基于MATLAB的电力系统继电保护仿真研究.pdf

水力发电
第36卷第3期
挑电与金属结构
2010年3月
基于 MATLAB的电力系筅継电
保护仿真研究
胥杰1,陈峦
(1.新疆大学电气工程学院,新疆鸟鲁木齐830047;
2.电子科技大学自动化工程学院、四川成都610054
摘要;基于 MATLAB的伤真技术可以辅助继电保护系统的分析和设计,针对电力系统继电保护领域的核心内容,
构建了系统仿真模型,举例说明了电力系统故障、零序电流保护和变卜器纵差保护等仿真实例的实现方案。在运行
这些仿真实例的基础土,对仿真结果进行了深入分析。通过仿真实例证明了电力系统继电保护仿真的有效性和可
行性。
关键词:电力系统;继电保护;仿真; MATLAB
Matlab-based Simulation of Power System Relay Protection
(1. College of Electrical Engineering. Xinjiang University, Urumqi Xinjiang 830047;
2. College of Automation Engineering, University of Flectronic Science and Technology, Chengdu Sichuan 61
Abstract: MATTAB-ASED simulation technology can support the analysis and design of relay protection systems. A
simulation model is built for the study of power system relay protection. As an example, the power system fault simulation
zero-sequence current protection simulation and transformer differential protection simulation are presented herein. The case
studies show that the simulation of power system relay protection is effective and feasible
Key Words: power system; relay protection; simulation; MATLAB
中图分类号:TM743
文献标识码:A
文章编号:0559-9342(2010)03-0084-03
为了设计出高性能的继电保扪产品,常常要进单侧电源相间短路的电流保护、零序电流保护、变
行继电保护模拟实验,传统的继电保护实验是在真压器纵差保护、微机保护算法等仿真实例的实现方
实的物理模型上进行的,实验系统复杂,实验成本案,在运行这些仿真实例的基础上,对仿真结果进
高,效率低,灵活性和通用性差。电力系统继电保行了分析?。
抑数字仿真是利用计算机软件仿真电力系统故障情
况下电气量变化的特征,模拟继电保护装置处理和1电力系统故障仿真
动作的过程,具有安全、经济、可重复、不受环境
本研究采用双电源供电的系统模型,电压等级
限制、研究开发周期短、效率高等优点。通过对各为220kV,如图1所示。该模型中同步发电机的容
种不同继电保护技术的仿真,可使研究者形象地观量为500MV?A,电压为13.8kV,频率为50Hz。
察到电力系统从正常状态到发生故障期问电气量的
相变压器的容量为500MV?A,D/Yg接线形式,
变化情况以及继电保护装置中每一部分处理和动作
的过程。利用计算机软件模拟真实保疒设备装置的
收稿日期:2009-05-23
运行情况,能及早发现和解决设备运行中可能出现
基金项目:新疆大学21世纪高等教育教学改革丁程资助项目
的问题,因此,电力系统继电保护计算机仿真具有
(XJU2(008JCY21)
十分重要的现实意义R2。
作者简介:胥杰(1985-),男,四川绵阳人,主要从事电力系统
木文设计了电力系统故障、空载合闸劢磁涌流
继电保护方面的研究.
84 Water Pouer Vo1. 36. No. 3
第36卷第3期
胥杰,等:基于 MATLAB的电力系统继电保护仿真研究
与属结枃
障。同时,建立一个零序电流保护及单相重合闸装
V loacl 1 load P
置的仿真模型,通过该系统可十分方便地进行不同
接地电阻及电弧情况下的故障分析以及继电器动作
100 ki 1oo kin
特性的模拟。以单相接地短路为例,将故障模块设
图1电力系统故障模型
置为A相接地短路,仿真结果如图3所示
频率为50Hz。150km线路的正序阻抗为0.01165+
之10×10°
j0.00086799/km,对地电容为13.41×x10°Fルkm;100
0369363 o
-10×16e
km线路的正序阻抗为0.01165+j0.00086799/km,
00.050.
150.20.250.3
时间/s
对地电容为1.3.41×109Fkm。负荷1的电压为220
1000
kV,有功负荷为220×109/250W,无功负荷为200
-1000
00.050.10.150.20.250.3
W;负荷2的电压为220kV,有功负荷为220x10
时间/s
250W,无功负荷为200W;负荷3的电压为220kV
a
有功负荷为220x10%/250W,无功负荷为200W;负
0
t50.20.250.3
荷4的电压为13.8kV,有功负荷为220×10°W;无
时间/s
功负荷为0W。
在构建的故障系统 MATLAB仿真模型中,通过
图3撃序电流保护仿真
故障模块可设置三相短路、两相短路、两相短路接
由图3可以看出,在0.03s的时候线路发生单
地和单相短路接地故障。以单相接地短路故障为例,相接地故障,A相电流发生急剧变化,电压变得不
设置三相短路元件参数为A相接地短路,运行仿真对称,继电器动作后经0.05s保护出口跳闸,跳闸后
模型,得到线路单相接地短路时母线的短路电压及经0.3s自动重合闸,此时故障仍存在,保扩只用
电流波形如图2所示。
0.01s立即发跳闸命令。从而完成了从跳闸到重合
闸再跳闸的整个过程。
AAAいA
印200
3变压器纵差保护真
15(.20.250.
采用双侧电源供电模型,电压等级为735kV
!」间/
315kV,变压器两侧安装有断路器,如图4所示
该模型中三相电源侧的电压为735kV,频率为50
400
0.5
0.15
Hz;低压側的电压为315kV,频率为50Hz。一相
时间/s
变压器的SN=250MV?A,UyU2x=735kV315kV,
接线方式Y,dll。在变压器纵差保护的 MATLAB
图2电力系统单相接地短路时故障仿真
仿真模型中,通过故障模块可设变压器区内、区外
波形显示,在0-0.038期间,线路工作在稳定的各种故障。以区内三相短路为例,设置故障元件