阻抗继电器动作特性的MATLAB仿真分析-

1、收稿日期:2007208213作者简介:张艳平(1957-,女,实验师,主要从事电力系统继电保护研究.第22卷第4期2007年12月电力科学与技术学报JO URNAL O F E I ECTR I C P OW ER SC I ENCE AN D TECHN OLO G YVol .22No .4Dec .2007阻抗继电器动作特性的M AT LAB 仿真分析张艳平,曾祥君,陈众(长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙410076摘要:论文论述了比相式接地距离继电器的构成机理,对目前广泛应用的几种常规接地距离继电器和具有自适应特性的接地距离继电器动作特性进行了MAT LAB 计算仿真,并对各

2、种接地距离继电器的动作性能进行了分析比较,对继电器的实际应用有一定的参考作用.关键词:继电保护;距离继电器;动作特性;MAT LAB 仿真中图分类号:T M 58文献标识码:A 文章编号:167329140(20070420076203S im ul a ti on ana lysis of im pedance rel ay opera ti n gcharacter isti cs w ith M ATLAB softwareZHANG Yan 2p ing,ZE NG Xiang 2jun,CHE N Zhong(College of Electrical and I nfor mati

3、 on Engineering,Changsha Univarsity of Science and Technol ogy,Changsha 410076,China Abstract:The compositi on mechanis m of gr ound distance relays with phases comparing is analyzed .Con 2venti onal gr ound distance relays and adap tive gr ound distance relays are si m ulated with MAT LAB s oft w a

4、re in the paper .Their operati on characteristics are analyzed and compared .It is a reference for the relaysapp licati on .Key words:Pr otective relay;D istance relay;Operati on characteristic;Transient resistance;MAT LAB si m ulati on距离保护在输电线路上获得广泛应用.对于输电线路上最常见的单相接地故障,由于过渡电阻的存在,接地距离继电器的动作将会出现超越、失去

5、方向性、保护区内故障拒动等问题.为了克服过渡电阻的影响和保证动作的方向性,多采用极化电压为记忆电压或故障后的正序电压的距离继电器以及突变量距离继电器1,此类继电器的动作有明确的方向性,但区内单相接地时允许的过渡电阻很有限.为了提高继电器的抗过渡电阻能力,又提出了各种具有自适应特性的距离继电器.本文应用MAT LAB 软件,对各种特性的接地距离继电器进行了相位仿真计算,通过对仿真计算结果的分析比较,得出各继电器的各项性能指标,对继电器的实际应用起一定的参考作用.1阻抗继电器的构成原理距离保护是反映输电线路故障点至保护安装地点的电气距离,并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置2.而电气距离一

6、般以阻抗形式表示,又称为阻抗保护.阻抗保护的基本原理是用阻抗继电器测量保护安装处与故障点之间的阻抗Z K (或距离,再将此测量阻抗与整定阻抗Z set 进行比较,当测量阻抗大于整定阻抗时,保护不动作;而小于整定阻抗时,则保护动作.其动作判别分别采用电压幅值比较或电压相位比较的方式构成.而绝大多数具有自适应能力的阻抗继电器是按照故障点的电压边界条件建立其动作判据的3.当在保护区末端故障时动作判据处于临界状态,为了反映此状态,在继电器中要形成或计算出保护区末端的电压,一般称之为工作电压U op .工作电压有一个显著特点:在保护区外发生故障或正常运行状态,它的相位与在保护区内发生故障时的相位相差18

7、0°(方向相反,这就为阻抗继电器能正确判别各种区内故障奠定了基础.目前大多数距离继电器都是反映U op 的相位变化.比相式距离继电器通常是按判别工作电压U op =U -I Z set (即保护区末端的电压的相位构成的.U 为保护安装处的电压,I 为流过保护安装处的电流,Z set 为整定阻抗.系统正常运行、振荡、区外故障时,工作电压U OP 的相位不变;区内故障时,U op 的相位反相180°1.为判别和测量U op 的相位,需设置另一个交流量U pol 作参考电压,后者在距离保护中称之为极化电压U pol ,选择不同的极化电压将构成不同特性的阻抗继电器.2各极化电压的阻

8、抗继电器抗过渡电阻能力分析如图1所示系统,设保护安装在M 处,K 点发生了A 相接地,故障时各故障量如图2所示.U K A 为故障相A 相故障点的故障电压,随故障点过渡电阻R g 从0的变化而变化4;U A 为保护安装处的A相电压,U op A 为A 相工作电压,其相位随U K A 的变化而变化;U A 0为保护安装处的A 相记忆电压,其相位保持为故障前的相位不变;U A 1为保护安装处A 相正序电压,其相位随R g 从0的变化而变化,但与U A 0的相位差别不大.从图2中可见,如果以U K A 为动作边界(动态动作边界,且靠阴影一侧为动作区,则保护区内故障时,U op A 总是在动作区,保护

9、区外故障时,U op A 总是在非动作区,这样保护的动作特性就不受故障点过渡电阻的影响.但是在保护安装处测量不到U K A ,因此要寻找一个可以测量的量来代替U K A 的相位.常用的记忆电压极化和正序电压极化是用U A 0,U A 1偏转90°来接近U K A ,由于U A 0所确定的动作边界是固定不变的,而U A 1所确定的动作边界虽然是动态的,但当R g 变化时,其变化规律并没有完全跟随U ka 的变化.因此,记忆电压、正序电压极化的距离继电器抗过渡电阻能力较差.文献5提出用U A 0-U A 偏转90°代替U K A ,其确定的动作边界是动态的,对R g 具有自适应

10、性,因此,U A 0-U A 极化的距离继电器有很强的抗过渡电阻能力,但其超越较严重.但无论上述的哪种特性阻抗继电器,由于其确定的动作边界都不能随故障点过渡电阻的变化而完全跟随U K A 的变化,所以其保护范围都会受到故障点过渡电阻的影响,MAT LAB 相位仿真分析也证明了这点 .图1 双端电力系统图2A 相接地时电压相量图77第22卷第4期张艳平,等:阻抗继电器动作特性的MAT LAB 相位仿真分析3各极化电压的阻抗继电器动作特性的MAT LAB相位仿真分析为了分析、验证各极化电压的距离继电器的抗过渡电阻能力,本文采用MAT LAB软件对一条长300km的500k V超高压线路进行了A相接

11、地仿真计算,其中输电线路采用分布参数模型.系统接线如图1所示,仿真系统参数如下:系统参数:ZM =ZN=5.74+j14.1.线路参数:r1=0.02083/km,l1=0.8984 mH/km,c1=0.0129MF/km,r0=0.1148/k m, l0=2.2886mH/k m,c0=0.00523MF/km.线路两侧电源电势相位差60°,整定区为线路全长的85%.1仿真计算内容.同时对上述各极化电压的接地距离继电器的动作特性进行相位仿真,计算出arg UopAUpolA的相位.故障点选取为保护反方向出口、正方向出口、近保护范围末端230k m处、保护范围外部300km处4个

12、点,过渡电阻Rg从0变化到300(步长为20,继电器的动作特性均为90°argUopUpol270°,仿真计算结果见表1.(表中UA1,UA0分别为正序电压移相极化、记忆电压极化阻抗继电器;UA0-UA为文献4提出的自适应阻抗继电器2仿真结果分析.正序电压UA1极化、记忆电压UA0极化的阻抗继电器耐受过渡电阻的能力差,而UA0-UA极化的阻抗继电器虽有极强的耐受过渡电阻的能力,但超越现象严重,且失去了一定的方向性6.通过极化电压的后移可以提高UA1极化、UA0极化的阻抗继电器耐受过渡电阻的能力,但很有限.通过极化电压的前移可以解决UA0-UA极化的阻抗继电器超越问题,但这样

13、会降低灵敏性,也就失去了它的优势.究其原因,都是因为上述阻抗继电器的动作边界不能完全跟随UK A的变化所造成.表1仿真结果R g正方向出口处故障U a1U a0U a0-U a 保护范围末端230km故障U a1U a0U a0-U a保护范围外部300km故障U a1U a0U a0-U a反方向出口处故障U a1U a0U a0-U a0-174.2-166.1-166.6-166.9-156.4-144.1-0.710.526.4-36.5-28.6-28.620-151.5-146.3-157.7-109.7-101.2-100.3-73.8-64.8-61.4-43.3-38.9-6

14、3.240-131.3-129.8-150.4-93.1-86.2-95.5-73.3-66.0-74.2-44.2-42.2-63.260-115.6-115.2-145.6-82.4-75.3-95.7-67.7-61.8-80.3-42.7-42.0-71.980-103.4-103.1-140.7-74.1-69.1-95.9-62.2-57.1-84.8-40.6-40.5-78.1 100-93.2-93.2-137.4-67.6-63.1-97.2-57.4-52.7-88.6-38.6-38.4-82.8 120-85.1-84.9-134.8-62.4-58.1-98.9-5

15、3.4-48.9-92.1-36.8-36.6-86.6 140-78.5-78.0-133.4-58.1-54.0-100.7-50.1-45.6-95.4-35.3-34.8-89.8 160-73.1-72.2-131.6-54.6-50.4-102.5-47.3-42.8-98.4-34.0-33.1-92.5 180-68.5-67.3-130.6-51.6-47.4-104.4-45.0-40.4-101.4-32.9-31.6-94.9 200-64.7-63.0-129.9-49.1-44.8-106.3-43.0-38.3-104.2-31.9-30.3-97.2 220-6

16、1.4-59.4-129.5-47.0-42.5-108.2-41.3-36.5-106.9-31.1-29.1-99.2 240-58.5-56.2-129.2-45.1-40.5-110.1-39.9-34.9-108.2-30.4-28.1-101.3 260-56.1-53.4-129.2-43.5-38.8-111.9-43.5-38.8-111.9-29.2-26.3-104.5 280-53.9-51.0-129.2-42.1-37.2-113.7-37.5-32.3-114.4-28.7-25.6-106.7 300-51.9-48.8-129.3-40.8-35.9-115.

17、5-36.5-31.1-116.6-27.4-24.2-108.3(下转第90页调度,程序代码中采用了动态约束条件,例如:水库的预报来水量、最小流量、当前水位决定了次日的最高可能水位,作为种群的水位数据上限;水库的预报来水量、最大流量、当前水位决定了次日的最低可能水位,作为种群的水位数据下限.这样,遗传算法种群的水位上下限信息就成为动态约束.尽管这样处理需要从数据库中读取相应数据,增加了编程难度,但大大提高了遗传算法的收敛性和优化结果的真实性.4结论韶关地区电网水电站群优化调度辅助决策支持系统已经开发完成并经过代码调试,投入地调现场试运行,目前运行情况总体良好.该系统既可用于地方电网的水电调度

18、运行管理,实现水电站群联合优化调度;也可独立运行于各水电站,实现单水电站优化调度.该系统对促进韶关电网实现水电优化调度,进一步提高水电资源的经济和社会效益具有重要意义.参考文献:1李彩林,王金文,孙新德.水电站群发电调度决策支持系统的设计与开发J .水电自动化与大坝监测,2005,30(3:75278.2王仁权,王金文,伍永刚.福建梯级水电站群短期优化调度模型及其算法J .云南水力发电,2002,18(1:52253.3丁杰,李厚俊,周海松,等.电网水调决策支持系统设计J .水电自动化与大坝监测,2002,26(1:61264.4段文辉,梅亚东,陈立华,等.金沙江干流梯级水电站水库群长期优化调度J .水电自动化与大坝监测,2007,31(1:17220.5张铭,丁毅,袁晓辉,等.梯级水电站水库群联合发电优化调度J .华中科技大学学报(自然科学版,2006,34(6:90292.6刘双全等.沅水流域梯级电站发电优化调度决策支持系统J .水电能源科学,2007,25(2:25228.7范习辉等.水电站群发电调度决策支持系统的设计与开发J .水电自