基于Matlab的电力系统自动重合闸建模与仿真讲解.docx

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基于Matlab的电力系统自动重合闸建模与仿真讲解

实践课程设计报告

课程名称：

Matlab上机

题目：

基于MATLAB的电力系统自动重合闸

所在学院：

学科专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

二零一五年四

摘要

分析了单相自动重合闸的工作特性，并利用MATLAB软件搭建了220kv电力系统的自动重合闸的仿真模型，模拟系统发生单相接地、三相相间短路故障，断路器跳闸后自动重合闸的工作过程。

关键词：

电力系统自动重合闸MATLAB短路故障

基于Matlab的电力系统自动重合闸

1引言

随着技术的发展，电力系统的规模越来越复杂。

从实际条件与安全角度考虑，不太可能进行电力系统科研实验，因而电力系统数字仿真成为了电力系统研究、规划和设计的重要手段。

电力系统仿真软件如BPA，EMTP，PSCAD/ EMTDC ，NETOMAC，PSASP，MATLAB等，正向着多功能，具有更高的可移植性方向发展。

其中在MATLAB 中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，Simulink电力系统元件库中有多种多样的电气模块，电力系统大多数元件都包含。

其中，可以直接调用。

电力系统大部分故障是瞬时性故障，因此采用自动重合闸后，电力系统发生瞬时性故障时供电的连续性、系统的稳定性得到很大的提高。

此外，自动重合闸有效纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。

本文以MATLAB为工具，对简单系统的线路单相重合闸和线路三相重合闸进行分析与研究。

1.1仿真模型的设计和实现

电力系统正常运行时可以认为是三相对称的，即电压、电流对称，且具有正弦波形。

下图为理想情况下220kv电力系统的模型。

图1220kv电力系统模型

2模型中主要模块的选择和参数

2.1同步发电机模块

同步发电机（SimplifiedSynchronousMachine）如图2：

连接类型：

3线Y型连接；

额定参数：

[500e613.8e350]；

机械参数：

[562900.32]；

内部阻抗：

[1.9845263.15e-3]；

初始条件：

[0.200,0,00,0,0]；

图2同步发电机的参数设置

2.2变压器模块

三相变压器（3-PhaseTransformer）如图3：

额定功率和频率：

[500e650]；

一次绕组连接方式：

三角形连接；

一次绕组参数：

[13.8e30.0020.08]；

二次绕组连接方式：

星形连接；

二次绕组参数：

[220e30.0020.08]；

饱和铁芯：

对三相变压器的饱和特性进行仿真；

磁阻：

200p.u

励磁电感：

200p.u;

图3三相变压器的参数设置

2.3输电线路模块

2.3.1150km线路模块

等值线路元件（DistributedParametersLine）如图4：

线路相数：

3；

频率：

50HZ；

单位长度电阻：

[0.011650.2676];

单位长度电感：

[0.8679e-33.008e-3];

单位长度电容：

[13.41e-98.57e-9];

线路长度：

150km；

测量：

选择不测量电气量；

图4150km分布参数线路的参数设置

2.3.2100km线路模块

等值线路元件（DistributedParametersLine）如图5：

线路相数：

3；

频率：

50HZ；

单位长度电阻：

[0.011650.2676];

单位长度电感：

[0.8679e-33.008e-3];

单位长度电容：

[13.41e-98.57e-9];

线路长度：

100km；

测量：

选择不测量电气量；

图5100km分布参数线路的参数设置

2.1电源模块

三相电压源（3-PhaseSource）如图6：

相电压有效值：

220e3V；

A相相角：

0°；

频率：

50HZ；

内部连接方式：

Y型（表示三相电源Y型连接，中性点不接地）；

三相短路电压：

200e6；

基准电压：

220e6;

图6三相电源的参数设置

2.3负载模块

2.3.1三相串联RLC负载Load1

三相串联RLC负载（Three-PhaseseriesRLCload）如图7：

相电压：

220e3V；

频率：

50HZ；

三相有功功率：

200e6/250W;

感性无功功率：

200e6Var;

容性无功功率：

0Var;

图7三相串联RLC负载Load1的参数设置

2.3.2三相串联RLC负载Load4

三相串联RLC负载（Three-PhaseseriesRLCload）如图8：

相电压：

13.8e3V；

频率：

50HZ；

三相有功功率：

200e6W;

感性无功功率：

0Var;

容性无功功率：

0Var;

图8三相串联RLC负载Load4的参数设置

2.4断路器模块

三相断路器（Three-PhaseBreak）如图9：

断路器初始状态：

closed；

转换时间：

[0.040.08]；

阻值：

0.001;

过渡电阻：

1e5;

过渡电容：

inf;

图9断路器参数设置

2.5测量模块

从电路测量中选择三相电压电流测量（3-PhaseVIMeasurement）；

2.6显示模块

从SIMULINK元件库SINKS目录下选择示波器（SCOPE），分别改名为：

V-I：

用于电压源出口处三相电流和电压的显示。

输入轴为2；

2.7其他模块

相应的接地元件、节点等，以及电力系统分析工具。

2.8仿真参数设置

当电路图设计完成后，对其进行仿真，已达到观察短路接地电路中暂态变化情况，如图11：

开始时间：

0s;

停止时间：

0.3s;

求解程序类型选项：

固定步长，discrete（nocontinuoussatates）

固定步长：

50e-6;

周期样本模式：

auto；

图11仿真参数设置

3仿真结果及波形分析

3.1线路单相重合闸

在电路图参数进行设置时，将断路器的故障相选为A相，断路器的初始条件状态为闭合，说明线路正常工作；断路器的转换时间设置为[0.040.08]，即线路在0.04s时发生A相接地短路，断路器断开，在0.08s时断路器重合，相当于临时故障切除后线路进行重合闸。

线路单相接地短路时，母线的电压和电流如图12所示。

图12单相重合闸母线端的电压和电流

图13A相短路时稳态电流电压对话框

由图12、图13可以得出以下结论：

由于系统为双电源供电系统，因此当线路发生单相接地短路时，断路器断开切除故障点，母线电压并没有多大的改变；在单相接地短路期间（0.04~0.08），断路器A相断开，A相电流为0，非故障相的电流幅值减小；在故障切除后（0.08s后），重合闸成功，三相电流经过暂态后又恢复为稳定工作状态，从稳态电流对话框中三相电流的幅值和相角可以看出，达到新的稳态后，三相电流保持对称，相角互差120度。

3.2线路三相重合闸

在电路图参数进行设置时，将断路器的故障相选为A相、B相、C相，断路器的初始状态为闭合，说明线路正常工作；断路器的转换时间设置为[0.040.08]，即线路在0.04s时发生三相相间短路时，母线的电压和电流，如图14所示.

图14线路三相短路母线端的电压和电流

图15线路三相短路稳态电流电压对话框

图14、图15可得：

三相短路期间（0.04s~0.08s），三相的电流基本为0；在故障切除后，重合闸成功，三相电流经过暂态后又恢复稳定工作状态，三相电压电流对称。

总结

在本次课程设计中，巩固和加深在《电力系统继电保护原理》课程中所学的理论知识，学习了使用MATLAB仿真平台上构建电力系统输电线路模型，并且进行仿真分析，更加深了我对电力系统的了解，并熟悉了MATLABPSB的模型设计、参数选择以及设置等，知道了MATLAB对电力系统建模仿真和系统分析的重要性。

通过这次课程设计，深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了我的学习成果。

同时老师的指导以及同学们的帮助使我受益匪浅。

虽然在这次的课程设计中对于知识的运用和衔接还不是很熟练，但是我将在以后的学习中继续努力、不断完善。

这次的MATLAB仿真设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的学习打下了良好的基础。

参考文献

[1] 刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）.北京:

高等教育出版社,2006年 

[2] 唐昌建,张巍.MATLAB基础及应用.四川大学物理科学与技术学院，2006年

[3] 崔新忠.MATLAB与仿真系统实验指导书.自编教材,2007年 

[4]王忠李,段慧达.MATLAB应用技术.清华大学出版社