基于Matlab的电力系统自动重合闸建模与仿真讲解.docx
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基于Matlab的电力系统自动重合闸建模与仿真讲解
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
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,PSASP,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1220kv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(SimplifiedSynchronousMachine)如图2:
连接类型:
3线Y型连接;
额定参数:
[500e613.8e350];
机械参数:
[562900.32];
内部阻抗:
[1.9845263.15e-3];
初始条件:
[0.200,0,00,0,0];
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-PhaseTransformer)如图3:
额定功率和频率:
[500e650];
一次绕组连接方式:
三角形连接;
一次绕组参数:
[13.8e30.0020.08];
二次绕组连接方式:
星形连接;
二次绕组参数:
[220e30.0020.08];
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
2.3.1150km线路模块
等值线路元件(DistributedParametersLine)如图4:
线路相数:
3;
频率:
50HZ;
单位长度电阻:
[0.011650.2676];
单位长度电感:
[0.8679e-33.008e-3];
单位长度电容:
[13.41e-98.57e-9];
线路长度:
150km;
测量:
选择不测量电气量;
图4150km分布参数线路的参数设置
2.3.2100km线路模块
等值线路元件(DistributedParametersLine)如图5:
线路相数:
3;
频率:
50HZ;
单位长度电阻:
[0.011650.2676];
单位长度电感:
[0.8679e-33.008e-3];
单位长度电容:
[13.41e-98.57e-9];
线路长度:
100km;
测量:
选择不测量电气量;
图5100km分布参数线路的参数设置
2.1电源模块
三相电压源(3-PhaseSource)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;
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-PhaseseriesRLCload)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-PhaseseriesRLCload)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:
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-PhaseBreak)如图9:
断路器初始状态:
closed;
转换时间:
[0.040.08];
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-PhaseVIMeasurement);
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(nocontinuoussatates)
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[0.040.08],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13A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(0.04~0.08),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[0.040.08],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(0.04s~0.08s),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MATLABPSB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,为今后的学习打下了良好的基础。
参考文献
[1] 刘卫国.MATLAB程序设计与应用(第二版).北京:
高等教育出版社,2006年
[2] 唐昌建,张巍.MATLAB基础及应用.四川大学物理科学与技术学院,2006年
[3] 崔新忠.MATLAB与仿真系统实验指导书.自编教材,2007年
[4]王忠李,段慧达.MATLAB应用技术.清华大学出版社
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- 基于 Matlab 电力系统 自动 合闸 建模 仿真 讲解