【正文】 1 山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于 MATLAB/SIMULINK 的 輸電線路操作過電壓的仿真分析 系 別 電力工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電本 1038 姓 名 田志慧 指導(dǎo)教師 下達(dá)日期 2021 年 1 月 15 日 設(shè)計(jì)時(shí)間自 2021年 2月 24 日至 2021年 6月 7日 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)題目： 題目 名稱 基于 MATLAB/SIMULINK的輸電線路操作過電壓的仿真分析 題目來源 自擬 二、目的和意義 目的 特高壓 /超高壓輸電線路是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，過電壓是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素之一，采取有效措施限制過電壓是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。 利用 MATLAB/SIMULINK，對(duì)特高壓 /超高壓輸電線路進(jìn)行建模，對(duì)輸電線路操作過電壓的影響因素進(jìn)行仿真分析，對(duì)輸電線路限制操作過電壓的措施進(jìn)行分析研究，使學(xué) 生掌握分析研究輸電線路過電壓?jiǎn)栴}的方法和步驟，從而提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。 意義 MATLAB是目前工程技術(shù)人員進(jìn)行分析研究工作的一個(gè)高效的工具，全面掌握 MATLAB仿真分析輸電線路過電壓的方法，就使學(xué)生具備了對(duì)電力系統(tǒng)中其他問題進(jìn)行仿真分析的思路和能力，從而適應(yīng)未來工作中進(jìn)行獨(dú)立分析研究的需要。 三、原始資料（見附件） 四、設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括的內(nèi)容（參考） 1 概述 特高壓 /超高壓輸電線路的構(gòu)成及特點(diǎn) 輸電線路的等值電路 MATLAB/SIMULINK簡(jiǎn)介 2 輸電 線路的工頻過電壓 輸電線路的參數(shù)計(jì)算 輸電線路的模型及參數(shù)設(shè)置 長(zhǎng)距離輸電線路空載時(shí)的電容效應(yīng)及其仿真 輸電線路的工頻過電壓及其仿真 3 輸電線路的操作過電壓 空載線路的合閘過電壓及其仿真 切除空載線路時(shí)的過電壓及其仿真 影響操作過電壓的因素的仿真分析 限制操作過電壓的措施的效果分析 五、設(shè)計(jì)應(yīng)完成的圖紙 輸電線路在各種過電壓情況下的 電壓波形圖 。 采用限制操作過電壓的措施后的 電壓波形圖 。 3 六、主要參考資料 SimPowerSystems? Users 于群 MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 王晶等編著 電力系統(tǒng)的 MATLAB/SIMULINK仿真與應(yīng)用 西安：西安電子科技大學(xué)出版社 施圍 電力系統(tǒng)過電壓計(jì)算 西安：西安交通大學(xué)出版社 相關(guān)學(xué)術(shù)論文 七、進(jìn)度要求 實(shí)習(xí)階段 第 周（ 月 日）至 第 周（ 月 日）共 周 設(shè)計(jì)階段 第 1 周（ 2 月 24 日）至 第 15 周（ 6月 7 日）共 15 周 答辯日期 第 15 周（ 2021 年 6 月 7 日） [注 ]： 對(duì)學(xué)生的要求： （ 1）有能夠運(yùn)行 MATLAB 2021b 的筆記本計(jì)算機(jī)，選修過 MATLAB 方面的課程。 （ 2）能夠按照進(jìn)度要求，投入足夠的時(shí)間用于進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。 4 空載輸電線路單相合閘操作過電壓的研究 摘要 本文主要是基于 MATLAB/SIMULINK 的空載輸電線路單相合閘過電壓的仿真分析，主要是從單相合閘空載線路過電壓的影響因素和限制措施進(jìn)行仿真分析，通過對(duì)開關(guān)合閘相位的不同，線路損耗的大小，以及斷路器是否加并聯(lián)電阻進(jìn)行的比較分析，從而得出最佳的合閘相位角，以及斷路器加并聯(lián)電阻對(duì)合閘過電壓限制的可行性的論證。 關(guān)鍵詞： MATLAB；單相合閘；合閘相 位；并聯(lián)電阻；過電壓；電力系統(tǒng) Light transmission line singlephase switching overvoltage operation research ABSTRACT This paper is based on the MATLAB/SIMULINK simulation analysis of lighttransmission line singlephase switching overvoltage mainly from single phaseswitching racing line overvoltage simulation analysis was made on the influence factors and the restrictions, through to the switch closing phase is different, the size of the line loss, and whether circuit breaker with parallel resistance of parative analysis, obtains the best closing phase Angle, thus and circuit breaker with parallel resistance on the switching overvoltage limit of the feasibility of the argument. Keywords： MATLAB； Single phase switching； Closing phase； Parallel resistance Overvoltage； The power system 5 目 錄 摘要 .................................................... 4 前言 .................................................... 7 第一章概述 .............................................. 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的目的和意義 .......................... 7 特高壓 /超高壓輸電線路的構(gòu)成及特點(diǎn) .................. 7 輸電線路等值電路 .................................. 8 第二章、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 .................................... 12 空載線路的單相合閘過電壓及其仿真 .................. 13 過電壓產(chǎn)生的物理過程 ............................. 13 影響過電壓的因素 ................................. 15 限制過電壓的措施 ................................. 15 未使用合閘電阻時(shí)的仿真模型及參數(shù)如下 .............. 17 合閘相位不同時(shí)對(duì)空載線路合閘過電壓的影響 .......... 22 ① t=0，Θ =0 時(shí)，也就是電源電壓過零時(shí)合閘的過電壓波形如下： ............................................. 22 ② t= 合閘時(shí)過電壓如下： ...................... 22 ③ t= 時(shí)合閘的過電壓波形如下： ................ 23 ④ t= 時(shí)合閘，也就是電源電勢(shì)為最大值時(shí)合閘過電壓波形如圖： ....................................... 23 線路損耗不同時(shí)對(duì)合閘操作過電壓的影響 .............. 24 6 ①當(dāng) r= /km時(shí)，過電壓波形為： ................. 24 ②當(dāng) r= /km時(shí)，過電壓波形為： ................. 24 ③當(dāng) r= /km過電壓波形為： ..................... 25 ④當(dāng) r= /km過電壓波形為： ..................... 25 斷路器是否帶并聯(lián)電阻時(shí)對(duì)合閘空載線路過電壓的影 響 .. 26 分布參數(shù)模型與 pi 型集中參數(shù)模型的比較 ............. 28 ① 當(dāng)改用 pi型等效電路的模型 ........................ 28 ② 當(dāng)改用分布參數(shù)等效模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 29 參 考文獻(xiàn)： .......................................... 30 英文翻譯： .......................................... 31 7 前言 電力系統(tǒng)的輸電線路以及電氣設(shè)備都有各自的電感和電容，由于系統(tǒng)狀態(tài)的突然變化，導(dǎo)致電感和電容元件間電磁能量的互相轉(zhuǎn)換就會(huì)引起振蕩性的過渡過程。這個(gè)過渡過程會(huì)在輸電線路和某些電氣設(shè)備或者局部電網(wǎng)上造成很高的電壓，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常的電壓，稱作操作過電壓，本文研究的是河南平頂山到湖北武昌的 500kv 輸電線路合閘空載過電壓的研究，從合閘過電壓的影響因素以及限制措施進(jìn)行研究分析。 第一章概述 畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的目的和意義 特高壓 /超高壓輸電線路是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè) 備，過電壓是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素之一，采取有效措施限制過電壓是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。 利用 MATLAB/SIMULINK，對(duì)特高壓 /超高壓輸電線路進(jìn)行建模，對(duì)輸電線路操作過電壓的影響因素進(jìn)行仿真分析，對(duì)輸電線路限制操作過電壓的措施進(jìn)行分析研究，使學(xué)生掌握分析研究輸電線路過電壓?jiǎn)栴}的方法和步驟，從而提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。 MATLAB是目前工程技術(shù)人員進(jìn)行分析研究工作的一個(gè)高效的工具，全面掌握 MATLAB仿真分析輸電線路過電壓的方法，就使學(xué)生具備了對(duì)電力系統(tǒng)中其他問題進(jìn)行仿真分析的思路和能力，從而適應(yīng)未來工作中進(jìn)行獨(dú)立分析研究的需要。 特高壓 /超高壓輸電線路的構(gòu)成及特點(diǎn) 使用 1000千伏及以上的電壓等級(jí)輸送電能。特高壓輸電是在超高壓輸電的基礎(chǔ)上發(fā)展的，其目的仍是繼續(xù)提高輸電能力，實(shí)現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離輸電，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力系統(tǒng)互聯(lián)，建成聯(lián)合電力系統(tǒng)。 1000千伏特高壓交流輸電線路輸送功率約為 500千伏線路的 4至 5倍；正負(fù) 800千伏直流特高壓輸電能力是正負(fù) 500千伏線路的兩倍多。同時(shí)，特高壓交流線路在輸送相同 功率的情況下，可將最遠(yuǎn)送電距離延長(zhǎng) 3倍，而損耗只有 500千伏線路的 25%至 40%。輸送同樣的功率，采用 1000千伏線路輸電與采用 500千伏的線路相比，可節(jié)省 60%的土地資源。到2020年前后，國(guó)家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架基本形成，國(guó)家電網(wǎng)跨區(qū)輸送容量將超過 2億千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)容量的 20%以上。屆時(shí)，從周邊國(guó)家向中國(guó)遠(yuǎn)距離、大容量跨國(guó)輸電將成為可能。 對(duì)于特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，專家分析：到 2020年，通過特高壓可以減少裝機(jī)容量約 2021萬千瓦，節(jié)約電源建設(shè)投資約 823億元；每年可減少發(fā)電煤耗 2021萬噸。北電南送的火電容量可以達(dá)到 5500萬千瓦，同各區(qū)域電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行 相比，年燃煤成本約降低 240億元。 對(duì)于交流特高壓而言，主要有兩大技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)：一是制造出可調(diào)的并聯(lián)電抗器，二是研制 1000千伏電壓等級(jí)的雙斷口斷路器，這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題已經(jīng)基本解決。對(duì)于直流特高壓電網(wǎng)而言，其技術(shù)攻關(guān)關(guān)鍵是開發(fā) 6英寸晶閘管。日本已經(jīng)研制出了 6英寸晶閘管，我國(guó)在研制 6英寸晶閘管方面也已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)。我國(guó)晉東南 — 南陽 — 荊門的特高 8 壓交流試驗(yàn)示范工程的意義在于：它將真正實(shí)現(xiàn)全電壓、滿容量、長(zhǎng)距離輸電。 此外，對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)設(shè)備制造業(yè)而言，中國(guó)建設(shè)特高壓電網(wǎng)對(duì)我國(guó)民族工業(yè)無疑是一個(gè)巨大的推動(dòng)。中 國(guó)從 2021年開始要發(fā)展特高壓電網(wǎng)，表明中國(guó)已經(jīng)有勇氣解決特高壓這一世界性的難題。 將參數(shù)均勻分布的輸電線路看成由無數(shù)個(gè)長(zhǎng)度為 dx的小段組成，每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電感及電阻分別為 L和 R,每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線對(duì)地電容及電導(dǎo)分別為 C和 G則單相等值電路如下圖所示。 20 世紀(jì) 70 年代中期， Cleve Moler 博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序庫(kù)。 EISPACK 是特征值求解的 FORTRAN 程序庫(kù)， LINPACK 是解線性方程的程序庫(kù)。在當(dāng)時(shí)