電力系統(tǒng)繼電保護(hù)算法仿真設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-08-25 12:18 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （243）式中：基波分量的有效值：時(shí)基波分量的相角將用角公式展開(kāi)可得： （244） （245）用復(fù)數(shù)表示為 （246）因此，可根據(jù)、求出有效值和相角為 （247） （248）用微機(jī)處理時(shí)，式（240）和式（241）的積分可以用梯形法則求得： （249） （250）式中：基波信號(hào)的一周期采樣點(diǎn)數(shù)；：第次采樣點(diǎn)數(shù)；、：分別為和時(shí)的采樣值[3]。 正弦型、余弦型瞬時(shí)值采樣比相判據(jù)算法相位比較判據(jù)使用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)原理的基本元件，也是關(guān)鍵元件，在距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)中均有廣泛的應(yīng)用。下面以比較電壓、為例說(shuō)明其原理。其余弦型比較判據(jù)表示為 （251）其正弦型比較判據(jù)表示為 （252）其瞬時(shí)電壓可以表示為 （253） （254）若當(dāng)前采樣時(shí)刻為，則當(dāng)前時(shí)刻的采樣值表示為 （255） （256）工頻1/4周期以前時(shí)刻的采樣值表示為 （257） （258）式（255）~（258）中對(duì)應(yīng)項(xiàng)平方相加，可得 （259） （260）式（255）~（258）中對(duì)應(yīng)項(xiàng)平方相除，可得 （261） （262）若令、則式（259）~（262）可簡(jiǎn)寫(xiě)為 （263） （264） （265） （266）、可以看作是幅值為、相角為的向量的實(shí)部和虛部；、可以看作是、相角為的向量的實(shí)部和虛部。將上式（263）~（266）代入式（251）~（252）,就可以得到用瞬時(shí)采樣值表示的正弦比較方程和余弦比較方程分別為 （267） （268）這種算法只需要相隔1/4工頻周期的兩個(gè)采樣值就可以完成比相，故也成為比相的兩點(diǎn)積算法[4]。 微機(jī)保護(hù)算法性能分析微機(jī)保護(hù)算法種類(lèi)繁多，前面介紹的只是幾種較典型的、用得較多的算法，各種算法有各自的特點(diǎn)和性能，在使用時(shí)可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)乃惴?。兩點(diǎn)乘積算法，使用了電氣角度相隔/2采樣值，算法本身需要的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為1/4周期，又因?yàn)閮牲c(diǎn)乘積法是假定輸入信號(hào)為正弦量的算法，所以在使用這種算法時(shí)要配合數(shù)字濾波器使用。導(dǎo)數(shù)法需要的數(shù)據(jù)窗較短，僅為一個(gè)采樣間隔，算式和兩點(diǎn)乘積法相似，但是由于要用到導(dǎo)數(shù)，因此將帶來(lái)兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是要求用數(shù)字濾波器濾去高頻成分，因?yàn)榍髮?dǎo)數(shù)將會(huì)放大高頻分量；第二是由于用差分近似求導(dǎo)，因此要求有較高的采樣頻率，對(duì)于50Hz的正弦量來(lái)說(shuō)，只要采樣頻率高于1000Hz，則差分近似求導(dǎo)引入的誤差就遠(yuǎn)小于1%，可以忽略了。半周期積分法需要的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為10ms，它本身有一定的濾除高頻分量的能力，因?yàn)榀B加在基頻成分上的幅度不大的高頻分量，在半個(gè)周期積分中期對(duì)稱的正負(fù)部分可以相互抵消，剩余的未被消除的部分占的比重就減小了。但是它不能抑制直流分量。突變量電流算法，是通過(guò)比較故障前后電流的變化情況來(lái)判斷是否有故障的，因此，系統(tǒng)正常用運(yùn)行是時(shí)，通過(guò)設(shè)定一個(gè)整定值，當(dāng)電流差值大于整定值時(shí)，判斷有故障發(fā)生。因?yàn)橥蛔兞侩娏魉惴?，是檢測(cè)故障暫態(tài)電流突變的情況，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電流差值較小或?yàn)榱?，故障瞬間，電流發(fā)生突變，電流差值超過(guò)整定值，系統(tǒng)判斷有故障，但是當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，雖然故障沒(méi)有消失，但是電流穩(wěn)定不變了，因此，突變量消失，突變量存在的時(shí)間只有20ms。傅里葉級(jí)數(shù)算法具有濾波的作用，較兩點(diǎn)乘積法、導(dǎo)數(shù)法、半周期積分法而言濾波特性要強(qiáng)，因此，在故障發(fā)生時(shí)，使用這種算法會(huì)濾除高頻分量，可以不用設(shè)置濾波器專門(mén)濾波，但是在一些要求加速保護(hù)動(dòng)作的地方，動(dòng)作的速度就會(huì)受到影響，這點(diǎn)在后面的仿真中就可以看出。微機(jī)保護(hù)的算法很多，常用的還有模型算法（解微分方程法），此法僅用于計(jì)算線路阻抗，當(dāng)用在線路保護(hù)的距離保護(hù)中時(shí)還要與選相算法等配合使用；其他的算法還有最小二乘方算法，這種算法時(shí)將輸入的暫態(tài)電氣量與一個(gè)預(yù)設(shè)的含有非周期分量及某些諧波分量的函數(shù)按最小二乘方的原理進(jìn)行擬合，求出輸入信號(hào)中基頻及各種暫態(tài)分量的幅值和相角。總之，微機(jī)保護(hù)算法隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)不斷地得到優(yōu)化和提升，但是不管什么算法，只要根據(jù)系統(tǒng)的性能，合理的配置各種算法，發(fā)揮算法的優(yōu)勢(shì)，最終讓整個(gè)電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行就達(dá)到了電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的目的了[5]。 第3章 110kV線路微機(jī)保護(hù)仿真模型的建立 MATLAB/Simulink仿真軟件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用介紹MATLAB/Simulink軟件是由美國(guó)Math Works 公司開(kāi)發(fā)的著名的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，它是MATLAB的一個(gè)附加組件，為用戶提供了一個(gè)建模與仿真的工作平臺(tái)。它能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真的模塊集成，而且可以根據(jù)設(shè)計(jì)和使用的要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高建模與仿真的效率。MATLAB/Simulink軟件提供了多個(gè)學(xué)科的仿真系統(tǒng)工具箱，和一些常用工具箱模塊，用戶可以根據(jù)需要方便地選用合適的工具箱進(jìn)行系統(tǒng)的建模與仿真分析。對(duì)于電力系統(tǒng)而言就有專門(mén)的工具箱模塊庫(kù)SimPowerSystem供用戶使用，其功能強(qiáng)大，包含的電氣元件種類(lèi)多，處理函數(shù)模塊豐富，為電力系統(tǒng)的仿真與研究提供了很大的便利，是電氣工程專業(yè)必不可少的研發(fā)工具。在SimPowerSystem模塊庫(kù)中，包括10類(lèi)模塊庫(kù)，即電源元件庫(kù)（Ele
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