二次系统课程设计

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《二次系统课程设计》

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专业：电气工程及其自动化班级：

摘要

本报告主要是进行配电网络的监测、保护和控制实现方案设计。了解并把握电力系统二次系统的概念、组成和功能，把握二次系统和一次系统的本质区别。通过查阅文献资料，自主完成二次系统主要功能中监测、控制和保护的概念以及常用的实现方法。本报告主要分成以下三个部分：

电网监测。选择配电网的电压电流互感器，并分析互感器采集数据的误差来源。设计去噪算法并编写去噪程序，对含高次谐波的信号进行去噪工作。

电网故障区域判断实现。为区域子网设置故障点，通过网络描述矩阵、故障信息矩阵、故障判断矩阵的形式对故障区域进行判断。

配电网络优化重构方案设计。设计重合器和电压时间型分段器的X时限整定、Y时限整定。设置故障点，为子网区域设计合理的负荷转带方案。

的电压互感器,具体参数如下：该型号电压互感器为单相、户内、干式全封闭产品，使用时三台一组，JDZX10-10为Yo/Yo/连接，适用频率为50Hz。该互感器为全封闭结构，绕组为环氧树脂全真空浇注全绝缘结构。铁芯采用优质硅钢片卷绕而成。互感器绝缘靠环氧树脂。产品体积小、重量轻。

主要技术参数：1.产品标准：GB1207-2023《电磁式电压互感器》；2.产品表面爬电距离：满足Ⅱ级污秽等级；3.负荷的功率因数：cos??0.8（滞后）；型号JDZX10-10额定电压比确凿等级及输出容量（VA）0.2150.5201503100热极限输出容量（VA）200100.10.1：：333目前我国在各种电压等级常用油浸式电流互感器作为测量用电流互感器，经查询可用型号为LJW(D)-10的电流互感器，具体参数如下：1、钢箱油浸式，户外户内两用装置，供电频率50Hz的系统中，作电流、电能油量及继电之用。

2、允许在额定电流120%的状况下长期运行。适用于海拔高度不超过4000米，周边气温变化不超过-25℃至+40℃的地区。

3、为单相油浸自冷气式适用于户外（户内）。互感器内装绝缘和冷却用的变压器油，并采用和真空注油工艺。10KV级油面跟箱盖约为15mm，箱盖上面装有注油阀，阀上有气孔并有防雨、雪护盖。35KV级套管上装有储油壶，储油壶内有隔腊，使变压器不与空气接触，减缓了油的氧化速度。互感器热稳定75倍，动稳定187.5倍。本产品分单变比单次级，双变比单次级四种型式。其中进量用CT为0.2级，继电保护监控用CT分别为0.2、0.5、1.3级等。

互感器选定型号如下：互感器型号电压互感器JDZX10-10电流互感器LJW(D)-101.3数据采集误差来源

1、电流互感器误差

电流互感器的误差分为电流误差和相位差两种。电流误差是互感器在测量电流时所产生的误差，它是由于实际电流比与额定电流比不相等造成的。

相位差是指互感器的一次电流与二次电流相量的相位差。相量方向是按理想互感器的相位差为零来决定的。二次电流相量超前于一次电流相量，则相位差为正值，滞后时为负值。

所以，二次侧负载在额定范围内减少时，磁通密度减少，由于二次电流不变，励磁电流减小，误差也将减小。在现场运行中，可增大连接导线截面或缩短连接导线的长度，减小实际二次负荷；也可以选择变比较大的电流互感，以增大允许二次负荷。

2、电压互感器误差

电压互感器的基本结构和变压器很相像。它由一、二次绕组，铁芯和绝缘组成。当在一次绕组上施加电压U1时，一次绕组产生励磁电流I0，在铁芯中就产生磁通?，根据电磁感应定律，在一、二次中分别产生感应电势E1和E2，绕组的感应电动势与匝数成正比，改变一、二次绕组的匝数，就可以产生不同的一次电压与二次电压比。

当U?1在铁芯中产生磁通φ时，有激磁电流I0存在，由于一次绕组存在电阻和漏抗，I0在激磁导纳上产生了电压降，就形成了电压互感器的空载误差，当二次绕组接有负载时，产生的负荷电流在二次绕组的内阻抗及一次绕组中感应的一个负载电流分量在一次绕组内阻抗上产生的电压降，形成了电压互感器的负载误差。可见，电压互感的误差主要与激磁导纳，一、二次绕组内阻抗和负荷导纳有关。

1.4去噪算法设计

根据功率理论，有功功率P、无功功率Q、视在功率S之间可以表达成以下形式：

S?UIP?UIcos(?u??i)Q?UIsin(?u??i)式中U、I表示采集的基波信号有效值，?u和?i分别表示电压电流基波相角之差，因此在该基础上我们可以编写相应的算法，流程图如下：

该算法是基于快速傅立叶变换（FFT）,是离散傅氏变换（DFT）的快速算法，即为快速傅氏变换。它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。由于这种方法计算DFT对于X(K)的每个K值

进行4N次实数相乘和(4N?2)次相加。对于N个K值，共需4N?N次实数相乘

kn（4N?2）?N次实数相加。改进DFT算法，减少它的运算量，利用DFT中WN和的

周期性和对称性，使整个DFT的计算变成一系列迭代运算，可大幅度提高运算过程和运算量，这就是FFT的基本思想。

1.5基于Matlab的FFT去噪仿真

其次章电网故障区域判断实现

2.1子网拓扑图

从配电网结构图中，选定重合器9到分段器6、分段器22、分段器23之间的线路为分析子网，其原始子网拓扑图如下：

根据配电网结构图选出作为故障区域判断的一个子网拓扑，并对子网节点按顺序编号，黑色实心表示分段器闭合，空心表示断开。

对选定的子网从电源节点按顺序编号后其拓扑图为：

2.2设置故障

在分段器1到2之间设置一个故障，如下图：

2.3故障判断

其网络描述矩阵如下：

?0?1??0?D??0?0??0?0?100000?010000??101100??010100?011011??000101?000110??其故障信息矩阵如下：

?1??0?0?G??0?0??0?0?0??0?0??0?0??000010?000001??0000000000000000000100000其故障判断矩阵如下：

?0??1?0?Pn?D?G??0?0??0?0?0??0?0??0?1??000101?000110??0000000000000000110000001故障判断矩阵规格化:由于d25=d35=1且g55=1，因此要分别对P’阵中的第5行和第5列进行规格化处理。又有g22=g33=0,因此令pi5=p5i=0。

经上述规格化后故障判断矩阵P为：

?0??1?0?P??0?0??0?0?0??0?0??0?0??000001?000010??00000000000000000000000002.4故障计算结果

通过规格化后的矩阵P可知，P67XORP76=0,P12XORP21=1，所以故障点在节点1和2之间。

由前面可知，我们设置的故障也是在节点2和3之间，所以计算结果正确。

第三章配电网络优化重构方案设计

3.1配电网重构意义

配电网络为繁杂的多环结构，包含有大量的分段开关和少数联络开关。重构问题是为通过闭合/开断分段开关和联络开关，改变配网拓扑结构。

配电网重构的意义主要在于提高供电可靠性、降低配电网线损，提高系统经济性、均衡负荷，消除过载，提高供电电压质量。故障条件下的重构，可以隔离故障区域，恢复非故障区域的供电。在配电系统发生故障时，可以开启配电系统中的某些分段开关隔离故障，同时合上某些联络开关把故障线路上的部分或全部负荷转移到其他线路上去，从而起到快速隔离故障和恢复供电的目的；正常工况下进行配网重构，可以在保持全网辐射形拓扑结构的条件下，调整网络拓扑结构和负荷分布，实现提高节点电压质量、降低网络损耗、均衡负荷、消除过载和提高供电可靠性等目标。通过网络重构，可以将负荷从重负载或是过负载馈线（或变压器）转移到轻负载馈线（或变压器）上，这种转移不仅调理了运行馈线的负荷水平，消除馈线过载，还能改善电压质量，同时也可以有效地减小整个系统的网损。

3.2配电网子网拓扑图

选定子网区域为重合器24到分段器10、分段器28、分段器33之间的线路：

对选定的子网从电源节点按顺序编号后其拓扑图为：

3.3设置负荷

节点122001015003100113004150122507250131508100负荷/KW1500节点9负荷/KW2003.4设置故障

在分段器12下游设置一个故障，如下图：

3.5分段开关X、Y时限整定

本区域共有两个子网，可分为子网A和子网B，子网A包含重合器1，分段器2，分段器3，分段器4；子网B包含重合器10，分段器11，分段器12，分段器13，分段器7，分段器8，分段器9。

子网分层：

子网A子网中潮流方向为从左至右，可得分层结果如下：层次第一层其次层第三层编号234子网B分层结果如下：层次第一层其次层第三层第四层编号11128,137,93.5.1分段开关X时限整定

子网A重合器和电压时限型分段器的X时限整定：

编号2314421绝对合闸7延时时间/sX时限/s777子网B重合器和电压时限型分段器的X时限整定：编号11121387绝对合闸延714212835时时间/sX时限/s777147949213.5.2分段开关Y时限整定

子网A的Y时限整定：编号2Y时限/s5

子网B的Y时限整定：编号1112Y时限/s5513585759535453.6联络开关的XL时限整定

当联络开关6的上侧即断路器3和6之间发生故障时，从故障发生到3开关闭锁在分闸状态所需延时时间：10+7+7=24s。

当联络开关6的下侧即断路器8和6之间发生故障时，从故障发生到8开关闭锁在分闸状态所需延时时间:10+7+7+14=38s。

当联络开关5的左侧即断路器4和5之间发生故障时，从故障发生到4开关闭锁在分闸状态所需延时时间:10+7+7+7=31s。

当联络开关5的右侧即右侧相距最近的断路器和5之间发生故障时，从故障发生到右侧相距最近的断路器闭锁在分闸状态所需延时时间:10+7+7+7=31s。

当联络开关14的左侧即断路器13和14之间发生故障时，从故障发生到断路器13闭锁在分闸状态所需延时时间：10+7+7+7=31s。

当联络开关14的右侧即右侧相距最近的断路器29和5之间发生故障时，从

故障发生到右侧相距最近的断路器29闭锁在分闸状态所需延时时间：10+7+7+7=31s。

当联络开关15的上侧即断路器12和15之间发生故障时，从故障发生到断路器12闭锁在分闸状态所需延时时间:10+7+7=24s。

当联络开关15的下侧即下侧相距最近的断路器和15之间发生故障时，从故障发生到下侧相距最近的断路器闭锁在分闸状态所需延时时间：10+7+7+7=31s。

由上可知，Tmax?38s，则联络开关XL时限为：XL?50s。

3.7故障区域隔离

当断路器12右侧发生永久性故障时，子网B的重合器和所有分段器都处于分闸状态。经过10s之后，重合器10重合闸；再过7s，分段器11合闸；再过7s，分段器12合闸；由于故障仍旧存在，重合器10和分段器11、12再次分闸，由于此时分段器12合闸到分闸的过程持续时间小于其Y时限5s，则分段器12闭锁在分闸状态；再过5s，重合器10再次重合闸；再过7s，分段器11合闸，此时由于分段器12处于分闸状态，则分段器13、7、8、9并没有电流流过，所以一直处于分闸状态，此时需要配电网优化重构，恢复供电。

故障隔离所需总时间：10+7+7+5+7=36s

3.8配电网优化重构方案

此时分段器7、8、9、13处于分闸状态，为使其对应的线路得到供电，我们需要从其余的电源点供电。

营救