实践课程设计报告
课程名称： Matlab上机
所在学院： 学科专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师：
题 目： 基于MATLAB的电力系统自动重合闸
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.................................................................................................................. 1 2 模型中主要模块的选择和参数................................................................................ 2
2.1同步发电机模块.............................................................................................. 2 2.2 变压器模块..................................................................................................... 2 2.3 输电线路模块................................................................................................. 3
2.3.1 150km线路模块 .................................................................................. 3 2.3.2 100km线路模块 .................................................................................. 4 2.1 电源模块......................................................................................................... 5 2.3 负载模块......................................................................................................... 6
2.3.1 三相串联RLC负载Load1................................................................. 6 2.3.2 三相串联RLC负载Load4................................................................. 7 2.4 断路器模块..................................................................................................... 8 2.5 测量模块......................................................................................................... 9 2.6 显示模块......................................................................................................... 9 2.7 其他模块......................................................................................................... 9 2.8 仿真参数设置............................................................................................... 10 3 仿真结果及波形分析.............................................................................................. 10
3.1 线路单相重合闸........................................................................................... 10 3.2 线路三相重合闸........................................................................................... 12 总结.............................................................................................................................. 13 参考文献...................................................................................................................... 14
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 1 220kv电力系统模型
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2 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（Simplified Synchronous Machine）如图 2： 连接类型：3线Y型连接； 额定参数：[500e6 13.8e3 50]； 机械参数：[56290 0.3 2]； 内部阻抗：[1.9845 263.15e-3]； 初始条件：[0.2 0 0,0,0 0,0,0]；
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-Phase Transformer）如图 3： 额定功率和频率：[500e6 50]；
2
一次绕组连接方式：三角形连接； 一次绕组参数：[13.8e3 0.002 0.08]； 二次绕组连接方式：星形连接； 二次绕组参数：[220e3 0.002 0.08]；
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
2.3.1 150km线路模块
等值线路元件（Distributed Parameters Line）如图 4： 线路相数：3； 频率：50HZ；
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单位长度电阻：[0.01165 0.2676]; 单位长度电感：[0.8679e-3 3.008e-3]; 单位长度电容：[13.41e-9 8.57e-9]; 线路长度：150km； 测量：选择不测量电气量；
图4 150km分布参数线路的参数设置
2.3.2 100km线路模块
等值线路元件（Distributed Parameters Line）如图 5： 线路相数：3； 频率：50HZ；
单位长度电阻：[0.01165 0.2676]; 单位长度电感：[0.8679e-3 3.008e-3]; 单位长度电容：[13.41e-9 8.57e-9]; 线路长度：100km；
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测量：选择不测量电气量；
图5 100km分布参数线路的参数设置
2.1 电源模块
三相电压源（3-Phase Source）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;
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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-Phase series RLC load）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;
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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-Phase series RLC load）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;
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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-Phase Break）如图 9： 断路器初始状态：closed； 转换时间：[0.04 0.08]； 阻值：0.001; 过渡电阻：1e5; 过渡电容：inf;
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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-Phase VI Measurement）；
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。
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2.8 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 （no continuous satates） 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[0.04 0.08]，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。
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图12 单相重合闸母线端的电压和电流
图13 A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。
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3.2 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[0.04 0.08]，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 线路三相短路母线端的电压和电流
图15 线路三相短路稳态电流电压对话框
图 14、图15可得：三相短路期间（0.04s~0.08s），三相的电流基本为0；在故障切除后，重合闸成功，三相电流经过暂态后又恢复稳定工作状态，三相电压电流对称。
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总结
在本次课程设计中，巩固和加深在《电力系统继电保护原理》课程中所学的理论知识，学习了使用MATLAB仿真平台上构建电力系统输电线路模型，并且进行仿真分析，更加深了我对电力系统的了解，并熟悉了MATLAB PSB的模型设计、参数选择以及设置等，知道了MATLAB对电力系统建模仿真和系统分析的重要性。
通过这次课程设计，深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了我的学习成果。同时老师的指导以及同学们的帮助使我受益匪浅。虽然在这次的课程设计中对于知识的运用和衔接还不是很熟练，但是我将在以后的学习中继续努力、不断完善。这次的MATLAB仿真设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的学习打下了良好的基础。
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参考文献
[1] 刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）.北京:高等教育出版社,2006年 [2] 唐昌建,张巍.MATLAB基础及应用.四川大学物理科学与技术学院，2006年 [3] 崔新忠.MATLAB与仿真系统实验指导书.自编教材,2007年 [4] 王忠李,段慧达.MATLAB应用技术.清华大学出版社
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