基于Matlab的電力系統(tǒng)自動重合閘建模與仿真講解

1、實踐課程設(shè)計報告課程名稱：Matlab上機目：基于MATLAB勺電力系統(tǒng)自動重合閘所在學(xué)院：學(xué)科專業(yè)：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：零一五年四摘要分析了單相自動重合閘的工作特性，并利用MATLAB軟件搭建了 220kv電力系統(tǒng)的自動重合閘的仿真模型，模擬系統(tǒng)發(fā)生單相接地、三相相間短路故障， 斷路器跳閘后自動重合閘的工作過程。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 自動重合閘MATLAB短路故障1弓I 言1.2模型中主要模塊的選擇和參數(shù) 2.2.1 同步發(fā)電機模塊2.2.2 變壓器模塊 2.2.3 輸電線路模塊3.2.3.1 150km 線路模塊3.2.3.2 100km 線路模塊4.2.1 電源模塊5.2.3 負載模

2、塊6.2.3.1 三相串聯(lián)RLC負載Load162.3.2 三相串聯(lián)RLC負載Load472.4 斷路器模塊 8.2.5 測量模塊9.2.6 顯示模塊9.2.7 其他模塊9.2.8 仿真參數(shù)設(shè)置 1.03仿真結(jié)果及波形分析1.03.1 線路單相重合閘103.2 線路三相重合閘12總結(jié)1.3參考文獻1.4基于Matlab的電力系統(tǒng)自動重合閘隨著技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜。從實際條件與安全角度考慮， 不太可能進行電力系統(tǒng)科研實驗，因而電力系統(tǒng)數(shù)字仿真成為了電力系統(tǒng)研究、 規(guī)劃和設(shè)計的重要手段。電力系統(tǒng)仿真軟件如 BPA EMTP, PSCAD/ EMTDC , NETOMAC , PSA

3、SP, MATLAB等，正向著多功能，具有更高的可移植性方向 發(fā)展。其中在MATLAB中，電力系統(tǒng)模型可以在 Simulink環(huán)境下直接搭建， Simulink電力系統(tǒng)元件庫中有多種多樣的電氣模塊，電力系統(tǒng)大多數(shù)元件都包 含。其中，可以直接調(diào)用。電力系統(tǒng)大部分故障是瞬時性故障，因此采用自動重 合閘后，電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時性故障時供電的連續(xù)性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到很大的提 高。此外，自動重合閘有效糾正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。本文以MATLAB為工具，對簡單系統(tǒng)的線路單相重合閘和線路三相重合閘 進行分析與研究。1.1仿真模型的設(shè)計和實現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運行時可以認為是三相對稱的，即電壓、電流對

4、稱，且具有正 弦波形。下圖為理想情況下220kv電力系統(tǒng)的模型。圖1 220kv電力系統(tǒng)模型2模型中主要模塊的選擇和參數(shù)2.1 同步發(fā)電機模塊同步發(fā)電機(Simplified Synchronous Machine)如圖 2：連接類型：3線Y型連接；額定參數(shù)：500e6 13.8e3 50;機械參數(shù)：56290 0.3 2;內(nèi)部阻抗：1.9845 263.15e-3;初始條件：0.2 0 0,0,0 0,0,0; Block Parameters Simplified Svflchifflncnj$ Machine SI UnitKiSimplified Synchroncrtis lachi

5、nft (mafik) (link)Iwlevents a 3phase simplified synchronous nachine+ Machine is modelled as an internal voltage behind a R-L impedance. Stator windings axe connected in wye to an internal neutral point.Use this block if you want to specify SI paxam&ters.Paxaniet ersConnection type:3-wire YMechan

6、ical input iMechajiical power PmNoiBiinal powerj linB-t s-lin.* voltajSj and freoMency Pn(VA.) Vh(Vtms) fn(Hz):600e6 IX 8e3 50)Inert is, damping factor and pairs of poles J (kg. m-2) Kd(pu_T/pu_w) p()56290 D.3 2Internal impedance R(ohm) L (H)；1.9845 26X 15e-3Imt ial condit i crns dw(%) th (deg) i a,

7、 ib, ic (A) pha phbj phc (de j):0. 2J 00,0, 0 為 0, 0 Sanple tiRe (-1 for inherited)-1 塞 I £anc式 取卬 APP%圖2同步發(fā)電機的參數(shù)設(shè)置2.2 變壓器模塊三相變壓器(3-Phase Transformerr 如圖 3: 額定功率和頻率：500e6 50;一次繞組連接方式：三角形連接；一次繞組參數(shù)：13.8e3 0.002 0.08;二次繞組連接方式：星形連接；二次繞組參數(shù)：220e3 0.002 0.08;飽和鐵芯：對三相變壓器的飽和特性進行仿真;磁阻：200p.u勵磁電感：200p.u;

8、Block Parameters： TClick the Apply or the OK button after a changt to th? Units popup to confirm the coniversion of parameters.| Canfi*urationParameters AdvancedUnit s fiuNojtinal povgr and freQuency Pn(VA) 3 fn(Ha) 6QQ>6 3 60 Wimdin£ 1 parametars VI Pti-Ph (Vtrs) , RI (pu) , Li (pu)T 五飛石,應(yīng)，

9、0. 08 Winding 2 parameters V2 Ph-Ph(Vtrs) , R2 (pu) , L2(pu) 220fl3 ； 0. 0D2 IL08 Magnetization resistance Rn (pu) 200Wagnetization inductance Ln (pu) 200Saturation character!stic L il , phil ;12 , phi2 ; . (pu0.0 ; 0.0024, 1.2 ; 1.0, 1.52 JInitial f luses phiOA . phi0B , pihiOC (pu): C8 , -0. 8 , 0

10、. 7 .4 Irnfipply|.一)Cancel Qelp圖3三相變壓器的參數(shù)設(shè)置2.3輸電線路模塊2.3.1 150km線路模塊等值線路元件(Distributed Parameters Line )如圖 4:線路相數(shù)：3;頻率：50HZ;單位長度電阻：0.01165 0.2676;單位長度電感：0.8679e-3 3.008e-3;單位長度電容：13.41e-9 8.57e-9;線路長度：150km；測量：選擇不測量電氣量;晝 Block Parjmeters: 150kmcJ_ L1LC1. IpTTCxTj CuJTipxcCCjTeoClxCcE_OT a-xjiLjJ.j cT

11、lCCTT EcqwdTUcparameters vectors: the positive and eseq sequence parajieter.s fox a two-phase or three-phase transposed linej plus the mutual zero-sequence for a siac-phase transposed line (2 coupled 3- phase lines)sParaaeter5Number of phases N5_Frequency used for E L C specification (Hz) 50-Re sift

12、 ante pec unit lernth (Ohms/km) N*N mat tin or Kl RD ROm； 0. 0116C 0, 2676Inductance per unit length Wkm) N*N matrix or LI L。LOm0. 8679e-3 3. 0i08e3Capacitance per unil lerth CF/kn) N*K matrix or Cl CO COm 13,41a-9 8.57e-9Line length (kn)150Measurements Noner-I"一 卜器(_Cancel-JJelp ipply圖4 150km分

13、布參數(shù)線路的參數(shù)設(shè)置2.3.2 100km線路模塊等值線路元件(Distributed Parameters Line )如圖 5:線路相數(shù)：3;頻率：50HZ;單位長度電阻：0.01165 0.2676;單位長度電感：0.8679e-3 3.008e-3;單位長度電容：13.41e-9 8.57e-9;線路長度：100km；測量：選擇不測量電氣量;玩 lock Parameter; ：00kiTilI二小- J - - I , £- - - _- ««- 1 1 J - either specify complete NkNI matrices or simpl

14、y enter sequence paraneters veetarss the positive and aero sequence para>.eters for a two-phase or three-phase tranq>osed lin% plus the mutual zero-saQuence for a six-pha5e transposed line (2 coupled 3- phase lines).ParanetersNumber of phases N3Frequency used for R L C specification (Hz)50Resi

15、stance per unit length (Ohms/km) N*H matris or R.1 RO ROm" 0J01165 0, 2676Inductance pet wit lenith (H/lcm) N*N matrix or Ll LO LOJ0.8679e-3 X008&-3Capacitance per unit length (F/ka.) N»N matrix or Cl CO COm I13.41e-9 8. 57e-9Line length (ku)100ApplyMeasuraments NoneCancel.圖5 100km分布參數(shù)

16、線路的參數(shù)設(shè)置2.1電源模塊三相電壓源（3-Phase Source如圖6:相電壓有效值：220e3V；A相相角：0° ;頻率：50HZ;內(nèi)部連接方式：Y型（表示三相電源Y型連接，中性點不接地）； 三相短路電壓：200e6;基準電壓：220e6;E Block Parameters： 3-Ph«e SourceThree-Phase Source(link)Three-phase voltajs source in series with RL branchParajiet ersPhasa-to-phasa rms voltage (V): 22k31Phase angl

17、e of phtse A (degrees):Frequency (Hz):50Internal connection: ¥g用 Specify impedance using short-circuit level3-phase short-circuit level at base voltage(¥A): 200e6Base voltage (Vrjis ph-ph): 220e3X/R ratios10Cancel Help Apply圖6三相電源的參數(shù)設(shè)置2.3 負載模塊2.3.1 三相串聯(lián)RLC負載Loadl三相串聯(lián) RLC 負載(Three-Phase ser

18、ies RLC load)如圖 7:相電壓：220e3V;頻率：50HZ;三相有功功率：200e6/250W;感性無功功率：200e6Var;容性無功功率：0Var;0 Block Parameters； LoadlThree-Phase Series RLC Load (mask) (link)Implements a three-phase series RLC loa±ParametersConfiguration Y (grounded)NomtnaX phase-t o-phase volt age Vn (Vrms)220e3Nominal frequency fn (H

19、z):50Active power P (f) s200e6/250TInductive reactive power QL (positive var); 200e6Capacitive reactive power Qc (negative var): 口Me asur 已merit s NoneQK Cancel Qelp Apply圖7三相串聯(lián)RLC負載Loadl的參數(shù)設(shè)置2.3.2 三相串聯(lián)RLC負載Load4三相串聯(lián) RLC 負載(Three-Phase series RLC load)如圖 8:相電壓：13.8e3V;頻率：50HZ;三相有功功率：200e6W;感性無功功率：0V

20、ar;容性無功功率：0Var;14 Block Parameters： Load4Thtee-Pha5e Series M-C Load (mask) (lini) Implements a three-phase series RLC load.ParametersConfijuration Y (grounded)Noainal phase-t o-phase voltage Vn (Vms)13.8e3Nominal frequency fn (Hz):50Active power P (T):200e6Inductive reactive power QL (positive vat)

21、 ?0Capacitive reactive power Qc (negative var): 0Measurement s NoneQKCancel Help Apply圖8三相串聯(lián)RLC負載Load4的參數(shù)設(shè)置2.4 斷路器模塊三相斷路器(Three-Phase Break)如圖9:斷路器初始狀態(tài)：closed;轉(zhuǎn)換時間：0.04 0.08;阻值：0.001;過渡電阻：1e5;過渡電容：inf;O Block Paraimeters: 3-Pha» Breaker!士you want to switch. You can define the breaker tiffLine d

22、irectlyfrom the dialog box or apply an external logicalsignal- If yamcheck the P External control1 boXj the external centrol inputwill appear.ParametersInitial status of breakers closed，a Swit ching of ph-ass A-1 Swit chine of Phase B1 Swit ching of phase CTransition times (s)0,04 0.081 External con

23、trol of switching tinesBreakers resistaxice Ron (ohms)0B 001Snwbtiers resistance 即(Ohns)圖9斷路器參數(shù)設(shè)置2.5 測量模塊從電路測量中選擇三相電壓電流測量(3-Phase VI Measurement);2.6 顯示模塊從SIMULINK元件庫SINKS目錄下選擇示波器(SCOPE),分別改名為:V-I:用于電壓源出口處三相電流和電壓的顯示。輸入軸為2;2.7 其他模塊相應(yīng)的接地元件、節(jié)點等，以及電力系統(tǒng)分析工具2.8 仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)電路圖設(shè)計完成后，對其進行仿真，已達到觀察短路接地電路中暫態(tài)變化情況，如圖

24、11：開始時間：0s;停止時間：0.3s;求解程序類型選項： 固定步長，discrete (no continuous satateS 固定步長：50e-6;周期樣本模式：auto；圖11仿真參數(shù)設(shè)置3仿真結(jié)果及波形分析3.1 線路單相重合閘在電路圖參數(shù)進行設(shè)置時，將斷路器的故障相選為A相，斷路器的初始條件 狀態(tài)為閉合，說明線路正常工作；斷路器的轉(zhuǎn)換時間設(shè)置為0.04 0.08,即線路在0.04s時發(fā)生A相接地短路，斷路器斷開，在 0.08s時斷路器重合，相當(dāng)于臨 時故障切除后線路進行重合閘。線路單相接地短路時，母線的電壓和電流如圖 12所示。圖12單相重合閘母線端的電壓和電流STATES i

25、:13561Id 11 12 13 14 15 IE 17 ia 19 201SleBdy-StfltF Yblte用*>amd Cun-eni5 Tool mcJe-IIr-r«rezidem; 5rArE3rT;5：G'uniLoadlLLdl IzmjIILoa-12 "ad£Izm£L2LoadsLa.d3Lc-Ad.3 windingUr1JLm; I windlziig1:T2wljvllng23r23Lm; I wlndlziig12i1winding21r$Led; Ii 3：，F(xiàn)九七，亡 r 3-FlLajei 3-Ph-

26、3 3-Eabcab r j A Bc eeteetteee Eaamaa 吃4.1 bhhbhhbhh 口 pp 口 PPE1PPSource Saurcea sc-sady a ,care vialues0 Jkz Tbree-FLase 口 B； Three-PMfit 口 C: Ihrtte-PKft.seI A.; Tbree-FOiaseI B； Thtee-PKaa-eI £ IbrEft-Pia3e175a 93 Jl 15,S3 k 175.93 & 2OluIE k 201.115 X 2 31.1-fi A.179.33 Jl17&,33 X 1

27、7S33 41C12.T2 R 2 Ci.19 R16127i A.M.19 A 16127i 4ITFuS Jl Mrl9 A511.3d 4 5 41u 30 RiST.aa * 17.77 *-9S.DB 1a 141.92 ,21-92 .-IDDul? Q19.B3 + l£3u3L-104.6 *43.31 立-137uSB Q 13S.14 * -76.69 、18-死 035,N , -Bl.22 % 1SBb7B 0se.Te .are nor ccnE-jTied IV-I bLeasureneDi：V-I Hi占mrEM匚7"I Hft&mureaijE口匚V-I H.eaj5Qren.eDC v-i Keasurejienc- V-I tteajureiijtnc然&即is-Ordemohim EhtnvAkiti2S7.99 V 4257.99 V 門力中.99 M31,39 A 31.39 k 51.39 k-13.DI* -133.01, lOfi.991 11.9C*21.9C'TE. 口圖13 A相短路時穩(wěn)態(tài)電流電壓對話