基于MATLAB的距離保護(hù)仿真

摘要：本文闡述了如何利用Matlab中的Simulink及SPS工具箱建立線路的距離保護(hù)仿真模型，并用S函數(shù)編制相間距離保護(hù)和接地距離保護(hù)算法程序，構(gòu)建相應(yīng)的保護(hù)模塊，實現(xiàn)了三段式距離保護(hù)。仿真結(jié)果表明，所建立的三段式距離保護(hù)模型能夠正確反應(yīng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)的不同類型的短路故障并發(fā)出動作信號使斷路器跳閘實現(xiàn)輸電線路的保護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：Matlab；S函數(shù)；仿真；距離保護(hù)

Distance protection simulation based on Matlab

ABSTRACT: This paper established a distance protection simulation model of transmission line by using Simulink and SimPowerSystem toolbox in Matlab. We programed the distance protection of phase faults and earth faults by using S-Fuction and created relevant protection models to build distance protection. The simulation results show that the three-stage distance protection model we created can response to all kinds of faults within protection zones correctly and send correct signal to the breaker of the line.

KEY WORDS：Matlab; S-Function; Simulink; distance protection

0 引言

Matlab軟件中的SimPowerSystem工具箱是基于Simulink發(fā)展起來的電力系統(tǒng)仿真工具箱，里面有許多可用于電力系統(tǒng)仿真的元件模塊庫，這些模塊以圖形的形式表示電力系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)學(xué)模型。用戶可以通過搭積木的方式建立所需仿真模型，可以設(shè)計并封裝自己所需的模塊，也可以用S函數(shù)將程序與Simulink解法器進(jìn)行交互實現(xiàn)用程序控制電力系統(tǒng)模型的功能，最后還可以將仿真結(jié)果導(dǎo)入Matlab工作空間以分析仿真結(jié)果。其靈活性、方便性及實時準(zhǔn)確性為電力系統(tǒng)的仿真驗證提供了平臺，極大地方便了電力系統(tǒng)的分析設(shè)計。

本文通過Simulink及SPS建立了輸電線路的三段式距離保護(hù)仿真模型，用S函數(shù)編寫相間距離保護(hù)和接地距離保護(hù)程序，設(shè)置了三段式距離保護(hù)作為本線路全長的主保護(hù)以及下級線路的后備保護(hù)。仿真模型能夠直觀動態(tài)地觀察故障后保護(hù)模塊內(nèi)部的動作情況，從而實現(xiàn)對繼電保護(hù)動作效果的檢驗。這種方法容易推廣到其它保護(hù)中，尤其是實現(xiàn)新保護(hù)原理的仿真，具有一定的推廣價值。

1 仿真模型的建立

考慮具有兩級線路的單端電源110kV單回線輸電線路系統(tǒng)，如圖1所示。距離保護(hù)安裝在線路AB的斷路器處，作為本線路AB的主保護(hù)以及下級線路BC的后備保護(hù)。

圖1 單端電源電力系統(tǒng)

系統(tǒng)的各個元件參數(shù)為：電壓源的線電壓10.5kV，內(nèi)阻Zg=0.001+j0.0157Ω；變壓器容量31.5MVA， Yg-d11接線，折算到高壓側(cè)的阻抗ZT=1.86+j18.6Ω；兩級線路長度均為100km，線路的正序阻抗z1=(0.05+j0.3)Ω/km，零序阻抗z0=(0.04+j1.2) Ω/km；負(fù)荷容量SLD=1.2+j0.9MVA。

在Matlab/Simulink中建立仿真模型，如圖2所示。保護(hù)模塊已經(jīng)封裝成子系統(tǒng)，其輸入數(shù)據(jù)為斷路器處的電壓電流測量值，其輸出信號送至斷路器的控制端，以控制斷路器的開合狀態(tài)(信號0表示跳閘，信號1表示合閘，斷路器初始狀態(tài)為合閘)。用故障模塊設(shè)置短路類型以及故障發(fā)生的時間(t=0.03s)。通過改變故障點兩側(cè)線路的長度來改變故障點的位置，但兩側(cè)線路的長度之和始終保持200km不變。仿真起止時間為0~0.2s，采用變步長、ode23t算法進(jìn)行仿真。所有模塊的頻率均為50Hz。

圖2 距離保護(hù)仿真模型

2 保護(hù)模塊的構(gòu)建

2.1 距離保護(hù)原理

根據(jù)測量阻抗的構(gòu)成方式不同可以分別構(gòu)成相間距離保護(hù)和接地距離保護(hù)。

相間距離保護(hù)采用的測量電壓是相間電壓，測量電流也為相間電流，能夠反應(yīng)相間短路、兩相接地短路和三相短路故障，但不能反應(yīng)單相接地故障。其測量阻抗為：

(1)

接地距離保護(hù)采用測量電壓為保護(hù)安裝處的相電壓，測量電流為帶有零序電流補償?shù)南嚯娏?#xff0c;能夠反應(yīng)單相接地故障、兩相接地故障、三相接地故

總結(jié)

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