【正文】 1 山西大學(xué)工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（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) 電氣工程及其自動化 班 級 電本 1038 姓 名 田志慧 指導(dǎo)教師 下達日期 2022 年 1 月 15 日 設(shè)計時間自 2022年 2 月 24日至 2022 年 6 月 7 日 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 一、設(shè)計題目： 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)運行的基本要求。 利用 MATLAB/SIMULINK，對特高壓 /超高壓輸電線路進行建模，對輸電線路操作過電壓的影響因素進行仿真分析，對輸電線路限制操作過電壓的措施進行分析研究，使學(xué) 生掌握分析研究輸電線路過電壓問題的方法和步驟，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)人員進行分析研究工作的一個高效的工具，全面掌握 MATLAB仿真分析輸電線路過電壓的方法，就使學(xué)生具備了對電力系統(tǒng)中其他問題進行仿真分析的思路和能力，從而適應(yīng)未來工作中進行獨立分析研究的需要。 三、原始資料（見附件） 四、設(shè)計說明書應(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 輸電線路的等值電路 MATLAB/SIMULINK簡介 2 輸電 線路的工頻過電壓 輸電線路的參數(shù)計算 輸電線路的模型及參數(shù)設(shè)置 長距離輸電線路空載時的電容效應(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)過電壓計算 西安：西安交通大學(xué)出版社 相關(guān)學(xué)術(shù)論文 七、進度要求 實習(xí)階段 第 周（ 月 日）至 第 周（ 月 日）共 周 設(shè)計階段 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（ 2022 年 6 月 7 日） [注 ]： 對學(xué)生的要求： （ 1）有能夠運行 MATLAB 2022b的筆記本計算機，選修過 MATLAB 方面的課程。 （ 2）能夠按照進度要求，投入足夠的時間用于進行畢業(yè)設(shè)計。 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行仿真分析，通過對開關(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)計設(shè)計的目的和意義 ........................... 7 特高壓 /超高壓輸電線路的構(gòu)成及特點 .................. 7 輸電線路等值電路 ................................... 8 第二章、主要設(shè)計內(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 未使用合閘電阻時的仿真模型及參數(shù)如下 .............. 17 合閘相位不同時對空載線路合閘過電壓的影響 .......... 22 ① t=0，Θ =0時，也就是電源電壓過零時合閘的過電 壓波形如下： .............................................. 22 ② t=： ...................... 22 ③ t=： ................ 23 ④ t= 時合閘，也就是電源電勢為最大值時合閘過電壓波形如圖： ........................................ 23 線路損耗不同時對合閘操作過電壓的影響 .............. 24 6 ①當(dāng) r=，過電壓波形為： ................. 24 ②當(dāng) r=，過電壓波形為： ................. 24 ③當(dāng) r=： ..................... 25 ④當(dāng) r=： ..................... 25 斷路器是否帶并聯(lián)電阻時對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： ........................................... 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)換就會引起振蕩性的過渡過程。這個過渡過程會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行研究分析。 第一章概述 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)運行的基本要求。 利用 MATLAB/SIMULINK，對特高壓 /超高壓輸電線路 進行建模，對輸電線路操作過電壓的影響因素進行仿真分析，對輸電線路限制操作過電壓的措施進行分析研究，使學(xué)生掌握分析研究輸電線路過電壓問題的方法和步驟，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)人員進行分析研究工作的一個高效的工具，全面掌握 MATLAB仿真分析輸電線路過電壓的方法，就使學(xué)生具備了對電力系統(tǒng)中其他問題進行仿真分析的思路和能力，從而適應(yīng)未來工作中進行獨立分析研究的需要。 /超高壓輸電線路的構(gòu)成及特點 使用 1000千伏及以上的電壓等級輸送電能。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，實現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離輸電，以及實現(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，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 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，國家電網(wǎng)特高壓骨干 網(wǎng)架基本形成，國家電網(wǎng)跨區(qū)輸送容量將超過 2億千瓦，占全國總裝機容量的 20%以上。屆時，從周邊國家向中國遠(yuǎn)距離、大容量跨國輸電將成為可能。 對于特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟性，專家分析：到 2020年，通過特高壓可以減少裝機容量約 2022萬千瓦，節(jié)約電源建設(shè)投資約 823億元；每年可減少發(fā)電煤耗 2022萬噸。北電南送的火電容量可以達到 5500萬千瓦，同各區(qū)域電網(wǎng)單獨運行相比，年燃煤成本約降低 240億元。 對于交流特高壓而言，主要有兩大技術(shù)攻關(guān)重點：一是制造出可調(diào)的并聯(lián)電抗器，二是研制 1000千伏電壓等級的雙斷口斷路器，這兩個 關(guān)鍵技術(shù)問題已經(jīng)基本解決。對于直流特高壓電網(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)。我國晉東南 — 南陽 — 荊門的特高 8 壓交流試驗示范工程的意義在于：它將真正實現(xiàn)全電壓、滿容量、長距離輸電。 此外，對于我國電網(wǎng)設(shè)備制造業(yè)而言，中國建設(shè)特高壓電網(wǎng)對我國民族工業(yè)無疑是一個巨大的推動。中國從 2022年開始要發(fā)展特高壓電網(wǎng)，表明中國已經(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)個長度為 dx的小段組成，每單位長度導(dǎo)線的電感及電阻分別為 L和 R,每單位長度導(dǎo)線對地電容及電導(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國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序庫。 EISPACK 是特征值求解的 FORTRAN 程序庫， LINPACK是解線性方程的程序庫。在當(dāng)時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。 到 20世紀(jì) 70年代后期，身為美國 New Mexico 大