【導(dǎo)讀】算仿真和故障仿真的研究。輸電線路是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。不同地區(qū)、不同類型的發(fā)電和配電設(shè)備都是通。過它連接起來的，構(gòu)成電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)發(fā)電、供電和配電。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的日益發(fā)展采用計(jì)算機(jī)仿真方法來分析研究電力系。統(tǒng)繼電保護(hù)是解決此類工程問題的一種有效手段。MATLAB語言是目前國際上流行的一種。演算紙式的編程語言，它具有強(qiáng)大的矩陣分析與運(yùn)算功能，并且是一個(gè)開放的環(huán)境。重載、可封裝、面向結(jié)構(gòu)圖編程及可視化等特點(diǎn)，

　　

【正文】 繼電器模塊參數(shù)如表 46 所示。 表 46 繼電器模塊參數(shù)表 繼電器模塊參數(shù) Relay Switch on point 3 Switch off point 2 Output when on 1 Output when off 0 Enable zero crossing detection Sample time (1 for inherited) 1 7) 電流測量模塊如表 47 所示。 表 47 電流測量模塊參數(shù)表 電流測量模塊參數(shù) Current Measurement Output signal Magnitude “ 單相 自動(dòng) 重合閘” 電流保護(hù)模塊子系統(tǒng)（ Subsystem） 單相 自動(dòng) 重合閘 電流保護(hù)模型可以分為 6 個(gè)部分： （ 1） 測量模塊， 由萬用表（ Multimeter） 采集流過圖 41中線路首端斷路器模塊的電流，長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 從而得到電流的采樣值。 （ 2）保護(hù)模塊，模塊主要由傅立葉變換模塊（ Fourier） 、繼電器 (Realy)、延遲模塊(Transport Delay,本例中設(shè)入延時(shí)值為 ),其主要功能是將經(jīng)傅立葉 變換后的零序電流幅值與定值相比較，一旦大于定值，才經(jīng)延時(shí)輸出為“ 0”。 （ 3） 保護(hù)出口模塊， 該模塊的主要功能是將保護(hù)模塊的動(dòng)作行為保持，主要由非門(NOT)、加法器 (SUM)和常數(shù) (constant)、使能子系統(tǒng)模塊 (Enable Subsystem)構(gòu)成。由于使能子系統(tǒng)模塊的特點(diǎn)是：使能端輸入正數(shù)或零時(shí)，子系統(tǒng)開啟；使能端輸入負(fù)數(shù)時(shí)，子系統(tǒng)關(guān)閉，模塊輸出端為初始值或保持前一狀態(tài)。而保護(hù)模塊中延遲模塊的輸出 為“ 1”或“ 0”，因此不能接在使能端上，否則會(huì)一直使保護(hù)出口模塊始終處于使能狀態(tài)，輸出為“ 1”。由圖41 可見，如保護(hù)模塊中延遲模塊的輸出為“ 0”,則經(jīng)非門再與常數(shù) ，可是保護(hù)出口模 塊使能端輸出為“ 1”。保護(hù)出口模塊輸出為“ 0”。 （ 4）重合閘模塊，主要功能是在第一次判斷線路發(fā)生故障跳閘后，經(jīng)過一段時(shí)間實(shí)現(xiàn)斷路器重合。主要由非門，一個(gè)常數(shù)發(fā)生器（發(fā)出 ），加法器、使能子系統(tǒng)、延遲模塊（ Transport Delay,本例中設(shè)入延時(shí)值為 ） 組成。如保護(hù)模塊輸出為 0，則經(jīng)整定延時(shí)后，重合閘使能出口模塊輸出為“ 1”。 （ 5）后加速模塊，主要功能是判斷斷路器重合后故障是否存在。如故障依然存在，則發(fā)出跳閘命令并不再重合；如故障解除，則保持合閘狀態(tài)。主要由非門 (NOT)、加法器 (SUM)和常數(shù) (constant)、使能子系統(tǒng)模塊 (Enable Subsystem)等模塊構(gòu)成。后加速模塊的邏輯功能基本等同于保護(hù)模塊和保護(hù)出口模塊的功能合成，不同的是后加速模塊是在重合閘后啟動(dòng)的，另外，該模塊要實(shí)現(xiàn)加速跳閘的功能，因此在本例中設(shè)定延時(shí)值為 。 （ 6）執(zhí)行模塊，將（ 2）、（ 3）、（ 4）部分的波形相加，最終形成正確的斷路器控制波形。注意在一個(gè)采樣點(diǎn)，還有子系統(tǒng)命名問題，不能重復(fù)。 系統(tǒng)中的小模塊介紹 1）基波傅立葉變換 傅 立 葉 模塊的作用是 輸出各 相電流的基 波 和 幅 值 ， 從而輸入 SFUNCTION 模塊中使運(yùn)算中 通過 公 式 A+ jB = I*cosj + jI*sinj， 把 電流變 換 成 復(fù) 數(shù) 形 式進(jìn)行運(yùn)算。 如 圖 43 所示 。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 42 基波傅立葉變換 2）繼電器模塊 它的功能就跟實(shí)際的繼電器一樣，當(dāng)輸入值大于預(yù)先設(shè)置的定值時(shí)，輸出為“ 1”，即動(dòng)作；當(dāng)輸入值小于預(yù)先設(shè)置的定值時(shí)，繼電器返回，輸出為“ 0”。 其參數(shù)設(shè)置如圖 43 所示。 圖 43 繼電器模塊參數(shù)設(shè)置圖 3）延遲模塊 它的功能就是將輸入信號延遲一個(gè)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可以根據(jù)時(shí)間情況來設(shè)置。 其參數(shù)設(shè)置如圖 44 所示。 圖 44 延遲模 塊參數(shù)設(shè)置圖 4）非門模塊 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 它的功能就是對輸入的信號值取反，輸入是“ 1”，輸出則為“ 0”； 輸入是“ 0”，輸出則為“ 1”。 設(shè)置故障與仿真結(jié)果 因?yàn)楸痉抡媸菍€路發(fā)生接地故障時(shí)，斷路器跳閘繼而再重合閘，所以就在線路的中點(diǎn)設(shè)置了一個(gè)接地故障，具體又分為永久性和瞬時(shí)性接地故障： 1）永久性接地故障 本設(shè)計(jì)設(shè)置的是線路在 發(fā)生永久性接地故障，在設(shè)置完仿真參數(shù)后，執(zhí)行仿真，仿真結(jié)果是：線路在 ，在 ，電路電流突然變大，在 經(jīng)過保護(hù)的 延時(shí)后跳閘， 經(jīng)過 ，重合閘動(dòng)作，斷路器重合，又經(jīng)過 延時(shí)后，重合閘后加速，之后重合不成功，斷路器跳開，不在重合。仿真波形如下圖 45 所示： 圖 45 永久性接地故障仿真波形圖 2）瞬時(shí)性接地故障 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 本設(shè)計(jì)設(shè)置的是線路在 發(fā)生瞬時(shí)性接地故障，在設(shè)置完仿真參數(shù)后，執(zhí)行仿真，仿真結(jié)果是：線路在 ，在 ，電路電流突然變大，在經(jīng)過保護(hù)的 延時(shí)后跳閘，經(jīng)過 ，重合閘動(dòng)作，斷路器重合，又 經(jīng)過 延時(shí)后，重合閘后加速，之后重合成功。仿真波形如下圖 46 所示： 圖 46 瞬時(shí)性接地故障仿真波形圖 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 47 重合閘后加速模塊各信號波形圖 線路三段式電流保護(hù)仿真 本設(shè)計(jì)是根據(jù)繼電保護(hù)中線路三段式電流保護(hù)的原理，模擬單側(cè)電源系統(tǒng)中，線路發(fā)生故障是保護(hù)的動(dòng)作情況，并對其進(jìn)行數(shù)字 、波形仿真。這里當(dāng)然涉及到了三段式電流的整定計(jì)算與各段保護(hù)之間的配合，如前 。 模型搭建起來之后，我們可以 在 線路的不同段可 分 別 設(shè)置 故障 ， 仿真線路保護(hù)中電流速斷保護(hù)（ Ⅰ 段 ） 、限時(shí)電流速斷保護(hù) (Ⅱ段 )和定時(shí)限過電流保護(hù) (Ⅲ段 )的動(dòng)作情況 。 所 建 仿真 模型 如 圖 48 所 示。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 48 線路三段式電流保護(hù)模型 該 模型 各個(gè) 模塊參數(shù)設(shè)置 如下 ：（ 只需 雙擊 模塊 即可 實(shí)現(xiàn) 修 改 參數(shù)） 1）“ 交流電壓源 ”模塊實(shí)際 為 一 個(gè) 單 相電 源 模塊 (AC Volatge Source block)， 通過 設(shè)定該 模塊的參數(shù)來模擬單電源 系統(tǒng)。 其參數(shù)如下表 48 所示。 表 48 交流電壓源模塊參數(shù)表 交流電壓源模塊參數(shù) 單電源系統(tǒng) Peak amplitude (V) 10e3 Phase (deg) 0 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 Frequency(Hz) 50 Sample time 0 Measurements None 2）斷 路 器模塊“ break”參數(shù) 如表 4－ 9 所示 。 表 49 斷路器模塊參數(shù) 斷路器模塊參數(shù) Break Breakers resistance Ron(ohms) Initial state 1 Snubbers resistance Rs(ohms) 1e6 Snubbers capacitance Cs(F) inf External control of switching times Measurements Branch volatge and current 3)線 路 模塊參數(shù) 如表 4－ 10 所示 表 410 線 路 模塊參數(shù)表 線 路 模塊參數(shù) Line 0/1/2 Resistance(Ohms) Inductance(H/km) 0 Capacitance(H/km) inf Set the initinal capacitor volatge □ Capacitor initinal volatge (V) 0 Set the initinal inductor current □ Inductor initinal current 0 Measurements None 4) 故障模塊參數(shù)如表 411 所示。 表 411 故障模塊參數(shù) 故障模塊參數(shù) Threephase Fault Phase A Fault Phase B Fault Phase C Fault 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 Fault resistances Ron (ohms) Ground Fault Ground resistances Rg(ohms) External control of fault timing Initinal status of fault [0 0 1] Snubbers resistances Rp (ohms) 1e6 Snubbers Capacitance Cp (ohms) inf Measurements Fault Voltages and currents 5) 定時(shí)器模塊參數(shù)如表 412 所示。 表 412 定時(shí)器模塊參數(shù)表 定時(shí)器模塊參數(shù) Timer Time (s) [0 ] Amplitude [0 1] 6) 繼電器模塊參數(shù)如表 413 所示。 表 413 繼電器模塊參數(shù)表 繼電器模塊參數(shù) Relay/ Relay1/ Relay2 Switch on point 1800/820/320 Switch off point 1790/815/317 Output when on 1 Output when off 0 Enable zero crossing detection Sample time (1 for inherited) 1 7) 電流測量模塊 參數(shù) 如表 414 所示。 表 414 電流測量模塊參數(shù)表 電流測量模塊參數(shù) Current Measurement Output signal Magnitude 8) 乘法模塊參數(shù)如表 415 所示。 表 415 乘法模塊參數(shù) 表 乘法模塊參數(shù) Multiply 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 Number of inputs *** Multiplication Elementwise(.*) Sample time 1 9) 延時(shí)模塊參數(shù)如表 416 所示。 表 416 延時(shí)模塊參數(shù)表 延時(shí)模塊參數(shù) Transport Delay/Delay1/Delay2 Time Delay Initial input 0 Initial buffer size 6144/10240/20480 Pade order 0 線路三段式 電流保護(hù)模塊子系統(tǒng)（ Subsystem） 線路三段式 電流保護(hù)模型可以分為 以下 4 個(gè)部分： 1）電流保護(hù)Ⅰ段，該子系統(tǒng)主要功能是：當(dāng)線路在Ⅰ段范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)立即啟動(dòng)并切除故障 ，它只能保護(hù)本線路的一部分 。它是將經(jīng)過傅立葉模塊變換的電流與預(yù)先 設(shè)置的繼電器電流相比較，若大于預(yù)置值則輸出 1，反之輸出 0，這個(gè)信號再經(jīng)過延遲模塊，因電流Ⅰ段是速斷保護(hù)，所以這個(gè)延遲時(shí)間 很小 （ ） ， 然后經(jīng)過保護(hù)出口將最終的信號輸出給斷路器的外部控制端。保護(hù)出口部分主要由非門 (NOT)、加法器 (SUM)和常數(shù)(constant)、使能子系統(tǒng)模塊 (Enable Subsystem)構(gòu)成，其主要功能是將保護(hù)模塊的動(dòng)作行為保持。這與單相重合閘仿真是一致的。 2）電流保護(hù)Ⅱ段，該子系統(tǒng)主要功能是：當(dāng)線路在Ⅱ段范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)經(jīng)過一個(gè)動(dòng)作延時(shí)啟動(dòng)并切除故障，它能保護(hù)本線 路的全長。 其動(dòng)作原理與電流保護(hù)Ⅰ段基本相同，只是延遲時(shí)間不一樣，當(dāng)滿足靈敏度的情況下Ⅱ段的延遲時(shí)間是 ，當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，它的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與下一保護(hù)的Ⅱ段相配合，延遲時(shí)間就等于下一保護(hù)的Ⅱ段延遲時(shí)間加上 。 3）電流保護(hù)Ⅲ段，該子系統(tǒng)主要功能是：當(dāng)線路在Ⅲ段范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)經(jīng)過一個(gè)動(dòng)作延時(shí)啟動(dòng)并切除故障，它不僅能保護(hù)本線路的全長，而且能保護(hù)下級相鄰線路的全長。其動(dòng)作原理與電流保護(hù)Ⅰ段基本相同，也只是延遲時(shí)間設(shè)置不一樣。當(dāng)滿足靈敏度的情況下，它的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與下一保護(hù)的Ⅲ段相配合，所以延遲時(shí) 間等于下一級保護(hù)的Ⅲ段延遲長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 時(shí)間加上 。若靈敏度不滿足要求，則應(yīng)當(dāng)考慮 電流電壓連鎖保護(hù)或是距離保護(hù)。 4）保護(hù)總出口部分，該部分的功能就是將 1）、 2）、 3）部分的輸出信號相與，就是當(dāng)Ⅰ段輸出為 1，Ⅱ段輸出為 0，Ⅲ段輸出也為 0 時(shí)，經(jīng)過一個(gè)乘法模塊，總輸出就為 0，將斷路器跳開。同理，當(dāng)故障發(fā)生在Ⅱ段或是Ⅲ段范圍內(nèi)時(shí)，保護(hù)也是按這個(gè)原理動(dòng)作的。 設(shè)置故障與仿真結(jié)果 根據(jù)線路三段式保護(hù)的原理以及各段保護(hù)之間的配合，我們可以在線路的不同段設(shè)置故障，模擬各段保護(hù)的動(dòng)作情況。 1）模擬電流Ⅰ段保 護(hù)動(dòng)作，在電流Ⅰ段的范圍內(nèi)設(shè)置故障 ，將 線路 1的值設(shè)置為 5? ，線路 0、 2 分別為 、 。設(shè)置仿真參數(shù)如下 圖 49 所示 : 圖 49 三段式電流保護(hù)仿真參數(shù)設(shè)置圖 執(zhí)行仿真后，仿真結(jié)果如下圖 410 所示： 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 410 電流Ⅰ段仿真波形圖 1 圖 410 電流Ⅰ段仿真波形圖 2 由圖可