微机保护算法综合仿真及习题..doc

第一部分 微机保护算法综合仿真方法 第一节 概述 我们在电力系统微机保护原理课程中已经学习了数字滤波器和保护算法的设计方法。但是，这些方法都是理论上的，而且往往都作了一些假设和简化处理。例如，在设计FIR滤波器时采用某种窗函数对冲激响应h(t)进行截断处理，在采用富氏算法时假设信号是周期性的等等。这些理论上设计出来的滤波器和保护算法在电力系统各种复杂故障情况下，尤其是在考虑电力系统故障暂态的情况下，其性能是否能满足要求，还需要进行更多更深入的研究。 由于不可能在真实的电力系统中去制造短路故障以考核所设计的滤波器和保护算法的正确性和有效性，所以，通常的做法是首先进行仿真研究，成功后再在动模系统上进行实验考核，考核通过后即可送国家质量检测中心进行检测。可见，仿真研究是设计微机保护必须进行的重要工作之一。 电力系统故障暂态仿真常用电力系统电磁暂态仿真程序（EMTP）进行。EMTP可用以完成电力系统各种元件、线路故障的暂态仿真，应用十分广泛。但是，在需要对暂态故障电流电压数据进行进一步研究分析时，往往需要借助其它分析软件，而且很多时候还需要对故障电流电压数据的格式进行转换，使用上不是很方便。而利用MATLAB软件包进行电力系统故障仿真、数字滤波器设计及微机保护算法仿真则非常简单。例如，MATLAB 6.5软件包自带电力系统电磁暂态仿真程序，即电力系统工具箱SimPowerSystems，利用它完成电力系统故障暂态仿真后，进行微机保护算法综合仿真时可以直接调用暂态故障电流电压仿真数据。 进行电力系统故障暂态仿真和微机保护算法综合仿真的方法和步骤如下： （1）根据原始电力系统的接线与系统参数，建立电力系统故障暂态仿真模型。 （2）利用MATLAB软件包自带的电力系统工具箱SimPowerSystems完成电力系统故障暂态仿真后，得到暂态故障电流电压数据。 （3）编制微机保护数字滤波器和保护算法的综合仿真程序，通过对暂态故障电流电压数据的滤波处理和保护算法运算，研究分析数字滤波器与保护算法的基本性能。 第二节 电力系统工具箱设计基础 一、电力系统工具箱概述 电力系统工具箱是MATLAB环境下的电力系统仿真工具，其仿真文件类型为.mdl。电力系统工具箱为用户提供了很方便的图形化功能模块。功能模块运行于MATLAB的Simulink模拟工具环境，可通过用鼠标点击、拖拽等简单操作实现仿真功能模块的选取、连接等功能，使得用户可以迅速方便地连接一个电力系统仿真模拟系统，从而简化电力系统仿真模拟设计流程，减轻设计负担。 电力系统工具箱的功能模块库包含了典型的电力系统仿真功能模块，如电力变压器、输电线路、发电机及各种电力电子元件等。用户可利用图形化功能模块库迅速完成自己的电力系统故障暂态仿真工作。所有这些仿真功能模块都带有自己的帮助文件，用以描述模块的功能、参数、属性设置方法及基本使用方法。 三、电力系统模块库的几类基本模块 下面以表格的形式给出了电力系统模块库中的模块功能简介，从而使用户可以对电力系统模块库的一些主要模块有一个初步的认识。如表1至表9所示，这些表中的模块名和模块库中的模块图标下的名称一致。 表1 Electrical Sources Library Blocks（电源库模块） Block Name（模块名） Purpose（功能） AC Current Source 实现一个正弦型电流源 AC Voltage Source 实现一个正弦型电压源 Controlled Current Source 实现一个受控电流源 Controlled Voltage Source 实现一个受控电压源 DC Voltage Source 实现一个直流电压源 表2 Power Electronics Library Blocks（电力电子库模块） Block Name（模块名） Purpose（功能） Diode 实现一个二极管 GTO 实现一个门极可关断的晶闸管 Ideal Switch 实现一个理想开关 IGBT 实现一个绝缘栅双基极管 MOSFET 实现一个金属氧化物半导体场效应管 Thyristor 实现一个晶闸管 表3 Measurements Library Blocks（测量库模块） Block Name（模块名） Purpose（功能） Current Measurement 测量电路中的电流 Impedance Measurement 测量电路中的阻抗（频率的函数） Multimeter 测量电力系统组合模块的电压和电流 Voltage Measurement 测量电路中的电压 表4 Elements