电力系统继电保护仿真试验参考指导书试用稿.doc
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1、电力系统继电保护实验指引书张艳肖 编合用于12级电气工程及其自动化专业西安交通大学都市学院二一五年三月目 录第一某些 MATLAB基本- 3 -1.1 MATLAB简介- 3 -1.2 MATLAB基本界面- 3 -1.2.1 MATLAB主窗口- 3 -1.2.2 MATLAB主窗口- 3 -1.3 SIMULINK仿真工具简介- 4 -1.3.1 SIMULINK启动- 4 -1.3.2 SIMULINK库浏览器阐明- 5 -第二某些 仿真实验内容- 6 -实验一 电力系统故障- 6 -实验二 电流速断保护- 9 -实验三 三段式电流保护- 13 -实验四 线路自动重叠闸电流保护- 17
2、-第一某些 MATLAB基本1.1 MATLAB简介MATLAB是一种合用于工程应用各领域分析设计与复杂计算科学计算软件,由美国Mathworks公司于1984年正式推出,1988年推出3.X(DOS)版本,1992年推出4.X(Windows)版本;1997年推出5.1(Windows)版本,下半年,Mathworks公司推出了MATLAB6.0版本。随着版本升级,内容不断扩充,功能更加强大。MATLAB在国内外大学中,特别是数值计算应用最广电气信息类学科中,已成为每个学生都应掌握工具。1.2 MATLAB基本界面1.2.1 MATLAB主窗口1.启动MATLAB启动MATLAB办法有诸多,
3、下面是最惯用办法。(1)双击系统桌面MATLAB图标;(2)从桌面“开始”“程序”“MATLAB”。启动MATLAB后,如图1-1所示。图1-1 MATLAB桌面 1.2.2 MATLAB主窗口MATLAB主窗口包具有6个下拉菜单和10个功能按钮,用来进行整体环境参数设立,如图1-2所示。 图1-2 MATLAB主窗口菜单和功能按钮1.3 SIMULINK仿真工具简介Simulink是Mathworks公司开发MATLAB仿真工具之一,其重要功能是实现动态系统建模、仿真与分析。Simulink下有诸多专用功能模块,如航空航天模块库(Aerospace Blockset)、通信模块库(Commu
4、nication Blockset)、神经网络模块库(Neural Network Blockset)、电力系统模块库(SimpowerSystems)等。其中电力系统模块库对用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传播等过程仿真分析。功能强大SimpowerSystems和Simulink同步使用将使某些复杂、非线性系统建模与仿真变得非常容易。它涉及7个子模块库:电源(Electriial Sources)子库里有单/三相交流电压源、单相电流源、直流电压源、受控源等,元件子库(Elements)有各种支路、负载和开关、变压器等重要电力设备元件,附加子库(Extra Library)汉纳有各种附
5、加控制、测量模块和特殊变压器等模块,电机子库(Machines)有异步、同步、控制等各种电机,测量子库(Measurement)具有电压电流和阻抗等测量元件,电力电子子库(Power Electronics)里有Gto、IGBT、Mosfet、Thyristor各种电力电子元器件等。运用SIMULINK对系统进行仿真与分析,在进入虚拟实验环境后,不需要书写代码,只需使用鼠标拖动库中功能模块并将它们连接起来,按照实验规定修改各元器件参数。通过虚拟实验环境建立实验仿真电路模型,可使某些枯燥电路变得有趣味,复杂波形变得形象生动,使得各种复杂能量转换过程比较直观地呈当前学生面前。如下采用Matlab
6、来仿真电力电子技术课程中老式实验,和老式硬件实验对比,此实验办法有很大优越性。在SIMULINK仿真环境下,运用Power System Blockset各种元件模型建立电力电子电路仿真模型,并对其进行仿真研究。1.3.1 SIMULINK启动启动SIMULINK有如下三种办法:(1) 在MATLAB命令窗口中输入“simulink”,按Enter键,就可以打开SIMULINK库浏览器,如图1-3所示。图1-3 SIMULINK库浏览器(2) 在MATLAB工具栏中,单击simulink按钮,也可以可以打开SIMULINK库浏览器。(3) 单击MATLAB发布窗口中simulink文献夹,单击
7、simulink按钮,也可以可以打开SIMULINK库浏览器。1.3.2 SIMULINK库浏览器阐明在图1-3SIMULINK库浏览器中,在界面上方是标题栏、菜单栏、惯用按钮及核心字填写栏。在核心字填写栏可以输入要查找模块核心字,按Enter键,就可以查找相应功能模块。SIMULINK提供了各种基本模块库,有Continuous(持续系统模块库)、Discret(离散系统模块库)、Functions&Tables(函数与表模块库)、Math(数学运算模块库)、Nonlinear(非线性系统模块库)、Signals&Systems(信号与系统模块库)、Sinks(输出模块库)、Sources
8、(输入源模块库)、Subsystems(子系统模块库)、SimPowerSystems(电力系统模块库)等原则模块库。本实验用到最多就是SimPowerSystems(电力系统模块库),该工具箱包具有Electrical Sources(电源模块库)、Elements(元件模块库)、Power Electronics(电力电子器件模块库)、Machines(电动机模块库)、Connectors(连接器模块库)、Measurements(测量模块库)、Extras(附加模块库)和Demos(演示模块库)。第二某些 仿真实验内容实验一 电力系统故障一、实验目1.对电力系统中各种短路现象结识2.掌握
9、各种短路故障电压电流分布特点3.仿真波形分析二、实验内容电力系统中,大多数故障都是由于输电线路短路引起,在发生短路故障状况下,电力系统从一种状态激烈变化到另一种状态,产生复杂暂态过程。各种类型短路涉及三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。电力系统运营经验表白,在各种类型短路中,单相短路占大多数。 1.模型建立 发电机G:50MW,13.8kV,保持恒定,Y连接,变压器T:13.8/220kV,线路L:100km,负荷:50MVA 仿真模型建立: 启动MATLAB,进入SIMULINK后新建文档,运用Power System中各种元件模型建立仿真模型,如图1-1所示。双击各模块,在浮现
10、对话框内设立相应参数。图2-1 仿真模型2.仿真参数设计 (1)发电机参数设立 发电机额定容量为500MVA,额定电压为13.8KV,额定频率为60HZ,Yg连接,其她值采用默认值。(2)三相负荷参数设立额定容量为50MVA。(3)三相变压器参数设立 额定频率为50HZ,一次侧电压13.8KV,二次侧电压220KV,其她值采用默认值。(4)三相输电线路参数设立线路长100KM。(5)故障模块参数设立短路故障是用三相故障元件来模仿,故障时间段可通过Transition Times来设立,设立为0.060.12S。别的短路故障模型可以通过修改三相故障模块参数设立来实现,将在如下仿真过程中进行设立。
11、 图2-2 三相交流电源 图2-3 三相负载 图2-4 测量元件 图2-5 变压器 图2-6 输电线路 图2-7 三相故障模块三、实验报告 1.正常运营时,观测并分析三相电压、电流波形。 2.单相接地短路故障分析将三相电路短路故障发生器中“故障相选取”选取A相故障,并选取故障相接地选项,故障时间设立为0.060.12S,观测并分析A相接地短路故障点三相电压、电流波形。同理,也可设立B或C相单相接地短路,观测并分析故障点三相电压、电流波形。 3.两相短路接地故障分析将三相电路短路故障发生器中“故障相选取”选取A相和B相故障,并选取故障相接地选项,故障时间设立为0.060.12S,观测并分析A相和
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