課程設(shè)計(jì)--電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及仿真說明書

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課題名稱：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及仿真</p><p>　　系 部：機(jī)電工程系</p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p>

2、<p><b>　　學(xué) 生： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　2017年11月20日</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)評(píng)閱書</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

3、t;p>　　1引言……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1故障概述…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2故障類型…………………………………………………………………………………1</p><p>　　2電力系統(tǒng)模型………………………………………………………………

4、…2</p><p>　　3電力系統(tǒng)仿真模型的建立與分析……………………………………………3</p><p>　　3.1電力系統(tǒng)仿真模型………………………………………………………………………3</p><p>　　3.2仿真參數(shù)設(shè)置……………………………………………………………………………4</p><p>　　3.3仿真結(jié)果分析………………

5、……………………………………………………………4</p><p>　　結(jié) 論………………………………………………………………………12</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………13</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………14</p><p><

6、;b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1故障概述</b></p><p>　　短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生系統(tǒng)通路的情況。</p><p>　　電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)流過的電流。其

7、值可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流，并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的10～15倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)數(shù)萬安。這會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果 。</p><p>　　供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí),很大的短路電流會(huì)使電器設(shè)備過熱或受電動(dòng)力作用而遭到損壞,同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低,因而破壞了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用電設(shè)備的正常工作.為了消除或減輕短路的后果,就

8、需要計(jì)算短路電流,以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用限制短路電流的元件。</p><p><b>　　1.2故障類型</b></p><p>　　三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有 4 種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對(duì)稱，因而又稱對(duì)稱短路外，其余三類均屬不對(duì)稱短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對(duì)地的短路故障最

9、多，約占全部故障的90％。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。</p><p>　　為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的功能和質(zhì)量，在設(shè)計(jì)、分析和研究時(shí)必須保證系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)超高壓、大容量和跨區(qū)域的巨大的聯(lián)合系統(tǒng)，電力系統(tǒng)事故具有突發(fā)性強(qiáng)、維持時(shí)間短、復(fù)雜程度高、破壞力大的特點(diǎn)，因而使得事后對(duì)故障原因分析、查找變得尤其困難。由于在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)和研究比較困難，因此借助各種電

10、力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究已成為有效途徑之一。</p><p>　　Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊來完成。PSB是在Simulink環(huán)境下使用的模塊,采用變步長(zhǎng)積分法,可以對(duì)非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行精確的仿真，并精確地檢測(cè)出斷點(diǎn)和開關(guān)發(fā)生時(shí)刻。PSB程序庫(kù)涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)仿真模型。通過PSB可以迅速建立模型，并立

11、即仿真。PSB程序塊程序庫(kù)中的測(cè)量程序和控制源起到電信號(hào)與Simulink程序之間連接作用。PSB程序庫(kù)含有代表電力網(wǎng)絡(luò)中一般部件和設(shè)備的Simulink程序塊，通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。</p><p><b>　　2 電力系統(tǒng)模型</b></p><p>　　電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng),它包括升降壓變壓器和各種電壓等級(jí)的輸電線路 、動(dòng)力

12、系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)簡(jiǎn)單示意如圖</p><p>　　圖2-1電力網(wǎng)示意圖</p><p>　　3 電力系統(tǒng)仿真模型的建立與分析</p><p>　　電力系統(tǒng)仿真主要是對(duì)短路類型中的三相短路、兩相短路和單相接地短路的電流、機(jī)端電壓波形進(jìn)行分析。利用Matlab軟件中的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)(PSB)，建立了模型，它對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用有一定的參考價(jià)值。同時(shí)電壓電流波

13、形可以直觀的了解，便于建立系統(tǒng)的觀念。</p><p>　　3.1電力系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　題目要求：發(fā)電機(jī)G：50MW、13.8kV，保持恒定，Y連接；變壓器T-1：13.8/220kv；線路L：100km，負(fù)荷LD：5MVA 。</p><p><b>　　圖3-1發(fā)電機(jī)電路</b></p><p>&l

14、t;b>　　系統(tǒng)仿真模型如下：</b></p><p>　　圖3-2系統(tǒng)仿真模型</p><p><b>　　3.2仿真參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　各元件參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　3.2.1發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　發(fā)電機(jī)額定容量為50MVA,額定電

15、壓為13.8KV，額定頻率為60Hz，Yg連接，其它采用默認(rèn)值。</p><p>　　3.2.2三相變壓器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　額定頻率為60Hz，一次側(cè)電壓13.8KV，二次側(cè)電壓220KV。其他采用默認(rèn)值。</p><p>　　3.2.3三相輸電線參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　線路長(zhǎng)100Km。</b>

16、;</p><p>　　3.2.4負(fù)荷參數(shù)設(shè)置</p><p>　　額定容量為50MVA。</p><p>　　3.2.4故障模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　短路故障是用三相故障元件來模擬的，故障時(shí)間段可通過Transition Times來設(shè)置，設(shè)置為0.01～0.05秒。其余的短路故障模型可以通過修改三相故障模塊的參數(shù)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。<

17、;/p><p><b>　　3.3仿真結(jié)果分析</b></p><p>　　3.3.1正常運(yùn)行分析</p><p>　　圖3-3正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電壓波形</p><p>　　圖3-4故障時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電壓波形</p><p>　　分析：電力系統(tǒng)未發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)端的電壓和電流均成正弦變化，

18、三相交流電源的三相電壓和電流之間相位不同，而幅值的大小是相同的。</p><p>　　3.3.2單相接地短路故障分析</p><p>　　將三相電路短路故障發(fā)生器中的“故障相選擇”選擇A 相故障,并選擇故障相接地選項(xiàng),故障時(shí)間為0.01～0.05秒;在萬用表元件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測(cè)量電氣量, 激活仿真按鈕。（以A相接地短路為例）</p><p>　

19、　圖3-5 A相接地短路故障點(diǎn)三相電流</p><p>　　圖3-6 A相接地短路故障點(diǎn)三相電壓</p><p>　　分析：當(dāng)A相發(fā)生接地短路時(shí)故障點(diǎn)A相電壓降為零，、、非故障相即BC兩相電壓上升為線電壓，其夾角為60°。故障切除后各相電壓水平較原來升高，這是中性點(diǎn)電位升高導(dǎo)致的。</p><p>　　圖3-7 A故障點(diǎn)各相電壓</p>&l

20、t;p>　　分析: 當(dāng)輸電線路發(fā)生A 相接地短路時(shí),B 相、C 相電壓沒有變化。在正常狀態(tài)時(shí)，三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài),A相電壓也不變,不為0. 在0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)A 相接地短路,其短路電壓波形發(fā)生了劇烈的變化,電壓降為0.在0. 05s時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開,故障排除,此時(shí)故障點(diǎn)A 相電壓迅速恢復(fù)。</p><p>　　圖3-8故障點(diǎn)各相電流</p>

21、<p>　　分析：當(dāng)輸電線路發(fā)生A 相接地短路時(shí),B 相、C 相電流沒有變化,始終為0。在正常狀態(tài)時(shí)，三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài),A相電流為0. 在0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)A 相接地短路,其短路電流波形發(fā)生了劇烈的變化,但大體上仍呈正弦規(guī)律變化.在0. 05s時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開,故障排除,此時(shí)故障點(diǎn)A 相電流迅速變?yōu)?。</p><p>　　圖3-9發(fā)生單相接地短路故障

22、時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓波形</p><p>　　圖3-10發(fā)生單相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流波形</p><p>　　分析:當(dāng)0.01秒時(shí)發(fā)生單相接地短路,發(fā)電機(jī)端故障相電壓下降,而兩個(gè)非故障相電壓未發(fā)生變化,發(fā)電機(jī)段故障相電流未發(fā)生變化,而兩個(gè)故障相電流開始變化,振幅增大.0.05秒時(shí),故障解除,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復(fù)到原來的幅值.</p><p>　　3.3.3兩

23、相短路故障分析</p><p>　　將三相電路短路故障發(fā)生器中的“故障相選擇”選擇A 相和B相故障,并選擇故障相接地選項(xiàng),故障時(shí)間為0.01～0.05秒;在萬用表元件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測(cè)量電氣量, 激活仿真按鈕。即發(fā)生A相和B相兩相短路故障。（以AB兩相短路為例）</p><p>　　圖3-11 AB兩相短路故障點(diǎn)三相電流</p><p>　　圖3

24、-12 兩相短路故障點(diǎn)三相電壓</p><p>　　分析：在A、B兩相發(fā)生短路故障時(shí)，非故障相C相電壓波形幅值增大。A相和B相電壓降為0V。C相未發(fā)生故障,其短路電流為零.兩相短路時(shí),短路故障點(diǎn)電流中沒有零序分量,而正序分量與負(fù)序分量大小相等但方向相反.</p><p>　　圖3-13故障點(diǎn)各相電壓</p><p>　　分析:(選故障點(diǎn)A相觀察)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)A相

25、電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電壓為正弦變化。在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生A、B兩相短路，故障點(diǎn)A相電壓發(fā)生變化，突變?yōu)?V。在0.05s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)故障點(diǎn)A相電壓波動(dòng)恢復(fù)正弦波形。故障點(diǎn)B相與A相近似.</p><p>　　(選故障點(diǎn)C相觀察)故障點(diǎn)C相: 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)C相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電

26、壓為正弦變化幅值約為5000V。在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生A、B兩相短路， C相電壓發(fā)生變化，突變?yōu)?000V。由圖形可以得出以下結(jié)論：由于C相為非故障相，其電壓波形僅在兩相短路期間波的幅值變大，但是波形不變。</p><p>　　圖3-14故障點(diǎn)各相電流</p><p>　　分析：（選取故障點(diǎn)A相觀察）在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)A相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷

27、開狀態(tài)，因而電流幅值為0A。在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生A、B兩相短路，故障點(diǎn)A相電流發(fā)生變化，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而波形下移，呈正弦波形變化。在0.05s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開，相當(dāng)于排除了故障。此時(shí)故障點(diǎn)A相電流迅速上升為0A。</p><p>　　(選取故障點(diǎn)B相觀察)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)B相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流為0A。在0

28、.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生A、B兩相短路，故障點(diǎn)B相電流幅值發(fā)生變化，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而波形上移，呈正弦波形變化。在0.05s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)故障點(diǎn)B相電流迅速下降為0A。</p><p>　　(選取故障點(diǎn)C相觀察): 在A、B 發(fā)生兩相短路時(shí)，故障點(diǎn)C相電流沒有變化，始終為0A。同時(shí)也符合理論計(jì)算如式2-14可知。</p&

29、gt;<p>　　圖3-15發(fā)生兩相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓</p><p>　　圖3-16發(fā)生兩相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流</p><p>　　分析:當(dāng)0.01秒時(shí)發(fā)生兩相短路,發(fā)電機(jī)端故障點(diǎn)兩相電壓幅值下降,而非故障相電壓幅值增大一點(diǎn),但并不多,發(fā)電機(jī)段故障點(diǎn)兩相電流幅值增大,而非故障相電流幅值變化更大.0.05秒時(shí),故障解除,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復(fù)到原來的幅值。<

30、;/p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在所給的電力系統(tǒng)中K處選取了不同的故障類型(三相短路、單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路)進(jìn)行仿真，比較仿真結(jié)果，結(jié)果表明運(yùn)用Matlab對(duì)電力系統(tǒng)故障進(jìn)行分析與仿真，能夠準(zhǔn)確直觀地考察電力系統(tǒng)故障的動(dòng)態(tài)特性，驗(yàn)證了Matlab在電力系統(tǒng)仿真中的強(qiáng)大功能。 </p><p>　

31、　在本次設(shè)計(jì)過程中我學(xué)習(xí)到了很多只有通過實(shí)踐才能掌握到的知識(shí)。在鞏固了課本知識(shí)、學(xué)習(xí)到了更多專業(yè)知識(shí)的同時(shí)動(dòng)腦動(dòng)手創(chuàng)造出了一些屬于自己的東西。但本次設(shè)計(jì)中仍存在很多問題。比如有很多知識(shí)我不能及時(shí)想到。在最初無法獨(dú)立的思考出設(shè)計(jì)過程。通過老師的指引和查閱資料我才漸漸地找到設(shè)計(jì)要領(lǐng)以及設(shè)計(jì)的步驟。且本次設(shè)計(jì)并不夠熟練。對(duì)于惜福鎮(zhèn)實(shí)際情況的考察不夠詳細(xì)。通過本次設(shè)計(jì)的鍛煉以后。我相信我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)工作生涯中努力做到更好。</p>

32、<p>　　本次設(shè)計(jì)中，電氣專業(yè)的魅力深刻的吸引了我，我于失敗中求發(fā)展，于發(fā)展中求改進(jìn)，最終取得了設(shè)計(jì)的成功。做完了此次的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)在我人生中的影響深刻，它告訴我知識(shí)是無限的，它告訴我生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都是與知識(shí)有著密不可分的聯(lián)系的，學(xué)無止境。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝老師和同學(xué)的幫助，通過本次課程設(shè)計(jì)

33、的實(shí)訓(xùn),我對(duì)電力系統(tǒng)故障以及Matlab軟件有了更深的認(rèn)識(shí)。但由于在校期間學(xué)習(xí)不扎實(shí)，以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在實(shí)訓(xùn)過程中有很多地方還需要好好閱讀資料以及課本.但是經(jīng)過這次實(shí)訓(xùn),讓自己的動(dòng)手能力加強(qiáng)了,并對(duì)所學(xué)習(xí)的課本知識(shí)進(jìn)行了鞏固,這對(duì)于我來說是很好的一次機(jī)會(huì),也讓我更好的學(xué)習(xí)了這種仿真軟件的使用以及特點(diǎn)和方法。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)過程中我學(xué)習(xí)到了很多只有通過實(shí)踐才能掌握到的知識(shí)。在鞏固了課本知識(shí)、學(xué)習(xí)

34、到了更多專業(yè)知識(shí)的同時(shí)動(dòng)腦動(dòng)手創(chuàng)造出了一些屬于自己的東西。但本次設(shè)計(jì)中仍存在很多問題。比如有很多知識(shí)我不能及時(shí)想到。在最初無法獨(dú)立的思考出設(shè)計(jì)過程。通過老師的指引和查閱資料我才漸漸地找到設(shè)計(jì)要領(lǐng)以及設(shè)計(jì)的步驟。且本次設(shè)計(jì)并不夠熟練。對(duì)于惜福鎮(zhèn)實(shí)際情況的考察不夠詳細(xì)。通過本次設(shè)計(jì)的鍛煉以后。我相信我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)工作生涯中努力做到更好。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p

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