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(完整word版)基于MATLAB的距离保护仿真.doc
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基于 MATLAB 的距离保护仿真
摘要:本文阐述了如何利用 Matlab 中的 Simulink 及 SPS 工具箱建立线路的距离保护仿真模型,并用 S 函
数编制相间距离保护和接地距离保护算法程序,构建相应的保护模块,实现了三段式距离保护。仿真结果
表明,所建立的三段式距离保护模型能够正确反应在保护区内的不同类型的短路故障并发出动作信号使断
路器跳闸实现输电线路的保护功能。
关键词:Matlab;S 函数;仿真;距离保护
Distance protection simulation based on Matlab
ABSTRACT: This paper established a distance protection simulation model of transmission line by using
Simulink and SimPowerSystem toolbox in Matlab. We programed the distance protection of phase faults and earth
faults by using S-Fuction and created relevant protection models to build distance protection. The simulation
results show that the three-stage distance protection model we created can response to all kinds of faults within
protection zones correctly and send correct signal to the breaker of the line.
KEY WORDS:Matlab; S-Function; Simulink; distance protection
0 引言
Matlab 软件中的 SimPowerSystem 工具箱是基
于 Simulink 发展起来的电力系统仿真工具箱,里面
有许多可用于电力系统仿真的元件模块库,这些模
块以图形的形式表示电力系统设备的数学模型。用
户可以通过搭积木的方式建立所需仿真模型,可以
设计并封装自己所需的模块,也可以用 S 函数将程
序与 Simulink 解法器进行交互实现用程序控制电
力系统模型的功能,最后还可以将仿真结果导入
Matlab 工作空间以分析仿真结果。其灵活性、方便
性及实时准确性为电力系统的仿真验证提供了平
台,极大地方便了电力系统的分析设计。
本文通过 Simulink 及 SPS 建立了输电线路的
三段式距离保护仿真模型,用 S 函数编写相间距离
保护和接地距离保护程序,设置了三段式距离保护
作为本线路全长的主保护以及下级线路的后备保
护。仿真模型能够直观动态地观察故障后保护模块
内部的动作情况,从而实现对继电保护动作效果的
检验。这种方法容易推广到其它保护中,尤其是实
现新保护原理的仿真,具有一定的推广价值。
1 仿真模型的建立
考虑具有两级线路的单端电源 110kV 单回线
输电线路系统,如图 1 所示。距离保护安装在线路
AB 的断路器处,作为本线路 AB 的主保护以及下
级线路 BC 的后备保护。
S
.
10kV
110kV
10kV
负荷
T
2
110/10.5kV
10.5kV 10.5/121kV
T
1
A B C
100km 100km
图 1 单端电源电力系统
系统的 各个元件参数为:电压源的线电压
10.5kV , 内阻 Zg=0.001+j0.0157Ω ; 变压器容量
31.5MVA, Yg-d11 接线,折算到高压侧的阻抗
Z
T
=1.86+j18.6Ω;两级线路长度均为 100km,线路
的 正 序 阻 抗 z1=(0.05+j0.3)Ω/km , 零 序 阻 抗
z0=(0.04+j1.2) Ω/km;负荷容量 S
LD
=1.2+j0.9MVA。
在 Matlab/Simulink 中建立仿真模型,如图 2 所
示。保护模块已经封装成子系统,其输入数据为断
路器处的电压电流测量值,其输出信号送至断路器
的控制端,以控制断路器的开合状态(信号 0 表示
跳闸,信号 1 表示合闸,断路器初始状态为合闸)。
用故障模块 设置 短路类型以 及故障发生 的时 间
(t=0.03s)。通过改变故障点两侧线路的长度来改
变故障点的位置,但两侧线路的长度之和始终保持
200km 不变。仿真起止时间为 0~0.2s,采用变步长、
ode23t 算法进行仿真。所有模块的频率均为 50Hz。
图 2 距离保护仿真模型
2 保护模块的构建
2.1 距离保护原理
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