| 标题 | 基于MATLAB的输电线路故障行波仿真的研究 |
| 范文 | 摘 要：为了便于对输电线路故障行波的学习和研究，提出了基于MATLAB的输电线路故障行波仿真方法。介绍了线路故障行波的提取方法，建立了基于分布参数模型的输电线路故障行波仿真平台，应用该平台和MATLAB编程实现了对输电线路故障的仿真以及故障行波的提取。 关键词：行波；MATLAB；仿真平台；分布参数 当线路发生故障时，电力系统中运行着电压和电流行波，这些暂态故障行波中含有故障方向、故障距离等丰富的故障信息。为了电力系统运行的稳定性与安全性，需要快速找到故障点发生的位置和时间，从而及时恢复电力系统的运行，而输电线路故障行波的性能可以更好的优化电力系统的配置，最大程度的减小因故障造成的经济损失。 1 输电线路故障行波仿真平台的构建 MATLAB是当前国际认可的优秀科技应用软件，它的功能覆盖面非常大，可以广泛应用在各行各業。 首先打开MATLAB，单击界面工具栏中的SIMULINK图标，窗口即会显示一个simulink libarary browser窗口，在matlab菜单命令中选择file-new-model，可弹出simulink模型库窗口。此仿真模型是由3个电源和4段分布参数输电线构成的一个环形电网，从模型库中选择三相电压电流测量模块、三相线路故障模块、三相电压源、示波器、分布参数仿真线和各种元器件模块，对它们进行拖拽放置在当前仿真平台窗口上。用输电线连接好各个模块即可构成仿真模型图如图1所示。 在图1中，模型电源采用的是“three-phase soure”模型，三相电源E1、E2和E3的电势初位差分别设置为0°、30°和60°。输电线路仿真模块采用“Distributed Parameters Line”分布参数模型，线路line1、line2、line3和line4的长度分别设置为100km、100km、150km和260km，打开它们的参数选项，把相数设置为3，线路频率设置为50HZ，单位长度的电阻值为0.021Ω，电感值为0.0009 L。 2 基于仿真平台的正反向行波的提取 依据图1的仿真模型对线路进行仿真可得到一个三相电压、电流数据文件xingbo.mat。选取一段故障时间内的三相电压值、电流值，减去故障前的数值，可得到三相电压、电流的暂态量，将这个数值进行Clarke数量变换后可计算出正向行波和反向行波的数值分量。由以上过程运用MATLAB语言编写程序可求出正向行波和反向行波的数值分量，设置模型在0.035s时发生故障，故障分量设置故障后的0.035s～0.039s和故障前的0.015s～0.019s的差值，利用下列程序可绘制出相应的波形图。 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 仿真平台的应用 三相线路故障模块的参数区域中选中Phase AFault和Ground Fault，Transition status为[1 0]，Transition times为[0.035 0.10]；3个三相电压源的线电压有效值均为500kV，A相相角依次为0b、30b和60b，LINE设置为100KM，100KM，150KM和260KM，在示波器的Data history参数区域中取消Limit data pionts to last，勾选Save data to workspace选项把变量的存储格式设置为数组格式。 仿真参数：仿真的起止时间分别为0。0s和0。10s；仿真采用固定步长，仿真算法为ode233。点击仿真，仿真完成后可在示波器中看到检测点的三相电压、三相电流波形，如图2和图3所示。 运用编写好的MATLAB语言程序可提取出正向行波和反向行波如图4。 4 总结 仿真结果证明，MATLAB可对三相电路的各种短路故障事件进行仿真分析，它可以对输电线路进行故障行波仿真研究，提取出的行波分量有利于对故障电路的进一步研究与改善。 MATLAB以矩阵运算为基础的强大功能，不仅可以对电力系统进行仿真，还可以通过仿真的学习方法来研究电力系统的原理和性能，从而更有效的优化电力系统的配置，防止各种不利的突发事件。 参考文献 [1]祝龙记.电气工程与自动化控制系统的MATLAB仿真[M].中国矿业大学出版社，2014 [2]于群.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2011 [3]夏道止.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2011 [4]王正林，王胜开.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社，2006 [5]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，2004 [6]吴天明，谢小竹.MATLAB电力系统设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2004 [7]王晶，张有兵.电力系统的MATLAB/Simulink仿真与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008 作者简介 刘星（1994-），河南南阳人，硕士研究生，研究方向电力系统及其自动化。 |
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