng)的模型。圖1220kv電力系統(tǒng)模型2模型中主要模塊的選擇和參數(shù)2.1同步發(fā)電機模塊同步發(fā)電機（SimplifiedSynchronousMachine）如圖2：連接類型：3線Y型連接；額定參數(shù)：[500e613.8e350]；機械參數(shù)：[562900.32]；內部阻抗：[1.9845263.15e-3]；初始條件：[0.200,0,00,0,0]；圖2同步發(fā)電機的參數(shù)設置2.2變壓器模塊三相變壓器（3-PhaseTransformer）如圖3：額定功率和頻率：[500e650]；一次繞組連接方式：三角形連接；一次繞組參數(shù)：[13.8e30.0020.08]；二次繞組連接方式：星形連接；二次繞組參數(shù)：[220e30.0020.08]；飽和鐵芯：對三相變壓器的飽和特性進行仿真；磁阻：200p.u勵磁電感：200p.u;圖3三相變壓器的參數(shù)設置2.3輸電線路模塊2.3.1150km線路模塊等值線路元件（DistributedParametersLine）如圖4：線路相數(shù)：3；頻率：50HZ；單位長度電阻：[0.011650.2676];單位長度電感：[0.8679e-33.008e-3];單位長度電容：[13.41e-98.57e-9];線路長度：150km；測量：選擇不測量電氣量；圖4150km分布參數(shù)線路的參數(shù)設置2.3.2100km線路模塊等值線路元件（DistributedParametersLine）如圖5：線路相數(shù)：3；頻率：50HZ；單位長度電阻：[0.011650.2676];單位長度電感：[0.8679e-33.008e-3];單位長度電容：[13.41e-98.57e-9];線路長度：100km；測量：選擇不測量電氣量；圖5100km分布參數(shù)線路的參數(shù)設置2.1電源模塊三相電壓源（3-PhaseSource）如圖6：相電壓有效值：220e3V；A相相角：0°；頻率：50HZ；內部連接方式：Y型（表示三相電源Y型連接，中性點不接地）；三相短路電壓：200e6；基準電壓：220e6;圖6三相電源的參數(shù)設置2.3負載模塊2.3.1三相串聯(lián)RLC負載Load1三相串聯(lián)RLC負載（Three-PhaseseriesRLCload）如圖7：相電壓：220e3V；頻率：50HZ；三相有功功率：200e6/250W;感性無功功率：200e6Var;容性無功功率：0Var;圖7三相串聯(lián)RLC負載Load1的參數(shù)設置2.3.2三相串聯(lián)RLC負載Load4三相串聯(lián)RLC負載（Three-PhaseseriesRLCload）如圖8：相電壓：13.8e3V；頻率：50HZ；三相有功功率：200e6W;感性無功功率：0Var;容性無功功率：0Var;圖8三相串聯(lián)RLC負載Load4的參數(shù)設置2.4斷路器模塊三相斷路器（Three-PhaseBreak）如圖9：斷路器初始狀態(tài)：closed；轉換時間：[0.040.08]；阻值：0.001;過渡電阻：1e5;過渡電容：inf;圖9斷路器參數(shù)設置2.5測量模塊從電路測量中選擇三相電壓電流測量（3-PhaseVIMeasurement）；2.6顯示模塊從SIMULINK元件庫SINKS目錄下選擇示波器（SCOPE），分別改名為：V-I：用于電壓源出口處三相電流和電壓的顯示。輸入軸為2；2.7其他模塊相應的接地元件、節(jié)點等，以及電力系統(tǒng)分析工具。2.8仿真參數(shù)設置當電路圖設計完成后，對其進行仿真，已達到觀察短路接地電路中暫態(tài)變化情況，如圖11：開始時間：0s;停止時間：0.3s;求解程序類型選項：固定步長，discrete（nocontinuoussatates）固定步長：50e-6;周期樣本模式：auto；圖11仿真參數(shù)設置3仿真結果及波形分析3.1線路單相重合閘在電路圖參數(shù)進行設置時，將斷路器的故障相選為A相，斷路器的初始條件狀態(tài)為閉合，說明線路正常工作；斷路器的轉換時間設置為[0.040.08]，即線路在0.04s時發(fā)生A相接地短路，斷路器斷開，在0.08s時斷路器重合，相當于臨時故障切除后線路進行重合閘。線路單相接地短路時，母線的電壓和電流如圖12所示。圖12單相重合閘母線端的電壓和電流圖13A相短路時穩(wěn)態(tài)電流電壓對話框由圖12、圖13可以得出以下結論：由于系統(tǒng)為雙電源供電系統(tǒng)，因此當線路發(fā)生單相接地短路時，斷路器斷開切除故障點，母線電壓并沒有多大的改變；在單相接地短路期間（0.04~0.08），斷路器A相斷開，A相電流為0，非故障相的電流幅值減??；在故障切除后（0.08s后），重合閘成功，三相電流經(jīng)過暫態(tài)后又恢復為穩(wěn)定工作狀態(tài)，從穩(wěn)態(tài)電流對話框中三相電流的幅值和相角可以看出，達到新的穩(wěn)態(tài)后，三相電流保持對稱，相角互差120度。3.2線路三相重合閘在電路圖參數(shù)進行設置時，將斷路器的故障相選為A相、B相、C相，斷路器的初始狀態(tài)為閉合，說明線路正常工作；斷路器的轉換時間設置為[0.040.08]，即線路在0.04s時發(fā)生三相相間短路時，母線的電壓和電流，如圖14所示.圖14線路三相短路母線端的電壓和電流圖15線路三相短路穩(wěn)態(tài)電流電壓對話框圖14、圖15可得：三相短路期間（0.04s~0.08s），三相的電流基本為0；在故障切除后，重合閘成功，三相電流經(jīng)過暫態(tài)后又恢復穩(wěn)定工作狀態(tài)，三相電壓電流對稱?？偨Y在本次課程設計中，鞏固和加深在《電力系統(tǒng)繼電保護原理》課程中所學的理論知識，學習了使用MATLAB仿真平臺上構建電力系統(tǒng)輸電線路模型，并且進行仿真分析，更加深了我對電力系統(tǒng)的了解，并熟悉了MATLABPSB的模型設計、參數(shù)選擇以及設置等，知道了MATLAB對電力系統(tǒng)建模仿真和系統(tǒng)分析的重要性。通過這次課程設計，深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了我的學習成果。同時老師的指導以及同學們的幫助使