基于图形平台的电力系统继电保护动作逻辑仿真

任文琳

【摘 要】以MATLAB为基础的仿真技术能够完成电力体系继电保护的解析以及创设，笔者以电力体系的继电保护为中心环节，创建了体系仿真模型，并例举了电力体系故障、零序电流保护、变压器纵差保护等仿真案例的达成模式。在参考这部分仿真案例的同时，对仿真成果实施了深度剖析。

【关键词】MATLAB；电力体系；继电保护；仿真研究

为了能够获得高特性的继电保护商品，通常要完成继电保护模拟实验，以往的继电保护试验多应用实体的物理模型，试验流程繁琐、成本居高不下，效果也不甚理想，其变通性不佳。电力体系继电保护数字仿真是运用电脑软件模拟电力体系故障产生后电气量的波动特性，模拟继电保护设备的处置以及动作的流程，有着稳定性强、成本低、能够反复试验、脱离环境约束、研发时间短等优势。透过对各类相异的继电保护技术的仿真，并辅以软件的协助，可以快速排查出设施运转时的故障并第一时间处理。而MATLAB为核心的电力体系继电保护仿真是其中使用频率较高的技术。

一、电力系统故障仿真

笔者使用双电源供应电能的体系模型，电压级别是220千伏，同步发电机电机的容量是500MV？A，电压是13.8千伏；频率是50赫兹；三相变压器的容量是500MV？A，D11/Yg线路接入模式，频率是50赫兹。150千米电线的正序阻抗是0.01165+j0.0008679欧姆/千米，对地电容是13.41×10-9F/km。电荷1的电压达到220千伏；有功负荷达到220×106/250W；无功负荷达到200W；负荷3显示电压值是220千伏；有功负荷达到220×106/250W；无功负荷达到200W；负荷四电压值达到13.8千伏；有功负荷达到220×106/250W；没有无功负荷。

在设计故障体系MATLAB仿真模型的过程中，透过故障模块能够设计三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地故障。笔者在此阐述单相接地短路故障，设计三相短路零件数据是A相接地短路，让仿真系统运转，获取电路单相接地短路电压和电流走向。

显然，0-0.03秒的范畴内，电力体系能够正常工作，三相电流和电压相对应；在0.03秒的阶段产生A相接地故障。A相电压趋近于无，B相以及C相电压也较低，因此流經A相的电流导致短路问题。三相电压流入后系统趋于平稳，并回到三相对称运转的态势。

以此类推，能够设计它类的短路故障，并测试出仿真图谱，并且能够测得仿真模型内的三相故障模块的电阻数据。透过观测相应的仿真图谱，解析接地电阻对电力体系的作用。

二、零序电流保护仿真

Simulink以及PSB模块库能够设计一套220千伏的单侧电源电能供应模型，模拟电力体系的接地故障。而且，构建零序电流保护以及单相重合闸为核心的仿真模型，透过这类模型能够便利的对各类接地电阻和电弧作用下的故障实施解析，并模仿电力设备动作。笔者在此阐述单相接地短路故障，把故障模块设计成A相接地短路，其仿真图见下图：

上图显示：在0.03秒的时间段中电路产生单相接地故障，A相电路产生剧烈波动，电压不稳定，继电设备动作后0.05秒保护端口跳闸，跳闸时间达到0.3秒的时候自行重合闸。因此，故障依然没有消除，保护仅用时0.01秒就下达了跳闸指令。其流程是跳闸—重合闸——第二次跳闸。

三、变压器纵差保护仿真

使用双面电能供应模型，电压级别达到735千伏/315千伏，变压器两端布置断路器。

通过仿真设计，三相电源端的电压达到735千伏，频率达到50赫兹；低压端电压达到315千伏，频率达到50赫兹。三相变压器SN数值是250MV？A，U1N/U2N数值是735千伏/315千伏，线路接入模式Y，d11。

在变压器纵差保护的MATLAB仿真模型内，使用故障模块能够模拟变压器区内外的任意故障。笔者在此阐述区内三相短路故障，应设计故障零件是A、B、C三相短路，短路点布置于靠里的方位，模拟变压器纵差保护内部三相故障，这种仿真模式的使用，能够获得电流、电压以及跳闸的简图，在0-0.03秒的时间段内，电路能够平稳运转，三相电流和电压对应。在0.03秒的时间段产生三相短路故障，三相电压降低，三相电流快速蹿升形成短路状态，三相电压与电流对应，表示三相短路是对称短路。在0.13秒的时间段内，变压器纵差保护动作，排除问题，电压是电源电压，电流值趋近于无。

四、综合故障分析系统

4.1系统功能

综合故障分析系统能够为从事调度人员、继电保护人员等提供准确的故障信息、故障位置，以便使系统快速地恢复，还可为技术人员提供完整的故障电流和电压的情况，对系统中各设备提供保护。故障检测系统可使保护设备及故障录波设备时钟同步，从而为监控设备提供准确的数据，经过智能化处理，实现设备间数据的安全传输。为了保证测距的准确度可采用双端故障测距方法，提供数据交换接口，确保数据灵活、可靠。继电保护装置检查标准：屏、盘、箱、柜等装置上的各种电器、仪表、信号等元器件完整齐全，安装端正；二次设备的接地端应可靠接地；装置及周围地面干净、整洁，无杂物；电气设备在运行中不得解除继电保护。

4.2继电保护与检测方法

4.2.1故障检测与继电保护网格化

对电力系统中各重要设备采用差动保护，并利用主站统一处理数据，根据继电保护装置提供的电流或电压信息，实时测量故障位置及类型，最后将测量数据汇总向保护装置发指令，达到快速切除故障设备的目的，从而保证电力系统安全、可靠。

4.2.2继电保护和检测自动控制

自适应保护可动态检测系统运行模式，并根据故障类型不同自动设定保护数值，从而更好地满足电力系统运行要求，对改善线路保护、变压器保护等有很大帮助。

4.2.3将各种智能算法应用于继电保护和检测系统中目前，最常用的人工智能检测算法是人工神经网络，另外还有BCC算法、遗传算法等高级算法，它们可以自主学习、自组织，并对一些数据信息进行存储和处理。经过多年的发展，人工智能算法应用在继电保护中已经可以实现保护方向自动识别、故障自处理等功能，为继电保护和故障检测人员减轻了工作负担。在该领域，智能算法的应用还处于研究阶段，但具有光明的发展前景。

结束语：

综上，在MATLAB内，电力体系模型能够在Simulation的背景下完成构建，再利用MATLAB强大的工具箱，能够在电力体系的仿真过程中，得心应手地使用各类繁杂的管控模式。基于MATLAB的电力体系继电保护仿真技术是未来电力仿真领域的发展潮流。

参考文献：

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（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）