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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
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[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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更新时间:2025/3/17 2:27:43