毕业设计（论文）电流保护matlab仿真

目录1引言12MATLAB及其模块介绍221MATLAB编程基础222M文件及M函数323SIMULINK介绍324SFUNCTION简介53线路继电保护的基本原理831整定基本要求832保护整定原则104线路继电保护仿真1841保护仿真软件概述1842仿真设计步骤1943线路单相自动重合闸电流保护仿真1944线路三段式电流保护仿真275仿真结果分析3651线路单相自动重合闸电流保护仿真结果分析3652线路三段式电流保护仿真结果分析376总结38致谢40参考文献411引言本设计的题目是线路继电保护整定计算的MATLAB仿真，包括对电力系统线路整定计算仿真和故障仿真的研究。输电线路是电力系统中的重要电气设备。不同地区、不同类型的发电和配电设备都是通过它连接起来的，构成电力系统网络。它的安全运行直接关系到电力系统发电、供电和配电的稳定运行。随着现代电力系统继电保护的日益发展采用计算机仿真方法来分析研究电力系统继电保护是解决此类工程问题的一种有效手段。MATLAB语言是目前国际上流行的一种演算纸式的编程语言，它具有强大的矩阵分析与运算功能，并且是一个开放的环境。其中SIMULINK就是为MATLAB开发的一种优秀的控制系统仿真工具软件，它具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性。我们可以利用工具箱中的元件模型，结合电力系统中的基本原理，搭建输电线路模型，继而设置各种电力系统故障进行分析和调试，以期为电力系统线路故障故障仿真提供有力根据。在线路继电保护整定计算仿真方面，我们使用了SIMULINK和SIMPOWERSYSTEMS工具箱，它常用于电力系统各个方面的仿真。例如MATLAB被用于发电机、变压器、线路和负荷等元件的建模和仿真，在输电线路研究中，有利用MATLAB对输电线路进行故障定位数字仿真的研究。在继电保护仿真中也应用到了MATLAB，如基于MATLAB开发平台的继电保护仿真系统。本设计主要针对线路的继电保护三段式电流保护和零序电流保护进行仿真研究。利用MATLAB和线路继电保护的内容，使用SIMULINK和SIMPOWERSYSTEMS工具箱，搭建了一个线路整定计算和故障仿真模型。在系统中设定不同的故障点，分别进行了相应的仿真，且与线路的整定计算值相配合，做到有选择性的动作，对仿真结果进行分析。本文第1部分为前言，介绍了本次设计的主要思路。第2部分介绍了MATLAB基础和在设计中所用到知识。第3部分是线路继电保护的基本原理等基础理论知识。第4部分中对线路继电保护仿真中的模型构成、参数设定及故障发生时保护装置的动作情况作了详细说明。并介绍了所设计的线路继电保护仿真与整定计算值的配合。第5部分对仿真实验的结果进行了分析，不同层面做出分析，对于在整个设计过程的不同阶段也做出具体分析。在本文的第6部分中总结了此次设计并给出了结论。其中包括致谢词，参考文献等。此次毕业设计在张龙斌老师的指导下完成。2MATLAB及其模块介绍本章简单介绍了此次设计用到的MATLAB知识，首先介绍MATLAB软件编程基础知识，再对计算机实现线路继电保护整定计算仿真设计中用到的仿真模块的来源、功能、参数等进行介绍。21MATLAB编程基础211变量和数学运算首先从MATLAB数学运算开始说明。例如要计算123及110210310这两个算式，接在提示符号之后的是要键入的算式，MATLAB将计算的结果以ANS显示。212数组和数据MATLAB的运算事实上是以数组（ARRAY）及矩阵（MATRIX）方式在做运算，而这两者在MATLAB的基本运算性质上是不同的，数组强调元素对元素的运算，而矩阵则采用线性代数的运算方式。在声明一个变量为数组或是矩阵时，如果是要个别输入元素，需要用中括号将元素置于其中。数组由一维元素构成，而矩阵由多维元素组成。在介绍矩阵运算之前首先介绍几个特殊的矩阵。ZEROS函数生成元素皆为0的矩阵；ONES函数生成元素皆为1的矩阵，EYE生成一个单位矩阵，之所以称为EYE是取其发音与原来单位矩阵符号相同，而又避免与复数定义中的虚部所用的符号I混淆，所以改以EYE替代。上述三个函数的使用语法都相似，如ZEROS（M）可以产生一个MM的正方矩阵，而ZEROS（M，N）产生的是MN的矩阵。也可以使用这三个函数将一个MN矩阵原来元素全部取代成为0，1或是单位矩阵的值，不过要加上SIZE指令来指出其矩阵大小是MN，所以语法为ZEROS（SIZE（A）其中A为原来的矩阵22M文件及M函数MATLAB程序大致分为两类M脚本文件（MSCRIPT）和M函数（MFUNCTION），它们均是普通的ASCII码构成的文件。M脚本文件中包含一组有MATLAB语言所支持的语句，它类似DOS下的批处理文件。它的执行方式很简单，用户只需在MATLAB的提示符下输入该M文件的文件名，这样MATLAB就会自动执行该M文件中的各条语句，并将结果直接返回到MATLAB工作空间。使用M函数格式变成是MATLAB程序设计的主流。MATLAB的M函数是有FUNCTION语句引导的，其基本格式如下FUNCTION返回变量列表函数名输入变量列表注释说明语句段，由一道输入、返回变量格式的检测函数体语句这里输入和返回变量的实际个数分别有NARGIN和NARGOUT两个MATLAB的保留变量来给出。只要进入该函数，MATLAB就将自动生成这两个变量，不论是佛直接使用这两个变量。如果返回变量多于一个，则应该用方括号括起来。输入变量和返回变量之间用括号分隔。注释语句段的每行语句都应该由百分号引导，百分号后面的内容不执行，只起注释作用。用户采用HELP命令则可以显示出来注释语句段的内容。此外、标准的变量树木检测也是必要的。如果输入或返回变量格式不正确，则应该给出相应的提示。另外，因为MATLAB是一中注释性语言，所以即使在某个或某些函数中存在语法错误，如果没执行到该语句时可能就不会发现该错误，这在严格的程序设计中是不容许的。要检查某目录中所有的M函数语法错误，首先应该用CD命令进入该目录，然后运行PCODE命令进行伪代码转换。因为该命令会将MATLAB函数转换成伪代码，而在转换过程中该程序将自动翻译每一条语句，所以一旦发现有语法错误，将会停止翻译，给出错误信息。改正了该语法错误后，再重新执行PCODE命令，直到没有错误为止。这样会保证目录下所有的程序不含有语法错误。23SIMULINK介绍SIMULINK是以工具库的形式挂接在MATLAB上的，不能独立运行，只能在MATLAB环境中运行。SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散或两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样速率的多速率系统。SIMULINK是由模块库、模型构造及指令分析、演示程序等几部分组成。SIMULINK提供了用方框图进行建模的图形接口。模块框图是动态系统的图形显示，由一组称为模块的图标组成，模块之间采用连线联接。每个模块代表了动态系统的某个单元，并且产生一定的输出。模块之间的连线表明模块的输入端口与输出端口之间的信号连结。模块的类型决定了模块输出与输入、状态和时间之间的关系。一个模块框图可以根据需要包含任何类型的模块。模块代表了动态系统的某个功能单元，每个模块一般包括一组输入、状态和一组输出等几个部分。SIMULINK模块的基本特点是参数化的，许多模块都具有独立的属性对话框，在对话框中用户可以定义模块的各种参数。SIMULINK包含SINKS（输出方式）、SOURCE（输入源）、CONTINUOUS（连续环节）、NONLINEAR（非线性）、DISCRETE（离散环节）、SIGNALS为相邻线路距离II段动作时间。IITC相间距离保护A与相邻线路相间距离段配合；313ISETZ12MINISETBABIRLZK式中可靠系数，08085；IRELK为本线路阻抗；AB为最小分支系数；MINB为相邻线路距离段动作阻抗。ISETZ2动作时限（1）、保护范围伸出相邻变压器其他各侧母线时，TITI2、保护范围伸出变压器其他各侧母线时，T。IT式中为相邻线路重合后不经振荡闭锁的距离II段动作时间；IT为相邻变压器相间短路后备保护动作时间。TT灵敏度校验作为近后备时/15；作为远后备时12SENKITZABB与相邻变压器的电流、电压保护配合整定；314ISETZ1MINZBABIRL式中电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。MIN动作时限T。为相邻变压器相间短路后备保护动作时间。ITTTTC与相邻线路距离段配合；315ISETZ12MINISETBABIRLZK式中08085；可靠系数；IRELK为相邻线路距离段动作阻抗。IST2动作时限T。为相邻线路距离III段动作时间。IIID躲过最小负荷阻抗；若采用全阻抗特性，则整定值为316ISETZ1MINLRESRLZK式中按实际最不利的系统频率下阻抗元件所见到的事故过负荷最小负荷阻抗（应MINL配合阻抗元件的实际动作特性进行检查）整定；可靠系数，一般取12125RELK电机自启动系数，取1525S阻抗测量元件（欠量动作）的返回系数，取115125。REL323线路重合闸在电力系统故障中，大多数的故障是送电线路的故障。运行经验表明，架空线路故障大都是一些瞬时性故障，如雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的碰线，鸟类或是树枝等物体落在导线上引起的短路等，在线路被继电保护迅速断开以后，电弧立即熄灭，外界的物体也被电弧烧掉而消失。此时，如果把断开的线路再合上，就能够恢复正常供电。但是，如果故障是永久性的，如线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏引起的故障，在线路被继电保护迅速断开以后，故障仍然存在，即使再合上电源，线路还要被继电保护再次断开，因而就不可能立即恢复供电了，必须待工作人员检修后才可再次恢复供电。由于送点线路具有以上性质，所以采用重合闸能够大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数。此外，重合闸可以提高电力系统并列运行的稳定性，提高传输容量，纠正由于断路器本身的机构不良或误动作而引起的跳闸。三相一次重合闸的跳、合闸方式为无论本线路发生何种类型的故障，继电保护装置均将三相断路器跳开，重合闸启动，经预先设置的延时发出重合闸脉冲，将三相短路器一起合上。若是瞬时性故障，因故障已经消失，重合成功，线路继续运行；若是永久性故障，继电保护再次动作跳开三相，并且不在重合。重合闸的启动过程当短路器由继电保护动作跳闸或其他非手动原因而跳闸后，重合闸均应启动。一般使用断路器的辅助常开触点或者用合闸位置继电器的触点构成，在正常情况下，当断路器由合闸位置变为跳闸位置时，马上发出启动指令。重合闸的时间启动元件发出启动指令后，时间元件开始记时，达到预定的演示后，发出一个短暂的合闸脉冲命令，这个延时就是重合闸时间，是可以整定的。一次重合闸脉冲当延时时间到后，它马上发出一个可以合闸脉冲命令，并且开始记时，准备重合闸的整组复归，在复归时间内即使再有重合闸时间元件发出命令，它也不再发出第二个合闸命令。它可保证在一次跳闸后有足够的时间合上和再次跳开断路器。自动重合闸与继电保护的配合为了能尽量利用重合闸所提供的条件以加速切除故障，继电保护与之配合时，一般采用重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种方式，根据不同的线路及其保护配置方式选用。1重合闸前加速保护重合闸前加速保护一般又简称为“前加速”。它是当任何一条线路上发生故障时，第一次都有保护瞬时无选择性动作予以切除，重合闸以后保护第二次动作切除故障是由选择性的。采用前加速保护会使断路器工作条件恶劣，动作次数较多；重合与永久性故障时，故障切除的时间可能较长；若重合闸或断路器拒绝合闸，则将扩大停电范围，甚至在最末一级线路上故障时，都会使连接在这条线路上的所有用户停电。2重合闸后加速保护重合闸后加速保护一般又简称为“后加速”。它是当任线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行重合。如果重合于永久故障，则在断路器合闸后，再加速保护动作瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。它的优点是第一次有选择性切除故障，不会扩大停电范围；保证永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性；与前加速相比，不受网络结构和负荷条件的限制。综上所述，基于本设计中的线路是简单的单相线路，所以采用重合闸后加速保护。324零序电流保护（1）零序电流段的整定原则躲过本线路末端单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流317MAX03IKIRELST式中可靠系数，可取1213；REL（2）零序电流II段整定原则按与相邻线路零序电流I段配合整定。318102SETBIRLISETK式中为可靠系数，可取11512；分支系数；IRELB0相邻线路零序电流段整定值。IST灵敏度校验319ISETSENK2MIN03式中3I0MIN线路末端接地短路时流过保护的最小零序电流；保全线有灵敏系数的零序电流定值对本线路末端金属性接地故障的灵敏系数应满足如下要求A20KM以下线路，不小于15；B2050KM的线路，不小于14；C50KM以上线路，不小于13。动作时限因相间零序电流段保护定值与相邻线路零序电流保护段配合，所以段动作时限比相邻线路零序电流保护段的动作时限高出一个T即可，可取03S。灵敏度不够时，按与相邻线路段配合来整定。ISETRLISETK12320式中相邻线路零序电流段整定值。ISET1动作时限因相间零序电流段保护定值与相邻线路零序电流保护段配合，所以段动作时限比相邻线路零序电流保护段的动作时限高出一个T即可，可取06S。（3）零序电流保护的整定原则按照躲开在下级线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流来整定MAXUNBI321IRELISTKMAXUNB式中11IRL灵敏度校验322ISETSENK2MIN03式中I0MIN线路末端接地短路时流过保护的最小零序电流；被保护线路末段故障，保护的灵敏系数。SEN当线路长度为20KM以下时，不小于15；SENK当线路长度为2050KM时，不小于14；S当线路长度为50KM以上时，不小于13。SEN动作时限因相间零序电流段保护定值与相邻线路零序电流保护段配合，所以段动作时限比相邻线路零序电流保护段的动作时限高出一个T即可，可取06S。灵敏度不够时，按与相邻线路段配合来整定。ISETBRLISETK102323式中11，为分支系数。IRELB0动作时限因相间零序电流段保护定值与相邻线路零序电流保护段配合，所以段动作时限比相邻线路零序电流保护段的动作时限高出一个T即可，可取09S。4线路继电保护仿真41保护仿真软件概述MATLAB是MATHWORKS公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。MATLAB70中包含有SIMULINK及功能强大的仿真电力系统SIMPOWERSYSTEMS模块库，它的功能非常强大，含有电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等电工科学中常用的基本元件和系统的仿真模型，建模只需点击和拖拉即可完成。利用MATLAB进行继电保护原理及装置的计算机仿真是当今高校及科研机构学习研究新型保护装置的重要手段之一。本文根据以上线路继电保护基本原理思路，利用MATLAB中的SIMULINK模块搭建出简单的一次供电系统，在这基础上搭建线路继电保护模块，继而设置电力系统故障运行所搭建的模型，调试程序，达到保护按电流三段式原理和零序电流保护原理动作的目的，成功完成线路继电保护仿真。42仿真设计步骤第一步，利用SIMULINK中的SIMPOWERSYSTEMS工具箱构建一个简单的单电源供电系统，并在MATLAB环境中调试成功。第二步，根据线路三段式电流保护和自动重合闸保护原理构建线路继电保护模块，并结合前面搭建的供电系统进行调试。再与整定值进行配合，使保护能有选择性的动作满足实际要求。第三步，根据所学的电力系统基本知识和线路继电保护知识，对仿真的结果（数据、图像、波形等）进行分析，检测实际仿真结果是否与理论知识一致，最后达到保护按实际情况有选择性的快速切除故障。43线路单相自动重合闸电流保护仿真图中以单侧电源线路为例，在线路的不同段可分别设置故障发生器，并设置线路重合闸电流保护。所建仿真模型如图41所示。图41线路单相自动重合闸电流保护模型该模型各个模块参数设置如下（只需双击模块即可实现修改参数）1）“交流电压源”模块实际为一个单相电源模块ACVOLATGESOURCEBLOCK，通过设定该模块的参数来模拟单电源系统。其参数如下表41所示。表41交流电压源模块参数表交流电压源模块参数单电源系统PEAKAMPLITUDEV100PHASEDEG0FREQUENCYHZ50SAMPLETIME0MEASUREMENTSNONE2）断路器模块“BREAKER”参数如表42所示。表42断路器模块参数表断路器模块参数BREAKBREAKERSRESISTANCERONOHMS001INITIALSTATE1SNUBBERSRESISTANCERSOHMS1E6SNUBBERSCAPACITANCECSFINFEXTERNALCONTROLOFSWITCHINGTIMESMEASUREMENTSBRANCHVOLATGEANDCURRENT3线路模块参数如表43所示表43线路模块参数表线路模块参数LINE1300KMRESISTANCEOHMS1INDUCTANCEH/KM01CAPACITANCEH/KMINFSETTHEINITINALCAPACITORVOLATGECAPACITORINITINALVOLATGEV0SETTHEINITINALINDUCTORCURRENTINDUCTORINITINALCURRENT0MEASUREMENTSNONE4故障模块参数如表44所示。表44故障模块参数表故障模块参数THREEPHASEFAULTPHASEAFAULTPHASEBFAULTPHASECFAULTFAULTRESISTANCESRONOHMS0001GROUNDFAULTGROUNDRESISTANCESRGOHMS0001EXTERNALCONTROLOFFAULTTIMINGINITINALSTATUSOFFAULT001SNUBBERSRESISTANCESRPOHMS1E6SNUBBERSCAPACITANCECPOHMSINFMEASUREMENTSFAULTVOLTAGESANDCURRENTS5定时器模块参数如表45所示。表45定时器模块参数表定时器模块参数TIMERTIMES003AMPLITUDE016继电器模块参数如表46所示。表46继电器模块参数表继电器模块参数RELAYSWITCHONPOINT3SWITCHOFFPOINT2OUTPUTWHENON1OUTPUTWHENOFF0ENABLEZEROCROSSINGDETECTIONSAMPLETIME1FORINHERITED17电流测量模块如表47所示。表47电流测量模块参数表电流测量模块参数CURRENTMEASUREMENTOUTPUTSIGNALMAGNITUDE431“单相自动重合闸”电流保护模块子系统（SUBSYSTEM）单相自动重合闸电流保护模型可以分为6个部分（1）测量模块，由万用表（MULTIMETER）采集流过图41中线路首端断路器模块的电流，从而得到电流的采样值。（2）保护模块，模块主要由傅立叶变换模块（FOURIER）、继电器REALY、延迟模块TRANSPORTDELAY,本例中设入延时值为005S,其主要功能是将经傅立叶变换后的零序电流幅值与定值相比较，一旦大于定值，才经延时输出为“0”。（3）保护出口模块，该模块的主要功能是将保护模块的动作行为保持，主要由非门NOT、加法器SUM和常数CONSTANT、使能子系统模块ENABLESUBSYSTEM构成。由于使能子系统模块的特点是使能端输入正数或零时，子系统开启；使能端输入负数时，子系统关闭，模块输出端为初始值或保持前一状态。而保护模块中延迟模块的输出为“1”或“0”，因此不能接在使能端上，否则会一直使保护出口模块始终处于使能状态，输出为“1”。由图41可见，如保护模块中延迟模块的输出为“0”,则经非门再与常数05相加后，可是保护出口模块使能端输出为“1”。保护出口模块输出为“0”。（4）重合闸模块，主要功能是在第一次判断线路发生故障跳闸后，经过一段时间实现断路器重合。主要由非门，一个常数发生器（发出05），加法器、使能子系统、延迟模块（TRANSPORTDELAY,本例中设入延时值为03S）组成。如保护模块输出为0，则经整定延时后，重合闸使能出口模块输出为“1”。（5）后加速模块，主要功能是判断断路器重合后故障是否存在。如故障依然存在，则发出跳闸命令并不再重合；如故障解除，则保持合闸状态。主要由非门NOT、加法器SUM和常数CONSTANT、使能子系统模块ENABLESUBSYSTEM等模块构成。后加速模块的逻辑功能基本等同于保护模块和保护出口模块的功能合成，不同的是后加速模块是在重合闸后启动的，另外，该模块要实现加速跳闸的功能，因此在本例中设定延时值为001S。（6）执行模块，将（2）、（3）、（4）部分的波形相加，最终形成正确的断路器控制波形。注意在一个采样点，还有子系统命名问题，不能重复。432系统中的小模块介绍1）基波傅立叶变换傅立叶模块的作用是输出各相电流的基波和幅值，从而输入SFUNCTION模块中使运算中通过公式AJBICOSJJISINJ，把电流变换成复数形式进行运算。如图43所示。图42基波傅立叶变换2）继电器模块它的功能就跟实际的继电器一样，当输入值大于预先设置的定值时，输出为“1”，即动作；当输入值小于预先设置的定值时，继电器返回，输出为“0”。其参数设置如图43所示。图43继电器模块参数设置图3）延迟模块它的功能就是将输入信号延迟一个时间，这个时间可以根据时间情况来设置。其参数设置如图44所示。图44延迟模块参数设置图4）非门模块它的功能就是对输入的信号值取反，输入是“1”，输出则为“0”；输入是“0”，输出则为“1”。433设置故障与仿真结果因为本仿真是对线路发生接地故障时，断路器跳闸继而再重合闸，所以就在线路的中点设置了一个接地故障，具体又分为永久性和瞬时性接地故障1）永久性接地故障本设计设置的是线路在03S发生永久性接地故障，在设置完仿真参数后，执行仿真，仿真结果是线路在03S之前是正常运行的有一个线路电流，在03S发生永久性接地故障，电路电流突然变大，在经过保护的005S延时后跳闸，经过01S延时后，重合闸动作，断路器重合，又经过008S延时后，重合闸后加速，之后重合不成功，断路器跳开，不在重合。仿真波形如下图45所示图45永久性接地故障仿真波形图2）瞬时性接地故障本设计设置的是线路在03S发生瞬时性接地故障，在设置完仿真参数后，执行仿真，仿真结果是线路在03S之前是正常运行的有一个线路电流，在03S发生永久性接地故障，电路电流突然变大，在经过保护的005S延时后跳闸，经过01S延时后，重合闸动作，断路器重合，又经过001S延时后，重合闸后加速，之后重合成功。仿真波形如下图46所示图46瞬时性接地故障仿真波形图图47重合闸后加速模块各信号波形图44线路三段式电流保护仿真本设计是根据继电保护中线路三段式电流保护的原理，模拟单侧电源系统中，线路发生故障是保护的动作情况，并对其进行数字、波形仿真。这里当然涉及到了三段式电流的整定计算与各段保护之间的配合，如前32所述。模型搭建起来之后，我们可以在线路的不同段可分别设置故障，仿真线路保护中电流速断保护（段）、限时电流速断保护段和定时限过电流保护段的动作情况。所建仿真模型如图48所示。图48线路三段式电流保护模型441该模型各个模块参数设置如下（只需双击模块即可实现修改参数）1）“交流电压源”模块实际为一个单相电源模块ACVOLATGESOURCEBLOCK，通过设定该模块的参数来模拟单电源系统。其参数如下表48所示。表48交流电压源模块参数表交流电压源模块参数单电源系统PEAKAMPLITUDEV10E3PHASEDEG0FREQUENCYHZ50SAMPLETIME0MEASUREMENTSNONE2）断路器模块“BREAK”参数如表49所示。表49断路器模块参数断路器模块参数BREAKBREAKERSRESISTANCERONOHMS001INITIALSTATE1SNUBBERSRESISTANCERSOHMS1E6SNUBBERSCAPACITANCECSFINFEXTERNALCONTROLOFSWITCHINGTIMESMEASUREMENTSBRANCHVOLATGEANDCURRENT3线路模块参数如表410所示表410线路模块参数表线路模块参数LINE0/1/2RESISTANCEOHMS03/5/35INDUCTANCEH/KM0CAPACITANCEH/KMINFSETTHEINITINALCAPACITORVOLATGECAPACITORINITINALVOLATGEV0SETTHEINITINALINDUCTORCURRENTINDUCTORINITINALCURRENT0MEASUREMENTSNONE4故障模块参数如表411所示。表411故障模块参数故障模块参数THREEPHASEFAULTPHASEAFAULTPHASEBFAULTPHASECFAULTFAULTRESISTANCESRONOHMS0001GROUNDFAULTGROUNDRESISTANCESRGOHMS0001EXTERNALCONTROLOFFAULTTIMINGINITINALSTATUSOFFAULT001SNUBBERSRESISTANCESRPOHMS1E6SNUBBERSCAPACITANCECPOHMSINFMEASUREMENTSFAULTVOLTAGESANDCURRENTS5定时器模块参数如表412所示。表412定时器模块参数表定时器模块参数TIMERTIMES001AMPLITUDE016继电器模块参数如表413所示。表413继电器模块参数表继电器模块参数RELAY/RELAY1/RELAY2SWITCHONPOINT1800/820/320SWITCHOFFPOINT1790/815/317OUTPUTWHENON1OUTPUTWHENOFF0ENABLEZEROCROSSINGDETECTIONSAMPLETIME1FORINHERITED17电流测量模块参数如表414所示。表414电流测量模块参数表电流测量模块参数CURRENTMEASUREMENTOUTPUTSIGNALMAGNITUDE8乘法模块参数如表415所示。表415乘法模块参数表乘法模块参数MULTIPLYNUMBEROFINPUTSMULTIPLICATIONELEMENTWISESAMPLETIME19延时模块参数如表416所示。表416延时模块参数表延时模块参数TRANSPORTDELAY/DELAY1/DELAY2TIMEDELAY001/01/02INITIALINPUT0INITIALBUFFERSIZE6144/10240/20480PADEORDER0442线路三段式电流保护模块子系统（SUBSYSTEM）线路三段式电流保护模型可以分为以下4个部分1）电流保护段，该子系统主要功能是当线路在段范围内发生故障时，保护立即启动并切除故障，它只能保护本线路的一部分。它是将经过傅立叶模块变换的电流与预先设置的继电器电流相比较，若大于预置值则输出1，反之输出0，这个信号再经过延迟模块，因电流段是速断保护，所以这个延迟时间很小（0001），然后经过保护出口将最终的信号输出给断路器的外部控制端。保护出口部分主要由非门NOT、加法器SUM和常数CONSTANT、使能子系统模块ENABLESUBSYSTEM构成，其主要功能是将保护模块的动作行为保持。这与单相重合闸仿真是一致的。2）电流保护段，该子系统主要功能是当线路在段范围内发生故障时，保护经过一个动作延时启动并切除故障，它能保护本线路的全长。其动作原理与电流保护段基本相同，只是延迟时间不一样，当满足灵敏度的情况下段的延迟时间是05S，当灵敏度不满足要求时，它的动作时间应与下一保护的段相配合，延迟时间就等于下一保护的段延迟时间加上05S。3）电流保护段，该子系统主要功能是当线路在段范围内发生故障时，保护经过一个动作延时启动并切除故障，它不仅能保护本线路的全长，而且能保护下级相邻线路的全长。其动作原理与电流保护段基本相同，也只是延迟时间设置不一样。当满足灵敏度的情况下，它的动作时间应与下一保护的段相配合，所以延迟时间等于下一级保护的段延迟时间加上05S。若灵敏度不满足要求，则应当考虑电流电压连锁保护或是距离保护。4）保护总出口部分，该部分的功能就是将1）、2）、3）部分的输出信号相与，就是当段输出为1，段输出为0，段输出也为0时，经过一个乘法模块，总输出就为0，将断路器跳开。同理，当故障发生在段或是段范围内时，保护也是按这个原理动作的。443设置故障与仿真结果根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合，我们可以在线路的不同段设置故障，模拟各段保护的动作情况。1）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，将线路1的值设置为5，线路0、2分别为03、35。设置仿真参数如下图49所示图49三段式电流保护仿真参数设置图执行仿真后，仿真结果如下图410所示图410电流段仿真波形图1图410电流段仿真波形图2由图可以看出线路在005S发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过一个很小的延时0001S，断路器1跳闸。电流段成功按时动作。2）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路1的值来模拟线路不同段的故障。将线路1的值设置为10，线路0、2分别为03、35。仿真参数同1），执行仿真后，仿真结果如下图411所示图411电流段仿真波形图1图411电流段仿真波形图2由图可以看出线路在005S发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时05S，断路器1在055S跳闸。电流段成功按时动作。3）模拟电流段保护动作，在电流段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路1的值来模拟线路不同段的故障。将线路1的值设置为155，线路0、2分别为03、35。仿真参数同1），执行仿真后，仿真结果如下图412所示图412电流段仿真波形图1图412电流段仿真波形图2由图可以看出线路在005S发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时10S，断路器1在105S跳闸。电流段成功按时动作。5仿真结果分析51线路单相自动重合闸电流保护仿真结果分析1）永久性接地故障仿真结果如433中所示，从仿真的波形我们可以清楚直观的看到线路在03S之前有一个正常运行幅值为151A的线路正弦电流，在03S发生永久性接地故障，电路电流突然变大到45A，这时经过傅立叶变换的电流幅值大于保护模块中继电器设置的动作电流3A,保护启动，经过预先设置的005S延时后跳闸，由于线路采用的是单相自动重合闸，所以在经过01S（预先设置值）延时后，发出一个可以合闸脉冲命令，重合闸动作，断路器重合，但由于所设置的故障是永久性故障，合闸之后故障依然存在，因此经过008S（预先设置值）延时后，会加速保护动作瞬时切除故障，并不再重合。这与单相自动重合闸的动作原理是一致的，说明了仿真成功。2）瞬时性接地故障我们可以从433的仿真结果看到线路在03S之前有一个正常运行幅值为151A的线路正弦电流，在03S发生瞬时性接地故障，电路电流突然变大到45A，这时经过傅立叶变换的电流幅值大于保护模块中继电器设置的动作电流3A,保护启动，经过预先设置的005S延时后跳闸，由于线路采用的是单相自动重合闸，所以在经过01S（预先设置值）延时后，发出一个可以合闸脉冲命令，重合闸动作，断路器重合，由于所设置的故障是瞬时性故障，跳闸后的再次合闸电流幅值由于负荷自启动会很大，当大于333A预先设置值继电器动作，重合闸装置加速动作，将断路器成功合上，并不再跳开。这与单相自动重合闸的动作原理是一致的，说明了仿真成功。这里有必要说明一下重合闸后加速的整个动作过程，由于仿真中示波器窗口只能显示比较小的一段时间，所以将故障时间设置在023S，仿真时间为05S，从波形图我们可以看到信号1经过重合闸模块出来的信号在0392S到045S之间为1，这是因为故障是在023S，加上005S延时跳闸时间，加上01S延时重合闸时间，还有一些装置本身工作时间，所以在0392S信号变为1。信号2它是电路中的电流经过傅立叶模块的电流信号再与电流继电器比较出来的信号，在0375S到0458S之间为1，这是根据线路中实际实时电流比较出来的。信号3只是对信号1加了一个常数05，使进入使能子系统的使能控制端有正有负。信号4由于信号3在0392之前为0，即使能控制端输入为0，所以经过ENABLEDSUBSYSTEM2后，输出也为0；0392S之后由于控制端输入端变为1，输入端信号2也为1，所以输出为1；045S后控制端输入端变为0，使能子系统应该保持前一状态，所以输出仍为1。信号5只是对信号4加了一个常数05，使进入使能子系统的使能控制端有正有负。信号6它的使能控制端是信号5,输入IN1是信号4，与信号4的输出原理同理可得信号6在0392S变为1，一直到仿真结束。信号7只是对信号6延迟008S,即重合闸后加速时间。信号8是加法器SUM5的输出信号。信号9信号8减去信号7。通过波形分析，重合闸后加速模块是通过对重合闸期间电流信号变化的提取，来进行电流继电器动作值的设置，使其在指定时刻重合闸，经过后加速时间重合，若重合与永久性故障，则断路器跳闸并不在重合。52线路三段式电流保护仿真结果分析仿真结果可以从443中可以看到对于电流段保护仿真，由图410可以看出线路在005S发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过一个很小的延时0001S，断路器1跳闸，电流段成功按时动作。但是这个故障必须设置在电流速断的保护范围内。这期间其实电流段和段都启动了，只是它们带有一个动作延时，在还没来得及动作时，电流段已经动作，并跳开短路器，以致线路电流减小，段和段都返回而不动作。如果将线路1的值再设置的大点，也就是远离保护段范围的末端，则保护段不会动作，而是限时电流速断保护（段）动作。通过仿真波形我们可以看出仿真是合乎保护动作原理的，仿真成功。对于电流段保护仿真，由仿真的波形图411可以看到，线路在005S发生了故障，产生一个较大的短路电流，但这个电流值小于电流段的启动值，所以电流段不会启动，而电流段和段会启动，在经过段预先设置的延时05S后，断路器1在055S跳闸，电流段成功按时动作。这是因为电流三段虽然启动，但是还没来得及动作，电流段已经将故障切除，以致电流减小使段返回，这也正是电流保护为什么要有动作时限配合的原因。对于电流段保护仿真，由仿真的波形图412可以看到，在005S发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时10S，断路器1在105S跳闸，电流段成功按时动作。这是因为在线路末端发生短路，产生的短路电流较小，使得保护段和段都不会启动，而段启动，经过预先设置的延迟时间10S后，段动作而跳闸，切除故障。这里其实下一级线路的保护段也启动了，最先动作的应该是它，但为了模拟三段动作情况，我们就假设了下一级线路的段因失灵或其他原因而拒动，来仿真段动作情况。电流段它不仅作为本线路主保护拒动时的近后备保护，而且作为下级相邻线路保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时还作为过负荷时的过负荷保护。通过仿真波形我们可以看出仿真是合乎保护动作原理的，电流段保护仿真成功。6总结本次毕业设计是围绕“线路继电保护整定计算的MATLAB仿真”这一课题展开的，在张老师的悉心指导下，对所预想的问题都有了较满意的答案。毕业设计这一实践性环节培养了我针对实际问题确定研究方案的能力，以及这过程中文献查阅、软件设计、系统仿真、波形分析、缺陷处理等多方面能力，特别是培养了我独立学习和工作能力。对本次设计主要完成工作总结如下1）阅读了大量相关的资料且巩固了继电保护专业知识，学习了线路三段式电流保护以及单相自动重合闸原理，为搭建具体的保护仿真模型奠定了基础，加深了对线路继电保护的原理和逻辑的了解。2）学习MATLAB语言的编程基础，了解其强大的数值运算功能和大量的内置函数，以及矩阵运算的特性，掌握M文件的编写技巧。熟悉SIMULINK及SIMPOWERSYSTEMS工具箱。3）通过网络资源，了解MATLAB仿真技术的最新成果，利用SIMULINK工具箱分别搭建了三段式电流保护和单相重合闸仿真模型，结合保护的基本原理等知识，进行运行调试，结果验证了仿真模型的正确性、实用性。4）利用SIMULINK中的SIMPOWERSYSTEM工具箱，搭建了一个10KV单侧电源供电系统的三段式电流保护仿真模型以及线路单相重合闸仿真模型。在系统中设定不同的故障点，分别进行了相应的仿真，得出了故障时的电压、电流波形，并对仿真结果进行分析。5）最后在毕业设计工作的基础上，完成了毕业设计说明书，对毕业设计整个过程和毕业设计的成果进行总结。对设计评价本文归纳总结了在整个毕业设计过程中所学的各方面的知识和设计的成果。利用MATLAB对线路继电保护整定计算进行仿真，在此基础上利用SIMULINK对线路三段式电流保护和单相重合闸建立仿真模型，再结合线路继电保护整定计算方法，使之与整定值相配合，做到有选择性动作，同时进行各种故障模拟，利用SIMULINK仿真工具自动处理采样数据，以做出正确的反应，成功完成仿真课题。利用SIMULINK工具箱中的电力系统模块，搭建电力系统中的各种仿真模型，不需要自己去费尽心思的编制程序，实现快速方便开发仿真系统