小电流接地系统单相故障matlab仿真
小电流系统故障选线的MATLAB仿真
小电流系统故障选线的MATLAB仿真【摘要】小电流接地系统单相接地故障选线问题是一个研究多年的老问题,以往的选线装置采用的是单一故障选线方法,只针对部分故障信息进行处理,选线的可靠性不高。
本文基于信息融合技术在MATLAB的SIMULINK仿真环境,对配电网小电流接地系统的单相接地故障进行仿真。
【关键词】小电流接地系统;故障选线;MATLAB0.引言当小电流接地系统发生单相接地故障时,其所表现出来的故障特征在大小及形式上都变化无常,故若只用某一方面的故障特征来构造选线判据定会具有片面性,且当该故障特征表现不明显时,可能会得出错误的选线结果,这就是小电流系统单相接地故障时不能正确选线的根本原因。
因此,使用多重判据来构成综合选线判据,利用各种选线判据在性能上的互补性提高选线结果的可靠性。
由于每种选线判据有着不同的适用条件,对于某个故障特征量,一种判据选线可能不满足要求,但另一种判据选线却有可能够满足,多重判据覆盖的总有效故障区域必然大于单个判据。
而且当一个故障特征量对所有的选线判据都不满足时,可以把多个判据不充分的选线结果进行融合,也能够得到比较可靠的选线结果[1][2]。
1.基于MATLAB的小电流接地系统仿真1.1建立仿真模型搭建一个小电流接地系统仿真模型如图 1.1所示,这是一个有 4 条10kV 出线的110kV \10kV 终端变电站,为忽略线路及负载对系统的影响,近似认为110kV \10kV变压器容量为无限大[5]。
模型仿真参数:解法:ode23t(Mod,stiff/Trapezoidal)、起始时间:0.0、结束时间:0.16;三相两绕组变压器:容量、频率:250e7V A、50Hz;一次侧接法,线电压、漏电阻漏电抗:Y,[110e3,0.02,0.08];二次侧接法,线电压、漏电阻漏电抗:Y,[10e3,0.02,0.08];励磁电阻、励磁电抗:[500,500];消弧线圈:电阻(Ω):0, 电感(H):0.6,电容(F):inf;输电线路:正序参数R1=0.173Ω/km;L1=1.2e-3H/km, C1=6.1e-8F/km;零序参数R0=0.23Ω/km、L0=3.46e-3H/km, C0=3.8e-8F/km;线路长度:Line1:25km, Line2:23km,Line3:36km ,Line4:20km+8km。
小电流接地系统单相故障matlab仿真
Xx学院课程设计说明书设计题目:小电流接地系统单相故障matlab仿真系(部):机电工程系专业:自动化班级:姓名: x x x学号:20 12 年 12 月 12 日1目录第一章 3 ···············································matlab简介······第二章 4 ····················小电流接地系统单相故障matlab仿真...........2.1小电流接地系统单相故障特点简介. (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章16·································心得与体会····················参考文献16·······························································2Matlab简介一Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。
小电流接地系统单相接地故障分析与仿真
小电流接地系统单相接地故障分析与仿真兰州石化公司许志军摘要:本文结合石化厂内部电网中性点接地方式的优化改造,对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的单相接地故障进行了综述,并利用MATLAB软件对两种系统下的单相接地故障进行了仿真,得到了与理论分析相一致的结论,使的单相接地故障的分析更为直观。
关键词:小电流接地系统单相接地故障数值仿真消弧线圈接地中性点电力系统常用的接地方式有两种,即中性点有效接地系统和非有效接地系统,也称为大电流接地系统和小电流接地系统。
对于小电流接地系统,当发生单相接地故障时,只是非故障相对地电压升高√3倍,而线电压维持不变,故不影响三相设备的正常运行,当单相接地电容电流不大时,其所引起的热效应能为电网的各个元件的绝缘所承受,故规程允许电网带接地故障运行1~2小时。
但当接地电流较大时,产生的电弧不易熄灭,易损坏设备绝缘,造成相间短路,或发生间歇性弧光接地,造成弧光接地过电压,持续时间较长时,将对网络中的设备绝缘寿命产生不良影响。
兰州石化公司的6kV系统全部为小电流接地系统,建初因为电力系统较小,中性点全采用了不接地方式,其优点是单相接地电流小,系统带故障能继续运行,但随着公司生产规模的不断扩大,各电力网络也随着变大,单相接地电流增加,发生单相接地时极易引起弧光短路,造成整个电网电压波动,致使各套装置经常停车,设备损坏。
鉴于此,石化厂组织对本厂电力系统中性点运行方式进行了优化改造。
这里结合石化厂改造情况并利用MA TLAB 软件的电力系统仿真工具箱,对6kV电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地两种方式作一简析。
1 中性点不接地系统运行方式及分析1.1中性点不接地系统原理中性点不接地系统属小电流接地系统,图1.1为最简单的中性点不接地系统正常运行时图1.1 中性点不接地系统原理图a:接线简图 b:电流电压相量图电容电流的分布,三相对地集中电容相当于一个对称的星形负荷,其中性点电位与电源中性点电位相等,对地电位为零,故各相对地电压分别为各相的相电压,三相电容中的电流是对称的电容电流I CA,I CB,I CC,分别超前相应的相电压90°,三相对地电容电流之和为零,各相对地电容电流值为I=jU XωC0如图1.2a示,当A相直接接地故障时,A相对地电容被短接,相当于容抗为无穷大,A相对地电容电流为零,A相对地电压也为零,而其它两相对地电压则升高√3倍,其相量关系如图1.2b所示,A相接地后,各相间电压仍然是对称的,各相电压为图1.2 中性点不接地系统单相接地示意图a:接线简图b:电流电压相量图U AD=0U BD=E B-E A=E A exp(-j150°)U CD=E C-E A=E A exp(j150°)非故障相中流向故障点的对地电容电流I CB'=jU BDωC0I CC'=jU CDωC0故障点电流I d=I CB'+I CC'其有效值I d=3U XωC0,为正常运行时相对地电容电流的3倍,相位超前故障点电压U d0 90°,即I d=j3U d0ωC0如图1.3所示,假设系统中有m条线路,每条各相对地电容分别为C1,C2,…,Cm,第i条线路发生A相经电阻R接地,其接地电流为整个系统非故障相电容电流之和,故障线路零序电流为非故障线路电容电流之和减去故障线路电容电流。
基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真研究剖析
基于Matlab 的小电流接地系统自动选线仿真研究1.目的和意义因故障电流小,系统可带故障继续运行一定时间,不影响对负荷的连续供电等特点,国内外中低压配电网中性点广泛采用小电流接地方式(包括不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地三种方式)。
同时由于故障电流微弱、电弧不稳定等原因,小电流接地系统单相接地故障检测比较困难,一直缺乏可靠的故障线路选择方法,长期以来是电力系统继电保护工作的重要课题。
随着配电网自动化技术的兴起和发展,使得采用自动装置快速、准确地判断接地故障线路变得越来越重要。
2.小电流接地系统介绍小电流接地方式称为非有效接地方式:中性点不接地,或经一高值阻抗接地或谐振接地。
我国规定,当5~4X /X I 0≥∑∑时属于小电流接地系统,否则属于大电流接地系统。
此类系统由于中性点接地阻抗非常大,发生单相接地故障时故障电流很小,所以称为小电流接地系统。
小电流接地系统目前主要有中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻接地三种方式。
3.小电流接地系统单相接地故障分析鉴于篇幅的问题,这里不再详细赘述。
4.小电流接地系统选线方法综述在这里对各种选线方案做简单介绍。
4.1 零序电流比幅法零序电流比幅法的选线依据是发生单相接地故障时,故障线路零序电流比非故障线路零序电流幅值大。
这种选线方法判据简单,只需比较各条线路的零序电流大小即可检测故障线路。
输电线路参数如下:正序电阻0.01273km /Ω,零序电阻0.3864km /Ω;正序电感0.93373-e km /H ,零序电感4.12643-e km /H ;正序电容12.749-e km /F ,零序电容7.7519-e km /F 。
由于配电网输电线路一般都比较短,模型中三条线路长度分别设置6km 、8km 、10km 。
线路故障发生在第三条线路的末端。
三相电源容量为100MVA ,频率为50Hz ,A 相初相角为 0,电阻为0.00529Ω、电感为0.000140H 。
小电流接地系统单相故障matlab仿真..
Xx学院课程设计说明书设计题目:小电流接地系统单相故障matlab仿真系(部):机电工程系专业:自动化班级:姓名: x x x 学号:20 12 年 12 月 12 日目录第一章matlab简介 (3)第二章小电流接地系统单相故障matlab仿真 (4)2.1小电流接地系统单相故障特点简介 (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章心得与体会 (16)参考文献 (16)一Matlab简介Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。
目前matlab已成为国际认可的最优秀的科技应用软件之一。
在大学里,他是用于初等和高等数学、自然科学和工程学的标准数学工具;在工业界,他是一个高效的研究、开发和分析的工具。
随着科技的发展,许多优秀的工程师不断的对matlab进行了完善,使其从一个简单的矩阵分析软件逐渐发展成为一个具有极高通用性,并带有众多实用工具的运算操作平台。
Simulink是matlab提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包,是基于框图的仿真平台。
Simulink挂接在matlab环境上,以matlab的强大计算功能为基础,利用直观的模块框图进行仿真和计算。
Simulink提供了各种仿真工具,尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库,为系统的仿真提供了极大的方便。
在simulink平台上拖拽和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模块框图,并对模型进行仿真。
在simulink平台上,仿真模型的可读性很强,这就避免了在matlab窗口使用matlab命令和函数仿真时,需要熟悉大量的M函数的麻烦,对广大工程技术人员来说,这无疑就是一个福音。
随着matlab的不断升级,simulink的版本也在不断的升级,从1993年的matlab4.0/simulink1.0版到2001年的matlab6.1/simulink4.1版、2002年的matlab6.5/simulink5.0版,现在的最常用的版本就是matlab7.0/simulink6.0 Simulink最初是为仿真控制系统而建立的工具箱,在使用中容易编程、容易扩展,并且可以解决在使用matlab过程中遇到的非线性、变系数等问题。
基于MATLAB的小电流接地系统K(1)故障信息提取与仿真
基于MATLAB的小电流接地系统K(1)故障信息提取与仿真左望霞;刘华;张成林【摘要】为了提取两类小电流接地系统K(1)(即单相接地)故障时电力参数信息,本文运用MATLAB电力专业模块库SimPowerS)rstems构建了具有三条线路的35kV配电网的仿真模型,通过设置线路长度为8、12、15km,并选择故障时刻为0.045s时进行实验.最终取得两类小电流接地系统分别在故障距离为线路2的3km和6km处的电流幅值和相位值.与以往单纯以观测故障波形为主的各种电力系统故障仿真不同,文中所提取的故障信息为电力参数的实时量化值,其所携带的故障特征可直接为这类故障的定位提供有利帮助.%In order to extract the power parameters information of two types of little current grounding system K(1) (single-phase) fault,a simulation model of 35 kV distribution sys- tem with three lines has been established by using MATLAB SimPowerSystems tool. By set- ting the line length in 8,12,15 km and selecting fault time in 0.045 s ,the experiment even- tually get the current amplitude and phase values of line 2 which fault distance is 3km and 6km in two types of little current grounding system. Deferent from those power system fault simulation based on simple observation of the fault waveform, the fault information in this ar- ticle is the real quantization values of the power parameters. The fault characteristics carried by these fault information can provide a favorable help for the location of such fault.【期刊名称】《南华大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(026)003【总页数】5页(P69-72,78)【关键词】MATLAB;小电流接地;K(1)故障;信息提取;仿真【作者】左望霞;刘华;张成林【作者单位】南华大学电气工程学院,湖南衡阳421001;南华大学电气工程学院,湖南衡阳421001;长沙电力职业技术学院,湖南长沙410131【正文语种】中文【中图分类】TM743中心点不接地或经消弧线圈接地系统被称为小电流接地系统,小电流接地是配电网的主要接地方式.小电流接地系统K(1)故障(即单相接地故障)诊断问题[1-2]一直是电力系统领域研究的热点.经研究,小电流接地系统在发生K(1)故障时其电流电压等电力参数均会表现出一系列变化特性,这些特性所反映出的故障信息如果能成功的被我们提取将会给之后的故障诊断研究带来很大的帮助.基于此目的,本文提供了一种基于MATLAB的故障信息提取与仿真方法,以供对小电流接地系统的K(1)故障特性进行更准确的研究和了解.1 MATLAB与SIMULINK简介MATLAB自问世以来一直是最优秀的科技应用软件之一,其不仅拥有丰富的函数库和强大的矩阵计算功能可以提供给工程人员更为便捷的编程思路,而且其自带的SIMULINK工具包更为各种系统的仿真、建模和分析提供了很好的平台[3].在SIMULINK 环境下,利用 SimPowerSystems工具箱所提供的诸如发电机、变压器、负载等各种模型可以很方便的建立各种电力系统的仿真模型,如若再设计合适的故障时间添加必要的故障因素,那么通过测量模块便能很方便的观察到电网故障时的各电力参数变化情况.2 小电流接地系统K(1)故障仿真模型建立2.1 小电流接地系统原形介绍本文示例所使用的小电流接地系统原形类似文献[4]中系统图.如图1:本系统是一个有3条出线的10 kV配电系统,YY连接,变压器变比为110/10 kV,电源由系统提供,可等效为无穷大电源.其中虚线框内元件接入表示中性点经消弧线圈接地后的电流流向情况.图1 小电流接地系统K(1)故障示意图Fig.1 Circuit diagram of the little current grounding system with the K(1)fault2.2 搭建仿真模型本文利用MATLAB/SIMULINK中的SimPowerSystems工具包对小电流接地系统的2种情况,即中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统的单相(A相)接地故障均进行了仿真.系统仿真模型图如图2所示.其中,Breaker及其连接的电感线圈(模拟消弧线圈)不接入或断开时表示中性点不接地系统,否则则表示中性点经消弧线圈接地系统.模型使用分布参数线路模块line1~3,线路长度分别设为:l1=8 km,l2=12 km,l3=15 km.在进行中性点不接地和经消弧线圈接地2种系统的故障仿真时,分设了2组不同的参数,其主要参数的设置均根据10 kV配电网的导线等选择特点由文献[5]和文献[6]查找及理论算得[7-8].图2 小电流接地系统K(1)故障仿真图Fig.2 Simulation figure of the little current grounding system with the K(1)fault1)中性点不接地系统的主要参数设置出线均采用截面为185 mm2的钢芯铝绞架空线.从而查得:输电线路正/负序参数:R1=0.159 2 Ω/km,X1=0.376 Ω/km,b1=3.03*10-6/Ω·km.输电线路零序参数:R0=0.309 2 Ω/km,X0=1.316 Ω/km,b0=1.697*10-6/Ω·km.从而相应得到:L1=1.197 mH/km,C1=0.009 65 μF/km,L0=4.191 mH/km,C0=0.005 404 μF/km.经计算单相对地电容电流为<20A,故采用中性点不接地方式.2)中性点经消弧线圈接地系统的主要参数设置出线均采用截面为240 mm2的铜芯电缆线.从而得到:输电线路正/负序参数:R1=0.092 8 Ω/km,L1=0.290 mH/km,C1=0.429μF/km.输电线路零序参数:R0=0.242 8 Ω/km,L0=1.76 mH/km,C0=0.240 3 μF/km. 经计算单相对地电容电流为81.66A>20A,采用中性点经消弧线圈接地方式,其补偿度取为10%,则算得消弧线圈电感L=0.247 7 H.其它模型及参数的选择还有如三相负载选择3-Phase RLC Series Load,其电压等级10 kV,频率50 Hz,三相有功功率8×106 W,三相无功功率为6×106 v ar等,在此不再一一赘述.总之,通过以上基本参数的设置,再进行简单的仿真参数设置,就可以通过观测模块提取到各线路的电流、相位等故障信息了.3 故障仿真与信息提取利用本系统模型进行K(1)故障的仿真,假设系统在线路2发生A相金属性接地故障,故障发生时刻都设定为t=0.045 s,故障距离分别设为线路的3 km和6 km 处,我们可以观测到在中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种情况下,各线路稳态故障电流信息的提取结果分别如表1和表2.表1 中心点不接地系统K(1)故障各线路稳态电流Table 1 The line steady state current of center point ungrounded system with K(1)faultLine1 Line2 Line3幅值线路/A 0.082 6 0.138 7 0.056 3相位/(°)114.9 -67.6 108.6表2 中心点经消弧线圈接地系统K(1)故障各线路稳态电流Table 2 The line steady state current of center point via arc suppression coil grounding system with K(1)fault线路Line1 Line2 Line3幅值/A 0.107 3 0.190 9 0.083 4相位/(°)127.5 -54.3 123.3上述提取的稳态故障电流信息也可通过模型分析进行判断,根据文献[8]进行模型分析得出零序电流的关系为:中心点不接地系统K(1)故障时非故障线路I0line1≈I0line3,而故障线路上I0line2数值较大且有 I0line1、I0line3与I0line2相位相差180°;而中心点经消弧线圈接地系统K(1)故障时在本文这种不大的补偿度情况下,非故障线路与故障线路零序电流大小差别将稍减小.这与本文提取的故障电流信息所反映出的零序电流情况基本一致.这说明,本文利用仿真所得的稳态故障电流信息基本符合文献[8]所述,能充分反应故障特征.在该例中如果改变仿真模型中观测模块的接线也可以提取到各线路甚至各相故障电压等其它稳态信息.另外,如果在本模型中加入 Clock和 To Workspace模块甚至还可提取到线路的暂态信息.以中心点不接地系统K(1)故障为例,可将其故障线(线路2)的观测子模块Subsystem2中进行如图3的设置.在该设置中,将线路2的故障电流连入To Workspace模块,并记作变量isum2,然后配合如图4中的Clock模块所提取的时间变量t,我们就可提取到在任何时刻线路2的故障电流值,当然也包括在故障刚发生时刻附近的瞬态值.其提取结果本文不再赘述.图3 线路2的观测子模块Subsystem2Fig.3 The Observing sub-modelSubsystem2 of the line 2图4 时间t的提取模块Fig.4 The extraction model of the time t4 结论在形形色色的电力系统故障仿真中,往往以观测故障波形为主[2,9],其结果并不能很好的帮助我们进行电网故障的测距、选线等故障诊断研究.本文利用MATLAB的电力专业模块库Sim-PowerSystems搭建了小电流接地系统在发生K(1)故障时的仿真模型,该模型不仅能提取到小电流接地系统K(1)故障电力参数的稳态信息,而且通过添加Clock等模块还可以很方便的提取到故障时的暂态信息.另外,该仿真模型可以随意设置故障发生时刻,以便提取到电压大小在各种情况下的故障电流信息,从而为小电流接地系统在各种不同情形下发生K(1)故障的故障诊断研究都提供了很好的数据参考.参考文献:[1]艾斌.基于暂态电流原理的故障选线装置在武钢电网小电流接地系统中的应用[J].冶金动力,2011,148(6):8-13.[2]吴宏岐,周妮娜,王春英.基于RBF神经网络的变压器故障诊断及MATLAB 仿真研究[J].科学技术与工程,2010,10(5):1249-1251.[3]吴天明,谢小竹,彭彬.MATLAB电力系统设计与分析[M].北京:国防工业出版社,2004.[4]吴德华.小电流接地系统中两点接地仿真现象分析与处理[J].机电信息,2011,315(33):48-49.[5]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:水利电力出版社,2003. 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小接地电流系统单相接地故障的仿真和研究
94科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N动力与电气工程1 小接地电流系统仿真模型1.1中性点不接地系统的仿真及理论分析利用MATLAB/Simulink建立一个中性点不接地系统的仿真模型,如图1所示,电源采用模块“Three-phase source”, 三相电源电压37kV,频率50Hz,内部Y型链接。
输电线路L1~L4,均采用“PI Section Line”模型,线路的长度分别为1k m 、200km 、120km、165km,线路其他参数:正序电阻 ,正序感抗 ,正序容抗,负序电阻 ,负序感抗,负序容抗 。
负荷Load1、Load2、Load3、Load4均采用“Three-phase Series RLC Load"模块,有功负荷分别为3M W 、0.5M W 、6M W ,2M W 负荷其他参数:线电压37kV,频率50Hz。
选择在第1条线路出线的1km(即L1与L2之间)处发生C相接地(接地电阻忽略不计)。
根据以上设置的参数,经过计算,系统在第1条线路出线的1km处(L1与L2之间)发生C相金属性接地时各线路始端的零序电流有效值为:同理可得,,接地点的电流为1.2中性点经消弧线圈接地系统的仿真与理论分析在图1的基础上,在电源的中性点上接入一个电感线圈,其他参数不变。
(如图2)要使接地点的电流近似为0(即完全补偿),应满足式中,L为消弧线圈的电感;为系统三相对地电容。
可求得要实现完全补偿应有完全补偿和欠补偿都可能出现串联谐振过电压的问题,实际工程应用中常采用过补偿方式并且过补偿度一般为10%,则消弧线圈的电感应为①作者简介:侯云海(1970,4—),男,吉林永吉人,博士生,副教授,硕士生导师,研究方向:电力变换与节能技术。
小接地电流系统单相接地故障的仿真和研究①侯云海1 李小飞1 张立金1,2(1.长春工业大学电气与电子工程学院 吉林长春 130012;2.内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电局调度处 内蒙古包头 014030)摘 要:小接地电流系统发生单相接地故障时电压、电流零序电压和零序电流等电气量尤其变化的特殊性,一直都是研究人员关注的焦点。
基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真分析
基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真分析作者:王军来源:《中国科技纵横》2014年第23期【摘要】小电流接地系统单相接地故障选线问题为多年来困扰配电网运行的难题。
90年代初掀起了“小电流接地选线技术”的应用高潮,有80%~90%的厂家选线装置因选线效果不佳退出了生产,而选线失败的原因并无定论,这说明智能选线研究工作仍任重而道远。
【关键词】小电流接地系统 ;单相接地故障 ;选线 ;仿真随着计算机技术的发展和利用,特别是各类数学科技软件的出现与不断完善,虽然对电力系统本身客观规律的认识几十年并没有什么变化,但是电力系统的分析却面目一新,使得数学表达的形式、数学模型建立的方法、相应的计算处理方法等方面发生了很大变化。
大型复杂电网分析的主要数学工具是线性代数中的矩阵分析和线性方程求解。
在众多的数学软件中,目前电力系统分析常用的主要有EMTP和PSASP。
METP侧重于电力系统的电磁暂态过程分析,PSAPS侧重于系统的机电暂态过程分析。
因此本文选择了Matalb6.5作为仿真软件。
利用该系统的强大功能,建立统一的仿真模型,设置一致的仿真参数,对小电流接地系统单相接地故障进行离线仿真分析。
基于Matlab中Simulink仿真平台从线路长度不同、架空线与电缆线路不同这两方面设计了一个三回路的简单仿真模型,并进行仿真。
虽然这样简单的系统可以简单的研究一些问题,但与实际中具有复杂接线方式、大量回路、众多种类电气设备的实际系统相差的很远,复杂的环境因素也未考虑。
而这些因素对实际的结果都有影响,所以真正比较精确、全面的结果还有待研究。
通过应用Matlab软件的simulink仿真工具包,建立了一个小电流接地系统的多回路仿真模型。
采用相同的设置参数,对零序电流比幅法、零序功率方向法、五次谐波分量法、三种选线方法进行了仿真分析。
1 采用零序电流比幅法选线进行Matlab仿真1.1 多线路架空线仿真在0s~0.20s期间,3回路长度分别为20km,24km,26km的架空线路上,第1条线路(20km)上距始端10km处于0.05s发生A相单相接地短路,过渡电阻为100Ω。
小电流接地系统单相故障的Matlab仿真
再确定故障相, 可用故障线路的电流电压的波 形作为判据, 如图 3 所示。
( a) 线路 1 的零序电流波形
电容电流也等于零; 而故障线路的非故障相的电压
升高到原来的 3 倍, 其对地电容电流也随之升高
3 倍。如考虑负荷电流和电容电流在阻抗上的压 降, 故障相电压电流不会降低到 0, 但较故障前依
然会降低。非故障相的电压电流不会升高 3 倍, 但 较故障前依然会升高。
2 系统仿真
Mat lab 的 电 力 系 统 工 具 箱 P SB ( power syst em block) 含有丰富的电力系统元件模 型, 包 括电源、电机、电力电子、控制和测量以及三相元件 库等[ 3] , 再 借 助 于 其 他 模 块 库 或 工 具 箱, 在 Simulink 环境下, 可以进行电力系统的仿真, 尤其 可以实现复杂的控制方法仿真。
分析小电流接地系统接地故障, 最重要的目标 是获得零序电流或零序电压的数据; 应用对于 Mat lab 分析, 就是得到各出线的零序电 流或零序 电压的波形, 对其故障期间的波形进行分析, 从而 判断故障相与故障线路。
零序电流: ÛI 0 = 1/ 3 @( ÛI A + ÛI B + ÛI C ) ( 4) 零序电压: ÛU0 = 1/ 3 @( UÛA + ÛUB + UÛC ) ( 5) 为测得各线路的零序电流和零序电压, 原理如 式( 4) 、( 5) , 首先在各线路首段串联三相电流电压 测量模块 T hree phase V2I measur ement, 此 模块 有两个输出端, 输出矢量信号, 分别输出线路的三 相电流和三相电压; 然后用分路器模块 Demux 将 矢量信号分解成三个单一信号, 分别是 A 相、B 相 和 C 相的电流或电压; 最后用加法器将三个单一信
基于MATLAB的单相接地短路故障仿真
第一版 ( O D S版 ) MA L B的核 心采用 了 c语 言编 写 , , TA 功能 越来越强 , 除原有 的数 值计算 功 能外 , 增加 了 图形 处理 功 还
能 。在 19 9 9年初推 出的 M T A 5 3版在 很多方 面进一 步 A L B.
改进 了语言 的功能 , 随之推 出 的全新 的最 优化 工具 箱 Sm 一 i u
l k. i 3 0版达到了很高 的水平 。M T A “ 向对象 ” n ALB面 的特 点 愈 加突出 , 数据类型愈 加丰 富 , 作界 面愈加友 善。2 o 操 0 2年 初夏所推 6 5版 的最大特点是 : . 该版本采用了 J I T加速器 , 从 而使 MA L B朝运算速度与 C程 序相 比肩 的方向前进 了一 TA 大步。M ⅡAB中的电力 系统模块 是一 种针对 电气 系统 的 A 可视化建模 与仿 真工具 , 可用于 电路 、 电力 电子系统、 电机 系 统、 电力传输等过程 的仿 真 , 也可 用于 电力 系统 和电力 电子 装置以及电力驱动等的仿真 。此仿真工 具有许多优点 : 开放
NO . 011 V2
Vo. 4 No 6 12 .
基 于 MA L B的 单相 接 地 短 路 故 障仿 真 TA
李 文 顺
(. 1 哈尔滨商业大学 , 哈尔滨 10 8 ;. 50 0 2 黑龙江八一农垦大学 , 黑龙 江 大庆 13 1 ) 63 9 摘 要 : 用 MA L B的 Smu n 利 TA i l k环境 下 的电力 系统 工具箱 ( iP w ryt ) 建 立 了高压 输电线路仿 真模 i S o eSs ms , m e
型, 进行 了单相 短路 的仿真 。
关键词 : T A 电力 系统 ; MA L B; 短路故 障
小电流接地系统单相故障的GUI仿真设计
小电流接地系统单相故障的GUI仿真设计作者:孙浩黄巍窦增来源:《电脑知识与技术》2015年第29期摘要:在MATLAB的Simulink仿真平台上搭建小电流接地系统电路模型,完成GUI界面设计,对界面上参数进行设置后进行仿真,并对仿真波形进行分析,验证了小电流接地系统的故障特征和中性点不接地系统通过零序电流的幅值和相位判断故障线路和故障相的有效性。
关键词:小电流接地系统;建模;GUI仿真中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)29-0193-02Simulation Design on Single-phase Fault of Small Current Grounding Power System Based on GUISUN Hao1,HUANG Wei2,DOU Zeng3(1. College of Information and Control Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China;2. Changchun Power Supply Company , Jilin Electric Power Co. Ltd. ,Changchun 130021,China; 2. Information & Telecommunication Company , Jilin Electric Power Co. Ltd. ,Changchun 130021,China )Abstract: The model of small current grounding power system circuit is built on the Simulink platform of MATLAB, and the GUI interface design is completed. The simulation is carried out after setting the interface parameters, and the simulation waveforms are analyzed, which verified fault characteristics of small current grounding power system and the validity of diagnosing the fault line and fault phase with the magnitude and phase of the zero sequence current.Key words: small current grounding power system;modeling;GUI simulation小电流接地系统是指中性点非直接接地系统,包括中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统等,这种系统发生单相接地故障时,由于不能构成短路回路,故障点的故障电流比负荷电流小得多,故障后,三相之间的线电压仍对称,对负荷供电无影响,也因此一般情况下允许继续运行1~2h[1]。
小电流接地系统单相故障matlab仿真
Xx学院课程设计说明书设计题目:小电流接地系统单相故障matlab仿真系(部):机电工程系专业:自动化班级:姓名: x x x学号:20 12 年 12 月 12 日1目录第一章 3 ···············································matlab简介······第二章 4 ····················小电流接地系统单相故障matlab仿真...........2.1小电流接地系统单相故障特点简介. (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章16·································心得与体会····················参考文献16·······························································2Matlab简介一Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。
MATLAB在小电流单相接地故障分类中的应用
MATLAB在小电流单相接地故障分类中的应用
杨波;张玉茹;刘成尧
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2009(033)012
【摘要】以MATLAB平台为仿真工具,构建了小电流接地系统,以仿效不同的故障类型.针对不同的故障类型,需要有不同的选线方法.对故障类型不加以区分,均用同一种选线方法选线,必然存在盲目性.利用MATLAB编程创建BP神经网络模型,以实现小电流单相接地故障类型的分类;针对不同的故障类型,选择合适的选线方法来实现选线,可以提高选线准确度.
【总页数】4页(P41-44)
【作者】杨波;张玉茹;刘成尧
【作者单位】哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院,哈尔滨,150028;哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院,哈尔滨,150028;中国移动通信集团辽宁有限公司绥中分公司,葫芦岛,125200
【正文语种】中文
【中图分类】TM743
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静原;张广辉;王凤清;董超
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Xx学院课程设计说明书设计题目:小电流接地系统单相故障matlab仿真系(部):机电工程系专业:自动化班级:姓名: x x x 学号:20 12 年 12 月 12 日目录第一章matlab简介 (3)第二章小电流接地系统单相故障matlab仿真 (4)2.1小电流接地系统单相故障特点简介 (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章心得与体会 (16)参考文献 (16)一Matlab简介Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。
目前matlab已成为国际认可的最优秀的科技应用软件之一。
在大学里,他是用于初等和高等数学、自然科学和工程学的标准数学工具;在工业界,他是一个高效的研究、开发和分析的工具。
随着科技的发展,许多优秀的工程师不断的对matlab进行了完善,使其从一个简单的矩阵分析软件逐渐发展成为一个具有极高通用性,并带有众多实用工具的运算操作平台。
Simulink是matlab提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包,是基于框图的仿真平台。
Simulink挂接在matlab环境上,以matlab的强大计算功能为基础,利用直观的模块框图进行仿真和计算。
Simulink提供了各种仿真工具,尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库,为系统的仿真提供了极大的方便。
在simulink平台上拖拽和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模块框图,并对模型进行仿真。
在simulink平台上,仿真模型的可读性很强,这就避免了在matlab窗口使用matlab命令和函数仿真时,需要熟悉大量的M函数的麻烦,对广大工程技术人员来说,这无疑就是一个福音。
随着matlab的不断升级,simulink的版本也在不断的升级,从1993年的matlab4.0/simulink1.0版到2001年的matlab6.1/simulink4.1版、2002年的matlab6.5/simulink5.0版,现在的最常用的版本就是matlab7.0/simulink6.0 Simulink最初是为仿真控制系统而建立的工具箱,在使用中容易编程、容易扩展,并且可以解决在使用matlab过程中遇到的非线性、变系数等问题。
它能够进行系统和离散系统的仿真,也能够进行线性和非线性系统仿真,并且支持多种采样频率系统的仿真,使不同的系统能以不同的采样频率组合,这样就可以仿真较大、较复杂的系统。
因此,不同的科学领域根据自己的仿真要求,以matlab为基础,开发了大量的专用仿真程序,并把这些程序以模块的形式放入simulink中,形成模块库。
Simulink的模块库实际上就是用matlab基本语言编写的子程序集。
现在simulink模块库有3级树状的子目录,在一级目录下包含了simulink 最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容,之后开发的信号处理工具箱、通信工系统工具箱等也并行列入模块库的一级子目录,逐级打开模块库浏览器的目录,就可以看到这些模块。
Simulink是基于matlab的图形化仿真设计环境。
确切的说,它是matlab提供的对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。
它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统、连续和离散混合系统,而且系统可以是多进程的。
它使用图形化的系统模块对动态系统进行描述,并非在此基础上采用matlab计算引擎对动态系统在时域内进行求解。
Matlab计算引擎主要对系统微分方程和差分方程求解。
Simulin和matlab是高度集成在一起的,因此,它们之间可以进行灵活的交互操作。
Simulink提供了友好的图形用户界面,模型由模块组成的框图来表示,用户通过简单的鼠标操作就能够完成建模。
Simulink的模块库为用户提供了包括基本功能模块和扩展模块在内的多种功能模块,在matlab7.0/simulink6.0中,可直接在simulink环境中运作的工具箱和模块已覆盖航空、航天、通信、控制、信号处理、电力系统、机电系统等诸多领域,所涉及的内容专业性越来越强,使用也越来越方便。
由于simulink是基于matlab环境上的高性能的系统仿真设计平台,启动simulink之前必须首先运行matlab,然后才能运行simulink并建立系统模型。
二小电流接地系统单相故障的matlab仿真实验小电流接地系统单相故障电网中性点接地系统的分类方法有很多种,其中最常用的是按照接地短路时接地电流的大小分为大电流接地系统和小电流接地系统。
电网中性点采用哪种接地方式主要取决于供电可靠性(是否允许带一相接地时继续运行)和限制过电压两个因素。
我国规定110kv以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式,35kv及以下的配电系统采用小电流接地方式(中性点不接地或经消弧线圈接地)。
在小电流接地系统中发生单相接地时,由于故障点的电流很小,而且三相之间的线电压任然保持对称,对负荷的供电没有影响,因此,在一般情况下都允许系统在继续运行1~2小时,而不必立即跳闸,这也是采用小电流接地系统运行的主要优点。
但是在单相接地以后,其他两相的对地电压要升高根号三倍,为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路,就应及时发出信号,以便运行人员采取措施予以消除。
2.1 小电流接地系统单相故障特点简介对于如图1-1所示的中性点不接地系统,单相接地故障发生后,由于中性点N不接地,所以没有形成短路电流通路,故障相都将流过正常负荷电流,线电压任然保持对称,因此可以短时不予以切除。
这段时间可以用于查明故障原因并排除故障,或者进行倒负荷操作,因此该方式对于用户的供电可靠性高,但是接地相电压将降低,非接地相电压将升高至线电压,对电气设备绝缘造成威胁。
单相接地故障发生后系统不能长期运行。
事实上,对于中性点不接地系统,由于线路分布电容(电容数值不大,而容抗很大)的存在,接地故障点和导线对地电容还是能够形成电流通路的,从而有数值不大的电容性电流在导线和大地之间流通。
一般情况下,这个容性电流在接地故障点将以电弧形式存在,电弧产生的高温会损毁设备,甚至引起附近建筑物燃烧起火,不稳定的电弧燃烧还会引起弧光过电压,造成非接地相绝缘击穿进而发展成为相间故障,导致断路器动作跳闸,中断对用户的供电。
中性点不接地系统发生单相接地时的故障特点如下1)在发生单相接地时,全系统都将出现零序电压。
2)在非故障的元件上有零序电流,其数值等于本身的对地电容电流,电容电流的实际方向为由母线流向线路。
3)在故障线路上,零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和,数值一般较大,电容电流的实际方向为由线路流向母线。
对于如图1-2所示的中性点经消弧线圈接地系统,正常情况下,接于中性点N与大地之间的消弧线圈无电流流过,消弧线圈不起作用;当接地故障发生后,中性点出现零序电压,在这个电压的作用下,将有感性电流流过消弧线圈并注入发生接地故障的电力系统,从而抵消在接地点流过的电容性接地电流,消除或者减轻接地电弧电流的危害。
需要说明的是,经消弧线圈补偿后,接地点将不再有容性电弧电流或者只有很小的电容性电流流过,但是接地相电压降低而非接地相电压依然很高,长期接地运行依然是不运行的。
2.2 小电流接地系统的仿真模型构建1.中性点不接地系统的仿真模型及计算利用simulink建立一个10kv中性点不接地系统的仿真模型,如图1-3所示。
在仿真模型中,电源采用”Three-phase source”模型,输出电压为10.5kv,内部接线方式为Y形联结,其他参数与图1-4设置相同。
在模型中共有4条10kv输电线路line1~line4,均采用“Three-phase Pl Section Line”模型,线路的长度分别为130km、175km、1km、150km,其他参数相同。
Line1参数设置如图1-5所示。
需要说明的是,在实际的10kv配电系统中,单回架空线路的输送容量一般在0.2~2MV.A,输送距离的适宜范围为6~20km.本文的仿真模型将输电线路的长度人为加长,这样可以使仿真时的故障特征更为明显,而且不用很多输电线的出线路数,不影响仿真结果的正确性,线路负荷load1、load2、load3均采用“three-phase series rlc load”模型。
其有功负荷分别为1MW、0.2MW、2MW,其他参数相同,load1参数设置如图1-6所示。
每一线路的始端都设三相电压电流测量模块“three-phase v-I measurement”将测量到的电压、电流信号转变成simulink信号,相当于电压、电流互感器的作用,其参数设置如图1-7所示。
图2-3 10kv中性点不接地系统仿真模型图1-4 three-phase source的设置图1-5 line1的参数设置图1-6 load1的设置图1-7 三相电压电流测量模块的参数设置在仿真模型中,选择在第三条出线的1km处发生A相金属性单相接地,故障模块的参数设置如图1-8所示。
图1-8 故障模块的参数设置系统的零序电压3uo及每条线路始端的零序电流3i0采用如图1-9所示方式得到。
故障点的接地电流Id则可以用如图1-10所示的万用表测量方式得到。
图1-9系统的零序电压3uo及每条线路图1-10 故障点的接地电流获取方式始端零序电流3io的获取方法根据以上设置的参数,可以通过计算得到系统在第3条出线的1km处发生A相金属性单相接地时各线路始端的零序电流有效值为同理可得接地点的电流为Id=20.18A2. 中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算在如图1-3的基础上,建立中性点经消弧线圈的接地系统的仿真模型如图1-11所示,即在电源的中性点接入一个电感线圈,其他参数不变。
在各级电压网络中,当全系统的电容电流超过一定数值(对于3~6kv电网超过30A、10kv电网超过20A、22~66V电网超过10A)时就应装设消弧线圈。
图1-11 中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型如果要使接地点的电流近似为0(即完全补偿),应满足wL=1/3wC式中,L为消弧线圈的电感,C为系统三相对地电容。
根据图1-11中的电路参数,可求得C=3.534x10-6F因此为实现完全补偿因有L=0.9566H由于完全补偿存在串联谐振过电压问题,因此实际工程常采用过补偿方式,当取过补偿度为10%时,经消弧线圈的电感L=0.8697.通过以上计算,模型中消弧线圈的参数设置如图1-12所示,线圈所串联电阻为阻尼电阻。
图1-12 消弧线圈的参数设置2.3 仿真结果及分析在仿真开始前,选择离散算法,仿真的结束时间取0.2s,利用powergui模块设置采样时间为1x10-5s,系统在0.04s时发生A相金属性单相接地。