毕业设计（论文）基于MATLAB∕SIMULINK的输电线路操作过电压的仿真分析.pdf

提供全套毕业设计山西大学工程学院毕业设计（论文）题 目 基于MATLAB/SIMULINK的输电线路操作过电压的仿真分析系 另1J 电力工程系专 业电气工程及其自动化班 级 电本1038姓 名指导教师_下达口期2014年1月15 H设计时间自2014年2月24 日至2014年金月1日12毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 基于MATLAB/SIMULINK的输电线路操作过电压的仿真分析2、题目来源_M_二、目的和意义1、目的特高压/超高压输电线路是电力系统中的重要电气设备，过电压是影响电力系统安全运行 的重要因素之一，采取有效措施限制过电压是电力系统运行的基本要求。利用MATLAB/SIMULINK,对特高压/超高压输电线路进行建模，对输电线路操作过电压的影 响因素进行仿真分析，对输电线路限制操作过电压的措施进行分析研究，使学生掌握分析研 究输电线路过电压问题的方法和步骤，从而提高学生的分析问题和解决问题的能力。2、意义MATLAB是目前工程技术人员进行分析研究工作的一个高效的工具，全面掌握MATLAB仿真分 析输电线路过电压的方法，就使学生具备了对电力系统中其他问题进行仿真分析的思路和能 力，从而适应未来工作中进行独立分析研究的需要。三、原始资料（见附件）四、设计说明书应包括的内容（参考）1概述1.1 特高压/超高压输电线路的构成及特点1.2 输电线路的等值电路1.3 MATLAB/SIMULINK简介2输电线路的工频过电压2.1 输电线路的参数计算2.2 输电线路的模型及参数设置2.3 长距离输电线路空载时的电容效应及其仿真2.4 输电线路的工频过电压及其仿真3输电线路的操作过电乐3.1 空载线路的合闸过电压及其仿真3.2 切除空载线路时的过电压及其仿真3.3影响操作过电压的因素的仿真分析3.4 限制操作过电压的措施的效果分析4.总结五、设计应完成的图纸1、输电线路在各种过电压情况下的电压波形图。2、采用限制操作过电压的措施后的电压波形图。3六、主要参考资料1、SimPowerSysterns Users Guide,pdf2、于群MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真 北京：机械工业出版社3、王晶等编著 电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用 西安：西安电子科技大学出版 社4、施围电力系统过电压计算 西安：西安交通大学出版社5、相关学术论文七、进度要求1、实习阶段第 周（月 R）至第 周（月 R）共 周2、设计阶段第1周（2月24 R）至第15周（6月7 R）共15周3、答辩日期 第15周（2014年6月7日）_注:对学生的要求：（1）有能够运行MATLAB 20nb的笔记本计算机，选修过MATLAB方面的课程。（2）能够按照进度要求，投入足够的时间用于进行毕业设计。4空载输电线路单相合闸操作过电压的研究摘要本文主要是基于MATLAB/SIMULINK的空载输电线路单相合闸过电压的仿真 分析，主要是从单相合闸空载线路过电压的影响因素和限制措施进行仿真分析，通过对开关合闸相位的不同，线路损耗的大小，以及断路器是否加并联电阻进行 的比较分析，从而得出最佳的合闸相位角，以及断路器加并联电阻对合闸过电压 限制的可行性的论证。关键词：MATLAB；单相合闸；合闸相位；并联电阻；过电压；电力系统Light transmission line single-phase switching overvoltage operation researchABSTRACTThis paper is based on the MATLAB/SIMULINK simulation analysis of lighttransmission line single-phase switching overvoltage mainly from single phaseswitching racing line overvoltage simulation analysis was made on the influence factors and the restrictions,through to the switch closing phase is different,the size of the line loss,and whether circuit breaker with parallel resistance of comparative analysis,obtains the best closing phase Angle,thus and circuit breaker with parallel resistance on the switching overvoltage limit of the feasibility of the argument.Keywords：MATLAB；Single phase switching；Closing phase；Parallel resistance Overvoltage；The power system5目录摘要.5前言.8第一章概述.81.1毕业设计设计的目的和意义.81.2特高压/超高压输电线路的构成及特点.81.3输电线路等值电路.81.4MATLAB/SIMULINK 简介和特点.8第二章、主要设计内容.122.1空载线路的单相合闸过电压及其仿真.132.2过电压产生的物理过程.132.3影响过电压的因素.162.4限制过电压的措施.162.5未使用合闸电阻时的仿真模型及参数如下.182.6合闸相位不同时对空载线路合闸过电压的影响.23t=0,0=0时，也就是电源电压过零时合闸的过电压波形如下：.23t=0.002s合闸时过电压如下：.23t=0.004s时合闸的过电压波形如下：.24t=0.005s时合闸，也就是电源电势为最大值时合闸过电压波形如图：.242.7线路损耗不同时对合闸操作过电压的影响.256当r=0.1Q/km时，过电压波形为：.25当r=0.2Q/km时，过电压波形为：.25当r=0.3Q/km过电压波形为：.26当r=0.4Q/km过电压波形为：.262.8断路器是否带并联电阻时对合闸空载线路过电压的影响.272.9分布参数模型与pi型集中参数模型的比较.28当改用pi型等效电路的模型.28当改用分布参数等效模型.29参考文献：.30英文翻译:.317，.刖百电力系统的输电线路以及电气设备都有各自的电感和电容，由于系统状态的突然变 化，导致电感和电容元件间电磁能量的互相转换就会引起振荡性的过渡过程。这个过渡过 程会在输电线路和某些电气设备或者局部电网上造成很高的电压，即远远超过正常的电 压，称作操作过电压，本文研究的是河南平顶山到湖北武昌的500kv输电线路合闸空载过 电压的研究，从合闸过电压的影响因素以及限制措施进行研究分析。第一章概述L1毕业设计设计的目的和意义特高压/超高压输电线路是电力系统中的重要电气设备，过电压是影响电力系统安全运 行的重要因素之一，采取有效措施限制过电压是电力系统运行的基本要求。利用MATLAB/SIMULINK,对特高压/超高压输电线路进行建模，对输电线路操作过电压 的影响因素进行仿真分析，对输电线路限制操作过电压的措施进行分析研究，使学生掌握 分析研究输电线路过电压问题的方法和步骤，从而提高学生的分析问题和解决问题的能 力。MATLAB是目前工程技术人员进行分析研究工作的一个高效的工具，全面掌握MATLAB仿 真分析输电线路过电压的方法，就使学生具备了对电力系统中其他问题进行仿真分析的思 路和能力，从而适应未来工作中进行独立分析研究的需要。1.2 特高压/超高压输电线路的构成及特点使用1000千伏及以上的电压等级输送电能。特高压输电是在超高压输电的基础上发展 的，其目的仍是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距离的电 力系统互联，建成联合电力系统。1000千伏特高压交流输电线路输送功率约为500千伏线路的4至5倍；正负800千伏直 流特高压输电能力是正负500千伏线路的两倍多。同时，特高压交流线路在输送相同功率 的情况下，可将最远送电距离延长3倍，而损耗只有500千伏线路的25%至40%。输送同样 的功率，采用1000千伏线路输电与采用500千伏的线路相比，可节省60%的土地资源。到 2020年前后，国家电网特高压骨干网架基本形成，国家电网跨区输送容量将超过2亿千瓦,占全国总装机容量的20%以上。届时，从周边国家向中国远距离、大容量跨国输电将成为 可能。对于特高压电网的经济性,专家分析:到2020年，通过特高压可以减少装机容量约2000 万千瓦，节约电源建设投资约823亿元；每年可减少发电煤耗2000万吨。北电南送的火电 容量可以达到5500万千瓦，同各区域电网单独运行相比，年燃煤成本约降低240亿元。对于交流特高压而言，主要有两大技术攻关重点：一是制造出可调的并联电抗器，二 是研制1000千伏电压等级的双断口断路器，这两个关键技术问题已经基本解决。对于直流 特高压电网而言，其技术攻关关键是开发6英寸晶闸管。日本已经研制出了6英寸晶闸管，我国在研制6英寸晶闸管方面也已经具备了一定的基础。我国晋东南一南阳一荆门的特高 8压交流试验示范工程的意义在于：它将真正实现全电压、满容量、长距离输电。止匕外，对于我国电网设备制造业而言，中国建设特高压电网对我国民族工业无疑是一 个巨大的推动。中国从2006年开始要发展特高压电网，表明中国已经有勇气解决特高压这 一世界性的难题。1.3 输电线路等值电路将参数均匀分布的输电线路看成由无数个长度为dx的小段组成，每单位长度导线的电 感及电阻分别为L和R,每单位长度导线对地电容及电导分别为C和G则单相等值电路如下 图所示。1.4 MATLAB/SIMULINK 简介和特点20世纪70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开 发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程 序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最高水平。到20世纪70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Clev e Moler,在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使川EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生 川FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利川业余时间为学生编写 EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB,该名为矩 阵(matrix)和实验室(laboratory)两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数年 里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使川，并作为面向大众的免费软件广为流传。1983年春天，Cleve Moler到Stanford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师John Little。John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。同年，他和Cleve Moler、Sieve Bangert一起，川C语言开发了第二代专业版。这一代的MATLAB语言同时具 备了数值计在算和数据图示化的功能。1984年，Cleve Moler和 John Lithe成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。在当今30多个数学类科技取用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可分为两大 类。一类是数值计算型软件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，这类软件长于数值计算，对 处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，如Mathematica、Maple等，这类软件以 符号计算见长，能给出解析解和任意精度解，其缺点是处理大量数据时效率较低。9MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先 在专业水平上开拓了其符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了适合多 学科、多部门要求的新一代科技应川软件MATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB已经占 据了数值型软件市场的主导地位。在MATLAB进入市场前，国际上的许多应川软件包都是直接以FORTRAN和C语言等编 程语言开发的。这种软件的缺点是使川面窄、接口简陋、程序结构不开放以及没有标准的 基库，很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB的出现，为各国科学家开发学 科软件提供了新的基础。在MATLAB问世不久的20世纪80年代中期，原先控制领域里的 一些软件包纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。MathWorks 公司 1993 年推出了 MATLAB 4.0 版，1995 年推出 4.2C 版(for win3.X)1997年推出5.0版。1999年推出5.3版。MATLAB 5.X较MATLAB 4.X无论是界面还是内容 都有长足的进展，其帮助信息采川超文本格式和PDF格式，在Netscape 3.0或IE 4.0及 以上版本，Acrobat Reader中可以方便地浏览。时至今巳，经过Math Works公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科、多 种工作平台的功能强劲的大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校,MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动 态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌 握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛川于科学研究和解决各种具体 问题。MATLAB功能简介及应用范围MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵 它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故川MATLAB来解算问题要比川C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。当前流行的MATLAB 5.3/Simulink 3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工 具包(Toolbox)。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包川来扩充 MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比 较强的工具包,控制工具包，信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。MATLAB和Mathematical Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在 数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建川 户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应川于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常川的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork 10也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加 入了对C,FORTRAN,C+,JAVA的支持。可以直接调川，川户也可以将自己编写的实 川程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调川，此外许多的MATLAB爱好者都编写 了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以使川。MATLAB有着强大的功能，可以川来进行多种工作，具体如下：数值分析、数值和符 号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处 理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程等。MATLAB的应川范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测 量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专 川MATLAB函数集）扩展了 MATLAB环境，可以解决这些应用领域内特定类型的问 题。MATLAB的语言特点MATLAB被称为第四代计算机语言，利川其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序 代码中解放出来。MATLAB的最突出的特点就是简洁。MATLAB川更直观的、符合人们思维习 惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给川户带来的是最直观、最简洁的 程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。语言简洁紧凑，使川方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利川 其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数 都由本领域的专家编写，川户不必担心函数的可靠性。运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运 算符，灵活使川MATLAB的运算符将使程序变得极为简短，具体运算符见附表。MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。语法限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，川户无需对矩阵预定义 就可使用。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运 行。MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程 序不川编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。功能强劲的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各 种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工 具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、11文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。而学科性工具箱 是专业性比较强的，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内的学术水平很高的专家编写的，所以川户无需编 写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。下表列出了MATLAB的核心 部分及其工具箱等产品系列的主要应用领域。源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所 有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，川户可通过对源文件的修改 以及加入自己的文件构成新的工具箱。S i mu I i nk简介Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个川来对动态系统进行建模、仿真 和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也 支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。在其下提供了丰富的仿真 模块。其主要功能是实现动态系统建模、方针与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按 仿真的最隹效果来调试及整定控制系统的参数。Simulink仿真与分析的主要步骤按先后顺 序为为：从模块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行 动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。Simulink模块库提供了丰富的描述系统特性的典型环节，有信号源模块库(Source),接收模块库(Sinks),连续系统模块库(Continuous),离散系统模块库(Discrete),非 连续系统模块库(Signal Routing),信号属性模块库(Signal Attributes),数学运算 模块库(Math Operations),逻辑和位操作库(Logic and Bit Operations)等等，此外 还有一些特定学科仿真的工具箱。Simulink为川户提供了一个图形化的用户界面(GUI)O对于川方框图表示的系统，通 过图形界面，利川鼠标单击和拖拉方式，建立系统模型就像川铅笔在纸上绘制系统的方框 图一样简单，它与川微分方程和差分方程建模的传统仿真软件包相比，具有更直观、更方 便、更灵活的优点。不但实现了可视化的动态仿真，也实现了与MATLAB、C或者FORTRAN 语言，甚至和硬件之间的数据传递，大大扩展了它的功能。12第二章、主要设计内容2.1空载线路的单相合闸过电压及其仿真本次毕业设计的主要内容为：空载线路的合闸过电压及其仿真 利用MATLAB建立的电路模型如下：Continuous pov/ergui电力系统中空载线路的合闸有两种不同的形式：一种是计划性的合闸操作；另一种是 自动重合闸操作。空载线路无论是计划性合闸还是自动重合闸，都将使线路从一种稳态过 度到另一种稳态，由由于系统有L、C的存在，会产生振荡过电压。由于长线路的分布参 数特性，过电压将有工频稳态分量和无限个迅速衰减的高频谐波分量叠加组成。2.2过电压产生的物理过程空载线路合闸过电压与系统和线路参数有关。从不考虑线路的参数的分布特性和考虑 线路的分布特性两种情况，讨论空载合闸过电压产生的物理过程和过电压计算。不考虑线路参数的分布特性计划性合闸当不考虑线路参数分布特性时，分析空载线路合闸(合空线)过电压的等值电路如图 所示，图中L为电感，Ct为线路电容，电源电势e(t)=Emcos(wt+9)o在计划合闸前，线路不存在故障和残余电压，即等值电路中C2 初始电压uc(0)=0.假定仁0合闸，若合闸相角6=0,即在电源 电势为最大值Em时合闸，合闸瞬间线路上电压 要从零值过度到Em,等值电路将产生高频振荡,线路上产生的最大过电压值为Ucm=2Em；若合 闸相角9=/2,即在电源电势为零值时合闸，这 时不会产生振荡，也就不会产生过电压。QF13自动重合闸自动重合闸空载线路线路引起的过电压，主要考虑三相重合闸情况。当系统某一相发 生接地故障时，三相断路器跳开，这时非故障相线路电容Ct上将有残余电荷，即这时UC(。)不等于零。假定t=0合闸，电源重合闸相角8=0,若非故障相残余电压为-Em,则重合闸瞬间线路 上电压要从-Em过渡到电势为Em,将引起高频振荡，产生过电压幅值为Ucm=2Em-(-Em)=3Em；若非故障相残余电压为Em,这时重合闸，线路上电压不变，也就不会产生过电压。从上述分析可知计划性空合闸线路产生的最大过电压为2.0倍；三相重合空载线路产生最 大过电压为3.0倍。考虑线路的分布参数特性通过上述分析可知，在最不利的三相重合闸条件下，由于非故障相的初始电位影响，最大值过电压可达3.0倍。显然，对于超高压电网这种情况是不允许发生的，故超高压电 网中不采用三相重合闸操作方式，故采用单相自动重合闸时，空载线路的初始电位都为0.为简化分析，略去线路损耗假定三相断路器同期合闸，则仍可按单相分析空载线路 合闸过程。图中用于分析空载线路合闸的单相等值电路图。设t=0时初始电压为零的空载长线与交流电源e(t)=Emcos(wt+0)m,利用拉普拉斯变 换可以写出合闸后的线路首端电压的运算形式为U(P)=E(p)z/尸)PL+ZP)E(P)=EmP cos 0-co sin 0P2+式中E(p)-一电源电压运算形式；PL-电源内电感的运算形式电抗；Zrk(p)-一运算形式的空载长线路首端的入口阻抗，Zrk(p)=Zc1ctha(p)I。线路末端的运算形式则为U2(p)=k12(p)U1(p)14式中K12(p)线路首端到末端的传递函数，对于空载长线路K12(p)=1/cha(p)尸 尸cos。一口cos。Zrctha(P)l 1(P)=Em-.-线路末端电压的运算表达式为：PLs+Zcictha(P)l cha(P)l利用分解定理，可得合闸后线路末端的电压表达式为：。2=A cos3+8)+A cos/+6)i=l由上式可以看到，过度过程中线路上电压由稳态分量Awcoswt和自由分量 Aicoswit组 成，其中自由分量是由各谐波分量Aicoswit组成。由物理概念可知，各分量的振幅Ai,Ai与电源及线路参数有关，各分量的振荡角频率Wi则有电源内电感及线路参数所决定，不同谐波振幅值Ai随着wi增加而减小。由计算可知，在某种情况下，空载长线路合闸时的基波分量振幅Ai可能较稳态分量 振幅A大，而过电压倍数可能大于2,这是在集中参数电路中是不会出现的。在超高压电网中，线路损耗通常较小，对谐波振荡角频率wi影响较小，而主要影响 谐波振幅Ai,考虑线路损耗影响，线路末端电压可表达为00u2(t)=AcosattO+乞4.cos%+&)i=l|3i-各次谐波振幅的衰减系数。152.3影响过电压的因素由上述分析可知，空载线路的合闸过电压取决于合闸时电源电压相位角e,e是个随机 数值，遵循统计规律。般合闸有预击穿现象，即合闸过程中，随着触头间距离越来越近,触头间电位差已将介质击穿，使电气接通早于机械触头的接触。对于油断路器的统计表明，合闸相位角多半处于最大值附近的正负30度之内。但对于快速空气断路器而言，合闸相 位角0的分布比较均匀，既有可能在0二0。时合闸，也有可能在0。时合闸，也可能在 0=90时合闸。线路上残余电压uc(0)的极性和大小，对过电压的幅值的影响也很大，这是三相重合 闸过电压的重要特点。残余电压的大小取决于线路绝缘子表面的泄漏，在0.3-0.5S重合闸 时间内，残余电压一般可下降10%-30%0当系统采用单相重合闸操作方式时，线路上残 余电压为零。此外，空载线路的合闸过电压还与线路参数，电网结构，母线的出线数，断路器合闸 时三相的同期性和导线电晕有关。2.4限制过电压的措施超高压系统中，在最不利的情况下，空载线路的合闸过电压可能达到2.5倍以上，除采 用并联电抗电抗器等降压措施外，尚需采用专门的措施加以强迫限制。目前，我国采用自带并联电阻的断路器作为主要限压措施，并用性能良好的氧化锌避 雷器作为后备保护。对于短线路，可用氧化锌避雷器作为主要限压措施。下面讨论断路器 的并联电阻对合闸过电压的抑制作用。带并联电阻断路器的等值电路如下图所示。图中S1为主触头，S2为辅助触头，R为 并联电阻。合闸操作时，先合辅助触头S2,R串入回路中阻尼振荡，间隔一定时间后，再 合主触头S1,完成合闸操作。采用带有合闸电阻的断路器后一般可将合空线过电压限制到 2倍以下。断路器的并联电阻值可依据系统允许的操作过电压水平，通过计算获得。在超 高压系统，断路器的并联电阻一般取R=400Q,其接入时间一般取8-10ms。采用单相自动重合闸，这时故障相的初始电压Uc(0)=0,重合闸时就不会出现高幅 值的过电压，利用线路侧的电磁式电压互感器，也可泄放线路上的残余电荷，可降低重合 闸过电压。采用息弧能力强通流容量大的氧化锌避雷器，可限制合空线过电压幅值。合空载线路产生过电压是由于合闸时断路器触头间有电压差引起的。因此可采用专门 的同步合闸控制装置，使断路器在触头间的电位差接近于零时完成合闸操作，这将使合闸 暂态过电压大大减弱，从而可基本消除空载线路合闸过电压。16从上面分析可知，毕业设计可从以下三个方面进行研究：一是通过改变断路器的合闸 相角来改变过电压的大小；二是，改变线路损耗来研究过电压的大小；三是通过是否使用 带并联电阻的断路器来研究操作过电压。这次毕业设计我主要研究对象是以平武线(河南平顶山到湖北武昌)500kv输电线路 的单相合闸空载线路过电压为对象进行的研究，这条输电线路长度为594.88km,踏所采 用的是LGJQ-300*4的钢芯铝绞线，查得它的参数为：r1=0.023Q/km,X1=0.276Q/km,b1=4.03x1()-6s/km,r1,x1,b1分别为其单位长度的电阻，电抗，导纳参数。由公式：x1=2 fL,可以计算得L=0.87898x1。H/km,由公式：bl=任一.10-6 ci=。241 jo-6TgDm/rm 和 Dm/req 可得第 1276x10/1172.5未使用合闸电阻时的仿真模型及参数如下交流电源的参数AC Volt age Source(mask)(link)Ideal sinusoidal AC Volt age source.ParametersPeak amplitude(V):500e3|Phase(deg):360Frequency(Hz):50Sample time:0Measurements|Volt age18R参数设置Parallel RLC Branch(mask)(link)Implements a parallel branch of RLC elements.Use the?Branch type parameter to add or remove elements from the branch.ParametersBranch type:R Resistance R(Ohms):20MeasurementsNoneRLC参数设置Parallel RLC Branch(mask)(link)Implements a parallel branch of RLC elements.Use the?Branch type parameter to add or remove elements from the branch.ParametersBranch type:|RLC Resist ance R(Ohms):150Inductance L(H):26.5e-3 Set the initial inductor currentCapacitance C(F):110.32e-6 Set the initial capacitor volt ageMeasurements|None 19Cl参数设置Parallel RLC Branch(mask)(link)Implements a parallel branch of RLC elements.Use the Branch type*parameter to add or remove elements from the branch.ParametersBranch type:|C Capacit ance C(F):2.51e-6 Set the initial capacitor volt ageMeasurements None 断路器B的参数设置Breaker resistance Ron(Ohm):07 01Initial state(0 for open$1 for closed):0Snubber resistance Rs(Ohms):le6Snubber capacitance Cs(F):0Switching times(s):0.00520分布参数电路的参数Implements a N-phases distributed parameter line model.The rlc parameters are specified by NxN matrices.To model a two-,three-,or a six-phase symmetrical line you can either specify complete NxN matrices or simply enter sequence parameters vectors:the positive and zero sequence parameters for a two-phase or three-phase transposed line,plus the mutual zero-sequence for a six-phase transposed line(2 coupled 3-phase lines).ParametersNumber of phases N:Frequency used for rlc specification(Hz):50Resistance per unit length(Ohms/km)NxN matrix or rl rO rOm:0.0263Inductance per unit length(H/km)NxN matrix or 11 10 10m:0.87898e-3Capacitance per unit length(F/km)NxN matrix or cl cO cOm:12.76e-9Line length(km):594.88Measurements None 21仿真S1的波形为t=0.005s合闸时S2的波形为所以在空载线路合闸会发生过电压。当然影响空载线路合闸过电压的因素有很多，下面主要分析在合闸时刻的电源电压的相位 角不同时的过电压，以及断路器是否带并联电阻对过电压的影响。当然在实际电路中，能量损耗会引起振荡分量的衰减，损耗主要有两个方面：一是输 电线路及电源的电阻，二是过电压较高时，线路上上出现出现电晕，这些都会使过电压降 低。222.6合闸相位不同时对空载线路合闸过电压的影响10,。二0时，也就是电源电压过零时合闸的过电压波形如下:t=0.002s合闸时过电压如下:23t=0.004s时合闸的过电压波形如下:t=0.005s时合闸，也就是电源电势为最大值时合闸过电压波形如图:由上图可以看出0角的不同确实会对合闸过电压产生影响，最后达到稳态值得电压都要比 电源电压500kv要大达到了 600kv左右是由于长线路的电容效应引起的。考虑到线路损耗 的影响，我们来改变一下线路损耗对合闸过电压的影响（为了防止电容效应对仿真结果的 影响，我们来改变单位长度电阻的大小来探究线路损耗对合闸过电压的影响），上面单位 长度电阻为0Q263Q/km,下面讨论在仁0.005s时合闸过电压不同单位长度电阻（不同电 路损耗）对合空线过电压的影响。当r=0.1Q/kmQ.2Q/kmO3Q/kmO4Q/km时进行比较。242.7线路损耗不同时对合闸操作过电压的影响当-0.1口/即时，过电压波形为:0 0,01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1Time offset:0当r=0.2D/km时，过电压波形为:Time offset:025当r=0.3D/km过电压波形为:当r=0.4D/km过电压波形为:通过上图分析线路损耗越大线路合闸电压也就越低。262.8断路器是否带并联电阻时对合闸空载线路过电压的影响在断路器没有并联电阻的时候：Continuous_pov/ergui27在断路器有并联电阻的时候:Continuous powergui108642先合辅助触头B,在合Bl,在0.017s合辅助触头B,在0.025s合主触头Bl（并联电阻阻值 为400Q）.这时合闸过电压波形为：0-6-80.050.09Time offset:00.02 0.03通过断路器是否带并联电阻的过电压波形分析比较可得，带并联电阻的断路器可大大减小 合闸空载线路的过电压。282.9分布参数模型与pi型集中参数模型的比较:.-Continuous_pov/ergui当改用pi型等效电路的模型，在0.005s合闸过电压波形为:629使用分布参数等效电路在0.005s合闸的过电压波形为:可以看出使用pi型等效电路没有使用分布参数电路的过电压高，pi型电路限制了电路中 电压，电流频率的变化范围，对于研究基频下的电力系统与控制系统之间的相互关系，pi 型电路可达到足够的精度，但是对于研究开关合闸瞬变等含高频暂态分量问题时，就不得 不考虑分布参数特性，本次设计研究的是500kv,598.88km的线路就不得不考虑分布参数 特性了，所以使用分布参数模块更加符合实际线路的情况。30结论：合闸时电源电压的瞬时值取决于它的相位，相位的不同直接影响过电压的幅值，若需要在较有利的情况下合闸，一方面需要改进高压短路器的机械特性，提高触头的运动 速度，防止触头间预击穿的产生；另一方面通过专门的控制装