输电线路距离保护建模与仿真概要

1、徐州工程学院毕业设计（论文）摘要当电力系统运行的时候，时常会发生各种故障使得系统不能够正常运作，其中短路故 障就是最危险也是最普通的的故障。在出现故障时，电力系统必须快速并有选择地去切除 出现故障的元件，这时就需要在电器元件上安装继电保护装置来保护，距离保护是一种在 继电保护中定位故障点的有效方法。本文依据输电线路距离保护的基本原理和组成，对距离保护系统中的方向阻抗继电器 进行建模，并使用 MATLAB/SIMULINK 对线路的距离保护建立仿真模型，使距离保护成 功仿真。仿真结果表明：对距离保护建立的仿真模型能够被正确运行，且可以正确地表示 不一样类型的短路故障并根据所给不一样的故障发出动作

2、信号让断路器跳闸以实现对线 路的保护。关键词 距离保护；方向阻抗继电器；建模；仿真徐州工程学院毕业设计（论文）AbstractWhen the power system runs, there are often all kinds of fault leading to that the system cant run correctly. Of all the faults, the most dangerous and most common fault is the short circuit fault. In case of faults, the power system mus

3、t be fast and selective to remove the component of fault, then you need to install protection devices to protect the electrical components. Distance protection is an effective method to locate the point of fault in the relay.According to the basic principle and structure of distance protection of tr

4、ansmission line, this paper makes a mathematical model of directional impedance relay in the distance protection and uses SIMULINK to establish a distance protection simulation model of transmission line in MATLAB. It makes the three-stage distance protection emulation realize. Simulation results sh

5、ow that: the three-stage distance protection simulation model can run correctly, and correctly represent different kinds of short circuit fault . According to the different kinds of fault, it can also send the correct signal to make the breaker disconnect so that it can protect the transmission line

6、.Keywords Distance protection Directional Impedance Relay Modeling SIMULINKII徐州工程学院毕业设计（论文）目 录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1绪论1. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 本课题的背景和意义1. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 国内外研究现状 1. HYPERLINK l bookmark12 o Current Docum

7、ent 本文的主要内容3. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2距离保护4. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 距离保护的基本原理和构成 4. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 阻抗继电器 5. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 距离保护的整定原则 6. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3输电线路距离保护建模 8. HYPERLINK l boo

8、kmark42 o Current Document 方向阻抗继电器的数学模型 8. HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 方向阻抗继电器的仿真模型 9. HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 方向阻抗继电器的仿真结果 15 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 4输电线路距离保护仿真1.7MATLABSIMULINK 介1.7 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 距离保护仿真模型的建立1.8 HYPERLIN

9、K l bookmark72 o Current Document 距离保护模块的构建 24 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 距离保护仿真结果29 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 结论35 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 致谢3H参考文献37徐州工程学院毕业设计（论文）1绪论本课题的背景和意义当电力系统运行的时候，时常会出现各种使得系统不能够正常运作的故障，各种类型 的短路故障就是最危险也是最普通的故障。 在短路的情况下也许会产生严重的结果

10、： 第一, 在故障点产生的短路电流会生成大量电弧，导致故障元件坏掉；第二，电力系统中的一些 电压大幅度减小，影响了用户的稳定工作和降低了厂家的产品质量；第三，短路电流流过 非故障组件，因为发出的热量造成了损伤或者减少了其使用时限；第四，损害了电力系统 的稳定运行，造成系统的振荡，更严重的话会让该系统崩溃。在电力系统中，当发生故障时，线路必须快速和有选择地除去有故障的组件，它是一 种能确保电力系统安全运作的最有效的办法，这就需要装设保护装置。这种保护装置叫作 继电保护装置，到现在为止，绝大多数是由一个单一的继电器或由继电器和它子设备结合 组成的。继电保护装置的目的是能够在系统出现故障时快速发现故

11、障然后利用断路器的选择 性切除出现故障的地方，距离保护是继电保护中定位故障点的有效方法之一，特别是计算 机距离保护对提高保护以及改善线路性能有很大的意义。通过对高压线路各种故障特征发 生的分析和研究，利用虚拟开发平台微机保护对各种故障情况进行模拟。大规模的电力系 统，结构复杂，因为人为或自然因素，因此会出现各种故障和发生异常工作条件。技术指标和产品质量在电力系统的要求一直在上升，各研究机构和制造商对研究和开 发的投资也一直在增加。目前拥有的保护设备的缺点是调试方式效率低，过程不简单，需 要在同一个地方完成调试以及会出现一些影响较大的人为原因，这引起了保护设备在大批 量生产上的困难性和在调试上的

12、复杂性。在电力系统中，计算机模拟能够作为理论研究助剂，也能够通过模拟真实设备的运行， 以发现并解决可能发生的问题。对于输电线路距离保护进行建模与仿真，不仅可以作为使用计算机对继电保护的软件 基础，也可作为继电保护课程的教学演示，在电气工程的教学中具有较高的应用价值。国内外研究现状在大型高压的电网中，距离保护作为继电保护的一种主要保护装置，我们常将距离保 护应用与于这些电网中。距离保护是用来反映安装保护点到故障处的阻抗或者距离，并依 据所得到的阻抗或距离得出正确的动作时间，相对电压电流保护，使用于高电压电网，更 好地满足灵敏性、选择性和迅速排除故障的要求。继电保护模拟在国内国外的研究是基于电力系

13、统仿真研究的，数字仿真分为实时性和 非实时性，非实时数字仿真软件在国内和国外的使用中有两种最普遍：ATP / EMTP （电磁暂态程序）是加拿大马尼托巴开发的电磁暂态分析软件，ATP / EMTP （另类暂态程序）徐州工程学院毕业设计（论文）是一个免费的版本，也是最普遍在世界上运用的的一种电磁暂态分析程序。它能够模拟任 何不简单的网络，丰富的数学模型，但无法转送关闭环测试。该国南部从医院十几家单位 的代表纷纷推出了 RTDS ,其中上机前台工作站软件运行主要在PSCAD Unix平台和RSCAD JAVA平台上。自主研发的国内继电保护仿真系统，并有这样的机器TMS320C32动态模拟实验室的的

14、中国北方电力大学很多，比如嵌入式的典型代表，嵌入式PC104,可用于科学研究的动态模拟实验室，保护测试和多媒体教学的实施，代表国家在这方面的先 进成果。现在更多的是提出了在 PC上，实现了利用计算机模拟的面向对象的技术来保护 的图形界面的，还处于研究和一小部分的实验阶段，但写法不同，完成的功能是不同的， 没有统一的标准。在研究国外领先国家的这方面，应用体验都比较成熟，如西门子（南京） 电器公司从该公司已经推出了仿真系统保护产品作为公司的中国调试，诊断工具。这种使 用新的基于中继设备的图形界面在 PC上的OOP （英语东方对象编程，即面向对象编程） 开发语言仿真，该设备可以在 Windows系统

15、visual C + + 60平台上开发的，具备的优点为 良好的相容性，强灵活性和高可靠性。软件选择模块化构造，所以系统具有强大的伸缩性。目前大量的电力系统仿真软件已应用于继电器仿真中,电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC是使用较为广泛的应用之一。PSCAD / EMTDC有一个更全面的模型组件库，以满足不同的应用需求，EMTDC为用户提供了自定义的组件模型的功能，从而提高了仿真 的灵活性。因为EMTDC自我保护的性能不复杂，保护算法也很单调，很难使得保护范围 内部复杂的逻辑关系成功达到，所以，使用 PSCAD / EMTDC仿真平台作保障，对于保护 模块的构造选择编程方式比较实用。EMTD

16、C作为一个计算引擎是软件的核心，PSCAD是其图形用户界面。通过PSCAD, 用户能够在图形环境中建构模拟一套完整的电路操作，分析和数据处理。PSCAD / EMTDC是在Fortran语言上完成的，从而使用方法 1:构建一个更好的高性 能嵌入式定制模型，但语言Fortran的格式限制，对于程序的编写更复杂的保护模式方面非 常方便，程序错误和错误信息没有明确给出，使得调试更加困难增加，所以一般采用方法 2:通过计算机保护广泛使用的 C语言来构建定制机型。使用 PSCAD / EMTDC的故障控 制单元失效控制可以设置电路仿真中故障的类别、位置、开始时间和持续时间。保护仿真模型的建立和使用MAT

17、LAB仿真计算机保护系统；未能实现利用 EMTP仿 真的电力系统输电线路，访问故障数据，可以以不同的方式，根据不同的故障类型的故障 数据来运行。利用MATLAB的图形用户界面设计功能（GUI）完成仿真系统接口生产，通 过文件编辑器编写M文件实现不同组件的功能。该系统可以由实验者对数据处理和计算机 保护的保护作用过程中观察到的，并且能够达到不一样的保护算法和实验。MATLAB是在科学比较常见的应用程序和工程计算软件工程应用，它提供了一个强大 的数值计算和图形处理能力，成为一个国际科学与工程计算中，最流行的软件工具。在 MATLAB中，通过SIMULINK能够直接建立电力系统的仿真模型，这足够使用

18、了该平台 方便的优点，然后使用了 SIMULINK工具箱丰富的资源，可以方便地实现各种电力系统仿徐州工程学院毕业设计(论文)真复杂的控制方法， MATLAB将根据电路的原理与上面的解决微分方程，电磁和机电进 程同步计算处理，这使得该模拟非常小心，可能反映了微妙的变化的基本过程来计算。因 此，基于MATLAB开发平台保护仿真系统可以建立在任何系统仿真，是一个新的继电器 瞬态测试方法。本文的主要内容本课题主要研究内容有：(1)分析输电线路距离保护的基本原理和结构；(2)设计输电线路阶段式距离保护系统并对其进行建模；(3)禾J用MATLAB/SIMULINK 仿真原理，对输电线路阶段式距离保护进行仿

19、真。本文包括四部分，即四章。第一章，介绍了本课题的背景及意义，以及距离保护的一 些国内外研究现状；第二章，介绍了距离保护的基本原理和结构，并介绍了各阶段的整定 原则；第三章，对方向阻抗继电器进行建模并进行仿真；第四章，对距离保护进行仿真并 对结果进行研究分析。徐州工程学院毕业设计（论文）2距离保护大部分的电压电流保护，保护范围通过改变系统运行的方式来改变。对于远距离、高 负荷的输电线路，因为线路尾端的短路电流和最大负载电流差别很小，选用电流保护，它 的灵敏度一般不能够满足要求。距离保护是一种普遍应用于110KV及以上电压等级输电线 路的保护装置。距离保护的基本原理和构成距离保护的基本原理传输线

20、的长度是一定的，它的阻抗基本上是一定的。在其范围内的任何故障从故障点 至线路首端距离不一样不是所有的阻抗相同，都小于总阻抗。距离保护就是反映故障处到保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时 限的一种继电保护装置。电流保护虽然是简单的、可靠的和经济的，但是对于35KV及其以上构造复杂、运行方式变化较大的高源电网来说，尤其是阻抗值较大，短路电流较小，负载电流较大时，电 流保护是很难满足要求的，因此保护方式必须加以改善。距离保护是高压输电线路电流保护的一条重要途径，并作为主要保护电路广泛应用于 高压电网35kV及以上，在中国电气化铁路牵引变电站，220KV电力线路和27.5KV馈线中都把距

21、离保护作为短路故障的主要保护。距离保护反映测量阻抗减小而动作，是欠值保护，测量阻抗等于测量电压和测量电流 的比。因此，保护装置需要测量电流和电压的这两个量。当线路短路故障时，短路电流快 速增大，但是电压降低，很容易看到，相对于电流增加、电压降低的程度，测量阻抗降低 更显著，所以距离保护比电压保护和电流保护的灵敏度更高，其他性能更好。电力系统如图2-1所示。根据继电保护的选择性的要求，设立在线路两端的距离保护 当在线路MN发生内部故障的时候，保护装置应该立刻行动，对应的断路器跳闸；但是当 短路发生在保护区的正方向或者反方向区外，保护装置不行动。和电流保护相同，以避免 保护在在下级线路出口处短路时

22、误操作，快速距离保护区应小于MN的长度。距离保护的保护区，用整定距离Lset来表示。当线路出现短路故障的时候，先要确定故障的方位，如 果故障处在保护区的正向方位时， 那么就想办法测量出保护装设处至故障处的距离Lk,然后把Lk和Lset比较，如果Lk比Lset小，表明故障发生在保护范围内，保护应该立刻动 作，对应的断路器跳闸；如果 Lk比Lset大，表明故障发生在保护范围外，该保护不应该 动作，对应的断路器不跳闸。如果故障是在保护区的反向方位，直接确定故障在保护区外 面并且保护不动作。徐州工程学院毕业设计（论文）图2-1距离保护结构示意图距离保护的构成距离保护装置一般由启动、测量、振荡闭锁、电压

23、回路断线闭锁、配合逻辑和出口等 几部分组成。.启动部分启动部分用来判断系统是否发生故障。.测量部分在系统故障的情况下，快速、准确的测定故障的方向和距离，并与预先设定的保护范 围相比较。.振荡闭锁防止振荡时保护误动作。.电压回路断线闭锁电压回路断线时，将保护闭锁。.配合逻辑该部分用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间 的时间配合。.出口部分出口部分包括跳闸出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。阻抗继电器阻抗继电器是距离保护的核心元件。在距离保护中，阻抗继电器的作用是在系统出现故障时，通过测量故障环路上的测量阻抗 Zm,并且把它和整定阻抗Zset作比较，来确定

24、故 障所在的地方，故障在保护范围内时给定行动信号。阻抗继电器是靠输入电压和电流值来 得到阻抗的幅度和相位的阻抗角。当发生故障的时候，测量阻抗 Zk和故障处到安装保护装置的地方的阻抗值成正比， 而且这阻抗值又和这线路的距离 L成正比，所以阻抗保护又叫作距离保护。阻抗继电器是带有方向性判断的元件，其测量阻抗ZK = R + jK ,可以在R与jX建立的复平面内进行矢量特性分析，以便于对故障时所测量的阻抗值进行大小和方向的判断。徐州工程学院毕业设计（论文）在短路故障出现在被保护线路上时， 阻抗继电器的测量阻抗为Zm,设阻抗继电器的工 作电压是：U op = U m -Im Zset阻抗继电器的整定阻

25、抗Zset,指的是保护设立点到保护尾端的阻抗。由此可见：短路故障在保护区内部，工作电压小于0；相反短路故障在保护外部或者反方向，工作电压大于00距离保护的整定原则.距离保护第I段的整定距离I段在相邻元件出口处短路时不应误动作，而要根据躲过该线路尾端发生短路时 的测量阻抗来整定。即IIZset = K 同 ZAB式中：kZIrelABT段可靠系数，一本元件的正序阻抗股取 0.80.85;.距离保护第R段的整定距离R段不应该超出邻近元件I段的保护限度，并且带有AtW限，来确保选择性。(1)(2)和相邻线路的距离I段配合nniZset.1=Krel（ZAB+Kb.minZset2）和相邻变压器的快速

26、保护相配合nn ,式（2.3）式中：kK Znrelb.min1 -set2Zset.1 = Krel（ZAB+Kb.minZt）R段可靠系数，变压器取 07075, 一般线路取08;-最小分支系数；邻近元件I段保护限度内相应的阻抗。灵敏度校验:n心 _1.25Ksen -7Z AB假如灵敏度不能够满足要求, 配合。距离保护II段的动作延时, 间差A1即那么距离保护 1的n段应该改成和邻近元件的保护n段 必须相对于和它配合的邻近元件保护动作延时大一个时n nt1 = t2 t式（2.6）3.距离保护第田段的整定距离田段应按以下原则整定, 限高一个At同时动作时限要比保护范围内的其他保护的最大动

27、作时徐州工程学院毕业设计（论文）和相邻线路n段或加段配合整定田田n /田Zset.1=KreJZAB + Kb.minZset.2）和相邻变压器电流电压保护配合整定田田Zset.1 = Ke|（ZAB+Kb.minZmin）根据躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定式（2.7）式（2.8）最小负荷阻抗为J L. min Z L.min .I L .max(0.90.95)(J N式（2.9）I L .max则整定阻抗为:/ Krel式(2.10)Z set.1 一Z L.minKss K re式中：K： 田段可靠系数，变压器取 0.70.75, 一般线路取0.8;Kb.mi -最小分支系数；Z：；）

28、相邻元件R或田段保护范围内相应的阻抗；Kre!可靠系数，一般取0.80.85;Kss电动机自启动系数，取1.52.5;Kre阻抗测量元件返回系数，取1.151.25。灵敏度校验：距离保护的田段，不仅作为该线路I、R段保护的近后备，还作为邻近下级 设备保护的远后备，灵敏度应该分别进行校验。作为近后备时，根据本线路末端短路校验，计算式为mZset 1.5式(2.11)K sen （1）Z AB作为远后备时，根据相邻设备尾端短路校验，计算式为Ksen mZe 1.2Zab - Kb.maxZnext式（2.式中：Kbmax最大分支系数;Z n ex相邻设备的阻抗 n ex t徐州工程学院毕业设计（论

29、文）3输电线路距离保护建模3.1方向阻抗继电器的数学模型方向阻抗继电器的特点就是把整定阻抗 Zs锐作为直径形成一个通过坐标原点的圆，如 图3-1所示，动作范围在圆里面，不动作范围在圆外面。继电器的起动阻抗将随着加入它的电流| j与电压u J形成的相位差中j的改变而变化。当邛j和zset的阻抗角相等时，此 时继电器的起动阻抗是最大的，和圆的直径相等。这时候，阻抗继电器的保护限度达到最 大，工作的灵敏性最强的。当短路出现在反方向时，测量阻抗Zj处在第三象限，继电器不能够行动，所以它自身就具备方向特性，我们把这个称作为方向阻抗继电器。方向阻抗 继电器能够由幅值比较或相位比较的两种方式构成，现在对它们

30、分别进行讨论分析。a）幅值比较方法分析b）相位比较方法分析图3-1方向阻抗继电器的特性1）图3-1a用幅值比较方法分析，使继电器可以起动（即测量阻抗Zj处于圆里面）的要求是1Zj 2Zsei12Zset式（3.1）两边都乘以电流| ,则可以变为以下两电压的幅值的相比 J1 .一 /1 J、U J -2I jZset - 2 I J Zset式（3.2）2）图3-1b用相位比较方法分析，当Zj处在圆周上的时候，阻抗 Zj与（ZJZst） 之间的相位差是9 =90;当Zj处在圆里面时，9 90s;当Zj处在圆外面时，990 所以继电器的起动要求可以表示成上 7,-、 270-arg_ Z_ 之90

31、式（3.3）Z J set将Zj与（Zj -Zset）都和电流I j相乘，则能够得出相位比较的两个电压分别为式中徐州工程学院毕业设计（论文）Uj270 -argJU J - 1 J ZsetU p270 - agT-90(u90式（3.4）式（3.5）式(3.6)Up=UjU =Uj -I jZsetU p为极化电压；u 为补偿电压。不管阻抗继电器运用哪种特性，按照距离保护的工作原理，加入继电器的电压u j和I:应该满足以下条件： J1）继电器的测量阻抗正比于短路处至保护装设处之间的距离。2）继电器的测量阻抗应该和故障类型没有关系，即保护范围不会随着故障类型发生 改变。满足以上两个条件的继电器

32、接线方法有很多类。 当使用三个阻抗继电器 J1、J2、J3 分别接在三相的时候，常常用“ 0。接线”和“相电压和具有K3|,。补偿的相电流接线”的 电压和电流组合见表3-1。表3-1不同的接线方法时，接入的电压和电流的关系继电器接线EJ1J2J3UjIjUjIjUjIj0接线U ab I A -I BU bc 1 B TcU ca IC -| A相电压和具有 K3 0补偿的相电流接线U AiA+K3I0 UbIA+K3j0UciA+K3i03.2方向阻抗继电器的仿真模型电力系统SIMULINK仿真模型电力系统接线如图3-2所示，利用该系统接线对方向阻抗继电器创建相应的SIMULINK仿真模型进

33、行仿真，如图3-3所示。徐州工程学院毕业设计（论文）图3-2电力系统接线图3-3电力系统SIMULINK仿真模型在图3-2中，电源选用“Three-phase source模型，对EM如图3-4所示设置参数，相电压设置为500kv,接线方式设置为Yg。电源EN与电源EM电势相位差为60 ,其他的设置都一样。 Para met e rs: E MThree-Phase Source Cmawk) (link) Threphas e vcliz age s ou.r oe in sexd.es witli EL brarLcli.Pax auniet etEPhasS00e3Phxff# angl

34、s of plhass A (d芝gt=es1) * 0Frequency CHz) iSOIntcorurtscoions |g J| Specify impedarLC e using ah.0 r -cLrcPU-i-t lejel S-phaEC short-circuit level at b力名胴 woLt aee (Vfi) * lOOeiOBase： i/oltage (Vims ph-ph):500c33/R r at xo ：L2K | | Sn”！ | Help | 加dLt图3-4电源EM的参数设置10 o=phnsc xms ago (V) t徐州工程学院毕业设计（论

35、文）输电线路的总长设定为300KM ,仿真模块选用“ Distributed Parameters Line”参数模 型，Linel的参数设置如图3-5所示，正序阻抗设置为0.05+J0.04Q,零序阻抗设置为0.12+j0.31 Q,长度设定为230km0 Line2的参数设置与Line1的相同，只是长度不一样。S Block Parameters LinelviiCL sprvmry ujpip xc i c li中具灯 jirtvttvcie 储一o.J中4于 0h、q* dn-ULEgu paranetere vectors： the positive and zero sequenc

36、e parameters foi a turo-phase or three-phase transposed line, plus the mutual sere-sequence for a six-phase t ranspoed line (2 coupled 3一 phase lines).ParametersNumber of phases H3Frequency used for R L C specificat ion (Hz)50Resistance per unit length (Ohnis/km) W*N matrix or RI RO ROm.0, 05 Cl 12|

37、Inductance per unit length (WknO N*N matrix or L1 L0 LOn 三0,04 0.31Capacitance per unit length (F/ltm) N*N matrix or Cl CO COn 12.74e-9 7.751-91Line length fkm)200 TOC o 1-5 h z Measurements None-丁4 | in#| , JOK Cancel Help Apply7/图3-5输电线路Line1的参数设置三相电压电流测量模块UM、UN把所测量的电流和电压信号转换为仿真信号，等效于电流电压互感器，UM模块的

38、参数设置如图3-6所示，接线方式选择单相接地。11徐州工程学院毕业设计（论文）瞬 BI ock Pa 修meters; UMThree-Phase VI McasuE日矶ent (nask) (link)Ideal three-phase violtage and cunerrt neasurenerrts.The block can cjutput the volt ages and cuxrents in per unit value s 。工 in waits and anperes.ParametersVoltage measurement phase-io-groundI 7 Use

39、： a labelSignal libel (use a From block to collect this signal)Vm_abcVoltages in pu, based an peak value of noininal phase_to_ground voltageCurrent measurement yes,I 叵 Use a labelSignal label (use a Fror block to collect this signal) Iin_abc二 Currents in puOut put signals in: ComplexQKHelp pply_ _ .

40、g图3-6 UM的参数设置“0。接线”的方向阻抗继电器模块构造采用“0。接线”的方向阻抗继电器模块如图3-7所示，使用3个阻抗继电器J1、J2、J3分别和三相相接。继电器模块是已封装的子系统，对应于继电器的动作方式(本节采用 相位比较方式)。在仿真中，需要用复数形式把电压、电流信号输出，但是电压电流测量 模块UM是以幅值和相角形式把信号输出的，所以设计了 “U_Convert”和“I_Conve代子系统得到复数形式的三相电压和电流。子系统U_Convert”的构成如图3-8所示，“I_Convert”的构成和它是一样的。12徐州工程学院毕业设计（论文）图 3-8U_Convert的构成打开继电

41、器模块，可以看到“ 0。接线”时相位比较方式构成方向阻抗继电器的模块如图3-9所示。在模块中应用的数学运算模块组的“求和”、“增益”、“叉乘”和“复数转换”等模块。13徐州工程学院毕业设计（论文）图3-9“麻线”用相位比较方法组成方向阻抗器的模块“相电压和具有K3|,。补偿的相电流接线”的方向阻抗继电器模块构造通过SIMULINK对使用“相电压和具有K3,补偿的相电流接线”方向阻抗继电器的仿 真模块和使用“ 0。接线”时的组成大致相同，它的构成如图 3-10所示，继电器模块的子 系统结构如图3-11所示。From2From 3图3-10使用 相电压和具有K3。补偿的相电流接线”的方向阻抗继电器

42、模块14徐州工程学院毕业设计（论文）Sequence Analyzer(Phasor Type)图3-11继电器模块的子系统结构3.3方向阻抗继电器的仿真结果为了对上述两种阻抗继电器的运作能力进行分析和比较，对如图3-2所示的300km长的500kv超高压输电线路进行了三相短路、AB相短路、A相接地短路仿真。把故障点选为如下3个点，分别为：保护范围里面的正方向出口、近保护范围末尾230km处和保护范围外面280km处，过渡电阻Rg由0变为20Q （步长是10Q）,两种阻抗继电器的相位（单 位：度）仿真计算结果见表3-2、3-3。表3-2使用“0接线”时的仿真计算结果表故障 回过渡 电阻正方向出

43、口故障近保护范围末端故障保护范围外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相三相 短路0-177.8-177.8-177.8-178.2-178.2-178.2-2-2-210-95.17-95.17-95.17-23.6-23.6-23.6-0.1-0.1-0.120-86.9-86.9-86.9-3.8-3.8-3.811.811.811.8AB相 短路0-177.886.3-60.9-178.267.711.3-264.115.210-95.17121.1-28.8-23.663.116.1053.521.720-86.9129.3-12.35-3.853.921.211.844.926

44、.9A相接地0121.238.7-104.760.638.722.657.633.720.110175.538.7-64.151.338.719.842.533.720.120-165.638.7-40.542.638.721.336.233.724.515徐州工程学院毕业设计（论文）表3-3使用 相电压和具有K3|：补偿的相电流接线”时的仿真计算结果表故障 回过渡 电阻正方向出口故障近保护范围末端故障保护范围外部故障A相B相C相A相B相C相A相B相C相三相 短路0-177.9-177.9-177.9-178.9-178.9-178.9-1.0-1.0-1.010-97.8-97.8-97.8

45、-28.9-28.9-28.9-8.9-8.9-8.920-88.6-88.6-88.6-10.1-10.1-10.13.23.23.2AB相 短路0-91.277.735.0-19.3100.235.0-8.689.635.910-66.516235.2-9.285.835.20.043.63520-50.6-158.235.20.437.635.29.322.635.2A相接地0-174.6-35.050.1-148.324.546.2-8.4730.142.310-98.1-7.267.6-37.027.347.2-1232.741.820-92.17.274.4-18.73046.7-

46、0.734.540.316徐州工程学院毕业设计（论文）4输电线路距离保护仿真MATLAR SIMULINK简介MATLAB 的简介MATLAB是matrix和laboratory两个单词的组合，含义是矩P$工厂。MATLAB通过一 个方便运用的窗口环境把矩阵运算、数据解析和其余很多很强的功能集和在一起，还给科 学研究、工程设计以及必须需要有效数值的科学机构供应了 一种在目前国际上处于领先水 平的解决方式，同时它也基本不使用传统的编程语言。MATLAB和一起称作三大数学软件，它在数据计算软件方面数一数二。MATLAB能够执行矩阵运算、绘制出数据和函数、创建用户界面程序、连接到其他编程语言等，主要

47、 使用在设计控制、处理图像、计算工程、处理信号、设计分析金融模型和检测信号等场所。矩阵是MATLAB的基础数据单元，它有和在数学和工程中差不多的表达式，所以相 比于C语言等，使用 MATLAB来解决问题要更加简单快捷。同时 MATLAB也具备了 Mathematica、Maple它们的一些长处，这无疑让它的功能变得更强大。在不断更新之后， 它也能够兼容C语言、FORTRAN和JAVA等语言，用户能够直接调用，为了方便以后使 用，也能够把编写好的常用程序保存在MATLAB函数库里，当然还有很多的喜爱者们自己编写了一些程序供用户们直接下载使用。SIMULINK 的简介SIMULINK是MATLAB

48、中的一个最重要的组件，它把动态系统建模和模拟以及综合 研究分析集合在一个不需要编写大批量程序，只要利用简洁直白的鼠标点击，复杂的系统 就可以被组建出的环境中。SIMULINK的优点是：使用广泛、结构清楚易懂、仿真精确、 运行速度快等等。与此同时，SIMULINK能被应用到大批量的第三方软、硬件上。1）功能在MATLAB中，SIMULINK是一种被普遍使用在数控和信号处理的建模与仿真，线 性及非线性系统中的可视化模拟用具，它以MATLAB为基础对构造的系统模型进行仿真分析。SIMULINK通过使用一个离散的采样时间，连续采样时间，或它们混合的两个采样 时间来搭建模型，它可以运行在一个多速率系统，

49、也可以说是系统中不一样的部分有着不 一样的采样速度。SIMULINK中搭建模型图形的方式是使用图形用户接口（简称 GUI）, 创建进程很简单便捷以及直接，系统仿真后得到的结果也能很快一目了然，只需要左击鼠 标或者拖动鼠标就能轻松搞定。SIMULINK 利用动态系统和嵌入式系统的多方面模拟和以模型为基础来设计， SIMULINK对于各类时刻变化的系统的模拟仿真以及研究分析，例如控制、通信、信号、 视频和图形的处理系统供应了特定的模块库。在SIMULINK为基础的产品开发的SIMULINK建模功能等方面，还提供了用于设计、17徐州工程学院毕业设计（论文）实施、相应的验证和确认任务的用具。MATLA

50、B和SIMULINK紧密集成的工具直接访问大量MATLAB进行算法开发、可视化、自定义生成脚本和批处理仿真分析，建模环境定 制，信号参数以及数据测试。2）特点丰富的可扩充预定义模块库交互式图形编辑模块图组合管理用设计功能的水平分割模型，有效管理复杂的设计通过模型资源管理器导航，创建、配置，在该模型中寻求任何信号和属性参数，生 成模型的代码提供API连接其余模拟程序和集成手写代码在SIMULINK和嵌入式系统运行中使用 Embedded MATLAB? 模块调用 MATLAB 算法使用变步长或固定步长运行模拟，按照模拟模式（Normal,Accelerator,Rapid Accelerator

51、）来确定运行的模型是用C语言还是用解释性质的方式调试器和profiler图形检查结果，对异常行为的诊断性能设计访问MATLAB的可视化分析结果，自定义建模环境，信号参数和测试数据模型分析和诊断工具，以确保一致性模型来确定模型误差3）启动1、在MATLAB 命令窗口中输入 SIMULINK运行后是一个拥有按照各功能分类出各模块叫作SIMULINK Library Browser的窗口出现在桌面上。同时用户也能够直接点击在MATLAB主窗口上的快捷键按钮来打开SIMULINK Library Browser 窗口。2、在MATLAB命令窗口中输入SIMULINK3运行后是一个用图标方式体现的 Li

52、brary :SIMULINK3的模块库窗口出现在桌面上。两类模块库窗口界面只不过是具有不一样的显示方式，用户能够依据自己的爱好进行选择使用，总的来说第二类模块库具有窗口直观、 形象具体、易于初学者学习使用的优点， 但是使用时会有很多的子窗口被打开。距离保护仿真模型的建立创建拥有两级线路的输电线路系统，该线路是具有110kV单端电源的单一回线，如图4-1所示。在线路AB上的断路器的旁边设立距离保护。100 km图4-1单端电源电力系统18徐州工程学院毕业设计（论文）每个系统组件的参数是：电压源的线电压 10.5kV,内阻zg = 0.001+j0.0157C ;变 压器的容量是31.5MVA,

53、按照工-Dll的方法接线，换算到高电压侧的阻抗为 ZT =1.86+j18.6C ；两段线路的长度都是100km ,线路的正序阻抗是 Z1 = （0.05+j0.3p/km ,零序阻抗是 Zo = （0.04 + j1.2a/km ;负荷容量是 Sld =1.2 j 0 . 9 M各阶段的整定计算：距离I段：按照躲过该线路末端短路时的测量阻抗整定；2：戌=k2心8=0.852人8=4.25 + 侬.5。式 ）距离r段：与下级线路的距离I段配合； nnIZseKrel（ZAB . KrelZBC） 式（4.2）= 0.8ab 0.85Zbc）=7.4 j444J距离田段：按照躲过正常运行时的最小

54、负荷阻抗整定；最小负荷阻抗为：2式（4.3）ZL.min =ZAC g = 7818.5 - j5796.4Sld则,=乙型=ZLmn =3475 - j2576Q KrelKssKre13在MATLAB/SIMULINK 中建立仿真模型，如图 4-2所示。crLC i 匕式（4.4）图4-2距离保护仿真模型模型窗口参数如图4-3所示，设定0? 02秒为仿真开始和结束的时间，仿真采用变步 长、ode23t算法，所有模块都设定频率为50Hz。19徐州工程学院毕业设计（论文）砥 GonfigurMi口祚 Paramftera； 5由*wiaibl可CoMigurMi0n (Active)Selec

55、t=-SolvetData Iupnizt/EKpartHQptiBintiflnt DiafinosticsHbe diiSiE e Inp lenent a.t xon j-Jlodftl Kef-erfleicins T-Srnulatiiiii lareetSynboLs-Custom Coda-T-Rfi,al-Tis.e 中电也whapEeportFComenl: s-SiibsLs-Cu5t Coder-DebuffIrit Sif See 刍 HDL ChIw-Global Settings-Tprt Bencrh-EDA Tool Scripts5imulat ldfi t

56、ii.eStart trne 0.0Stop tines 0.2Vax11abier tiepSalver:Dde-t (her qfM特工口 二口口手3i竭手 mI 口口口6K | jwl Blip AgpljA图4-3仿真模型参数窗口电源采用“Three-phase Source模型，参数设置如图4-4所示，设置相电压为10.5kv,接线方式为Yg。图4-4电源的参数设置20徐州工程学院毕业设计(论文)变压器选用Three-Phase Transforme (Two Windings)”模型，T1,T2的参数设置如图 4-5、4-6所示。变压器T1的容量设置为31.5MVA, 一次侧电压设

57、置为10.5kv,二次侧电 压设置为121kv;变压器T2的容量设置为250MVA, 一次侧电压设置为110kv,二次侧电 压设置为10.5kv。图4-5变压器T1的参数设置21徐州工程学院毕业设计（论文）Bl o-ck Para mete rss T 2Thro s-PFlqso Trcrim&r (Two Windings)1 (mst口k) (link)*Th.13 block xmpleniLerLit s a threa- pliase ransf oinner by using： 七Ke ing 1 phase t r ansfarmers. Set the winding con

58、nect icn t & Yn | when you want to access the neutral Doint of the Wye.Click the Apply cut tKe OK butt &n after at o the Uiiit spopup ,to canfIxtucoiwesion Q-f pei:ez-s +Cani KL Cpu)与 L1 (pu)1 JLQOQ, 0L 002 , DI. 08 J工n耳 2 jjarajriet. et V2 Ph-Ph (Vrjiile)季 R2pu)季 L2 (pu.)1 0500, 0. 002 , 0. 06 Magn

59、et x z ia ort r e s1 i srt arte e Rm (pu.)500Masrie11 zat 1 on indue! nce Lm (pu)50 0色KJ Cancel.olp| Apply图4-6变压器T2的参数设置断路器选用“ Three-Phase Breaker模型，参数设置如图4-7所示。初始状态时，断路 器选择闭合状态（即选择closed）,选择三相开关及外界控制。图4-7断路器的参数设置22徐州工程学院毕业设计（论文）输电线路的总长为200km,选用“Three-Phase PI Section Lin3模型，L1的参数设置如图4-8所示，正序阻抗设置为 0

60、.05+j0.3Q/km,零序阻抗设置为0.04+j1.2Q/km,长度暂 时设定为100km； L2的参数设置与L1的一样，只是线路长度不一样。图4-8输电线路L1故障发生器选用“ Three-Phase Fault模型， 相故障或者接地故障来形成不同的短路故障类型。 即表示发生AB两相短路故障。的参数设置参数设置如图4-9所示。通过选择不同的例如：选择 Phase A Faults Phase B Fault23徐州工程学院毕业设计（论文） Block Para met ersi Three-Phase FauttThree-Phase Fault (mask) (link)Use thi