基于Matlab的电力系统自动重合闸建模与仿真

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短路故障目录1引言..................................................................................................................12模型中主要模块的选择和参数................................................................................22.1同步发电机模块..............................................................................................22.2变压器模块.....................................................................................................22.3输电线路模块.................................................................................................32.3.1150km线路模块..................................................................................32.3.2100km线路模块..................................................................................42.1电源模块.........................................................................................................52.3负载模块.........................................................................................................62.3.1三相串联RLC负载Load1.................................................................62.3.2三相串联RLC负载Load4.................................................................72.4断路器模块.....................................................................................................82.5测量模块.........................................................................................................92.6显示模块.........................................................................................................92.7其他模块.........................................................................................................92.8仿真参数设置...............................................................................................103仿真结果及波形分析..............................................................................................103.1线路单相重合闸...........................................................................................103.2线路三相重合闸...........................................................................................12总结..............................................................................................................................13参考文献......................................................................................................................141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22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]；3一次绕组连接方式：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；4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；5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;6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;7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;8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;9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。102.8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。11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。123.2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