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    基于MATLAB的輸電線路故障行波仿真的研究

    2017-11-20 05:47:22劉星
    卷宗 2017年30期
    關(guān)鍵詞:行波

    摘 要:為了便于對輸電線路故障行波的學(xué)習(xí)和研究,提出了基于MATLAB的輸電線路故障行波仿真方法。介紹了線路故障行波的提取方法,建立了基于分布參數(shù)模型的輸電線路故障行波仿真平臺,應(yīng)用該平臺和MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了對輸電線路故障的仿真以及故障行波的提取。

    關(guān)鍵詞:行波;MATLAB;仿真平臺;分布參數(shù)

    當(dāng)線路發(fā)生故障時,電力系統(tǒng)中運(yùn)行著電壓和電流行波,這些暫態(tài)故障行波中含有故障方向、故障距離等豐富的故障信息。為了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性,需要快速找到故障點(diǎn)發(fā)生的位置和時間,從而及時恢復(fù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行,而輸電線路故障行波的性能可以更好的優(yōu)化電力系統(tǒng)的配置,最大程度的減小因故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。

    1 輸電線路故障行波仿真平臺的構(gòu)建

    MATLAB是當(dāng)前國際認(rèn)可的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件,它的功能覆蓋面非常大,可以廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。

    首先打開MATLAB,單擊界面工具欄中的SIMULINK圖標(biāo),窗口即會顯示一個simulink libarary browser窗口,在matlab菜單命令中選擇file-new-model,可彈出simulink模型庫窗口。此仿真模型是由3個電源和4段分布參數(shù)輸電線構(gòu)成的一個環(huán)形電網(wǎng),從模型庫中選擇三相電壓電流測量模塊、三相線路故障模塊、三相電壓源、示波器、分布參數(shù)仿真線和各種元器件模塊,對它們進(jìn)行拖拽放置在當(dāng)前仿真平臺窗口上。用輸電線連接好各個模塊即可構(gòu)成仿真模型圖如圖1所示。

    在圖1中,模型電源采用的是“three-phase soure”模型,三相電源E1、E2和E3的電勢初位差分別設(shè)置為0°、30°和60°。輸電線路仿真模塊采用“Distributed Parameters Line”分布參數(shù)模型,線路line1、line2、line3和line4的長度分別設(shè)置為100km、100km、150km和260km,打開它們的參數(shù)選項(xiàng),把相數(shù)設(shè)置為3,線路頻率設(shè)置為50HZ,單位長度的電阻值為0.021Ω,電感值為0.0009 L。

    2 基于仿真平臺的正反向行波的提取

    依據(jù)圖1的仿真模型對線路進(jìn)行仿真可得到一個三相電壓、電流數(shù)據(jù)文件xingbo.mat。選取一段故障時間內(nèi)的三相電壓值、電流值,減去故障前的數(shù)值,可得到三相電壓、電流的暫態(tài)量,將這個數(shù)值進(jìn)行Clarke數(shù)量變換后可計(jì)算出正向行波和反向行波的數(shù)值分量。由以上過程運(yùn)用MATLAB語言編寫程序可求出正向行波和反向行波的數(shù)值分量,設(shè)置模型在0.035s時發(fā)生故障,故障分量設(shè)置故障后的0.035s~0.039s和故障前的0.015s~0.019s的差值,利用下列程序可繪制出相應(yīng)的波形圖。

    load xingbo.mat;

    m=n;

    ua=m(3501:3900,2)-m(1501:1900,2);

    ia=m(3501:3900,5)-m(1501:1900,5);

    ub=m(3501:3900,3)-m(1501:1900,3);

    ib=m(3501:3900,6)-m(1501:1900,6);

    uc=m(3501:3900,4)-m(1501:1900,4);

    ic=m(3501:3900,7)-m(1501:1900,7);

    Q=1/3*[ 2 -1 -1

    0 sqart(3) -sqrt(3)

    1 1 1];

    Um1=Q(1,:)*[ua ub uc];

    Im1=Q(1,:)*[ia ib ic];

    Lm1=0.8984e-3;

    Cm1=12.94e-9;

    Zcm1=sqrt(Im1/Cm1);

    Uf=(Um1+Um1*Zcm1);

    Ur=(Um1-Im1*Zcm1);

    Uf1=Uf;

    Ur1=Ur;

    T1=0:10:3990;

    T=t1;

    Plot(t,Uf1,‘r,t,Ur1, ‘b—);

    Xlabel(‘t/us);ylabel(‘u/v);

    Legend

    3 仿真平臺的應(yīng)用

    三相線路故障模塊的參數(shù)區(qū)域中選中Phase AFault和Ground Fault,Transition status為[1 0],Transition times為[0.035 0.10];3個三相電壓源的線電壓有效值均為500kV,A相相角依次為0b、30b和60b,LINE設(shè)置為100KM,100KM,150KM和260KM,在示波器的Data history參數(shù)區(qū)域中取消Limit data pionts to last,勾選Save data to workspace選項(xiàng)把變量的存儲格式設(shè)置為數(shù)組格式。

    仿真參數(shù):仿真的起止時間分別為0。0s和0。10s;仿真采用固定步長,仿真算法為ode233。點(diǎn)擊仿真,仿真完成后可在示波器中看到檢測點(diǎn)的三相電壓、三相電流波形,如圖2和圖3所示。

    運(yùn)用編寫好的MATLAB語言程序可提取出正向行波和反向行波如圖4。

    4 總結(jié)

    仿真結(jié)果證明,MATLAB可對三相電路的各種短路故障事件進(jìn)行仿真分析,它可以對輸電線路進(jìn)行故障行波仿真研究,提取出的行波分量有利于對故障電路的進(jìn)一步研究與改善。

    MATLAB以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的強(qiáng)大功能,不僅可以對電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真,還可以通過仿真的學(xué)習(xí)方法來研究電力系統(tǒng)的原理和性能,從而更有效的優(yōu)化電力系統(tǒng)的配置,防止各種不利的突發(fā)事件。

    參考文獻(xiàn)

    [1]祝龍記.電氣工程與自動化控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2014

    [2]于群.MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011

    [3]夏道止.電力系統(tǒng)分析[M].北京:中國電力出版社,2011

    [4]王正林,王勝開.MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006

    [5]賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京:中國電力出版社,2004

    [6]吳天明,謝小竹.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004

    [7]王晶,張有兵.電力系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008

    作者簡介

    劉星(1994-),河南南陽人,碩士研究生,研究方向電力系統(tǒng)及其自動化。endprint

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