毕业论文基于MATLABSIMULINK的输电线路操作过电压的仿真分析

1、山西大学工程学院毕业设计（论文）题 目 基于MATLAB/SIMULINK的输电线路操作过电压的仿真分析系 别 电力工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电本1038 姓 名 田志慧 指导教师 下达日期 2014 年 1 月 15 日设计时间自2014年2月24日至2014年6月7日毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 基于MATLAB/SIMULINK的输电线路操作过电压的仿真分析2、题目来源 自拟 二、目的和意义1、目的特高压/超高压输电线路是电力系统中的重要电气设备，过电压是影响电力系统安全运行的重要因素之一，采取有效措施限制过电压是电力系统运行的基本要求。利用MATL

2、AB/SIMULINK，对特高压/超高压输电线路进行建模，对输电线路操作过电压的影响因素进行仿真分析，对输电线路限制操作过电压的措施进行分析研究，使学生掌握分析研究输电线路过电压问题的方法和步骤，从而提高学生的分析问题和解决问题的能力。2、意义MATLAB是目前工程技术人员进行分析研究工作的一个高效的工具，全面掌握MATLAB仿真分析输电线路过电压的方法，就使学生具备了对电力系统中其他问题进行仿真分析的思路和能力，从而适应未来工作中进行独立分析研究的需要。三、原始资料（见附件）四、设计说明书应包括的内容（参考）1 概述1.1 特高压/超高压输电线路的构成及特点1.2 输电线路的等值电路1.3

3、MATLAB/SIMULINK简介2 输电线路的工频过电压2.1 输电线路的参数计算2.2 输电线路的模型及参数设置2.3 长距离输电线路空载时的电容效应及其仿真2.4 输电线路的工频过电压及其仿真3 输电线路的操作过电压3.1 空载线路的合闸过电压及其仿真3.2 切除空载线路时的过电压及其仿真3.3 影响操作过电压的因素的仿真分析3.4 限制操作过电压的措施的效果分析4.总结 五、设计应完成的图纸1、输电线路在各种过电压情况下的电压波形图。2、采用限制操作过电压的措施后的电压波形图。六、主要参考资料1、SimPowerSystems Users Guide.pdf2、于群 MATLAB/Si

4、mulink电力系统建模与仿真 北京：机械工业出版社3、王晶等编著 电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用 西安：西安电子科技大学出版社4、施围 电力系统过电压计算 西安：西安交通大学出版社5、相关学术论文七、进度要求1、实习阶段第周（月日）至 第 周（月日）共周2、设计阶段第 1 周（ 2 月 24 日）至第 15 周（ 6月 7 日）共 15 周3、答辩日期第 15 周（ 2014 年 6 月 7 日）注： 对学生的要求：（1）有能够运行MATLAB 2011b的笔记本计算机，选修过MATLAB方面的课程。（2）能够按照进度要求，投入足够的时间用于进行毕业设计。空载输电线路单相

5、合闸操作过电压的研究摘要本文主要是基于MATLAB/SIMULINK的空载输电线路单相合闸过电压的仿真分析，主要是从单相合闸空载线路过电压的影响因素和限制措施进行仿真分析，通过对开关合闸相位的不同，线路损耗的大小，以及断路器是否加并联电阻进行的比较分析，从而得出最佳的合闸相位角，以及断路器加并联电阻对合闸过电压限制的可行性的论证。关键词：MATLAB；单相合闸；合闸相位；并联电阻；过电压；电力系统Light transmission line single-phase switching overvoltage operation researchABSTRACT This paper is

6、based on the MATLAB/SIMULINK simulation analysis of lighttransmission line single-phase switching overvoltage mainly from single phaseswitching racing line overvoltage simulation analysis was made on theinfluence factors and the restrictions, through to the switch closing phase is different, the siz

7、e of the line loss, and whether circuit breaker with parallel resistance of comparative analysis, obtains the best closing phase Angle, thus and circuit breaker with parallel resistance on the switching overvoltage limit ofthe feasibility of the argument.Keywords：MATLAB；Single phase switching；Closin

8、g phase；Parallel resistanceOvervoltage；The power system目录摘要4前言7第一章概述7 1.1毕业设计设计的目的和意义71.2特高压/超高压输电线路的构成及特点71.3输电线路等值电路81.4MATLAB/SIMULINK简介和特点8第二章、主要设计内容122.1空载线路的单相合闸过电压及其仿真132.2过电压产生的物理过程132.3影响过电压的因素152.4限制过电压的措施152.5未使用合闸电阻时的仿真模型及参数如下172.6合闸相位不同时对空载线路合闸过电压的影响22t=0，=0时，也就是电源电压过零时合闸的过电压波形如下：22t=0.

9、002s合闸时过电压如下：22t=0.004s时合闸的过电压波形如下：23t=0.005s时合闸，也就是电源电势为最大值时合闸过电压波形如图：232.7线路损耗不同时对合闸操作过电压的影响24当r=0.1/km时，过电压波形为：24当r=0.2/km时，过电压波形为：24当r=0.3/km过电压波形为：25当r=0.4/km过电压波形为：252.8断路器是否带并联电阻时对合闸空载线路过电压的影响262.9分布参数模型与pi型集中参数模型的比较28当改用pi型等效电路的模型. 28当改用分布参数等效模型29 参考文献：30英文翻译：31前言 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

10、于系统状态的突然变化，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和某些电气设备或者局部电网上造成很高的电压，即远远超过正常的电压，称作操作过电压，本文研究的是河南平顶山到湖北武昌的500kv输电线路合闸空载过电压的研究，从合闸过电压的影响因素以及限制措施进行研究分析。第一章概述1.1毕业设计设计的目的和意义特高压/超高压输电线路是电力系统中的重要电气设备，过电压是影响电力系统安全运行的重要因素之一，采取有效措施限制过电压是电力系统运行的基本要求。利用MATLAB/SIMULINK，对特高压/超高压输电线路进行建模，对输电线路操作过电压的影响因素进行

11、仿真分析，对输电线路限制操作过电压的措施进行分析研究，使学生掌握分析研究输电线路过电压问题的方法和步骤，从而提高学生的分析问题和解决问题的能力。MATLAB是目前工程技术人员进行分析研究工作的一个高效的工具，全面掌握MATLAB仿真分析输电线路过电压的方法，就使学生具备了对电力系统中其他问题进行仿真分析的思路和能力，从而适应未来工作中进行独立分析研究的需要。1.2特高压/超高压输电线路的构成及特点使用1000千伏及以上的电压等级输送电能。特高压输电是在超高压输电的基础上发展的，其目的仍是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距离的电力系统互联，建成联合电力系统。1000千伏特

12、高压交流输电线路输送功率约为500千伏线路的4至5倍；正负800千伏直流特高压输电能力是正负500千伏线路的两倍多。同时，特高压交流线路在输送相同功率的情况下，可将最远送电距离延长3倍，而损耗只有500千伏线路的25%至40%。输送同样的功率，采用1000千伏线路输电与采用500千伏的线路相比，可节省60%的土地资源。到2020年前后，国家电网特高压骨干网架基本形成，国家电网跨区输送容量将超过2亿千瓦，占全国总装机容量的20%以上。届时，从周边国家向中国远距离、大容量跨国输电将成为可能。对于特高压电网的经济性，专家分析：到2020年，通过特高压可以减少装机容量约2000万千瓦，节约电源建设投资

13、约823亿元；每年可减少发电煤耗2000万吨。北电南送的火电容量可以达到5500万千瓦，同各区域电网单独运行相比，年燃煤成本约降低240亿元。对于交流特高压而言，主要有两大技术攻关重点：一是制造出可调的并联电抗器，二是研制1000千伏电压等级的双断口断路器，这两个关键技术问题已经基本解决。对于直流特高压电网而言，其技术攻关关键是开发6英寸晶闸管。日本已经研制出了6英寸晶闸管，我国在研制6英寸晶闸管方面也已经具备了一定的基础。我国晋东南南阳荆门的特高压交流试验示范工程的意义在于：它将真正实现全电压、满容量、长距离输电。此外，对于我国电网设备制造业而言，中国建设特高压电网对我国民族工业无疑是一个巨

14、大的推动。中国从2006年开始要发展特高压电网，表明中国已经有勇气解决特高压这一世界性的难题。1.3输电线路等值电路 将参数均匀分布的输电线路看成由无数个长度为dx的小段组成，每单位长度导线的电感及电阻分别为L和R,每单位长度导线对地电容及电导分别为C和G则单相等值电路如下图所示。1.4MATLAB/SIMULINK简介和特点 20世纪70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最

15、高水平。到20世纪70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Clev e Moler，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB，该名为矩阵（matrix）和实验室（laboratory）两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。1983年春天，Cleve Moler到

16、Stanford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师John Little。John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。同年，他和 Cleve Moler、Sieve Bangert一起，用C语言开发了第二代专业版。这一代的MATLAB语言同时具备了数值计在算和数据图示化的功能。1984年，Cleve Moler和 John Lithe成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可分为两大类。一类是数值计算型软件，如 MATLAB、Xmath、Gaus

17、s等，这类软件长于数值计算，对处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，如Mathematica、Maple等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精度解，其缺点是处理大量数据时效率较低。MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水平上开拓了其符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了适合多学科、多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB 已经占据了数值型软件市场的主导地位。在MATLAB进入市场前，国际上的许多应用软件包都是直接以FORTRAN和C语言等编程语言开发的。这种软件的缺点是使用面

18、窄、接口简陋、程序结构不开放以及没有标准的基库，很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB的出现，为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。在MATLAB问世不久的20世纪80年代中期，原先控制领域里的一些软件包纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。 MathWorks公司1993年推出了MATLAB 4.0版，1995年推出4.2C版（for win3.X）1997年推出5.0版。1999年推出5.3版。MATLAB 5.X较MATLAB 4.X无论是界面还是内容都有长足的进展，其帮助信息采用超文本格式和PDF格式，在Netscape 3.0或IE 4.0及以上版本，Acrobat Re

19、ader中可以方便地浏览。时至今日，经过Math Works公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。MATLAB功能简介及应用范围MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符

20、号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。当前流行的MATLAB 5.3/Simulink 3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox)。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三

21、大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己

22、编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以使用。MATLAB有着强大的功能，可以用来进行多种工作，具体如下： 数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程等。 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，可以解决这些应用领域内特定类型的问题。MATLA

23、B的语言特点MATLAB被称为第四代计算机语言，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB的最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C

24、语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短，具体运算符见附表。MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。语法限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于

25、MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。功能强劲的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内的学术水平很高的专家编

26、写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。下表列出了MATLAB的核心部分及其工具箱等产品系列的主要应用领域。源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。Simulink简介Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。在其下提供了丰富的

27、仿真模块。其主要功能是实现动态系统建模、方针与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数。Simulink仿真与分析的主要步骤按先后顺序为为:从模块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。Simulink模块库提供了丰富的描述系统特性的典型环节，有信号源模块库(Source) ,接收模块库（Sinks），连续系统模块库（Continuous），离散系统模块库（Discrete），非连续系统模块库（Signal Routing），信号属性模块库（Signal Attributes），数学

28、运算模块库（Math Operations），逻辑和位操作库（Logic and Bit Operations）等等，此外还有一些特定学科仿真的工具箱。Simulink为用户提供了一个图形化的用户界面（GUI）。对于用方框图表示的系统，通过图形界面，利用鼠标单击和拖拉方式，建立系统模型就像用铅笔在纸上绘制系统的方框图一样简单，它与用微分方程和差分方程建模的传统仿真软件包相比，具有更直观、更方便、更灵活的优点。不但实现了可视化的动态仿真，也实现了与MATLAB、C或者FORTRAN语言，甚至和硬件之间的数据传递，大大扩展了它的功能。第二章、主要设计内容2.1空载线路的单相合闸过电压及其仿真本次毕

29、业设计的主要内容为：空载线路的合闸过电压及其仿真利用MATLAB建立的电路模型如下： 电力系统中空载线路的合闸有两种不同的形式：一种是计划性的合闸操作；另一种是自动重合闸操作。空载线路无论是计划性合闸还是自动重合闸，都将使线路从一种稳态过度到另一种稳态，由由于系统有L、C的存在，会产生振荡过电压。由于长线路的分布参数特性，过电压将有工频稳态分量和无限个迅速衰减的高频谐波分量叠加组成。2.2过电压产生的物理过程 空载线路合闸过电压与系统和线路参数有关。从不考虑线路的参数的分布特性和考虑线路的分布特性两种情况，讨论空载合闸过电压产生的物理过程和过电压计算。不考虑线路参数的分布特性计划性合闸 当不考

30、虑线路参数分布特性时，分析空载线路合闸（合空线）过电压的等值电路如图所示，图中L为电感，Ct为线路电容，电源电势e（t）=Emcos（wt+）。在计划合闸前，线路不存在故障和残余电压，即等值电路中C2初始电压uc（0） =0. 假定t=0合闸，若合闸相角=0，即在电源电势为最大值Em时合闸，合闸瞬间线路上电压要从零值过度到Em，等值电路将产生高频振荡，线路上产生的最大过电压值为Ucm=2Em；若合闸相角=ð/2，即在电源电势为零值时合闸，这时不会产生振荡，也就不会产生过电压。自动重合闸 自动重合闸空载线路线路引起的过电压，主要考虑三相重合闸情况。当系统某一相发生接地故障时，三相断路器

31、跳开，这时非故障相线路电容Ct上将有残余电荷，即这时uc（0)不等于零。 假定t=0合闸，电源重合闸相角=0，若非故障相残余电压为-Em，则重合闸瞬间线路上电压要从-Em过渡到电势为Em，将引起高频振荡，产生过电压幅值为Ucm=2Em-（-Em）=3Em；若非故障相残余电压为Em，这时重合闸，线路上电压不变，也就不会产生过电压。从上述分析可知计划性空合闸线路产生的最大过电压为2.0倍；三相重合空载线路产生最大过电压为3.0倍。考虑线路的分布参数特性通过上述分析可知，在最不利的三相重合闸条件下，由于非故障相的初始电位影响，最大值过电压可达3.0倍。显然，对于超高压电网这种情况是不允许发生的，故超

32、高压电网中不采用三相重合闸操作方式，故采用单相自动重合闸时，空载线路的初始电位都为0. 为简化分析，略去线路损耗假定三相断路器同期合闸，则仍可按单相分析空载线路合闸过程。图中用于分析空载线路合闸的单相等值电路图。 设t=0时初始电压为零的空载长线与交流电源e(t)=Emcos(wt+)接通，利用拉普拉斯变换可以写出合闸后的线路首端电压的运算形式为式中E（p）-电源电压运算形式；PL-电源内电感的运算形式电抗；Zrk（p）-运算形式的空载长线路首端的入口阻抗，Zrk（p）=Zc1cth（p）l。线路末端的运算形式则为U2（p）=k12（p）U1（p）式中K12（p）-线路首端到末端的传递函数，对

33、于空载长线路K12（p）=1/ch（p）l线路末端电压的运算表达式为：利用分解定理，可得合闸后线路末端的电压表达式为：由上式可以看到，过度过程中线路上电压由稳态分量Awcoswt和自由分量Aicoswit组成，其中自由分量是由各谐波分量Aicoswit组成。由物理概念可知，各分量的振幅Ai，Ai与电源及线路参数有关，各分量的振荡角频率Wi则有电源内电感及线路参数所决定，不同谐波振幅值Ai随着wi增加而减小。由计算可知，在某种情况下，空载长线路合闸时的基波分量振幅Ai可能较稳态分量振幅A大，而过电压倍数可能大于2，这是在集中参数电路中是不会出现的。在超高压电网中，线路损耗通常较小，对谐波振荡角频

34、率wi影响较小，而主要影响谐波振幅Ai，考虑线路损耗影响，线路末端电压可表达为i-各次谐波振幅的衰减系数。2.3影响过电压的因素 由上述分析可知，空载线路的合闸过电压取决于合闸时电源电压相位角，是个随机数值，遵循统计规律。一般合闸有预击穿现象，即合闸过程中，随着触头间距离越来越近，触头间电位差已将介质击穿，使电气接通早于机械触头的接触。对于油断路器的统计表明，合闸相位角多半处于最大值附近的正负30度之内。但对于快速空气断路器而言，合闸相位角的分布比较均匀，既有可能在=0°时合闸，也有可能在0°时合闸，也可能在=90°时合闸。 线路上残余电压uc（0）的极性和大小，

35、对过电压的幅值的影响也很大，这是三相重合闸过电压的重要特点。残余电压的大小取决于线路绝缘子表面的泄漏，在0.3-0.5s重合闸时间内，残余电压一般可下降10%-30%。当系统采用单相重合闸操作方式时，线路上残余电压为零。此外，空载线路的合闸过电压还与线路参数，电网结构，母线的出线数，断路器合闸时三相的同期性和导线电晕有关。2.4限制过电压的措施 超高压系统中，在最不利的情况下，空载线路的合闸过电压可能达到2.5倍以上，除采用并联电抗电抗器等降压措施外，尚需采用专门的措施加以强迫限制。 目前，我国采用自带并联电阻的断路器作为主要限压措施，并用性能良好的氧化锌避雷器作为后备保护。对于短线路，可用氧

36、化锌避雷器作为主要限压措施。下面讨论断路器的并联电阻对合闸过电压的抑制作用。带并联电阻断路器的等值电路如下图所示。图中S1为主触头，S2为辅助触头，R为并联电阻。合闸操作时，先合辅助触头S2,R串入回路中阻尼振荡，间隔一定时间后，再合主触头S1，完成合闸操作。采用带有合闸电阻的断路器后一般可将合空线过电压限制到2倍以下。断路器的并联电阻值可依据系统允许的操作过电压水平，通过计算获得。在超高压系统，断路器的并联电阻一般取R=400，其接入时间一般取8-10ms。采用单相自动重合闸，这时故障相的初始电压Uc（0）=0，重合闸时就不会出现高幅值的过电压，利用线路侧的电磁式电压互感器，也可泄放线路上的

37、残余电荷，可降低重合闸过电压。采用息弧能力强通流容量大的氧化锌避雷器，可限制合空线过电压幅值。合空载线路产生过电压是由于合闸时断路器触头间有电压差引起的。因此可采用专门的同步合闸控制装置，使断路器在触头间的电位差接近于零时完成合闸操作，这将使合闸暂态过电压大大减弱，从而可基本消除空载线路合闸过电压。从上面分析可知，毕业设计可从以下三个方面进行研究：一是通过改变断路器的合闸相角来改变过电压的大小；二是，改变线路损耗来研究过电压的大小；三是通过是否使用带并联电阻的断路器来研究操作过电压。这次毕业设计我主要研究对象是以平武线（河南平顶山到湖北武昌）500kv输电线路的单相合闸空载线路过电压为对象进行

38、的研究，这条输电线路长度为594.88km，踏所采用的是LGJQ-300*4的钢芯铝绞线，查得它的参数为：r1=0.023/km，X1=0.276/km,b1=4.03x10S/km,r1,x1,b1分别为其单位长度的电阻，电抗，导纳参数。由公式：x1=2ðfL,可以计算得L=0.87898x10H/km,由公式：和可得c=12.76x10F/km2.5未使用合闸电阻时的仿真模型及参数如下交流电源的参数R参数设置RLC参数设置C1参数设置断路器B的参数设置分布参数电路的参数仿真S1的波形为t=0.005s合闸时S2的波形为所以在空载线路合闸会发生过电压。当然影响空载线路合闸过电压的因

39、素有很多，下面主要分析在合闸时刻的电源电压的相位角不同时的过电压，以及断路器是否带并联电阻对过电压的影响。当然在实际电路中，能量损耗会引起振荡分量的衰减，损耗主要有两个方面：一是输电线路及电源的电阻，二是过电压较高时，线路上上出现出现电晕，这些都会使过电压降低。2.6合闸相位不同时对空载线路合闸过电压的影响t=0，=0时，也就是电源电压过零时合闸的过电压波形如下：t=0.002s合闸时过电压如下：t=0.004s时合闸的过电压波形如下：t=0.005s时合闸，也就是电源电势为最大值时合闸过电压波形如图：由上图可以看出角的不同确实会对合闸过电压产生影响，最后达到稳态值得电压都要比电源电压500k

40、v要大达到了600kv左右是由于长线路的电容效应引起的。考虑到线路损耗的影响，我们来改变一下线路损耗对合闸过电压的影响（为了防止电容效应对仿真结果的影响，我们来改变单位长度电阻的大小来探究线路损耗对合闸过电压的影响），上面单位长度电阻为0.0263/km，下面讨论在t=0.005s时合闸过电压不同单位长度电阻（不同电路损耗）对合空线过电压的影响。当r=0.1/km,0.2/km,0.3/km,0.4/km时进行比较。2.7线路损耗不同时对合闸操作过电压的影响当r=0.1/km时，过电压波形为：当r=0.2/km时，过电压波形为：当r=0.3/km过电压波形为：当r=0.4/km过电压波形为：通

41、过上图分析线路损耗越大线路合闸电压也就越低。2.8断路器是否带并联电阻时对合闸空载线路过电压的影响在断路器没有并联电阻的时候：断路器在0.025s时候合闸时S2的波形为：在断路器有并联电阻的时候：先合辅助触头B，在合B1,在0.017s合辅助触头B，在0.025s合主触头B1（并联电阻阻值为400）.这时合闸过电压波形为：通过断路器是否带并联电阻的过电压波形分析比较可得，带并联电阻的断路器可大大减小合闸空载线路的过电压。2.9分布参数模型与pi型集中参数模型的比较：当改用pi型等效电路的模型，在0.005s合闸过电压波形为：使用分布参数等效电路在0.005s合闸的过电压波形为：可以看出使用pi

42、型等效电路没有使用分布参数电路的过电压高，pi型电路限制了电路中电压，电流频率的变化范围，对于研究基频下的电力系统与控制系统之间的相互关系，pi型电路可达到足够的精度，但是对于研究开关合闸瞬变等含高频暂态分量问题时，就不得不考虑分布参数特性，本次设计研究的是500kv，598.88km的线路就不得不考虑分布参数特性了，所以使用分布参数模块更加符合实际线路的情况。结论：合闸时电源电压的瞬时值取决于它的相位，相位的不同直接影响过电压的幅值，若需要在较有利的情况下合闸，一方面需要改进高压短路器的机械特性，提高触头的运动速度，防止触头间预击穿的产生；另一方面通过专门的控制装置选择合闸相位，使断路器在触

43、头间电位极性相同或电位差接近于零时完成合闸。实际上还受线路损耗的影响较大，线路上的电阻和过电压较高时线路上的电晕都构成能量的损耗，消耗了过渡过程的能量，而使得过电压幅值降低。对于断路器是否加并联电阻时，带并联电阻的断路器基本上限制空载线路合闸过电压。pi型电路限制了电路中电压，电流频率的变化范围，对于研究基频下的电力系统与控制系统之间的相互关系，pi型电路可达到足够的精度，但是对于研究开关合闸瞬变等含高频暂态分量问题时，就不得不考虑分布参数特性了。参考文献：1 SimPowerSystems Users Guide.pdf2 于群 MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真北京：机械工业

44、出版社3 王晶等编著电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用西安：西安电子科技大学出版社4 施围 电力系统过电压计算 西安：西安交通大学出版社5 鲁铁成 电力系统过电压 北京：中国水利水电出版社6 刘振亚 特高压电网 北京：中国经济出版社7 施围，郭洁。 电力系统过电压计算 北京：高等教育出版社8 林莘 现代高压电器技术 北京：机械工业出版社9 苏小林 电力系统分析 北京：中国电力出版社10张一尘 高电压技术 北京：中国电力出版社英文翻译：基于微处理器的继电保护 这篇文章页探讨了多重质量测量方法来观测，测量计算P（继电器可靠度）和无效用性。这是一个重要的考虑到工业商业设施需要修复或者

45、更换的旧的电机的或者电晶体的保护继电器的设备，因为设备故障，误操作或者意外的差错，以及丢失的部分。虽然P继电器适用于商业已经20多年了，过去的40年也一直在研究，但是工业和商业装置工程师却不太愿意接纳P技术。在北美，不论何时何地，只要可能，以取代旧的保护设备升级和更换新的微处理器继电器设备。这篇文章是非常有用的咨询工程师，工业和商业电力工厂的工程师，以及原始设备制造商（OEM）的工程师们有兴趣做得不到工业配电系统采用微处理器的继电器可靠性和预测。此外，本文协助表演设施的研究，以评估和改善系统的可靠性或现有工厂的能力时，那些微处理器继电器的成本与可靠性的决定。 本文探讨了在性能上的好处（灵敏性和

46、速动性），可靠性（安全性，选择性和可靠性），可用性，效率，经济性，安全性，兼容性，和微处理器多功能超过以前的现有技术的继电保护技术的能力，即机电和固体state.The建议典型的价值观，质量的测量和继电保护的性能，可靠性分析，不可用的本意是什么可以用来作为一个在我们这个行业的基准的建议。 在1988年的文章“微机继电保护的实际利益”1，在第15届西方继电保护会议（WPRC）中所述的设备硬件和典型的早期模型为基础的微处理器的保护继电器，执行信号输入，逻辑操作和计算处理。后来在1991年和1992年，2 3提供了良好的详细解释和增加业务灵活性的例子和微处理器继电器的附加功能，更好地适应系统的干扰，

47、继电器故障，保护理念，并改变电力系统的条件。 系统制造商正在增加具有显着的成本和电力的后果，往往被迫停运可以大大超过失败的配电设备的更换项目成本。此外，工业厂房，美国宇航局的“失败的管理者和运营商是不是一种选择”的心态，就被迫进程的中断将被要求看工厂的电力系统固有的可靠性，包括继电保护装置和组件配电设备，试图接近零缺陷，未清除的电力系统故障。参考文献4，在这篇文章中使用的术语提供下列定义：质量：整体的产品或服务的功能和特点，它有能力承担明示或暗示满足需求。可靠性（继电器或继电器系统）：一定程度继电器或继电器系统，将正确执行的措施。注：可靠性表示把握正确的操作连同保证对所有多余的原因不正确的操作

48、（安全）。可用性：适用于个别元件的性能或系统，它是长期的一个组件或系统服务的时间平均分数是圆满执行其预定的功能。一个替代的可用性和等价定义是，服务是一个组件或系统的稳态概率。不可用：长期的组件或系统因故障或计划中断服务的时间平均分数。另一种定义是一个组件或系统因故障或计划中断服务的稳态问题的能力。失败率：单位曝光时间的一个组成部分失败的平均数。通常情况下，时间是表示在几年，故障率定在每年的失败。故障率：每个单位曝光时间里，一个元件的故障的平均数。通常，时间是以年为单位的，故障率是每年的故障率。故障的平均数：平均数直到元件的第一次故障，组件为故障失效模式，例如白炽灯泡。故障中的平均数：一个元件的

49、连续的故障中的平均曝光时间。故障中的平均数是可以预计的，假设在那段时间内有足够的故障发生，以那段时间的故障数来划分曝光时间。去除率：每年一个元件的移除的平均数。即1/MTBR运行，电力中断：一个元件或系统因为一些直接与之关联的时件而不能正常的运行指定的功能时，这样一种状态就是中断。 微处理器接力计划是简单的设计，使用相同的数据输入继电器内执行额外的，因为它们使用较少的中继组件和辅助设备。这些计划用布尔代数表达式的中继功能。可以概括为如下的改进：低负担器件。更简单的保护方案和紧凑的设计，由于多功能设备。例如，变压器保护的主要差动继电器和备份的时间和瞬时过流的租金需要十（EMRS）机电继电器的继电

50、器被减少到一所小学和备份多功能微处理器为基础的继电器降低成本。更广泛和持续的设置范围。更大的敏感性，由于较高的准确计量和重复性继电器。因此，0.2秒协调，而不是典型的0.3秒的时间间隔（CTI），可用于协调。故障检测和高速跳闸，提供更好的系统稳定性和电能质量。灵活性设计或改变保护计划（固态模拟或数字继电器）无需安装额外配置例如控制开关，因为用户的亲可编程逻辑。负序两极分化。负序电流和差动元件。三极子循环电流差动保护。内置同步检查功能，以监督断路器合闸条件。 一个继电保护系统，包括继电器，电压和电流互感器，断路器，直流电源，控制电缆，一个继电器数据交换之间的通信渠道。继电保护的可靠性取决于所有系

51、统元素。在过去，EMRS是负责为保护系统运行故障或意外操作的高比例。作为在本文所展示的，微处理器的继电器是高度可靠的设备，提供保护和故障记录和可以监视的保护系统的一些元素的状态。 这些设备在系统扰动和故障收集的信息是非常重要的，了解电力系统的行为和评估分析这些信息不能被夸大其作用。此外，许多新的功能都没有在以前的技术，如以下多种设置组内置的事件报告显示电压和电流水平和继电器元素，触点输出，接点输入状态，每一个第四周期（4次，每次处理其逻辑继电器电源周期）故障定位自动测试事件序列（国有企业）纪录内置测光，消除传感器和仪表远程通信访问设置，监测和控制整个工厂所有接力项目和国有企业的信息时间戳到1毫

52、秒的精度，使用一个标准的全球定位系统（GPS）的时间同步信号，使故障后中断调查，涉及多个事件在不同的继电器容易正确重建的根本原因分析。提高可靠性内置微处理器继电器的功能，使电力系统更安全，更可靠，更经济。我们设计和测试，微处理器的继电器在恶劣环境下可靠运行。毕竟，一个中继需要更少的维护，更少的时间继电器的服务。服务继电器减少系统的保护。微处理器继电器的可靠运行，确保该系统的设计限制内经营。与EMRS，只有这样，才能知道，如果继电器工作是从服务中删除，并测试它。继电器是否工作在测试过程中，测试验证。你也不能肯定电子病历工作，当您返回到服务。 一个微处理器继电器的一个重要的好处是能够不断地运行自我

53、检查，以确认所有功能都正常运行。微处理器的继电器有75-85的覆盖率，自我诊断，为进一步解释5。启用前一个微处理器继电器光继电器运作和保护系统，保证了电工和运营商。不像EMRS，每年（或更长）的基础上，可能会得到检查，微处理器的继电器检查自己几千次每分钟。此外，自检，如果发现异常，继电器自动报警信号通过故障安全接触条件。运营商和电工，然后可以检查和修复的问题，故障发生前，尤其是当报警触点状态远程监测控制系统。 可靠性工程师通常使用的这些做法或更多来衡量产品的可靠性。1）基于个别元件故障率预测方法的可靠性预测假定所有组件有一个固定的失败率。添加组件的故障率来获得整个系统的故障率（逆的MTBF）。

54、 MIL-HDBK-217提供两种方法，“电子设备”（1992）的可靠性预测：零件计数法和部分压力的方法。共有19个组件类别涵盖从历史数据得出的故障率;模型聘请经验得出的因素，温度，环境和质量水平的调整。2）产品可靠性试验可靠性试验工程的发展，应对风险，并确定是否的设计可靠性。关键元素可靠性测试的重要组成部分，是随着时间的推移申请的压力。加速测试可能包括温度，温度循环，湿度，振动，或这些应力的组合。高度可靠的产品，展示某个特定的MTBF目标的实现在产品开发是很难的，因为几百个单元测试年重新定义。推断正常使用条件下的加速试验的结果是复杂的，因为多种故障模式和相应的加速因子。3）观察现场可靠性：可

55、靠性监测可以继续超越的发展过程中，整个产品的生命。序号产品出货量记录，并记录所有保修失效服务行动，使计算野战条件下观察到的MTBF可靠性工程师。我们使用所有三个产品的可靠性措施，在适当的点在我们过程。可靠性预测模型提供了一个初步估计，根据产品的复杂性和组件类型。我们监测提供以下保修服务的结果：在现场观测的可靠性计算快速检测意想不到的故障机制和采取纠正措施的机会输入，以改善当前和未来的产品设计，工艺或材料。解释P继电器可靠性的概率，但定量微处理器的继电器故障率和无法获得通过观察了解以下各小节。通常情况下，制造商看起来主要是在硬件故障的微处理器继电器产品可靠性的关键指标。正如我们解释在下面的小节，如表1所示，我们使用四个质量测量来衡量产品的质量和可靠性。 1988年，我们开始记录MTBF的统计数据。这种观察的方法是比理论计算，如符合MIL-HDBK-217F零件计数过程6，更好，因为它集成制造和设计质量对于可修复的产品，如微处理器的继电器，年平均无故障时间，并不说明使用寿命在几年。单位了解MTBF措施是什么，考虑故障率K = 0.3333，每年为一个特定的单位。如果一个工厂有