基于圖形平臺的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動作邏輯仿真

任文琳

【摘 要】以MATLAB為基礎(chǔ)的仿真技術(shù)能夠完成電力體系繼電保護(hù)的解析以及創(chuàng)設(shè)，筆者以電力體系的繼電保護(hù)為中心環(huán)節(jié)，創(chuàng)建了體系仿真模型，并例舉了電力體系故障、零序電流保護(hù)、變壓器縱差保護(hù)等仿真案例的達(dá)成模式。在參考這部分仿真案例的同時，對仿真成果實施了深度剖析。

【關(guān)鍵詞】MATLAB；電力體系；繼電保護(hù)；仿真研究

為了能夠獲得高特性的繼電保護(hù)商品，通常要完成繼電保護(hù)模擬實驗，以往的繼電保護(hù)試驗多應(yīng)用實體的物理模型，試驗流程繁瑣、成本居高不下，效果也不甚理想，其變通性不佳。電力體系繼電保護(hù)數(shù)字仿真是運用電腦軟件模擬電力體系故障產(chǎn)生后電氣量的波動特性，模擬繼電保護(hù)設(shè)備的處置以及動作的流程，有著穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、能夠反復(fù)試驗、脫離環(huán)境約束、研發(fā)時間短等優(yōu)勢。透過對各類相異的繼電保護(hù)技術(shù)的仿真，并輔以軟件的協(xié)助，可以快速排查出設(shè)施運轉(zhuǎn)時的故障并第一時間處理。而MATLAB為核心的電力體系繼電保護(hù)仿真是其中使用頻率較高的技術(shù)。

一、電力系統(tǒng)故障仿真

筆者使用雙電源供應(yīng)電能的體系模型，電壓級別是220千伏，同步發(fā)電機(jī)電機(jī)的容量是500MV？A，電壓是13.8千伏；頻率是50赫茲；三相變壓器的容量是500MV？A，D11/Yg線路接入模式，頻率是50赫茲。150千米電線的正序阻抗是0.01165+j0.0008679歐姆/千米，對地電容是13.41×10-9F/km。電荷1的電壓達(dá)到220千伏；有功負(fù)荷達(dá)到220×106/250W；無功負(fù)荷達(dá)到200W；負(fù)荷3顯示電壓值是220千伏；有功負(fù)荷達(dá)到220×106/250W；無功負(fù)荷達(dá)到200W；負(fù)荷四電壓值達(dá)到13.8千伏；有功負(fù)荷達(dá)到220×106/250W；沒有無功負(fù)荷。

在設(shè)計故障體系MATLAB仿真模型的過程中，透過故障模塊能夠設(shè)計三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地故障。筆者在此闡述單相接地短路故障，設(shè)計三相短路零件數(shù)據(jù)是A相接地短路，讓仿真系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，獲取電路單相接地短路電壓和電流走向。

顯然，0-0.03秒的范疇內(nèi)，電力體系能夠正常工作，三相電流和電壓相對應(yīng)；在0.03秒的階段產(chǎn)生A相接地故障。A相電壓趨近于無，B相以及C相電壓也較低，因此流經(jīng)A相的電流導(dǎo)致短路問題。三相電壓流入后系統(tǒng)趨于平穩(wěn)，并回到三相對稱運轉(zhuǎn)的態(tài)勢。

以此類推，能夠設(shè)計它類的短路故障，并測試出仿真圖譜，并且能夠測得仿真模型內(nèi)的三相故障模塊的電阻數(shù)據(jù)。透過觀測相應(yīng)的仿真圖譜，解析接地電阻對電力體系的作用。

二、零序電流保護(hù)仿真

Simulink以及PSB模塊庫能夠設(shè)計一套220千伏的單側(cè)電源電能供應(yīng)模型，模擬電力體系的接地故障。而且，構(gòu)建零序電流保護(hù)以及單相重合閘為核心的仿真模型，透過這類模型能夠便利的對各類接地電阻和電弧作用下的故障實施解析，并模仿電力設(shè)備動作。筆者在此闡述單相接地短路故障，把故障模塊設(shè)計成A相接地短路，其仿真圖見下圖：

上圖顯示：在0.03秒的時間段中電路產(chǎn)生單相接地故障，A相電路產(chǎn)生劇烈波動，電壓不穩(wěn)定，繼電設(shè)備動作后0.05秒保護(hù)端口跳閘，跳閘時間達(dá)到0.3秒的時候自行重合閘。因此，故障依然沒有消除，保護(hù)僅用時0.01秒就下達(dá)了跳閘指令。其流程是跳閘—重合閘——第二次跳閘。

三、變壓器縱差保護(hù)仿真

使用雙面電能供應(yīng)模型，電壓級別達(dá)到735千伏/315千伏，變壓器兩端布置斷路器。

通過仿真設(shè)計，三相電源端的電壓達(dá)到735千伏，頻率達(dá)到50赫茲；低壓端電壓達(dá)到315千伏，頻率達(dá)到50赫茲。三相變壓器SN數(shù)值是250MV？A，U1N/U2N數(shù)值是735千伏/315千伏，線路接入模式Y(jié)，d11。

在變壓器縱差保護(hù)的MATLAB仿真模型內(nèi)，使用故障模塊能夠模擬變壓器區(qū)內(nèi)外的任意故障。筆者在此闡述區(qū)內(nèi)三相短路故障，應(yīng)設(shè)計故障零件是A、B、C三相短路，短路點布置于靠里的方位，模擬變壓器縱差保護(hù)內(nèi)部三相故障，這種仿真模式的使用，能夠獲得電流、電壓以及跳閘的簡圖，在0-0.03秒的時間段內(nèi)，電路能夠平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，三相電流和電壓對應(yīng)。在0.03秒的時間段產(chǎn)生三相短路故障，三相電壓降低，三相電流快速躥升形成短路狀態(tài)，三相電壓與電流對應(yīng)，表示三相短路是對稱短路。在0.13秒的時間段內(nèi)，變壓器縱差保護(hù)動作，排除問題，電壓是電源電壓，電流值趨近于無。

四、綜合故障分析系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)功能

綜合故障分析系統(tǒng)能夠為從事調(diào)度人員、繼電保護(hù)人員等提供準(zhǔn)確的故障信息、故障位置，以便使系統(tǒng)快速地恢復(fù)，還可為技術(shù)人員提供完整的故障電流和電壓的情況，對系統(tǒng)中各設(shè)備提供保護(hù)。故障檢測系統(tǒng)可使保護(hù)設(shè)備及故障錄波設(shè)備時鐘同步，從而為監(jiān)控設(shè)備提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，經(jīng)過智能化處理，實現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)的安全傳輸。為了保證測距的準(zhǔn)確度可采用雙端故障測距方法，提供數(shù)據(jù)交換接口，確保數(shù)據(jù)靈活、可靠。繼電保護(hù)裝置檢查標(biāo)準(zhǔn)：屏、盤、箱、柜等裝置上的各種電器、儀表、信號等元器件完整齊全，安裝端正；二次設(shè)備的接地端應(yīng)可靠接地；裝置及周圍地面干凈、整潔，無雜物；電氣設(shè)備在運行中不得解除繼電保護(hù)。

4.2繼電保護(hù)與檢測方法

4.2.1故障檢測與繼電保護(hù)網(wǎng)格化

對電力系統(tǒng)中各重要設(shè)備采用差動保護(hù)，并利用主站統(tǒng)一處理數(shù)據(jù)，根據(jù)繼電保護(hù)裝置提供的電流或電壓信息，實時測量故障位置及類型，最后將測量數(shù)據(jù)匯總向保護(hù)裝置發(fā)指令，達(dá)到快速切除故障設(shè)備的目的，從而保證電力系統(tǒng)安全、可靠。

4.2.2繼電保護(hù)和檢測自動控制

自適應(yīng)保護(hù)可動態(tài)檢測系統(tǒng)運行模式，并根據(jù)故障類型不同自動設(shè)定保護(hù)數(shù)值，從而更好地滿足電力系統(tǒng)運行要求，對改善線路保護(hù)、變壓器保護(hù)等有很大幫助。

4.2.3將各種智能算法應(yīng)用于繼電保護(hù)和檢測系統(tǒng)中目前，最常用的人工智能檢測算法是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，另外還有BCC算法、遺傳算法等高級算法，它們可以自主學(xué)習(xí)、自組織，并對一些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲和處理。經(jīng)過多年的發(fā)展，人工智能算法應(yīng)用在繼電保護(hù)中已經(jīng)可以實現(xiàn)保護(hù)方向自動識別、故障自處理等功能，為繼電保護(hù)和故障檢測人員減輕了工作負(fù)擔(dān)。在該領(lǐng)域，智能算法的應(yīng)用還處于研究階段，但具有光明的發(fā)展前景。

結(jié)束語：

綜上，在MATLAB內(nèi)，電力體系模型能夠在Simulation的背景下完成構(gòu)建，再利用MATLAB強(qiáng)大的工具箱，能夠在電力體系的仿真過程中，得心應(yīng)手地使用各類繁雜的管控模式?；贛ATLAB的電力體系繼電保護(hù)仿真技術(shù)是未來電力仿真領(lǐng)域的發(fā)展潮流。

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）