电流保护matlab仿真毕业设计方案.doc
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1、目 录1 引言12 MATLAB及其模块简介22.1 MATLAB编程基本22.2 M文献及M函数32.3 SIMULINK简介32.4 S-FUNCTION简介53 线路继电保护基本原理83.1 整定基本规定83.2 保护整定原则104 线路继电保护仿真184.1 保护仿真软件概述184.2 仿真设计环节194.3 线路单相自动重叠闸电流保护仿真194.4 线路三段式电流保护仿真275 仿真成果分析365.1 线路单相自动重叠闸电流保护仿真成果分析365.2 线路三段式电流保护仿真成果分析376 总结38致 谢40参照文献411 引言本设计题目是线路继电保护整定计算MATLAB仿真,涉及对电
2、力系统线路整定计算仿真和故障仿真研究。输电线路是电力系统中重要电气设备。不同地区、不同类型发电和配电设备都是通过它连接起来,构成电力系统网络。它安全运营直接关系到电力系统发电、供电和配电稳定运营。随着当代电力系统继电保护日益发展采用计算机仿真办法来分析研究电力系统继电保护是解决此类工程问题一种有效手段。MATLAB语言是当前国际上流行一种演算纸式编程语言,它具备强大矩阵分析与运算功能,并且是一种开放环境。其中SIMULINK就是为MATLAB开发一种先进控制系统仿真工具软件,它具备模块化、可重载、可封装、面向构造图编程及可视化等特点,可大大提高系统仿真效率和可靠性。咱们可以运用工具箱中元件模型
3、,结合电力系统中基本原理,搭建输电线路模型,继而设立各种电力系统故障进行分析和调试,以期为电力系统线路故障故障仿真提供有力依照。在线路继电保护整定计算仿真方面,咱们使用了SimuLink和SimPowerSystems工具箱,它惯用于电力系统各个方面仿真。例如MATLAB 被用于发电机、变压器、线路和负荷等元件建模和仿真,在输电线路研究中,有运用Matlab对输电线路进行故障定位数字仿真研究。在继电保护仿真中也应用到了Matlab,如基于Matlab 开发平台继电保护仿真系统。本设计重要针对线路继电保护三段式电流保护和零序电流保护进行仿真研究。运用MATLAB和线路继电保护内容,使用SimuL
4、ink和SimPowerSystems工具箱,搭建了一种线路整定计算和故障仿真模型。在系统中设定不同故障点,分别进行了相应仿真,且与线路整定计算值相配合,做到有选取性动作,对仿真成果进行分析。本文第1某些为前言,简介了本次设计重要思路。第2某些简介了Matlab基本和在设计中所用到知识。第3某些是线路继电保护基本原理等基本理论知识。第4某些中对线路继电保护仿真中模型构成、参数设定及故障发生时保护装置动作状况作了详细阐明。并简介了所设计线路继电保护仿真与整定计算值配合。第5某些对仿真实验成果进行了分析,不同层面做出分析,对于在整个设计过程不同阶段也做出详细分析。在本文第6某些中总结了本次设计并给
5、出了结论。其中涉及道谢词,参照文献等。本次毕业设计在张龙斌教师指引下完毕。2 Matlab 及其模块简介本章简朴简介了本次设计用到Matlab 知识,一方面简介Matlab 软件编程基本知识,再对计算机实现线路继电保护整定计算仿真设计中用到仿真模块来源、功能、参数等进行简介。2.1 MATLAB 编程基本2.1.1 变量和数学运算一方面从Matlab数学运算开始阐明。例如要计算1+2+3 及110+210+310 这两个算式,接在提示符号之后是要键入算式,Matlab将计算成果以ans显示。2.1.2 数组和数据Matlab运算事实上是以数组(array)及矩阵(matrix)方式在做运算,而
6、这两者在Matlab基本运算性质上是不同,数组强调元素对元素运算,而矩阵则采用线性代数运算方式。在声明一种变量为数组或是矩阵时,如果是要个别输入元素,需要用中括号将元素置于其中。数组由一维元素构成,而矩阵由多维元素构成。在简介矩阵运算之前一方面简介几种特殊矩阵。Zeros函数生成元素皆为0 矩阵;ones 函数生成元素皆为1 矩阵,eye生成一种单位矩阵,之因此称为eye是取其发音与本来单位矩阵符号相似,而又避免与复数定义中虚部所用符号i混淆,因此改以eye代替。上述三个函数使用语法都相似,如zeros(m)可以产生一种mm 正方矩阵,而zeros(m,n)产生是mn矩阵。也可以使用这三个函数
7、将一种mn 矩阵本来元素所有取代成为0,1 或是单位矩阵值,但是要加上size指令来指出其矩阵大小是mn,因此语法为:zeros(size(A)其中A为本来矩阵2.2 M文献及M函数Matlab程序大体分为两类:M脚本文献(M-Script)和M函数(M-Function),它们均是普通ASCII 码构成文献。M脚本文献中包括一组有Matlab语言所支持语句,它类似DOS下批解决文献。它执行方式很简朴,顾客只需在Matlab提示符下输入该M文献文献名,这样Matlab就会自动执行该M文献中各条语句,并将成果直接返回到Matlab工作空间。使用M函数格式变成是Matlab程序设计主流。Matla
8、bM函数是有function语句引导,其基本格式如下:Function 返回变量列表=函数名(输入变量列表)注释阐明语句段,由%一道输入、返回变量格式检测函数体语句这里输入和返回变量实际个数分别有nargin和nargout两个Matlab保存变量来给出。只要进入该函数,Matlab就将自动生成这两个变量,无论是佛直接使用这两个变量。如果返回变量多于一种,则应当用方括号括起来。输入变量和返回变量之间用括号分隔。注释语句段每行语句都应当由百分号引导,百分号背面内容不执行,只起注释作用。顾客采用help 命令则可以显示出来注释语句段内容。此外、原则变量树木检测也是必要。如果输入或返回变量格式不对的
9、,则应当给出相应提示。此外,由于Matlab是一中注释性语言,因此虽然在某个或某些函数中存在语法错误,如果没执行到该语句时也许就不会发现该错误,这在严格程序设计中是不容许。要检查某目录中所有M函数语法错误,一方面应当用cd命令进入该目录,然后运营pcode*命令进行伪代码转换。由于该命令会将Matlab函数转换成伪代码,而在转换过程中该程序将自动翻译每一条语句,因此一旦发既有语法错误,将会停止翻译,给出错误信息。改正了该语法错误后,再重新执行pcode命令,直到没有错误为止。这样会保证目录下所有程序不具有语法错误。2.3 SIMULINK简介Simulink是以工具库形式挂接在Matlab上,
10、不能独立运营,只能在Matlab环境中运营。Simulink是一种用来对动态系统进行建模、仿真和分析软件包,它支持持续、离散或两者混合线性和非线性系统,也支持具备各种采样速率多速率系统。Simulink是由模块库、模型构造及指令分析、演示程序等几某些构成。Simulink提供了用方框图进行建模图形接口。模块框图是动态系统图形显示,由一组称为模块图标构成,模块之间采用连线联接。每个模块代表了动态系统某个单元,并且产生一定输出。模块之间连线表白模块输入端口与输出端口之间信号连结。模块类型决定了模块输出与输入、状态和时间之间关系。一种模块框图可以依照需要包括任何类型模块。模块代表了动态系统某个功能单
11、元,每个模块普通涉及一组输入、状态和一组输出等几种某些。Simulink模块基本特点是参数化,许多模块都具备独立属性对话框,在对话框中顾客可以定义模块各种参数。Simulink包括Sinks(输出方式)、Source(输入源)、Continuous(持续环节)、Nonlinear(非线性)、Discrete(离散环节)、Signals & System(信号与系统)、Math(数学模块)和Functions& Tables(函数和查询表)等子模型库。SIMULINK 在诸如Communication Toolbox,Nonlinear Control Design Blockset,Power
12、 System Blockset 等工具箱配合下,还可以完毕对诸如通行系统、非线性控制系统、电力系统建模、分析和仿真。设计中使用模块本设计中共使用了位于Simpowersystems模块库,和Simulink模块库中29 个不同模块。分别为:1)位于Simpowersystems模块库中: 断路器模块(break), 线路模块(Series RLC Branch block), 电流测量器模块(Current Measurement block), 交流电压源模块(AC Volatge block),三相故障模块(Three-Phase Fault block), 傅利叶变换模块(Fourie
13、r block),万用表模块(Multimeter block),接地模块(Ground(input/output) block),2)位于Simulink模块库中: 到工作空间模块(To Workspace block), 输入端口模块(In1 block), 输出端口模块(Out1 block), 示波器模块(Scope block), 常数模块(Constant block), 乘法模块(Product block), 继电器模块(Relay block), 加法模块(SUM block), 使能子系统模块(Enable Subsystem block)。2.4 S-FUNCTION简介
14、Simulink 为顾客提供了许多内置基本库模块,通过这些模块进行连接而构成系统模型。对于那些经常使用模块进行组合并封装可以构建出重复使用新模块,但它依然是基于Simulink 本来提供内置模块。而Simulink s-function是一种强大对模块库进行扩展新工具。2.4.1 S-Function概念1)s-function 是一种动态系记录算机语言描述,在MATLAB里,顾客可以选取用m文献编写,也可以用c或mex文献编写,在这里只给人们简介如何用m文献编写s-function。2)S-function 提供了扩展Simulink模块库有力工具,它采用一种特定调用语法,使函数和Simul
15、ink解法器进行交互。3)S-function 最广泛用途是定制顾客自己Simulink模块。它形式十分通用,可以支持持续系统、离散系统和混合系统。2.4.2 建立M文献S-Function使用模板文献:sfuntmp1. m1) 该模板文献位于MATLAB根目录下toolbox/simulink/blocks目录下。2) 模板文献里s-function构造十分简朴,它只为不同flag值指定要相应调用m 文献子函数。例如当flag=3时,即模块处在计算输出这个仿真阶段时,相应调用子函数为sys=mdloutputs(t,x,u)。3) 模板文献使用switch语句来完毕这种指定,固然这种构造并
16、不唯一,顾客也可以使用if语句来完毕同样功能。并且在实际运用时,可以依照实际需要来去掉某些值,由于并不是每个模块都需要通过所有子函数调用。4) 模板文献只是Simulink为以便顾客而提供一种参照格式,并不是编写s-function语法规定,顾客完全可以变化子函数名称,或者直接把代码写在主函数里,但使用模板文献好处是,比较以便,并且条理清晰。5) 使用模板编写s-function,顾客只需把s-函数名换成盼望函数名称,如果需要额外输入参量,还需在输入参数列表背面增长这些参数,由于前面4个参数是simulink调用s-function时自动传入。对于输出参数,最佳不做修改。接下去工作就是依照所编
17、s-function要完毕任务,用相应代码去代替模板里各个子函数代码即可。6) Simulink 在每个仿真阶段都会对s-function进行调用,在调用时,Simulink会依照所处仿真阶段为flag传入不同值,并且还会为sys这个返回参数指定不同角色,也就是说尽管是相似sys变量,但在不同仿真阶段其意义却不相似,这种变化由simulink自动完毕。7) m文献s-function可用子函数阐明如下:mdlInitializeSizes:定义s-function模块基本特性,涉及采样时间、持续或者离散状态初始条件和sizes数组。mdlDerivatives:计算持续状态变量微分方程。mdl
18、Update:更新离散状态、采样时间和主时间步规定。mdlOutputs:计算s-function输出。mdlGetTimeOfNextVarHit:计算下一种采样点绝对时间,这个办法仅仅是在顾客在mdlInitializeSizes里阐明了一种可变离散采样时间。mdlTerminate:实现仿真任务必要结束。8) 概括说来,建立s-function可以提成两个分离任务:9) 初始化模块特性涉及输入输出信号宽度,离散持续状态初始条件和采样时间。10) 将算法放到适当s-function子函数中去。定义s-function 初始信息1) 为了让Simulink辨认出一种m文献s-function
19、,顾客必要在s-函数里提供关于s-函数阐明信息,涉及采样时间、持续或者离散状态个数等初始条件。这一某些重要是在mdlInitializeSizes子函数里完毕。2) Sizes数组是s-function函数信息载体,它内部字段意义为:NumContStates:持续状态个数(状态向量持续某些宽度)NumDiscStates:离散状态个数(状态向量离散某些宽度)NumOutputs: 输出变量个数(输出向量宽度)NumInputs:输入变量个数(输入向量宽度)DirFeedthrough:有无直接馈入NumSampleTimes:采样时间个数3) 如果字段代表向量宽度为动态可变,则可以将它们赋值
20、为1。4) 注意DirFeedthrough是一种布尔变量,它取值只有0和1两种,0表达没有直接馈入,此时顾客在编写mdlOutputs子函数时就要保证子函数代码里不浮现输入变量u;1表达有直接馈入。5) NumSampleTimes表达采样时间个数,也就是ts变量行数,与顾客对ts定义关于。6) 需要指出是,由于s-function会忽视端口,因此当有各种输入变量或各种输出变量时,必要用mux模块或demux模块将各种单一输入合成一种复合输入向量或将一种复合输出向量分解为各种单一输出。输入和输出参量阐明1) S-function默认4个输入参数为t、x、u 和flag,它们顺序不能变动,代表
21、意义分别为:t:代表当前仿真时间,这个输入参数通惯用于决定下一种采样时刻,或者在多采样速率系统中,用来区别不同采样时刻点,并据此进行不同解决。x: 表达状态向量,这个参数是必要,甚至在系统中不存在状态时也是如此。它具备很灵活运用。u:表达输入向量。2) flag:是一种控制在每一种仿真阶段调用哪一种子函数参数,由Simulink 在调用时自动取值。3) S-function默认4 个返回参数为sys、x0、str和ts,它们顺序不能变动,代表意义分别为:sys:是一种通用返回参数,它所返回值意义取决于flag值。x0: 是初始状态值(没有状态时是一种空矩阵),这个返回参数只在flag值为0时才
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