基于Matlab的合闸空载线路过电压仿真分析 毕业设计论文.docx

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毕业设计（论文）

基于Matlab的合闸空载线路过电压仿真分

题 目

析

学 院

专 业 电气工程及其自动化

班 级

姓 名

指导教师

---------------------------------目录 1

第1章 绪论 2

1.1课题研究目的和意义 2

1.2国内外研究概况、水平和发展趋势 3

1.3本论文研究内容 6

第2章Matlab/SimPowerSysterms的使用 7

2.1Matlab/Simulink概述 7

2.1.1Matlab/Simulink发展简史 7

2.1.2simpowersystems库发展简史 8

2.2Simulink的基本操作 9

2.2.1模块及信号线的基本操作 9

2.2.2系统模型的基本操作 11

2.3Simulink系统建模的步骤 11

2.4断路器合闸电阻值及接入时间选取-----------------------------------

-------12

2.5空载线路合闸过电压-----------------------------------------------

----------13

2.6操作过电压分析--------------------------------------------------

-----------14

2.6.1操作过电压的限制措施-------------------------------------------

----------15

2.7空载线路合闸过电压仿真模型的建立 16

2．7.1未使用合闸电阻的仿真模型的建立过程 16

未使用合闸电阻的仿真参数的设置 17

未使用合闸电阻的仿真波形 19

得到的结论 19

2.7.2使用单级合闸电阻 20

2.7.3使用两级合闸电阻 21

2.7.4使用三级合闸电阻 22

第3章 结论 22

第4章 工作进度安排 22

第5章 参考文献 23

第6章 英文原文 24

第7章 译文 28

第8章致谢 30

32

第1章 绪论

1.1课题研究目的和意义

我国电网的特点是能源资源与经济发展地理分布极不平衡，水电主要分布在西南、西北地区，煤炭主要集中在华北地区，负荷中心却集中在东部和东南部的沿海地区。

所以根据我国的国情必须发展长距离、大容量电能传输技术，实现西电东输，北电南送。

特高压输电技术具有跨区域、大容量、远距离、低损耗等优势，无论从电网发展，还是从能源资源分布条件和国家经济持续发展需求来看，建设特高压输电工程，将特高压线路作为全国电网的主网架是我国电力工业发展的必然趋势，是提高我国能源开发和利用效率的基本途径，是培育和发展国家电力市场的重要条件，同时也是满足未来持续增长的电力需求的根本保证。

建设特高压电网是电力工业技术创新的重大举措。

我国电力工业必须依靠科技进步，不断创新，实现加速发展。

以特高压电网为核心的国家电网建设，将使我国电力科技水平再上一个新台阶建设特高压电网，是世界电网发展领域一项崭新的事业，可以增强我国的科技自主创新能力，占领世界电力科技的制高点。

我们要敢为人先，敢于走在世界电网科技发展的前列。

目前，我国

500kV输变电技术已基本成熟，国内具备了相应的设计、建设和运行能力，设备制造也基本实现了国产化。

加快建设特高压电网，对于推进我国电网的技术升级，带动国内相关科研、设计部门以及制造、建设等企业的技术创新，提高电力及相关行业的整体技术水平和综合竞争实力，都具有重要意义建设特高压电网是提高电力工业整体效益的必然选择。

发展大电网是电力工业发展的客观规律。

发展特高压输电网，把送端和受端之间大容量输电的主要任务转到特高压输电上来，以减少输电网损，提高电网的安全性，使整个电力系统能继续扩大覆盖范围，有效地利用整个电网内各种可以利用的发电资源，大电网不仅在资源优化配置中具有重要作用，而且在安全性、可靠性、灵活性和经济性等方面具有诸多优越性。

我国地域辽阔，时差、季节差十分明显，加上地区经济发展不平衡，使不同地区的电力负荷具有很强的互补性。

特高压电网在合理利用能源，节约建设投资，降低运行成本，减少事故和检修备用，获得错峰、调峰和水火、跨流域补偿效益等方面潜力巨大。

建设特高压电网，不仅可以节约装机、降低网损、减少弃水、提高火电设备利用率、节约土地资源，还可以提高电网的安全运行水平，避免500kV电网重复建设等问题，具有显著的经济效益和社会效益。

根据规划，特高压电网建成后，可节约发电装机2000万千瓦，每年可减少发电耗煤2000万吨。

建设特高压电网是提高我国能源开发和利用效率的基本途径。

我国是全球第一大煤炭消费国和第二大石油、电力消费国。

煤炭占全国能源生产和消费总量的比重高达2/3左右，但开发和利用的总体效率还比较低。

同时，我国生产力发展水平的地区差异很大，一次能源分布严重不均衡。

能源需求主要集中在东部和东南部经济较发达地区，约占需求总量的

3/4左右；用于发电的煤炭和水力资源，则主要分布在北部和西部地区。

这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置，以大煤电基地、大水电基地为依托，实现煤电就地转换和水电大规模开发，并通过建设特高压电网，实现跨地区、跨流域水火互济，将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中东部地区。

发展特高压电网，有利于西部地区将资源优势转化为经济优势，促进西部大开发，实现区域经济协调发展；有利于在西部和北部煤炭基地发展壮大一批大型煤炭和发电企业，提高煤炭、发电行业的集约化发展水平，提高资源的开发和利用效率。

建设特高压电网是培育和发展国家电力市场的重要条件。

发展电力市场的根本目的在于发挥市场对资源配置的基础性作用，有效调节电力供求关系，引导电力投资，优化能源资源配置，提高效率和效益。

电网是电力市场的基础和载体，只有建设特高压电网，才能实现跨地区、远距离的电能输送和交易，更好地调节电力平衡，促进全国范围的资源优化配置，发挥国家级电力市场的作用。

电力工业长期以来“重发（电）轻供

（电）”，造成电网投入不足，电网建设严重滞后，近年来，随着电源建设步伐的加快，电网规划建设滞后的矛盾进一步加剧。

电网建设难以有效促进西部煤电基地的集约化开发，造成东部地区新增大量煤电项目，加剧了煤炭供应和交通运输的紧张局面，降低了全国范围的能源配置和利用效率，也增加了环保压力，影响了国家的整体利益。

建设特高压电网是满足未来持续增长的电力需求的根本保证。

到2004年，我国电力装机总容量已达4.4亿千瓦。

目前，我国经济持续快速发展，人民生活水平不断提高，电力需求快速增长，预计在未来的15

年间，我国新增装机将超过5亿千瓦。

我国现有电网主要以500kV交流和正负

500kV直流系统为主，电力输送能力和规模受到严重制约，只有加快建设电压等级更高、网架结构更强、资源配置规模更大的以特高压电网为核心的国家电网，才能满足大规模的电力输送和供应，保障全面建设小康社会目标的实现。

因此，必须加快特高压电网建设，促进电网与电源协调发展，推动国家电力市场建设，满足国民经济发展的需要然而发展特高压是一项极具挑战性的工作，目前国内外尚无实际运行经验，要建立特高压网架，必须进行大量认真细致的研究。

电网电压等级越高，技术要求就越高，特高压输电技术的一个重要技术经济参数是绝缘水平，而与绝缘水平有直接关系的就是过电压倍数。

特高压远距离输电线路的空载长线电容效应将会引起很高的工频过电压，在此基础上输电线路开关的操作会在输电线路及与其连接的设备上产生更高的过电压，如何限制特高压输电线路的操作过电压倍数，是发展特高压电网所要解决的重大问题。

操作过电压的允许值与系统的额定电压有关，330kV系统操作过电压倍数要求不超过2.2pu，500kV系统不超过2.0pu，也就是说电网的额定电压越高，对限制操作过电压的要求也越严格。

根据前苏联、日本和意大利等国的研究资料，1000kV输电线路允许的过电压倍数为低于1.6～1.8倍，明显低于500kV系统的2倍。

这将对电网操作过电压允许值提出更加苛刻的要求，即500kV及

以下电压等级电网中已满足的过电压限压要求在1000kV电网中将不能被满足，而原来不成问题的一些种类过电压也可能成为必须考虑的问题。

我国电力工程实践表明，由于超高压输电线路上的单相重合闸过电压通常低于空载线路合闸过电压，并且我国电力系统一般不采用三相重合闸，因此在特高压线路的操作过电压绝缘配合中空载线路合闸过电压就具有非常重要的意义。

1.2国内外研究概况、水平和发展趋势

电力系统的输电线路以及电气设备都有各自的电感和电容，由于系统运行状态的突然变化，导致电感和电容元件间电磁能量的互相转换，就会引起振荡性的过渡过程。

这个过渡过程会在输电线路、某些电气设备或者局部电网上造成很高的电压，即远远超过正常运行的电压，称为操作过电压。

操作过电压

的幅值与波形显然跟电力系统的参数有密切的关系，这一点与雷电过电压不同，后者一般取决于接地电阻，与系统电压等级无关。

操作过电压则不然，由于其过渡过程的振荡基值即是系统运行电压，因此电压等级越高，输电线路越长，操作过电压的幅值也就越高。

在不同的振荡过程中，振荡幅值最高可达最大相电压峰值的3～4倍。

特高压线路参数与超高压线路参数相比，为了提高其传输能力，减小电压损

耗，其分布电阻和电感较小，而分布电容较大。

另外特高压输电线一般比较长，

所以电压、电流在暂态过程中呈现波的特性，特别是在故障和断路器操作过程中

更为明显。

目前国内外学者提出了很多过电压分析计算方法，不同之处主要在于

长线模型的处理方法上。

最初，分析过电压的传统方法是使用模拟装置，即内部过电压模拟装置，或称瞬态网络分析仪（TNA）。

而现在数字计算机己经成为一种必要的工具，使得过去难于计算的过电压问题，能借助计算机得到可靠的结果。

模拟装置的优点在于能够形象地深入了解现象地发展过程，但由于受到设备的限制，很难改变系统的接线和调节元件的特性。

对于计算机而言，则不像模拟装置那样，它没有改变系统接线和参数的困难，一旦建立了比较准确的计算方法，就能有意识地改变某些参数，从而进行过电压对一些影响参数的敏感性分析。

目前，对分析过电压来说，模拟实验室和数值计算可看作是相互补

充的手段。

六十年代以来，对过电压的数值计算，先后提出了不同的计算方法，不同之

处主要反映在对分布参数长线的处理方法上，例如：

1、行波法；

2、差分法；

3、拉普拉斯变换法；

4、用集中参数的T和Π型链代替分布参数长线的方法。

上述1，2，3种方法归结起来就是解决含R、L、C复杂网络瞬态计算的两种时域方法。

一种是列出并求解表示网络特性的联立微分方程；另一种方法是用近

似的电导和等效电流源的组合来代替电感和电容，然后求解所得的联系代数方程。

实际过电压计算中，主要采取后一种方法。

在以上方法中，行波法利用相模变换，可以将三相网络转变为等效的单相网络，然后采用微分方程来进行电压计算。

其特点是在保证精度前提下尽量简化，缺点是如果把线路看成无畸变线时，即夸大了漏电导的作用，在某些情况下，可能会导致衰减过快的错误结论。

道米尔给出了小损耗线路模型，他把线路总的电阻的四分之一放在线路两端，而二分之一插入线路中间。

目前的过电压计算中，行波法与差分法、拉普

拉斯变换法共同使用，形成了网格法和贝杰龙（Bergeron）法两种计算方法。

这两种方法的共同点是：

1、参数长线的计算本质是相同的，均是由拉普拉斯变换导出的行波法在时间域内直