基于Matlab的电力系统自动重合闸建模与仿真

1、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 短路故障目 录1 引 言12 模型中主要模块的选择和参数22.1同步发电机模块22.2 变压器模块22.3 输电线路模块32.3.1 150km线路模块32.3.2 100km线路模块42.1 电源模块52.3

2、 负载模块62.3.1 三相串联RLC负载Load162.3.2 三相串联RLC负载Load472.4 断路器模块82.5 测量模块92.6 显示模块92.7 其他模块92.8 仿真参数设置103 仿真结果及波形分析103.1 线路单相重合闸103.2 线路三相重合闸12总结13参考文献14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，P

3、SASP，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

4、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 1 220kv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（Simplified Synchronous Machine）如图 2：连接类型：3线Y型连接；额定参数：500e6 13.8e3 50；机械参数：56290 0.3 2；内部阻抗：1.9845 263.15e-3；初始条件：0.2 0 0,0,0 0,0,0；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-Phase Transformer）如图 3：额定功率和频率：500e6 50；一次绕组连接方式：三角形连接；一次绕组参数

5、：13.8e3 0.002 0.08；二次绕组连接方式：星形连接；二次绕组参数：220e3 0.002 0.08；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2.3.1 150km线路模块等值线路元件（Distributed Parameters Line）如图 4：线路相数：3；频率：50HZ；单位长度电阻：0.01165 0.2676;单位长度电感：0.8679e-3 3.008e-3;单位长度电容：13.41e-9 8.57e-9;线路长度：150km；测量：选择不测量电气量；图4 150km分布参数线

6、路的参数设置2.3.2 100km线路模块等值线路元件（Distributed Parameters Line）如图 5：线路相数：3；频率：50HZ；单位长度电阻：0.01165 0.2676;单位长度电感：0.8679e-3 3.008e-3;单位长度电容：13.41e-9 8.57e-9;线路长度：100km；测量：选择不测量电气量；图5 100km分布参数线路的参数设置2.1 电源模块三相电压源（3-Phase Source）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

7、；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-Phase series RLC load）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-Phase series RLC load）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：

8、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-Phase Break）如图 9：断路器初始状态：closed；转换时间：0.04 0.08；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-Phase VI Measurement）；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

9、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 （no continuous satates）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0.04 0.08，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

10、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13 A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（0.040.08），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

11、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0.04 0.08，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（0.04s0.08s），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MATLAB PSB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