基于圖形平臺的電力系統繼電保護動作邏輯仿真

任文琳

【摘 要】以MATLAB為基礎的仿真技術能夠完成電力體系繼電保護的解析以及創設，筆者以電力體系的繼電保護為中心環節，創建了體系仿真模型，并例舉了電力體系故障、零序電流保護、變壓器縱差保護等仿真案例的達成模式。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。

【關鍵詞】MATLAB；電力體系；繼電保護；仿真研究

為了能夠獲得高特性的繼電保護商品，通常要完成繼電保護模擬實驗，以往的繼電保護試驗多應用實體的物理模型，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。電力體系繼電保護數字仿真是運用電腦軟件模擬電力體系故障產生后電氣量的波動特性，模擬繼電保護設備的處置以及動作的流程，有著穩定性強、成本低、能夠反復試驗、脫離環境約束、研發時間短等優勢。透過對各類相異的繼電保護技術的仿真，并輔以軟件的協助，可以快速排查出設施運轉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仿真是其中使用頻率較高的技術。

一、電力系統故障仿真

筆者使用雙電源供應電能的體系模型，電壓級別是220千伏，同步發電機電機的容量是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的電壓達到220千伏；有功負荷達到220×106/250W；無功負荷達到200W；負荷3顯示電壓值是220千伏；有功負荷達到220×106/250W；無功負荷達到200W；負荷四電壓值達到13.8千伏；有功負荷達到220×106/250W；沒有無功負荷。

在設計故障體系MATLAB仿真模型的過程中，透過故障模塊能夠設計三相短路、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，設計三相短路零件數據是A相接地短路，讓仿真系統運轉，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，電力體系能夠正常工作，三相電流和電壓相對應；在0.03秒的階段產生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A相的電流導致短路問題。三相電壓流入后系統趨于平穩，并回到三相對稱運轉的態勢。

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

二、零序電流保護仿真

Simulink以及PSB模塊庫能夠設計一套220千伏的單側電源電能供應模型，模擬電力體系的接地故障。而且，構建零序電流保護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，并模仿電力設備動作。筆者在此闡述單相接地短路故障，把故障模塊設計成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生單相接地故障，A相電路產生劇烈波動，電壓不穩定，繼電設備動作后0.05秒保護端口跳閘，跳閘時間達到0.3秒的時候自行重合閘。因此，故障依然沒有消除，保護僅用時0.01秒就下達了跳閘指令。其流程是跳閘—重合閘——第二次跳閘。

三、變壓器縱差保護仿真

使用雙面電能供應模型，電壓級別達到735千伏/315千伏，變壓器兩端布置斷路器。

通過仿真設計，三相電源端的電壓達到735千伏，頻率達到50赫茲；低壓端電壓達到315千伏，頻率達到50赫茲。三相變壓器SN數值是250MV？A，U1N/U2N數值是735千伏/315千伏，線路接入模式Y，d11。

在變壓器縱差保護的MATLAB仿真模型內，使用故障模塊能夠模擬變壓器區內外的任意故障。筆者在此闡述區內三相短路故障，應設計故障零件是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內部三相故障，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，電路能夠平穩運轉，三相電流和電壓對應。在0.03秒的時間段產生三相短路故障，三相電壓降低，三相電流快速躥升形成短路狀態，三相電壓與電流對應，表示三相短路是對稱短路。在0.13秒的時間段內，變壓器縱差保護動作，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

4.1系統功能

綜合故障分析系統能夠為從事調度人員、繼電保護人員等提供準確的故障信息、故障位置，以便使系統快速地恢復，還可為技術人員提供完整的故障電流和電壓的情況，對系統中各設備提供保護。故障檢測系統可使保護設備及故障錄波設備時鐘同步，從而為監控設備提供準確的數據，經過智能化處理，實現設備間數據的安全傳輸。為了保證測距的準確度可采用雙端故障測距方法，提供數據交換接口，確保數據靈活、可靠。繼電保護裝置檢查標準：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；二次設備的接地端應可靠接地；裝置及周圍地面干凈、整潔，無雜物；電氣設備在運行中不得解除繼電保護。

4.2繼電保護與檢測方法

4.2.1故障檢測與繼電保護網格化

對電力系統中各重要設備采用差動保護，并利用主站統一處理數據，根據繼電保護裝置提供的電流或電壓信息，實時測量故障位置及類型，最后將測量數據匯總向保護裝置發指令，達到快速切除故障設備的目的，從而保證電力系統安全、可靠。

4.2.2繼電保護和檢測自動控制

自適應保護可動態檢測系統運行模式，并根據故障類型不同自動設定保護數值，從而更好地滿足電力系統運行要求，對改善線路保護、變壓器保護等有很大幫助。

4.2.3將各種智能算法應用于繼電保護和檢測系統中目前，最常用的人工智能檢測算法是人工神經網絡，另外還有BCC算法、遺傳算法等高級算法，它們可以自主學習、自組織，并對一些數據信息進行存儲和處理。經過多年的發展，人工智能算法應用在繼電保護中已經可以實現保護方向自動識別、故障自處理等功能，為繼電保護和故障檢測人員減輕了工作負擔。在該領域，智能算法的應用還處于研究階段，但具有光明的發展前景。

結束語：

綜上，在MATLAB內，電力體系模型能夠在Simulation的背景下完成構建，再利用MATLAB強大的工具箱，能夠在電力體系的仿真過程中，得心應手地使用各類繁雜的管控模式。基于MATLAB的電力體系繼電保護仿真技術是未來電力仿真領域的發展潮流。

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（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）