基于matlab的合闸空载线路过电压仿真分析 毕业设计论文

毕业设计（论文）题目基于MATLAB的合闸空载线路过电压仿真分析学院专业电气工程及其自动化班级姓名指导教师目录1第1章绪论211课题研究目的和意义212国内外研究概况、水平和发展趋势313本论文研究内容6第2章MATLAB/SIMPOWERSYSTERMS的使用721MATLAB/SIMULINK概述7211MATLAB/SIMULINK发展简史7212SIMPOWERSYSTEMS库发展简史822SIMULINK的基本操作9221模块及信号线的基本操作9222系统模型的基本操作1123SIMULINK系统建模的步骤1124断路器合闸电阻值及接入时间选取1225空载线路合闸过电压1326操作过电压分析14261操作过电压的限制措施1527空载线路合闸过电压仿真模型的建立16271未使用合闸电阻的仿真模型的建立过程16未使用合闸电阻的仿真参数的设置17未使用合闸电阻的仿真波形19得到的结论19272使用单级合闸电阻20273使用两级合闸电阻21274使用三级合闸电阻22第3章结论22第4章工作进度安排22第5章参考文献23第6章英文原文24第7章译文28第8章致谢30第1章绪论11课题研究目的和意义我国电网的特点是能源资源与经济发展地理分布极不平衡，水电主要分布在西南、西北地区，煤炭主要集中在华北地区，负荷中心却集中在东部和东南部的沿海地区。所以根据我国的国情必须发展长距离、大容量电能传输技术，实现西电东输，北电南送。特高压输电技术具有跨区域、大容量、远距离、低损耗等优势，无论从电网发展，还是从能源资源分布条件和国家经济持续发展需求来看，建设特高压输电工程，将特高压线路作为全国电网的主网架是我国电力工业发展的必然趋势，是提高我国能源开发和利用效率的基本途径，是培育和发展国家电力市场的重要条件，同时也是满足未来持续增长的电力需求的根本保证。建设特高压电网是电力工业技术创新的重大举措。我国电力工业必须依靠科技进步，不断创新，实现加速发展。以特高压电网为核心的国家电网建设，将使我国电力科技水平再上一个新台阶建设特高压电网，是世界电网发展领域一项崭新的事业，可以增强我国的科技自主创新能力，占领世界电力科技的制高点。我们要敢为人先，敢于走在世界电网科技发展的前列。目前，我国500KV输变电技术已基本成熟，国内具备了相应的设计、建设和运行能力，设备制造也基本实现了国产化。加快建设特高压电网，对于推进我国电网的技术升级，带动国内相关科研、设计部门以及制造、建设等企业的技术创新，提高电力及相关行业的整体技术水平和综合竞争实力，都具有重要意义建设特高压电网是提高电力工业整体效益的必然选择。发展大电网是电力工业发展的客观规律。发展特高压输电网，把送端和受端之间大容量输电的主要任务转到特高压输电上来，以减少输电网损，提高电网的安全性，使整个电力系统能继续扩大覆盖范围，有效地利用整个电网内各种可以利用的发电资源，大电网不仅在资源优化配置中具有重要作用，而且在安全性、可靠性、灵活性和经济性等方面具有诸多优越性。我国地域辽阔，时差、季节差十分明显，加上地区经济发展不平衡，使不同地区的电力负荷具有很强的互补性。特高压电网在合理利用能源，节约建设投资，降低运行成本，减少事故和检修备用，获得错峰、调峰和水火、跨流域补偿效益等方面潜力巨大。建设特高压电网，不仅可以节约装机、降低网损、减少弃水、提高火电设备利用率、节约土地资源，还可以提高电网的安全运行水平，避免500KV电网重复建设等问题，具有显著的经济效益和社会效益。根据规划，特高压电网建成后，可节约发电装机2000万千瓦，每年可减少发电耗煤2000万吨。建设特高压电网是提高我国能源开发和利用效率的基本途径。我国是全球第一大煤炭消费国和第二大石油、电力消费国。煤炭占全国能源生产和消费总量的比重高达2/3左右，但开发和利用的总体效率还比较低。同时，我国生产力发展水平的地区差异很大，一次能源分布严重不均衡。能源需求主要集中在东部和东南部经济较发达地区，约占需求总量的3/4左右；用于发电的煤炭和水力资源，则主要分布在北部和西部地区。这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置，以大煤电基地、大水电基地为依托，实现煤电就地转换和水电大规模开发，并通过建设特高压电网，实现跨地区、跨流域水火互济，将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中东部地区。发展特高压电网，有利于西部地区将资源优势转化为经济优势，促进西部大开发，实现区域经济协调发展；有利于在西部和北部煤炭基地发展壮大一批大型煤炭和发电企业，提高煤炭、发电行业的集约化发展水平，提高资源的开发和利用效率。建设特高压电网是培育和发展国家电力市场的重要条件。发展电力市场的根本目的在于发挥市场对资源配置的基础性作用，有效调节电力供求关系，引导电力投资，优化能源资源配置，提高效率和效益。电网是电力市场的基础和载体，只有建设特高压电网，才能实现跨地区、远距离的电能输送和交易，更好地调节电力平衡，促进全国范围的资源优化配置，发挥国家级电力市场的作用。电力工业长期以来“重发电轻供电”，造成电网投入不足，电网建设严重滞后，近年来，随着电源建设步伐的加快，电网规划建设滞后的矛盾进一步加剧。电网建设难以有效促进西部煤电基地的集约化开发，造成东部地区新增大量煤电项目，加剧了煤炭供应和交通运输的紧张局面，降低了全国范围的能源配置和利用效率，也增加了环保压力，影响了国家的整体利益。建设特高压电网是满足未来持续增长的电力需求的根本保证。到2004年，我国电力装机总容量已达44亿千瓦。目前，我国经济持续快速发展，人民生活水平不断提高，电力需求快速增长，预计在未来的15年间，我国新增装机将超过5亿千瓦。我国现有电网主要以500KV交流和正负500KV直流系统为主，电力输送能力和规模受到严重制约，只有加快建设电压等级更高、网架结构更强、资源配置规模更大的以特高压电网为核心的国家电网，才能满足大规模的电力输送和供应，保障全面建设小康社会目标的实现。因此，必须加快特高压电网建设，促进电网与电源协调发展，推动国家电力市场建设，满足国民经济发展的需要然而发展特高压是一项极具挑战性的工作，目前国内外尚无实际运行经验，要建立特高压网架，必须进行大量认真细致的研究。电网电压等级越高，技术要求就越高，特高压输电技术的一个重要技术经济参数是绝缘水平，而与绝缘水平有直接关系的就是过电压倍数。特高压远距离输电线路的空载长线电容效应将会引起很高的工频过电压，在此基础上输电线路开关的操作会在输电线路及与其连接的设备上产生更高的过电压，如何限制特高压输电线路的操作过电压倍数，是发展特高压电网所要解决的重大问题。操作过电压的允许值与系统的额定电压有关，330KV系统操作过电压倍数要求不超过22PU，500KV系统不超过20PU，也就是说电网的额定电压越高，对限制操作过电压的要求也越严格。根据前苏联、日本和意大利等国的研究资料，1000KV输电线路允许的过电压倍数为低于1618倍，明显低于500KV系统的2倍。这将对电网操作过电压允许值提出更加苛刻的要求，即500KV及以下电压等级电网中已满足的过电压限压要求在1000KV电网中将不能被满足，而原来不成问题的一些种类过电压也可能成为必须考虑的问题。我国电力工程实践表明，由于超高压输电线路上的单相重合闸过电压通常低于空载线路合闸过电压，并且我国电力系统一般不采用三相重合闸，因此在特高压线路的操作过电压绝缘配合中空载线路合闸过电压就具有非常重要的意义。12国内外研究概况、水平和发展趋势电力系统的输电线路以及电气设备都有各自的电感和电容，由于系统运行状态的突然变化，导致电感和电容元件间电磁能量的互相转换，就会引起振荡性的过渡过程。这个过渡过程会在输电线路、某些电气设备或者局部电网上造成很高的电压，即远远超过正常运行的电压，称为操作过电压。操作过电压的幅值与波形显然跟电力系统的参数有密切的关系，这一点与雷电过电压不同，后者一般取决于接地电阻，与系统电压等级无关。操作过电压则不然，由于其过渡过程的振荡基值即是系统运行电压，因此电压等级越高，输电线路越长，操作过电压的幅值也就越高。在不同的振荡过程中，振荡幅值最高可达最大相电压峰值的34倍。特高压线路参数与超高压线路参数相比，为了提高其传输能力，减小电压损耗，其分布电阻和电感较小，而分布电容较大。另外特高压输电线一般比较长，所以电压、电流在暂态过程中呈现波的特性，特别是在故障和断路器操作过程中更为明显。目前国内外学者提出了很多过电压分析计算方法，不同之处主要在于长线模型的处理方法上。最初，分析过电压的传统方法是使用模拟装置，即内部过电压模拟装置，或称瞬态网络分析仪TNA。而现在数字计算机己经成为一种必要的工具，使得过去难于计算的过电压问题，能借助计算机得到可靠的结果。模拟装置的优点在于能够形象地深入了解现象地发展过程，但由于受到设备的限制，很难改变系统的接线和调节元件的特性。对于计算机而言，则不像模拟装置那样，它没有改变系统接线和参数的困难，一旦建立了比较准确的计算方法，就能有意识地改变某些参数，从而进行过电压对一些影响参数的敏感性分析。目前，对分析过电压来说，模拟实验室和数值计算可看作是相互补充的手段。六十年代以来，对过电压的数值计算，先后提出了不同的计算方法，不同之处主要反映在对分布参数长线的处理方法上，例如1、行波法；2、差分法；3、拉普拉斯变换法；4、用集中参数的T和型链代替分布参数长线的方法。上述1，2，3种方法归结起来就是解决含R、L、C复杂网络瞬态计算的两种时域方法。一种是列出并求解表示网络特性的联立微分方程；另一种方法是用近似的电导和等效电流源的组合来代替电感和电容，然后求解所得的联系代数方程。实际过电压计算中，主要采取后一种方法。在以上方法中，行波法利用相模变换，可以将三相网络转变为等效的单相网络，然后采用微分方程来进行电压计算。其特点是在保证精度前提下尽量简化，缺点是如果把线路看成无畸变线时，即夸大了漏电导的作用，在某些情况下，可能会导致衰减过快的错误结论。道米尔给出了小损耗线路模型，他把线路总的电阻的四分之一放在线路两端，而二分之一插入线路中间。目前的过电压计算中，行波法与差分法、拉普拉斯变换法共同使用，形成了网格法和贝杰龙BERGERON法两种计算方法。这两种方法的共同点是1、参数长线的计算本质是相同的，均是由拉普拉斯变换导出的行波法在时间域内直接求解；2、导线被看作无损耗定常数参数导线时，上述两种方法给出的解答是一样的；3、数学模型均不够严格未考虑参数的频率特性，认为特性阻抗为常数。这两种方法的不同点是当考虑线路损耗时，处理方法不同，网格法常引入衰减系数，这实际是把导线看作为无畸变线，而贝杰龙道米尔法是把导线看作为“小损耗”线，前者夸大了漏电导的作用，而后者忽略了电导的作用；当网络中含有L、C集中参数元件时，贝杰龙法采用的是梯形积分规则，截断误差为零。当步长H较小时，用梯形差分格式的伴随模型和用等效的短线计算所得的结果差别很小；虽然网格法有一定的应用范围，但贝杰龙法有更大的通用性。道米尔DOMMEL等人采用贝杰龙方法于1969年完成的BPA通用电磁瞬态程序EMTP，它可用于大型复杂系统，现已得到广泛的应用。而用集中参数的T和型链代替分布参数长线的方法，其主要思想是采用有限个单元组成的链代替分布参数的长线，计算结果与采用行波法所得结果相比有一定误差，其误差随着链的个数增大而减小。利用行波法、差分法、拉普拉斯变换法和用集中参数的T和型链代替分布参数长线这四种方法通过计算机可以很好的计算出各种情况故障、跳闸、合闸下输电线路的过电压，但其缺点是不能明确的分析出电力系统运行状态和线路参数对各种情况下过电压的影响1、线路长度和电源等效电抗对线路工频过电压的影响；2、故障前线路上的电感电流以及电容电压和电源相角对故障过电压的影响；3、跳闸前线路上的电感电流以及电容电压和电源相角对跳闸过电压的影响；4、合闸前瞬间的线路残压和电源相角对合闸过电压的影响。特高压交流输电可根据需要由中途落点向沿途地区供电，灵活性较强，具有网络功能，采用特高压联接大区电网，错开高峰，互为备用，联网效益明显。特高压交流电网的突出优点是输电能力大、覆盖范围广、网损小、输电走廊明显减少，能灵活适应电力市场运营的要求。因此，世界各国纷纷对此进行研究和建设，20世纪70年代，欧洲、美国及日本等国家对交流L000KV级特高压UHV输电技术进行了探索，其中前苏联、美国、意大利和日本是世界特高压输电的先行者，他们都曾建成交流特高压试验线路，进行了大量的交流特高压输电技术研究和试验，但是最终只有前苏联和日本建设了交流特高压线路。前苏联在前期研究的基础上，从1981年开始动工建设1150KV交流特高压线路，分别是埃基巴斯图兹科克契塔夫494公里，科克契塔夫库斯坦奈396公里。1985年8月，世界上第一条1150KV线路埃基巴斯图兹科克契塔夫在额定工作电压下带负荷运行，后延伸至库斯坦奈。1992年1月1日，通过改接，哈萨克斯坦中央调度部门把1150KV线路段电压降至500KV运行。从1981年到1989年，前苏联还陆续建成特高压线路1500公里，总体规模达到2400公里。目前全部降压至500KV运行。日本于1988年秋动工建设1000KV特高压线路，1992年4月28日建成从西群马开关站到东山梨变电站的西群马干线138公里线路，1993年10月建成从柏崎刈羽核电站到西群马开关站的南新泻干线中49公里的特高压线路部分，两段特高压线路全长187公里，目前均以500KV电压降压运行。1999年完成东西走廊从南磐城开关站到东群马开关站的南磐城干线194公里和从东群马开关站到西群马开关站的东群马干线44公里的建设，两段特高压线路全长238公里。目前日本共建成特高压线路426公里。在特高压方面我国起步虽然比较晚，但发展较快，西北地区750KV交流输电线路已经建成投产。2006年8月19日，我国第一个百万伏级电压等级特高压交流工程晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程在山西长冶奠基,标志着我国百万伏级交流特高压工程突破理论阶段,进入全面建设阶段。随着远距离、大容量输电、联网和节省线路走廊、解决短路电流等需要，采用输电电压为1000KV、1100KV或1200KV的特高压输电是我国电力工业今后的发展方向。交流百万伏级避雷器的开发创造了条件，缩小了与世界上避雷器制造企业的差距。国内已具备了开发更高电压等级电站和线路避雷器的技术能力，国内研制的750KV避雷器，操作冲击水平已达175PU，电阻片比能量也达到了20KJ/KV，其性能达到了国际同类产品的先进水平。从目前中国避雷器制造水平上来看，研制和开发的1000KV避雷器，在设计技术及制造技术上的难度不是很大。由于特高压输电线路的输送能力与其额定电压的平方成正比，据估计1条L150KV输电线路的输电能力可代替56条500KV线路或3条750KV线路；可减少铁塔用材三分之一，节约导线二分之一，节省包括变电所在内的电网造价1015。L150KV特高压线路走廊约为同等输送能力的500KV线路所需走廊的四分之一，这对于人口稠密，土地宝贵或走廊困难的国家和地区，特高压输电会带来重大的经济和社会效益。显然，在线路和变电站的运行维护方面，特高压输电所需的成本将比超高压输电少得多，线路的功率和电能损耗，在运行成本方面占有相当的比重。在输送相同功率情况下，1100KV线路功率损耗为500KV线路的十六分之一左右。所以，特高压输电在运行成本方面具有更强的竞争优势，将特高压线路作为全国电网的主网架是我国电力工业发展的必然趋势。13本文研究内容随着电网电压等级的提高，对输电线路操作过电压允许值提出了更加苛刻的要求。国内外超高压系统中用得最多的利用避雷器与合闸电阻限制操作过电压的方法，在特高压系统中还能不能得到满足呢本文利用电磁暂态分析程序ATPEMTP分别对国内第一条特高压交流输电试验示范工程晋东南阳荆门特高压交流输电工程中的1000KV输电线路不采取任何措施，在线路两端安装金属氧化物避雷器MOA，在线路两端和线路中部都安装金属氧化物避雷器MOA，使用单级合闸电阻和使用多级合闸电阻限制同期合闸过电压进行了分析研究。本文的主要工作包括以下两方面1、合闸过电压产生原因由于电力系统中存在大量的储能原件（L、C），当开关的刀闸操作使这些储能原件的状态发生变化时，将会产生过渡过程。由于电源能量的持续供给，而同时储能原件的能量要释放出来，这两种能量的叠加，将产生高于电源电势的过电压，并且一般在几毫秒至几十毫秒之间消失。2、对目前国内外超高压系统中用得最多的利用避雷器与单级合闸电阻限制操作过电压的方法进行了分析研究，简要介绍了断路器附加合闸电阻和金属氧化物避雷器限制过电压的工作原理，合闸电阻值和接入时间的选择，金属氧化物避雷器的结构特性、优点及其选用原则，国内外运行经验证明，在超高压电力系统中采取上述两种措施的任一种之后，都可以将输电线路合闸过电压的最大值限制在合理范围之内，但是用上述措施对特高压线路进行合闸过电压仿真计算，结果却较难满足预期要求。3、提出利用多级合闸电阻以及在线路两端和中部都安装额定电压为828KV的金属氧化物避雷器限制1000KV特高压输电线路合闸操作过电压的方法。本文基于特高压输电线路的自身特点，采用电磁暂态分析程序（ATPEMTP）对晋东南阳荆门特高压交流输电工程中的1000KV输电线路用集中参数模型，进行了大量的仿真计算,结果非常理想。第2章MATLAB/SIMPOWERSYSTERMS的使用21MATLAB/SIMULINK概述211MATLAB/SIMULINK发展简史1MATLAB发展简史MATLAB的名字是由MATRIX和LABORATORY两词的前三个字母组合而成原先是作为MATRIX实验室使用LINPACK和EISPACK矩阵软件工具包的接口，后来才逐渐发展为集通用科学计算、图形交互、系统控制和程序语言设计于一体的软件。MATLAB以商品形式出现后的短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域的封闭式软件纷纷淘汰，而改在MATLAB平台上重建。20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界公认的标准计算软件，而在30多个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头。MATHWORKS公司于1984年推出了第一个MATLAB的商业版本。当时的MATLAB版本已经用C语言完全改写了原来的FORTRAN语言，其后又增添了丰富多彩的图形图像处理、多媒体功能、符号运算和它与其他流行软件的接口功能，使MATLAB的功能越来越强大。该公司又于1992年推出了具有划时代意义的MATLAB40版本，并于1993年推出了其微机版,可以配合MICROSOFTWINDOWS一起使用，使之应用范围越来越广。1994年推出的42版本扩充了40版本的功能，尤其在图形界面设计方面更提供了新的方法。1997年推出的MATLAB50版允许了更多的数据结构，如单元数据、数据结构体、多维矩阵、对象与类等，使其成为一种更方便编程的语言。1999年初推出的MATLAB53版在很多方面又进一步改进了MATLAB语言的功能。2000年10月底推出了其全新的MATLAB60正式版RELEASE12，在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。2002年又推出了65版，MATLAB“面向对象”的特点愈加突出,数据类型愈加丰富,操作界面更加友善，最近70版本也已面世。2SIMULINK发展简史SIMULINK是MATLABWORKS公司开发的又一个产生重大影响的软件产品。为了准确地分析控制系统的复杂模型，1990年MATLABWORKS公司为MATLAB提供了崭新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，它以工具库的形式挂接在MATLAB35版上。SIMULAB包括仿真平台和系统仿真模型库两部分，主要用于仿真以数学函数和传递函数表达的系统，它是20世纪70年代开发的连续系统仿真程序包CCS的继续。该软件发布后很快就在控制领域得到了广泛的应用。但是，因为其名字与著名的软件SIMULINK类似，所以1992年改名为SIMULINKSIMULATIONLINK，意思是仿真链接。该软件有两个特别明显的功能仿真与链接。也就是说，可以直接利用鼠标在模型窗口中画出所需要的控制系统模型，然后再利用该软件提供的功能来对控制系统直接进行模拟。很明显，这种做法使得一个原本很复杂的系统变得相当容易输入。SIMULINK的出现，使得MATLAB在控制系统仿真以及电脑辅助设计CAD中的应用开创了崭新的一页。现在的SIMULINK都直接捆绑在MATLAB之上，版本也从1993年MATLAB40/SIMULINK10版升级到了2007年的MATLAB73/SIMULINK66版，并且可以针对任何能够用数学描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车动力学系统等，其中包括连续、离散、条件执行、事件驱动、单速率、多速率和混杂系统等。由于SIMULINK的仿真平台使用方便、功能强大，因此后来拓展其它模型库也都共同使用这个仿真环境，成为了MATLAB仿真的公共平台。212SIMPOWERSYSTEMS库发展简史SIMPOWERSYSTEMS库是SIMULINK下面的一个专用模块库，是在SIMULINK环境下进行电力、电子系统建模和仿真的先进工具。它建立在加拿大的HYDROQUEBEC电力系统测试和仿真实验室的实践经验基础之上，并由HYDROQUEBEC和TECSIMINTERNATIONAL公司共同开发而成，功能非常强大。SIMPOWERSYSTEMS库提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动将仿真系统图变化成状态方程描述的系统形式，然后在SIMULINK下进行仿真分析。它为电路、电力电子系统、电机系统、发电、输变电系统和配电计算提供了强有力的解决方法，尤其是当设计开发内容涉及控制系统设计时，优势更为突出。1998年，当时以POWERSYSTEMBLOCKSET（PSB）命名的电力系统模块集跟随MATLAB52一同推出。该模块集中包含电力系统常见的元器件和设备，以直观易用的图形方式对电力系统进行模型描述，并可与其它SIMULNK模块相连接，进行一体化的系统级动态分析。2002年，MATLAB推出R13版本，将POWERSYSTEMBLOCKSET更名为SIMPOWERSYSTEMS，当年的版本号为23。2003年9月推出的SIMPOWERSYSTEMS30有了较大的改进。它明确定义了SIMUILINK端口与电力线路端子端口之间的区别，并专门为电力系统物理建模提供了相关端子端口，强调不得将电力端口连接到SIMULINK的输入输出端口；规定SIMPOWERSYSTEMS30中的模块可以只有端子端口，也可以只有SIMULINK端口，还可同时兼有二者；对早期SIMULINKPOWERSYSTEMS和POWERSYSTEMBLOCKSET版本中的分析命令进行重新命名。2004年9月推出的SIMPOWERSYSTEMS40对SIMULINK进行了扩展，提供可适合基本电子电路和具体电力系统的建模与仿真工具。这些工具可以对发电、输电和配电以及机电能量转换的过程进行高效建模。SIMPOWERSYSTEMS40提供了新的应用程序库，其中包括电气驱动模型、柔性交流输电系统（FACTS）模型和适合普通风能发电系统的分布式能源模型。表21为MATLABSIMULINK和SIMPOWERSYSTEMS的版本号以及对应的发布时间。表21时间MATLABSIMULINKSIMPOWERSYSTEMS1984MATLAB1993MATLAB42SIMULIB1996MATLAB501R081997MATLAB51R09SIMULINK201998MATLAB52R10SIMULINK22POWERSYSTEMSBLOCKSET1019991MATLAB53R11SIMULINK30POWERSYSTEMSBLOCKSET11199911MATLAB531R111SIMULINK3012000MATLAB60R12SIMULINK40POWERSYSTEMSBLOCKSET212001MATLAB61R121SIMULINK41POWERSYSTEMSBLOCKSET222002MATLAB65（R13）SIMULINK5SIMPOWERSYSTEMS2320032MATLAB651R13SP1SIMULINK51SIMPOWERSYSTEMS3020046MATLAB70R14SIMULINK60SIMPOWERSYSTEMS3120049MATLAB701R14SP1SIMULINK61SIMPOWERSYSTEMS4020053MATLAB704R14SP2SIMULINK62SIMPOWERSYSTEMS40120059MATLAB71R14SP2SIMULINK63SIMPOWERSYSTEMS41120063MATLAB72R2006ASIMULINK64SIMPOWERSYSTEMS4220069MATLAB73R2006BSIMULINK65SIMPOWERSYSTEMS4320073MATLAB73R2007ASIMULINK66SIMPOWERSYSTEMS4422SIMULINK的基本操作221模块及信号线的基本操作1模块的基本操作表22SIMULINK中模块的基本操作方法操作内容操作目的操作方法选取模块从模块库浏览器中选取需要的模块放入SIMULINK仿真平台窗口中方法1在目标模块上按下鼠标左键，拖动目标模块进入SIMULINK仿真平台窗口中，松开左键；方法2在目标模块上单击鼠标右键，弹出快捷菜单，选择“ADDTOUNTITLED”选项选中多个模块可对多个模块同时进行共同的操作，如移动、复制等方法1按住“SHIFT”键，同时用鼠标单击所有目标模块方法2使用“范围框”，即按住鼠标左键，拖拽鼠标使范围框包围所有目标模块删除模块删除窗口中不需要的模块方法1选中模块，按下“DELETE”键；方法2选中模块，同时按下“CTRL”和”X”键，删除模块并保存到剪贴板中调整模块大小改善模型的外观，调整整个模型的布置选中模块，模块四角将出现小方块；单击一个角上的小方块并按住鼠标左键，拖拽鼠标到合理大小位置移动模块将模块移动到合理位置，调整整个模型的布置单击模块，拖拽到合适的位置，松开鼠标按键旋转模块适应实际系统的方向，调整整个模型的布置方法1选中模块，选中菜单命令【FORMATROTATEBLOCK】模块顺时针旋转90；选择菜单命令【FORMATFLIPBLOCK】，模块顺时针旋转180；方法2右键单击目标模块，在弹出的快捷菜单中进行与方法1同样的菜单项选择表23SIMULINK信号线的基本操作方法操作内容操作目的操作方法在模块间连线在两个模块之间建立信号联系在上级模块的输出端按住鼠标左键，拖动至下级模块的输入端，松开鼠标键移动线段调整线段的位置，改善模型的外观选中目标线段，按住鼠标左键，拖拽到目标位置，松开鼠标左键移动节点可改变折线的走向，改善模型的外观选中目标节点，按住鼠标左键，拖拽到目标位置，松开鼠标左键画分支信号线从一个节点引出多条信号线，应用于不同目的方法1先按住“CTRL”键，再选中信号引出点，按住鼠标左键，拖动至下级模块的输入端，松开鼠标键方法2先选中信号引出线，然后在信号引出点按住鼠标右键，拖动至下级模块的输入端，松开鼠标键删除信号线删除窗口中不需要的线段或断开模块间连线方法1选中目标信号线，然后按“DELETE”键方法2选中目标信号线，使用EDITCUT命令信号线标签设定信号线的标签，增强模型的可读性双击要标注的信号线，进入标签的编辑区，输入信号线标签内容，在标签编辑框外的窗口中单击鼠标退出222系统模型的基本操作表24SIMULINK系统模型的基本操作方法操作内容操作目的操作方法创建模型创建一个新的模型方法1运行MATLAB菜单命令FILENEWMODEL方法2点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏中快捷按钮打开模型打开一个已有的模型方法1运行MATLAB菜单命令FILEOPEN方法2点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏中快捷按钮保存模型保存仿真平台中模型方法1运行MATLAB菜单命令FILESAVE方法2点击SIMULINK模块库浏览器窗口工具栏中快捷按钮注释模型使模型更易读懂在模型窗口中的任何想要加注释的位置上双击鼠标，进入标签的编辑框，输入注释内容，在窗口中任何其它位置单击鼠标退出23SIMULINK系统建模的步骤（1）分析待仿真系统，确定待建模型功能需求及结构。（2）启动模块库浏览器窗口，选择菜单中的FILENEWMODEL选项，新建一个模型文件。（3）在模块库浏览器窗口中找到模型所需的各模块，并分别将其拖拽到新建的仿真平台窗口中。（4）将模块适当排列，并用信号线将其正确连接。有几点需要注意1在建模之前应对模块和信号线有一个整体、清晰和仔细的安排，这样在建模时会省下很多不必要的麻烦2模块的输入端只能和上级模块的输出端相连接；3模块的每个输入端必须有指定的输入信号，但输出可以空置。（5）对模块和信号线重新标注。（6）依据实际需要对相应模块设置合适的参数值。7如有必要，可对模型进行子系统建立和封装处理。（8）保存模型文件。24断路器合闸电阻值及接入时间选取断路器并联合闸电阻的阻值不同，限制过电压的效果也不同。例如几十千欧（高值）的合闸电阻可以限制切空变过电压；几千欧（中值）的合闸电阻可以限制切空线以及系统解列过电压；几百欧（低值）的合闸电阻可以限制合空线过电压。考虑到切空变过电压可以用一般的避雷器保护，切空线过电压可以用提高断路器灭弧能力避免重燃的办法来解决，所以通常将断路器装设并联合闸电阻作为限制空载线路合闸过电压超高压和特高压电网中的主要操作过电压的主要措施。合闸线路时先合断路器辅助触头K1，接入合闸电阻，然后合断路器主触头K，短接合闸电阻R，完成合闸线路的操作。所以，合闸过程可以分为两个阶段，每个阶段的过渡过程的起始值与稳态值的差值减小，即减小了振荡分量的幅值。又由于电阻的阻尼作用，振荡过程的衰减加快，从而使过电压幅值受到限制。从限制过电压的角度出发，两个阶段所要求的电阻值是不相同的。第一阶段合上断路器辅助触头K1时，电阻R值愈大，过电压愈小；电阻R为零时，相当于没有并联合闸电阻的线路，其过电压最大。而第二阶段合断路器主触头K时，恰好相反，电阻R值愈大，过电压也愈大，当电阻R趋于无穷大时，也相当于没有并联合闸电阻，其过电压最大，所以两个合闸阶段所合成的过电压与合闸电阻的关系是一条V形曲线，其交点处的过电压最低。对一定类型的断路器，最大合闸过电压将随着电网结构、电源容量、线路长度不同而不同，相应的合闸过电压V形曲线也各不相同，若在各种不同的具体情况下，都要求并联合闸电阻值是对应与过电压值最低时的电阻值，这是不切实际的。一般是针对某一电压等级，经过技术经济比较的综合研究，提出限制过电压的水平，但是为了尽量减小通过电阻的电流，保证热稳定，合闸电阻值选大的比较好，同时，合闸电阻较大，对辅助触头的灭弧能力的要求也可以降低。因此，实际合闸电阻的选择决定于合闸的第二阶段。国内研究中断路器合闸电阻值取200900，为了确定特高压断路器合适的合闸电阻值，不同系统方式及线路长度时，不同合闸电阻的合闸过电压水平也不同，并不代表全部特高压线路合闸电阻与过电压关系，特别不能反映各种工况下过电压的实际幅值。但从图中及其他的计算表明当合闸电阻值在300400之间时，过电压相对而言最低。而电阻值低，其所需的能量就比较大，综合比较后，考虑取合闸电阻值为400。实践证明，并联合闸电阻的作用是明显的，为了充分发挥合闸电阻的作用，要求有足够的合闸电阻接入时间，使断路器主触头K合闸时，前一阶段的过渡过程基本结束，不再对第二阶段产生不利的影响。我国500KV断路器并联合闸电阻的接入时间一般为1015MS，继续增加合闸电阻接入时间能够降低合闸统计过电压，其效果与输电系统运行方式有关，有些效果明显，有些方式并不明显，但电阻的能量却明显增加。综合各种因素后，初步确定1000KV断路器合闸电阻值取400、接入时间取9515MS。某种运行方式下不同合闸电阻的合闸操作统计过电压值25空载线路合闸过电压合闸于空载线路是电力系统中常见的一种操作，通常可分为两种情况一种是正常有计划的合闸，如线路检修后投入运行根据调度需要对送电线路的合闸操作等。这种情况下，在合闸之前，线路上不存在任何异常，线路上起始电压为零合闸后，线路各点电压由零值过渡到考虑电容效应后的工频稳态电压值，在此过渡过程中会出现合闸过电压。由于线路具有分布参数特性，所以振荡电压将由工频稳态分量和无限多个逐渐衰减的谐波分量叠加组成。另一种合闸操作是运行线路发生单相接地故障，由继电保护系统控制跳闸后，经一短促时间再合闸，即自动重合闸操作。如上图所示，线路单相接地，断路器K2先跳闸，线路成为带接地故障的空载线路，当断路器KL动作时在触头流过的电流过零时电弧断开，非故障相线路上将留有残余电压，假定为U0。在大约05S后，K1自动重合，若线路上一没有泄露和衰减，则非故障相线路上各点电压就会从一砜过渡到考虑电容效应后的工频稳态值在此振荡过程中将出现较高的过电压。显然，重合闸过电压要比计划性合闸过电压严重的多，由于空载线路各点工频稳态电压不等，所以合闸过电压的幅值也不同，线末最高，线首最低。26操作过电压分析电力系统中的电容、电感均为储能元件，正常运行中的电力系统是一个稳定的系统，如果系统中出现任何扰动如电气元件的操作、发生各种故障等，都会引起系统某一部分甚至整个系统的电气量发生变化。由于运行方式调整、设备检修等原因，电力系统中经常会进行一次设备的投入或停用的操作；或由于输电线路发生故障，在继电保护装置动作切除故障后，自动重合闸装置动作，将线路重新投入。当系统内断路器无论上述何种原因进行操作时，电力系统将由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态。在过渡过程中，由于电源继续供给能量，而且储存在电感中的磁能或电容中的静电场能量会释放或转换，所以会产生高于电源电势的过电压。他们是在几毫秒至几十毫秒之后要消失的暂态过电压，这种暂态过电压是由工频电压和以系统自振频率振荡的电压相叠加构成，这种过电压叫做操作过电压。操作过电压是电力系统内部过电压的另一种类型，它是由系统中断路器操作和各种故障产生的过渡过程引起的。与暂时过电压相比，操作过电压通常具有幅值高，存在高频振荡、强阻尼和持续时间短等特点。操作过电压可分为1、间隙电弧接地过电压；2、切除电容性负载过电压；3、切除电感性负载过电压；4、解列过电压；5、空载线路合闸过电压。特高压输电线路参数与超高压输电线路参数相比，为了提高其传输能力，减小电压损耗，其分布电阻和电感较小，而分布电容较大，另外特高压输电线路一般比较长。而超高压输电线路上的单相重合闸过电压通常低于空载线路合闸过电压，并且我国超高压以上系统一般不采用三相重合闸，在特高压线路的操作过电压绝缘配合中空载长线合闸操作过电压具有幅值高、存在高频振荡、阻尼较强以及持续时间短等特点，是特高压电网中最严重的过电压，在最不利的情况下过电压倍数可达3倍以上。影响合闸过电压的因素实际上。合闸过电压的幅值受到很多因素的影响，如系统参数。结构及运行方式等；此外如合闸相位，三相断路器合闸动作的不同期性等随机因素不但影响过电压的数值。还使其具有统计性质。归纳起来，影响合闸过电压的因素主要有以下几个方面1合闸相位电源相电动势P，瓦CCOT十0，合闸瞬间的电动势EO瓯COSO取决于合闸初相角口，正常合闸时，若00即PO以是其中过电压最严重的情况。伊它是个随机数值，遵循统计规律。由于断路器触头在机械上闭合以前可能发生预击穿现象，而且多发生在触头问电压接近最人的情况，即相当了电源电动势在最大值附近合闸或接近反相重合闸。为了限制该合闸过电压，选相合闸或称同步合闸是可以采取的一种措施，即通过专门的装置进行控制，使断路器在两触头电位极性相同或电位差接近零时完成合闸操作。2线路损耗实际输电线路的能晕损耗会引起自由分量的衰减，使过电压幅值降低。能量的损耗主要来自两方面一方面是线路存在的电阻另一方面是肖过电压较高时线路上将出现冲击电晕放电现象。而且过电压倍数越高，冲击电晕现象越强烈，电晕损耗能量也越大3线路残压的变化在自动重合闸的过程中，由于线路残余电荷的泄放，实际上线路的残压是下降的。首先，线路的绝缘子存在着一定的泄漏电阻，使线路上的残余电荷泄放入地。其次，若线路侧接有电磁式电压互感器，则由线路电容，互感器的激磁电感及等值电感构成阻尼振荡回路在该回路中，残余电荷得以泄放4三相断路器的不同期合闸通常断路器合闸时，总存在一定程度的三相不同期，因而形成三相电路瞬时的不对称。此外，由于三相之间存在互感及电容的耦合作用，在未合闸相上感戍出与已合闸相极性相同的电压，待该相合闸时可能出现反极性合闸的情况，以至产生高幅值的过电压。5单相自动重合闸的采用模拟试验表明，一般情况下三相自动重合闸，特别是不成功的三相重合闸，过电压最为严重。这主要是由于不对称效应使健全相残压高于相电压，空载长线的电容效应以及相问耦合等原因所致因此，为了降低重合闸过电压，超高压及特高压系统多采用单相自动重合闸。在这种操作方式下，由于故障相被切除后，线路上没有残余电荷，加之系统零序回路的阻尼作用大于正序回路，使得单相重合闸过电压甚至会低于正常的合闸过电压。（6）变电所母线上接有其他出线时合闸空载线路于变电所母线上，该母线上可能接有其他一定长度的线路。这时可将合闱过程分为两个阶段进行分析，首先，已合闸线路通过寄生电感及线路电感向被合闸线路的较高频率的电荷重新分配过程；其次是电源对接于母线上的所有线路的较低频率的充电过程，分析可知，无论被合闸线路上电压的起始值与合闸相位如何，经过电荷重新分配以后，总会使电源对线路充电过程的起始值和稳态值更为接近，因此降低了过电压。261操作过电压的限制措施相当一部分限制操作过电压的措施是建立在限制工频过电压基础上的，所以在限制操作过电压时首先可以考虑采取215中的措旌。除此之外主要还可考虑以下可能的措施1使用金属氧化物避雷器MOA；近年来随着MOA制造水平的提高，其限制操作过电压的能力也不断提高，成为目前国际上限制操作过电压的主要手段之一。在现阶段特高压的研究中。变电站和线路侧都采用额定电压为828KV的MOA。2采用断路器合闸电阻限制合闸过电压；（3）使用控制断路器合闸相角方法降低合闸过电压；使合闸相角在电压过零点附近，以降低合闸操作过电压。总的来说，相角控制技术是根据母线或线路电压信号来控制断路器的合闸相位以抑制电网中的涌流和过电压从原理上看。这种方法产品结构简单。价格较低。但在实际的电网环境中，相控断路器的准确性受到质疑。1998年国际大电网会议对相控断路器的优缺点进行了讨论，认为通过分析计算和现场试验可以证明相控断路器的有效性。目前，这种方法多用于投切集中参数的元件，如电容器组和变压器等，用于输电线路的较少。（4）使用断路器分闸电阻限制甩负荷分闸过电压；5选择适当的运行方式以降低操作过电压27空载线路合闸过电压仿真模型的建立271未使用合闸电阻的仿真模型的建立过程1找到相应的原件（1）在SIMPOWERSYSTEMS库中找到ELEMENTS元件子库，在子库中可以找到接地GROUND、断路器BREAKER、并联RLC支路（可以对其进行参数设置得到所需要的模型）以及输电线路PISECTIONLINE2在ELECTRICALSOURCES子库中可以找到交流电源（3）在MEASUREMENTS测量子库中可以找到VOLTAGEMESUREMENTS用于检测电压，使用时并联在被测电路中（4）在SIMULINK仿真库中找到SINKS子库，在其中找到示波器SCOPE2搭建电路模型（如下图所示）仿真参数的设置1交流电源参数设置2并联RLC支路参数设置（1）（2）（3）3输电线路的参数设置4断路器的参数设置5未使用合闸电阻的仿真波形得出的结论由仿真的波形可以看出，未加合闸电阻时合闸瞬间线路末端将产生合闸过电压。272使用单级合闸电阻电路模型的建立（搭建的过程及参数的设置同上）得出的结论过电压问题有所缓解，并且电压的波形较未加电阻时更平滑。273使用两级合闸电阻电路模型的建立（搭建的过程及参数的设置同上）得出的结论过电压问题较单级电阻时有所缓解，并且电压的波形较加单级电阻时更平滑。274使用三级合闸电阻电路模型的建立（搭建的过程及参数的设置同上）得出的结论使用三级合闸电阻时，解决过电压问题的效果显著。第3章结论在不采取任何措施的情况下，空载合闸过电压为185195PU，超出安全规程，采用单级合闸电阻限制在了16PU安全规程范围。采用三级合闸电阻比单级合闸电阻限制效果更好，因为三级合闸电阻可以根据电网的变化采取不同的阻值，以达到更加理想的限制效果，所以三级合闸电阻更加灵活、有效。第4章工作进度安排第1周学习MATLAB/SIMPOWERSYSTERMS的使用第2周学习空载线路合闸过电压的理论基础，并收集相关资料。第37周整理资料，然后根据课题要求建立仿真模型。第811周进行仿真并记录结果，整理数据，结果交予李天然老师指导，并开始着手撰写论文。第1214周完成论文交稿，回顾整个设计过程并准备答辩第5章参考文献1舒印彪，刘泽洪，袁骏，等2005年国家电网公司特高压输电论证工作综述电网技术2解广润电力系统过电压北京水利电力出版社，19852953333陈思浩，吴政球，陈加炜，等多级合闸电阻限制1000KV输电线路操作过电压的研究电网技术，2006，302010134黄艳氧化锌避雷器限制操作过电压的研究高电压技术，1997，23180825彭玲特高压输电在我国的应用前景水电能源科学，1998，163，PP68726盛鹃，李永丽，李斌，等特高压输电线路过电压的研究和仿真电力系统及其自动化学报，2003，156，PPL3187陈维贤电网过电压教程M北京中国电力出版社，19968张一尘高电压技术中国电力出版社20009高如泉,何金良高压电工学清华大学出版社199610邱毓昌GIS装置及其绝缘技术水利电力出版社199411梁曦东、陈昌渔、周远翔高电压工程清华大学出版社，200312陈亚民电力系统计算程序及实现水利电力出版社，199513韩肖清电力系统运行与控制中国水利水电出版社，199614陈跃电力系统毕业设计指南中国水利水电出版社，1999第6章英文翻译原文INTRODUCTIONSTOTEMPERATURECONTROLANDPIDCONTROLLERSPROCESSCONTROLSYSTEMAUTOMATICPROCESSCONTROLISCONCERNEDWITHMAINTAININGPROCESSVARIABLESTEMPERATURESPRESSURESFLOWSCOMPOSITIONS,ANDTHELIKEATSOMEDESIREDOPERATIONVALUEPROCESSESAREDYNAMICINNATURECHANGESAREALWAYSOCCURRING,