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基于MATLAB微机距离保护算法的输电线路仿真模型研究

史军;何占宾;苑娇阳

【摘要】运用MATLAB6.5的Simulink仿真工具,建立了电力系统输电线路V、

W两相接地短路故障的模型,结合2种微机保护算法编程计算短路阻抗,绘制出仿真

波形,比较算法的计算精度和计算速度,认为该模型可以分析微机保护算法的误差来

源、滤波性能及各种因素对微机距离保护算法的影响,为距离保护的设计和动作行

为的分析提供了一种新的手段.

【期刊名称】《河北电力技术》

【年(卷),期】2010(029)004

【总页数】3页(P29-30,33)

【关键词】输电线路;微机保护算法;MATLAB/Simulink;建模仿真

【作者】史军;何占宾;苑娇阳

【作者单位】保定供电公司,河北,保定,071000;保定电力职业技术学院,河北,保

定,071051;保定供电公司,河北,保定,071000

【正文语种】中文

【中图分类】TM773

0引言

微机保护算法是实现微机保护故障测量、分析和判断的基础,而算法运算的基础则

是若干个离散数化的数字序列,因此,微机保护的一个基本问题是寻找适当的离散运

算方法,使运算结果的精度既能满足工程要求,又要尽可能缩短计算耗时[1]。

为深入研究继电保护算法，仿真软件及仿真系统得到广泛应用。加强继电微机保护

算法的仿真研究，对于进一步提高微机保护选择性、速动性、灵敏性和可靠性，满

足电网安全稳定运行的要求具有现实指导意义[2-3]。

1仿真模型的建立

为了研究电力系统在发生短路故障时电气量的特点，利用MATLAB的电力系统工

具箱(PSB)，在Simulink环境中针对一条超高压线路搭建了仿真模型，并给出了1

个具体算例。

图1所示为一条两端电源的高压线路，将高压线路两端系统简化为无穷大容量的

三相电压源，线路采用分布参数。线路电压等级为500kV，线路长度为300km。

图1仿真用500kV输电线路

图2为利用MATLAB6.5建立的对应于图1所示线路的故障仿真模型，模型中用

到了三相等值系统模块、三相分布参数线路模块、三相故障模块、三相电压电流故

障模块等。

图2线路故障仿真模型

在输电线路上距M侧保护安装处50km发生V、W接地短路故障，仿真时间为

0.1s开始故障，0.2s结束故障。

在仿真中采样频率为600Hz，即每隔0.02/12s输出一个数据点。仿真完成后，

对MATLAB生成的数据进行分析。针对不同的算法，对数据进行算法仿真，由此

来绘制出仿真波形，从而对各种算法进行定性评价及分析。

2周期函数模型算法的仿真结果

利用所建模型得到故障电压电流数据，依据傅里叶算法原理及结论，设计了相应地

算法程序。将仿真程序计算的结果绘制成图，仿真结果包括故障电压、电流波形，

阻抗继电器的电压和电流波形，如图3、图4所示。输电线路V、W相发生相间

短路，U相仍正常工作，V、W两相电压瞬间降低，电流瞬间升高。通过Tukey

低通滤波，滤除由故障产生的高频分量，模拟阻抗继电器测量短路点到保护安装处

的线路阻抗，并与整定阻抗进行比较以确定是否动作[4-5]。

(a)故障电压波形(b)故障电流波形图3故障电压和电流的波形

(a)电压波形电流波形图(b)4V、W相阻抗继电器的电压电流波形

在此仿真中，根据模型数据，利用算法算出电压、电流的实、虚部，并由此计算出

阻抗的x，y分量，计算所得结果就是测量阻抗。

根据模型参数，短路阻抗Zk=(R1+jX1)×1=1.04+j14.11；与该理论数据相比较可

以发现，仿真算法得到的测量阻抗比较准确得反应了短路阻抗的大小；其中，全波

傅里叶算法计算的数值比较准确，半波傅里叶算法计算的电阻值有些误差。

在微机继电保护中计算出测量电抗Xm和测量电阻Rm后，可以很方便的用一个

计算公式来表示圆内特性。方程为：

(Xm-X0)2+(Rm-R0)2≤r2

(1)

式中：R0为圆心矢量的电阻分量；X0为圆心矢量的电抗分量；r为圆的半径。

图5为测量阻抗在阻抗圆中的结果。方向阻抗圆直径由整条300km线路阻抗的x，

y分量平方和开方得出，圆内是动作区，圆外是闭锁区。正常时，测量阻抗位于闭

锁区中。

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