基于MATLAB微机距离保护算法的输电线路仿真模型研究

表1
每周采样点数 / N 补偿系数 / K b
在此仿真中 , 根据模型数 据, 利用 算法算出 电 压、 电流 的实、 虚部, 并由此计 算出阻抗 的 x , y 分 量, 计算所得结果就是测量阻抗。 根据模型参数, 短路阻抗 Z k = ( R 1 + j X 1 ) 1= 1. 04+ j 14. 11 ; 与该理论数据相比较可以发现 , 仿真 算法得到的测量阻抗比较准确得反应了短路阻抗的 大小 ; 其中 , 全波傅里叶算法计算的数值比较准确 , 半波傅里叶算法计算的电阻值有些误差。 30
元 / kWh 计算, 可以节约的资金为 77. 76 万元。如 果 2 台机组仅运行单台循环水泵, 这将较正常运行 方式节约 3 台循环水泵的耗电量, 其直接费用将达 到 233 万元 , 其节能潜力非常可观。
6 结束语
经过供热机组冬季运行工况采用双机单泵的运 行方式的半定量计算和现场实践, 当机组电负荷小 于 240 MW 工况时, 2 台机组运行单台循环水泵可 以保证机组的稳定运行 , 并且在循环水泵事故切换 过程中不会造成 2 台机组跳闸的危险工况。此种运 行方式节能潜力巨大 , 双机组单循环泵运行方式每 年可以节约至少 77. 76 万元直接费用, 如采用双机 组单循环泵 运行 方式, 最大 的节能 潜力 可以 达到 233 万元。通过双机组单循环泵的运行方式研究和 实践, 为北方冬季供热机组的节能降耗工作提供了 理论和实践经验。 本文责任编辑: 王洪娟 距离保护算法仿真模型对电力系统故障进行研究的 方法, 为距离保护的设计和动作行为的分析提供了 一种新的手段。仿真结果表明, 该模型和方法适用 可行。利用该算法仿真系统 , 还可以进一步分析微 机保护距离算法的误差来源、 滤波性能及各种因素 对微机距离保护算法的影响 , 比较算法的计算精度 和计算速度等。
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图3
故障电压和电流的波形
( a)
电压波形
( b)
电流波形
图4
V、 W 相阻抗继电器的电压电流波形
样点数为 N = 12, 积分算法的积分时间间隔为 4T s = T / 3 时 , 补偿系数取 K b = 0. 977 ; 在仿真计算中, 将计算得到的电抗值除以 0. 997, 再与整定值比较。 采用补偿系数后 , R - L 模型积分算法的电感过电抗 的精度可以得到提高。表 1 给出了每周不同采样点 数时的 R - L 模型积分算法补偿系数。
图 2 为利 用 M AT LAB6. 5 建立的对应于图 1 所示线路的故障仿真模型 , 模型中用到了三相等值 系统模块、 三相分布参数线路模块、 三相故障模块、 三相电压电流故障模块等。
0 引言
微机保护算法是实现微机保护故障测量、 分析 和判断的基础, 而算法运算的基础则是若干个离散 数化的数字序列 , 因此, 微机保护的一个基本问题是 寻找适当的离散运算方法, 使运算结果的精度既能 满足工程要求, 又要尽可能缩短计算耗时 。
第 29 卷 第 4 期 2010 年 8 月
min 后稳定, 机组运行正常 ; 另外 1 台机组运行情况 较稳定, 工况变化较平缓, 约 2 min 后, 2 台 机组运 行工况基本稳定 , 机组的真空几乎没有变化, 凝结水 温度由试验前的 21. 83 上升到 试验后的 26. 89 。机组工况稳定后 , 2 台机组同时将电负荷增加到 230 MW, 2 台机组运行情况稳定 , 各项指标正常。 机组切换到单台循环水泵运行后 , 每台机组的 循环水流量减小 , 循环水温升由原来的 9 左右上 升到 17 左右 , 机组真空没有变化 , 而凝结水温度 相应上升了 5 , 凝结水过冷度减小, 机组冷端损失 也大幅度减小, 这对机组的经济运行是有利的。
( a) 故障电压波形 ( b) 故障电流波形
形相同, 而且短数据窗和长数据窗算法测量阻抗波形 类似, 故仅列出长数据窗算法得到的测量阻抗图 。 长数据窗算法得 到的测量阻抗图和理论数据 Z k = ( R 1 + j X 1 ) 1= 1. 04+ j 14. 11 相比较, 可以 发现, 采用简化 R - L 模型微分方程模型长数据窗算 法得到的测量阻抗的数值比较准确。 在实际应用简化 R - L 模型微分方程算法时 , 需 要考虑对相应补偿系数进行补偿。在此仿真中, 采
参考文献 :
[ 1] [ 2] 罗洪广 . 微机 保护 算法综 合性 能分 析 [ D] . 成都 : 西南 交通 大 学 , 2006. 张福生 , 吴 秋瑞 , 张建 成 , 等 . 电 力系统微 机保护的 M A T LA B 仿真插值算法 [ J ] . 微计算机信息 , 2006, 22( 02) : 272 - 274. [ 3] [ 4] [ 5] 程 刚 , 张沛超 . 基于 M atl ab 和 A TP 的 微机距离 保护动态 仿 真 . 继电器 [ J] , 2006, 34( 22) : 5 -8. 梁振锋 , 杨晓萍 , 高立刚 , 等 . 基于 LabV IEW 的微机保护仿 真 . 电力系统及其自动化学报 [ J ] . 2008, 20( 4) : 120 -124. 刘 强 . 基于 M at lab 的微机 保护原理 教学仿真 平台 [ J] . 电 气 电子教学学报 , 2007, 29( 3) : 95 -98. [ 6] 李越冰 . 微机距离保护若干问题研究及其仿真培训系统的实现 [ D] . 保定 : 华北电力大学 , 2008. [ 7] 陈 皓 . 微机 保护 原理及 算法仿 真 [ M ] . 北京 : 中 国电 力出 版 社 , 2006.
收稿日期 : 2010 作者简介 : 史 08 10 军 ( 1975- ) , 男 , 工程师 , 主要从事供电公司生产调度工作。
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图2
线路故障仿真模型
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河北电力技术
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在输电线路上距 M 侧保护安装处 50 km 发生 V、 W 接地短路故障, 仿真时间为 0. 1 s 开始故障 , 0. 2 s 结束故障。 在仿真中采样频率为 600 H z, 即每隔 0. 02/ 12 s 输出一个 数据点。仿真 完成后 , 对 MAT L AB 生 成的数据进行分析。针对不同的算法, 对数据进行 算法仿真 , 由此来绘制出仿真波形 , 从而对各种算法 进行定性评价及分析。
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基于 M AT L A B 微机距离保护算法的 输电线路仿真模型研究
Research on Microprocessor - based Distance Protection Algorithm Simulation Based on MATLAB for Transmission Line 1 2 1 史 军 , 何占宾 , 苑娇阳
在微机继电保护中计算出测量电抗 X m 和测量 电阻 R m 后 , 可以很方便的用一个计算公式来表示 圆内特性。方程为 : ( X m- X 0 ) 2 + ( R m- R0 ) 2 r2 ( 1) 式中: R 0 为圆心矢量的电阻分量 ; X 0 为圆心矢量的 电抗分量; r 为圆的半径。 图 5 为测量阻抗在阻抗圆中的结果。方向阻抗 圆直径由整条 300 km 线路阻抗的 x , y 分量平方和 开方得出 , 圆内是动作区 , 圆外是闭锁区。正常时, 测量阻抗位于闭锁区中。
为深入研究继电保护算法, 仿真软件及仿真系 统得到广泛应用。加强继电微机保护算法的仿真研 究 , 对于进一步提高微机保护选择性、 速动性、 灵敏 性和可靠性 , 满足电网安全稳定运行的要求具有现 实指导意义[ 2 3] 。
1 仿真模型的建立
为了研究电力系统在发生短路故障时电气量的 特点, 利用 MA T L AB 的电力系统工具箱 ( P SB) , 在 Simulink 环境中针对 一条超高压线路搭建了仿真 模型, 并给出了 1 个具体算例。 图 1 所示为一条两端电源的高压线路, 将高压 线路两端系统简化为无穷大容量的三相电压源, 线 路采用分布参数。线路电压等级为 500 kV, 线路长 度为 300 km 。
R - L 模型积分算法补偿系数
8 0. 948 12 0. 977 16 0. 987 20 0. 992 24 0. 994
图 6 为采用简化 R - L 模型微分 ( 下转第 33 页)
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2 周期函数模型算法的仿真结果
利用所建模型得到故障电压电流数据, 依据傅 里叶算法原理及结论 , 设计了相应地算法程序。将 仿真程序计算的结果绘制成图 , 仿真结果包括故障 电压、 电流波形 , 阻抗继电器的电压和电流波形 , 如 图 3、 图 4 所示。输电线路 V 、 W 相发生相间短路 , U 相仍正常工作 , V 、 W 两相电压瞬间降低 , 电流瞬 间升高。通过 T ukey 低通滤波 , 滤除由故障产生的 高频分量 , 模拟阻抗继电器测量短路点到保护安装 处的线路阻抗, 并与整定阻抗进行比较以确定是否 动作
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( a)
全波傅里叶算法
( b)
ห้องสมุดไป่ตู้
半波傅里叶算法
图5
V、 W 相阻抗继电器测量阻抗轨迹
通过对图 5( a) 与图 ( b) 比较, 全波傅里叶算法 的计算结果相当精确 , 半波傅里叶算法的计算结果 存在误差。
。
3 输电线路简化模型算法仿真结果分析
在简化 R - L 模型微分方程模型仿真中, 采用短数 据窗和长数据窗 2 种算法进行仿真。由于故障点压、 故障电流, 阻抗继电器电压和电流波形与第 2 章中波
( 1. 保定供电公司, 河北 保定 071000; 2 . 保定电力职业技术学院 , 河北 保定 071051)
摘要 : 运 用 M AT LA B 6. 5 的 Simulink 仿 真工 具 , 建立 了电 力系统输电线路 V 、 W 两相接地 短路故 障的模型 , 结 合 2 种 微机保护算法编程计算 短路阻抗 , 绘 制出仿 真波形 , 比 较算 法的计算精度和计算速度 , 认为该模型可以分析微机 保护算 法的误差来源 、 滤波性能及各种因素对微机距离保护 算法的 影响 , 为距离保护的设计和动作行为的分析提供了一 种新的 手段 。 关键词 : 输 电线 路 ; 微 机保 护算 法 ; M A T L A B/ Simulink; 建 模仿真 Abstract: Based on the simulatio n too l o f M A T L A B Simu link, the model of po wer system t ransmission lines with V , W two - phase g ro und fault is established, and the shor t - circuit impedance is calculated w ith pro gr amming o f tw o kinds of micro pr ocesso r - based pr otection algo rithm, t hen dr aws out the simulat ion w avefor ms, and compares t he co mputational accuracy and comput ing speed. T he results are analyzed and co ncluded as follo ws: T he mo del can ana lyze the er ro r so ur ces of micr oprocesso r - based protection algorithm, filtering per formance and the impact on micro pr ocesso r - based pro tec t ion alg or ithm fro m var ious facto rs, and t akes a new measure for micro pr ocesso r - based distance pro tect ion desig n and ac t ion analysis. Key words: transmission line; micro co mputer - based pro tec t ion alg or ithm; M AT LA B/ Simulink; modle simulation 中图分类号 : T M 773 文献标志码 : A 文章编号 : 1010 9898( 2010) 04 29 02 图1 仿真用 500 kV 输电线 路