《變壓器三種差動(dòng)保護(hù)的仿真3000字》

PAGE3變壓器三種差動(dòng)保護(hù)的仿真綜述為了模擬變壓器故障過程并驗(yàn)證保護(hù)裝置，可以按照第三章中配置的參數(shù)運(yùn)行，并在故障過程中詳細(xì)模擬變壓器電壓和電流變化曲線。S函數(shù)(S-function)的基礎(chǔ)知識(shí)S函數(shù)簡介S函數(shù)其實(shí)就是系統(tǒng)函數(shù)的意思，在Matlab中使用S函數(shù)比使用fountion處理時(shí)變系統(tǒng)和較為復(fù)雜的邏輯判斷有著比較好性能。S函數(shù)在處理計(jì)算上有著顯著優(yōu)勢能大大提高運(yùn)行效率比搭建信號(hào)模塊節(jié)省時(shí)間。在Matlab仿真中，使用S-foution可以很容易地添加一個(gè)自制的組件來實(shí)現(xiàn)自己的算法，還會(huì)有一個(gè)調(diào)用格式，這是非常常見的。S函數(shù)可以設(shè)置與搭建的仿真模型相連的輸入與輸出信號(hào)，并能將數(shù)字信號(hào)反饋給使用者搭建的系統(tǒng)中，把數(shù)學(xué)邏輯和計(jì)算與仿真模擬模型相互連接，能將動(dòng)態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算簡化。S函數(shù)在模型中的使用圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11M文件下的S-函數(shù)流程圖S函數(shù)仿真流程圖如上圖3.1所示，由圖可推得，編寫S函數(shù)有如下幾個(gè)主要過程：首先將一個(gè)S-Function函數(shù)從函數(shù)塊庫里找出來組合到一個(gè)Simulink模型里。接著對它內(nèi)部編碼，第一步把用初始化的函數(shù)mdllnitializeSizes定義模塊類型并把參數(shù)在原件頁面輸入進(jìn)去。第二步用mdlOutputs來定義S函數(shù)在這個(gè)模塊里需要輸出的值，接著設(shè)計(jì)子函數(shù)1：將輸入值初始化，然后定義連續(xù)、離散、輸入輸出狀態(tài)的個(gè)數(shù)，并在這時(shí)加入輸入?yún)?shù)的值還要注意采樣時(shí)間，在連續(xù)狀態(tài)時(shí)設(shè)置采樣時(shí)間，當(dāng)設(shè)置為[0,0]時(shí)表示與Simulink默認(rèn)仿真時(shí)間相同，[-1,0]表示為繼承連接原件的仿真時(shí)間；子函數(shù)2：對輸入數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，這里主要時(shí)將高低壓側(cè)電流分別求有效值后，按差動(dòng)保護(hù)整定原理來計(jì)算各相差動(dòng)電流與制動(dòng)電流，最后設(shè)置動(dòng)作判據(jù)，用且的程序語言來實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)曲線為折線，即能保證制動(dòng)電流在大于或小于制動(dòng)電流時(shí)分開計(jì)算的邏輯，用或的程序語言來實(shí)現(xiàn)變壓器只要有一相故障就會(huì)跳閘，隨后Simulink按之前設(shè)定好了的順序去執(zhí)行每個(gè)塊并形成一個(gè)循環(huán)計(jì)算每一次輸出，Simulink就是在不同的采樣時(shí)間里按照優(yōu)先級(jí)調(diào)用函數(shù)以運(yùn)算該塊當(dāng)前狀態(tài)，這樣不停地導(dǎo)出和輸入地不停循環(huán)直到該仿真結(jié)束。M-文件的S函數(shù)第一步給出M-文件的S函數(shù)的MATLAB函數(shù)：首先給出S-Function的函數(shù)名f，然后是設(shè)定當(dāng)前的時(shí)間t，給出對應(yīng)塊的狀態(tài)向量為x，塊對應(yīng)的輸入u，將要被執(zhí)行的任務(wù)和輸入?yún)?shù)：仿真模擬勵(lì)磁涌流、差動(dòng)電流及制動(dòng)電流的波形與分析監(jiān)測變壓器空載合閘的勵(lì)磁涌流仿真建模如下：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12反映變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流電路模型圖為觀察空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流電路仿真：此處仿真的變壓器的具體參數(shù)要根據(jù)第三章里給出的REF_Ref71228390\h表3-1變壓器SFP9-150000/220計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)，把型號(hào)為SFP9-150000/220的變壓器的各項(xiàng)參數(shù)都先比對到本文的變壓器中，此外還需要設(shè)計(jì)變壓器鐵芯的飽和來體現(xiàn)對勵(lì)磁電流的模擬。將三相電源接入三相電流測量器再接一個(gè)三相合閘開關(guān)，最后接入變壓器，變壓器低壓側(cè)什么也不接來達(dá)到空載的目的?？梢栽O(shè)置三相合閘開關(guān)在指定時(shí)間合閘，合閘后通過觀察三相電流測量器的輸出端所接示波器來，觀察三相電流是否呈現(xiàn)出勵(lì)磁波形并將示波器里的圖形導(dǎo)出MATLAB工程文件里便于后期一起導(dǎo)出圖像。仿真后示波器上的ABC三相勵(lì)磁涌流波形如下圖：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s13體現(xiàn)變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流波形圖反映變壓器外部故障后恢復(fù)時(shí)出現(xiàn)的勵(lì)磁涌流仿真建模如下：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14 監(jiān)測變壓器外部故障電流的設(shè)計(jì)圖為觀察變壓器外部故障后電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的差動(dòng)電流電路仿真：在兩端三相電源后設(shè)計(jì)一個(gè)三相監(jiān)測器，這里以A相電流為例，分別把高壓側(cè)的IMA和低壓側(cè)的INA導(dǎo)出到圖4.4下方的邏輯部分中，按照式（2.22）、（2.23）、（2.24）對兩相電流分別添加gain模塊、sum模塊進(jìn)行加減、整定，即將高壓側(cè)A、B相電流從測量裝置中引出并相減再通過倍乘模塊乘以根號(hào)三分之一，用這個(gè)電流與低壓側(cè)電流相加再通過0.5倍的gain這時(shí)輸出的電流就是按平均值法整定下的A相制動(dòng)電流，同樣的邏輯，A相差動(dòng)電流也可以通過折算后的高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流得到。設(shè)計(jì)圖中再低壓側(cè)電流處加了一個(gè)反向裝置，從而能更直觀地i觀察制動(dòng)電流與差動(dòng)電流關(guān)系。最后設(shè)計(jì)了一個(gè)示波器來便于展示外部故障后電壓恢復(fù)時(shí)高低壓側(cè)電流波形、制動(dòng)電流的波形和差動(dòng)電流的波形。設(shè)置變壓器區(qū)外故障模塊的故障時(shí)間和切除時(shí)間后，將變壓器合閘并運(yùn)行，得到以下變壓器外部故障時(shí)的電流波形：由圖中可以看出，發(fā)生變壓外接線處的區(qū)外故障時(shí)，變壓器保護(hù)不動(dòng)作。故障切除后合閘，差動(dòng)電流會(huì)明顯大于制動(dòng)電流，且變壓器高壓側(cè)電流會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低壓側(cè)電流。仿真模擬在比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)空載合閘產(chǎn)生的涌流建立模型如下：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s15分相比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)的外部設(shè)計(jì)圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s16分相比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)封裝內(nèi)設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)按比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)：由三相電源接入三相電流檢測器再通過一個(gè)三相控制開合閘開關(guān)接到按REF_Ref71228390\h圖表31變壓器SFP9-150000/220計(jì)算參數(shù)設(shè)定的含有鐵芯且具有飽和特性的按Yd11連接的變壓器中，兩個(gè)電流檢測器的輸出值各相高、低壓側(cè)電流值，一共六個(gè)量，分別輸入到封裝模塊內(nèi)，對于輸入的高壓側(cè)電流需要通過11倍的增益元件，再對這六個(gè)值做傅里葉變換，計(jì)算出12個(gè)u(x)作為S函數(shù)的輸入。S函數(shù)的設(shè)計(jì)邏輯是這樣的：已知6個(gè)電流的幅值和相角，首先可以通過（2.22）式、（2.23）式、（2.24）式對12個(gè)u(x)進(jìn)行計(jì)算來求出各相差動(dòng)電流與制動(dòng)電流共6個(gè)量，這是第一個(gè)子函數(shù)。接著在設(shè)計(jì)一個(gè)子函數(shù)：通過一個(gè)if函數(shù)來實(shí)現(xiàn)：若差動(dòng)電流在某一時(shí)刻大于最小動(dòng)作電流且滿足（2.21）式式中最小動(dòng)作電流和起始制動(dòng)電流以及比率制動(dòng)系數(shù)在第三中已經(jīng)通過計(jì)算得出，則變壓器動(dòng)作輸出1，經(jīng)過遲滯比較器后輸出為0，遲滯比較器后接三相控制開關(guān)來控制開合閘，則斷路器開閘，以起到保護(hù)變壓器的作用。首先做個(gè)對照組，在設(shè)計(jì)圖上接上三相負(fù)載來運(yùn)行一個(gè)變壓器正常工作時(shí)的仿真，出現(xiàn)如下REF_Ref71238339\h圖4.7變壓器正常運(yùn)行時(shí)電流波形和控制信號(hào)輸出圖，正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)沒有出現(xiàn)誤動(dòng)控制信號(hào)輸出為1且開關(guān)保持關(guān)合狀態(tài)；圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s17變壓器正常運(yùn)行時(shí)電流波形和控制信號(hào)輸出圖接著在變壓器空載合閘時(shí)，觀察三相電流的波形曲線，這里合閘時(shí)間為t=0時(shí)合閘，由遲滯比較器輸出邏輯明顯不對，可得出該比率制差動(dòng)保護(hù)的變壓器會(huì)在勵(lì)磁電流下發(fā)生誤動(dòng)的結(jié)論。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s18比率制差動(dòng)保護(hù)的變壓器空載合閘時(shí)三相電流和控制信號(hào)輸出情況圖仿真模擬帶有二次諧波諧波制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的涌流圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s19變壓器比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)圖圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s110封裝模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)圖為實(shí)現(xiàn)帶二次諧波的差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)：由220kv的三相電源接入一個(gè)三相電流檢測器再通過三個(gè)控制開合閘開關(guān)接到按圖表31變壓器SFP9-150000/220計(jì)算參數(shù)設(shè)定的含有鐵芯且具有飽和特性的按Yd11連接的變壓器中，兩個(gè)電流檢測器的輸出值各相高、低壓側(cè)電流值，一共六個(gè)量，分別輸入到兩個(gè)封裝模塊內(nèi)，在第一個(gè)模塊里傅里葉元件同差動(dòng)保護(hù)的封裝模塊設(shè)計(jì)一樣，得到基波電流的幅值相位，在第二個(gè)模塊里傅里葉元件計(jì)算出二次諧波的幅值和相位，同樣的對于輸入的高壓側(cè)電流需要通過11倍的增益元件，最后一共產(chǎn)生12個(gè)u(x)，把這12個(gè)u(x)作為帶二次諧波的差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的S函數(shù)的輸入量。S函數(shù)的設(shè)計(jì)思路：導(dǎo)入數(shù)據(jù)后，第一個(gè)子函數(shù)的邏輯同設(shè)計(jì)差動(dòng)保護(hù)時(shí)一樣，即設(shè)計(jì)函數(shù)分別計(jì)算基波分量和二次諧波分量下對于的差動(dòng)電流共6個(gè)數(shù)據(jù)。第二個(gè)子函數(shù)是根據(jù)二次諧波制動(dòng)條件對差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行閉鎖，第三章已經(jīng)給出：若任意一相計(jì)算出的二次諧波差動(dòng)電流大于0.15倍的基波電流，說明存在勵(lì)磁涌流，該S函數(shù)則輸出0。該S函數(shù)對比率式差動(dòng)保護(hù)形成閉鎖變壓器