MATLAB在电力系统仿真中的运用汇总

收稿日期:2006-08-25

作者简介:曾江华, 女, 长江水利委员会设计院机电处, 工程师, 硕士。

文章编号:1001-4179(2006 11-0041-02

MAT LAB 在电力系统仿真中的运用

曾江华陈晓明金伟江万里李远青

(长江水利委员会设计院, 湖北武汉

摘要:MAT LAB 是将计算、可视化、真中运用很广泛。, 由于电力系统是个复杂的系统, , 也不直观。M AT LAB 的M LAB 的POWERSY STE M BLOCK 对避雷器在有电抗器补, 。关键; ; 仿真; 运用T 文献标识码:A

1概述

M AT LAB 是由美国Mathw orks 公司开发的大型软件, 它是以

矩阵运算为基础, 把计算、可视化、程序设计融合在一个交互的工作环境中, 在此环境中可以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。在M AT LAB 中包括了两大部分, 数学计算和工程仿真, 其中在工程仿真方面,M AT LAB 提供的软件支持涉及到各个工程领域, 并且在不断完善。M AT LAB 所具有的程序设计灵活, 直观, 图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科, 多平台的强大的大型软件。M AT LAB 提供的S imulink 工具箱是一个在M AT LAB 环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包, 它提供了用方框图进行建模的接口, 与传统的仿真建模相比, 更加直观、灵活。S imulink 的作用是在程序块间的互联基础上建立

起一个系统。每个程序块由输入向量, 输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。在计算前, 需要初始化并赋初值, 程序块按照需要更新的次序分类, 然后用ODE 计算程序通过数值积分来模拟系统。M AT LAN 含有大量的ODE 计算程序, 有固定步长的, 有可变步长的, 为求解复杂的系统提供了方便。

M AT LAB 在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(P ower System Blockset 来完成, P ower System Block 是由TE QSI M 公司和魁北克水电站开发的。PS B 是在S imulink 环境下

使用的模块, 采用变步长积分法, 可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真, 并精确地检测出断点和开关发生时刻,

PS B 程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的S imulink 程

序块, 通过PS B 可以迅速建立模型, 并立即仿真。PS B 程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与S imulink 程序之间连

接作用。2电力系统元件库

电力系统元件库包括了电路、电力电子、电机和电力系统等

常用的基本元件和系统的仿真模型。其包含以下库元件:

(1 电源元件。包括了交流电压源和电流源、直流电压源、可控电源及三相电源等产生电信号的元件。

(2 线路元件。包括各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。

(3 电力电子元件。包括如二级管、晶闸管等各种电力电子元件。

(4 电机元件。包括各种电机模型元件。

(5 连接器元件。包含有在各种不同情况下用于相互连接的元件。

(6 电路测量元件。包括电压表、电流表、阻抗表和万用表等测量元件。

(7 附加元件。包括三相电路、功率表, 直流电机等元件。(8 电力图形用户接口。用于电力系统稳态分析。

(9 电力系统元件库模型。包含了电力系统各种非线性模块的仿真模型。

3系统仿真

下面就用M AT LBA 来对避雷器在有电抗器补偿的系统中的应用进行仿真,PS B 中的氧化锌避雷器的模型实际上是过电压保护的非线性电阻器, 其阀片的非线性伏安特性是用U ΠU ref =

(k i (I ΠI ref 1Πα

i 表示, 其中U ref , I ref 代表参考电压和电流, k i 与αi

为各个区域的系数(i =1为小电流区域, i =2为非线性区, i

=3为饱和区 , 避雷器的伏安特性则表示为U =cI α

, c 为阀片电阻的材料系数, α为阀片的非线性系数。参考电压是当避雷

第37卷第11期人民长江

V ol. 37,N o. 11

2006年11月

Y angtze River N ov. , 2006

器通过参考电流时避雷器上的电压, 当避雷器上电压大于参考

电压时, 电流将随电压的升高而迅速增大。

被仿真的系统为以735kV 系统通过200km 输电线路向负荷供电, 在线路的中点设有串连电容补偿, 在负荷侧并联有电抗器补偿, 串联的电容器和并联电抗器均采用氧化锌避雷器保护, 为了简化系统, 仿真仅采用单相, 所有的参数均为正序参数。模型见图1

。

图1系统模型

3. 1MAT LAB 的模型建立

(1 电源。系统的线电压为735kV , H z 。

(2 电源的等值阻抗, 5。(3 线路。Π, 0. 011ΩΠkm , 电

感为0. 8674mH Πkm , 13. 41Πkm , 两段线路分别长100km 。

(4 串联电容器。电容为101. 4μF 。(5 并联电抗器。每相容量为110M VA 。(6 负荷。负荷容量为2000MW 。

(7 保护电容器的避雷器。保护电压185kV , 柱数为30柱, 每柱的参考电流为500A , 伏安特性为第一段k 1=0. 955, α1=

50, k 2=1, α2=25, k 3=0. 9915, α3=16. 5。

(8 保护电抗器的避雷器。保护电压1081kV , 柱数为2柱, 每柱的参考电流为500A , 伏安特性为第一段k 1=0. 955, α1=50, k 2=1, α2=25, k 3=0. 9915, α3=16. 5。

(9 断路器。断路器1初始是闭合的, 在0. 1s 时断开, 断

路器2初始是断开的, 在0. 03s 断路器闭合模拟负荷侧三相短路。

(10 测量表。表1用于测量电容器的电压和保护电容器的避雷器的电流, 表2用于测量电抗器的电压和保护电抗器的避雷器的电流。

3. 2仿真结果

t =0时, 系统正常运行, t =0. 03s 时, 负荷侧发生三相短

路故障, 此时, 线路的短路电流急剧增加(见图2 , 同时电容器两侧的电压也增加, 当电容器两端的电压超过185kV 时, 避雷

器动作, 限制了电容器上的过电压(见图3 。同时在电抗器上的电压降低为0。当断路器1跳闸, 故障切除后, 电流为0, 此时在并联电抗器上会产生过电压, 当期峰值超过1081kV 时, 保护电抗器的避雷器动作, 因此会产生脉冲电流(见图4