Matlab在输电线路距离保护教学中的应用.pdf

第3 2 卷第6 期 2 0 1 5 年6 月 吉林化 工 学院 学报 J O U R N A LO FJ I L I NI N S 唧I r I EO FC H E M I C A LT E C H N O L O G Y V 0 1 3 2N o 6 J u n 2 0 1 5 文章编号：1 0 0 7 - 2 8 5 3 ( 2 0 1 5 ) 0 6 4 ) 0 4 8 - 0 4 M a t l a b 在输电线路距离保护教学中的应用 别、浩 ( 吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林1 3 2 0 2 2 ) 摘要：距离保护是继电保护课程教学过程非常重要的内容，提出将M a t l a b 软件引入该理论教学环节中， 以距离保护阻抗继电器的动作特性分析为例，在S i m u l i n k 仿真平台上搭建系统模型进行仿真，G U I 编程 完成交互式界面设计仿真结果表明将M a t l a b 应用于距离保护教学有助于学生对抽象难懂知识点的理 解和掌握，激发学生学习兴趣和提高教学效果 关键词：M a t l a b 软件；距离保护；阻抗继电器 中图分类号：T M7 7 3文献标志码：A D O I ：1 0 1 6 0 3 9 j c n k i c n 2 2 1 2 4 9 2 0 1 5 0 6 0 1 1 “电力系统继电保护”是电气专业的专业必 修课，主要讲解电力系统继电保护的工作原理、实 现技术及解决继电保护问题的基本思想方法 而距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变 化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反映故 障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于 整定值则动作的一种保护，广泛应用于1 1 0k V 及 以上较高电压输电线路中，是教学过程中非常重 要的内容且较抽象难懂为便于学生更好的学习 和掌握这部分内容，提出在理论教学环节中引入 M a t l a b 仿真软件，以距离保护核心元件阻抗继电 器的动作特性分析为例，在S i m u l i n k 仿真平台建 模，完成G U I 界面设计，在界面上可修改参数，分 析和比较不同参数下的仿真结果，将抽象的理论 以可视化的形式展现给学生，有利于激发学生学 习兴趣和提高教学效果 1 方向阻抗继电器的数学模型 比相式方向阻抗继电器数学模型： 9 0 。a r g 粤2 7 0 。( 1 ) U 。 式中：u 。= U 。一I m Z 。，U o p 为工作电压或补 偿电压；U 。为参考电压或极化电压 阻抗继电器有接地距离保护接线和相间距离 保护接线两种接线方式心 ，相间距离保护接线方 式中，测量阻抗能反应两相短路、三相短路和两相 短路接地情况下的故障距离，测量电压取为保护 安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相 的电流差，其测量阻抗为： 之。：当，之以：! 娑，之帕：! 罂 IA I B IB I cI c IA ( 2 ) 接地距离保护接线方式中，测量阻抗能反应 各种接地短路情况下的故障距离，测量电压取为 保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零 序电流补偿的故障相电流，其测量阻抗为： 之。：_ 旦_ ，之砬：_ U B + K 3i 。，之帕： IA + K 3 I o I8 _ 士 ( 3 ) Ic + K 3 I o 其中补偿系数K = ( z 。一z ，) 3 z 。 2 阻抗继电器动作特性仿真与分析 2 1 电力系统仿真模型 在M a t l a b 的S i m u l i n k 仿真平台上搭建双电 源单回线系统3 刮模型如图l 所示 收稿日期：2 0 1 5 - 0 6 - 0 8 作者简介：孙浩( 1 9 7 9 - ) ，女，吉林伊通人，吉林化工学院讲师，硕士，主要从事继电保护方面的研究 万方数据 第6 期孙浩：M a t l a b 在输电线路距离保护教学中的应用 4 9 w 唧h t t e - P h a , u ! F a u l t 陡 T l l 图1 双侧电源系统仿真模型 该线路系统电压等级为5 0 0 k V ，总长为3 0 0k m ， 具体参数如下： 系统阻抗为：Z M = Z N = 5 7 4 + j 1 4 1 8 1 t ； 线路参数为：R 。= 0 0 2 08 3 Q k m ，R 。= 0 1 1 48 l V k m ，L 1 = 0 8 9 84 m H k m ， L o = 2 2 8 86 m H k m ，C l = 0 0 1 29 1 I J F k m ，C o = 0 0 0 52 3 斗F k m 2 2 比相式阻抗继电器模型 根据公式( 2 ) 建立的相间阻抗继电器模型如 图2 所示 图2 相间阻抗继电器阻抗计算与相位测量模型 根据公式( 3 ) 建立的接地阻抗继电器模型如 图3 所示 图3 接地阻抗继电器阻抗计算与相位测量模型 2 。3 阻抗继电器动作特性仿真的G U I 界面设计 M a t l a b 为用户提供了一个方便高效的图形用 户界面开发环境G U I D E 实现一个G U I 主要包括 G U I 界面设计和组件编程两项工作哺1 其中G U I 界面设计是通过使用界面设计编辑器完成的，阻 抗继电器动作特性仿真的界面由参数设置区域、 仿真波形显示区域、仿真按钮以及退出按钮构成 参数设置区域包括输电线路长度、仿真时间、故障 起止时间，故障类型其中故障类型选用组件面板 中的P o p u pM e n u s 用来设置各种短路故障图形 显示区域选取了五个坐标轴，分别用来显示三相 故障电流和电压、零序电流、阻抗继电器的动作信 号和测量阻抗轨迹另外一项工作就是对构成用 户界面的用户控件的回调函数进行编程从而使 界面和S i m u l i n k 模型联系起来，实现G U I 对 S i m u l i n k 模型的调用运行后的演示界面如图4 所示 图4阻抗继电器动作特性仿真演, - v 界面 2 4 仿真结果分析 设距离保护位于线路的M 侧，线路全长为 3 0 0k m ，线路两侧电源电势相位差为8 0 。，距离I 段保护范围至线路全长的8 0 处，仿真时间设为 0 3S ，故障发生时间为0 1s ，故障结束时间0 3S 在保护区内和区外分别设置A 相接地短路和A B 两相短路故障为例进行仿真 2 4 1 A 相接地故障仿真 不考虑过渡电阻的影响，仿真模型中的故障 模块接地电阻为默认值0 0 0 1 ，区内故障故障点 设置在1 7 0k m 处，区外故障故障点设置在2 7 0k m 处仿真结果如图5 所示 ( a ) 区内A 相接地故障仿真结果 圃 万方数据 吉林化工学院学报 2 0 1 5 焦 ( b ) 区外A 相接地故障仿真结果 图5A 相接地故障仿真结果 从图5 中可知发生的故障类型为A 相接地 短路故障，时刻为0 1s ，故障点A 相对地电压降 为零，电流迅速增大，且均出现零序电流，图( a ) 区内故障测量阻抗进入动作区，阻抗比较元件有 动作信号发出，图( b ) 区外故障测量阻抗未进入 动作区，阻抗比较元件无动作信号 2 4 2A B 两相短路故障仿真 区内故障故障点设置在1 7 0k m 处，区外故障 故障点设置在2 7 0k m 处仿真结果如图6 所示 a ) 区内A B 两相短路故障仿真结果 ，) 区外A B 两相短路故障仿真结果 图6A B 两相短路故障仿真结果 从图6 中可知发生的故障类型为A B 两相短 路故障，时刻为0 1S ，故障相电压降低，电流迅速 增大，因为非接地故障，所以均无零序电流，图 ( a ) 区内故障测量阻抗进入动作区，阻抗比较元 件发出动作信号，图( b ) 区外故障测量阻抗未进 入动作区，阻抗比较元件无动作信号 3 结论 本文以距离保护核心元件阻抗继电器的动作 特性分析为例，利用M a t l a b 软件，在S i m u l i n k 仿 真平台搭建模型进行仿真，利用G U I 实现交互式 界面设计，在该界面中可输人和改变参数，可分析 和比较在不同参数下的仿真结果，以图形的方式 直观、形象的显示仿真结果，完成了阻抗继电器动 作特性分析的演示所得仿真结果与理论分析相 符，有助于学生对抽象难懂知识点的理解和掌握 因此，在理论教学中应用M a f l a b 软件作为课程教 学的辅助工具是非常必要的 参考文献： 1 贺家李，宋从矩电力系统继电保护原理 M 北京：中国电力出版社，2 0 0 4 2 张保会，尹项根电力系统继电保护 M 北京： 中国电力出版社，2 0 0 5 3 邹贵彬，高厚磊，江世芳微机距离保护仿真系统的 设计与实现 J 电力自动化设备，2 0 0 5 ，2 7 ( 9 ) ： 8 8 - 9 0 4 许明，高厚磊，候梅毅，等数字仿真技术在继电保 护教学中的应用 J 电力系统保护与控制，2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 5 ) ：1 0 4 1 0 9 5 陆桂华，王宝华基于M A T L A B 的距离保护仿真 J 实验室研究与探索，2 0 1 0 ，2 9 ( 8 ) ：5 3 - 5 7 6 刘宝柱，苏彦华，张宏林M A T L A B7 0 从入门到精 通 M 北京：人民邮电出版社，2 0 1 0 万方数据 第6 期孙浩：M a d a b 在输电线路距离保护教学中的应用 5 1 A p p l i c a t i o no fM a f l a bi nT r a n s m i s s i o nL i n eD i s t a n c eP r o t e c t i o nT e a c h i n g S U NH a o ( C o l l e g eo fI n f o r m a t i o na n dC o n t r o lE n g i n e e r i n g ，J i l i nI n s t i t u t eo fC h e m i c a lT e c h n o l o g y ，J i l i nC i t y1 3 2 0 2 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：D i s t a n c ep r o t e c t i o ni sv e r yi m p o r t a n tc o n t e n ti nt e a c h i n gt h ec o u r s eo fr e l a yp r o t e c t i o n t h i sp a p e r p r o p o s e st h a tt h eM a t l a b s o f t w a r eb ei n t r o d u c e di n t ot h ec o u r s e t e a c h i n g T a k i n gs i m u l a t i o na n a l y s i s o f i m p e d a n c er e l a yo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c sa se x a m p l e s ，a n de s t a b l i s h i n gt h es y s t e mm o d e lo nt h eS i m u l i n k p l a t f o r mf o rs i m u l a t i o n ，t h ed e s i g no fi n t e r a c t i v ei n t e r f a c ei sc o m p l e t e db yu s i n gt h eM a t l a bl a n g u a g e i nG U I p r o g r a m m i n g R e s u l t s s h o wt h a ti t s a p p l i c a t i o n i nd i s t a n c ep r o t e c t i o n t e a