《变压器三种差动保护的仿真3000字》

PAGE3变压器三种差动保护的仿真综述为了模拟变压器故障过程并验证保护装置，可以按照第三章中配置的参数运行，并在故障过程中详细模拟变压器电压和电流变化曲线。S函数(S-function)的基础知识S函数简介S函数其实就是系统函数的意思，在Matlab中使用S函数比使用fountion处理时变系统和较为复杂的逻辑判断有着比较好性能。S函数在处理计算上有着显著优势能大大提高运行效率比搭建信号模块节省时间。在Matlab仿真中，使用S-foution可以很容易地添加一个自制的组件来实现自己的算法，还会有一个调用格式，这是非常常见的。S函数可以设置与搭建的仿真模型相连的输入与输出信号，并能将数字信号反馈给使用者搭建的系统中，把数学逻辑和计算与仿真模拟模型相互连接，能将动态的复杂系统的数学逻辑运算简化。S函数在模型中的使用图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s11M文件下的S-函数流程图S函数仿真流程图如上图3.1所示，由图可推得，编写S函数有如下几个主要过程：首先将一个S-Function函数从函数块库里找出来组合到一个Simulink模型里。接着对它内部编码，第一步把用初始化的函数mdllnitializeSizes定义模块类型并把参数在原件页面输入进去。第二步用mdlOutputs来定义S函数在这个模块里需要输出的值，接着设计子函数1：将输入值初始化，然后定义连续、离散、输入输出状态的个数，并在这时加入输入参数的值还要注意采样时间，在连续状态时设置采样时间，当设置为[0,0]时表示与Simulink默认仿真时间相同，[-1,0]表示为继承连接原件的仿真时间；子函数2：对输入数值进行运算，这里主要时将高低压侧电流分别求有效值后，按差动保护整定原理来计算各相差动电流与制动电流，最后设置动作判据，用且的程序语言来实现差动保护制动曲线为折线，即能保证制动电流在大于或小于制动电流时分开计算的逻辑，用或的程序语言来实现变压器只要有一相故障就会跳闸，随后Simulink按之前设定好了的顺序去执行每个块并形成一个循环计算每一次输出，Simulink就是在不同的采样时间里按照优先级调用函数以运算该块当前状态，这样不停地导出和输入地不停循环直到该仿真结束。M-文件的S函数第一步给出M-文件的S函数的MATLAB函数：首先给出S-Function的函数名f，然后是设定当前的时间t，给出对应块的状态向量为x，块对应的输入u，将要被执行的任务和输入参数：仿真模拟励磁涌流、差动电流及制动电流的波形与分析监测变压器空载合闸的励磁涌流仿真建模如下：图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s12反映变压器空载合闸时产生的励磁涌流电路模型图为观察空载合闸时产生的励磁涌流电路仿真：此处仿真的变压器的具体参数要根据第三章里给出的REF_Ref71228390\h表3-1变压器SFP9-150000/220计算参数设计，把型号为SFP9-150000/220的变压器的各项参数都先比对到本文的变压器中，此外还需要设计变压器铁芯的饱和来体现对励磁电流的模拟。将三相电源接入三相电流测量器再接一个三相合闸开关，最后接入变压器，变压器低压侧什么也不接来达到空载的目的。可以设置三相合闸开关在指定时间合闸，合闸后通过观察三相电流测量器的输出端所接示波器来，观察三相电流是否呈现出励磁波形并将示波器里的图形导出MATLAB工程文件里便于后期一起导出图像。仿真后示波器上的ABC三相励磁涌流波形如下图：图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s13体现变压器空载合闸时的励磁涌流波形图反映变压器外部故障后恢复时出现的励磁涌流仿真建模如下：图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s14 监测变压器外部故障电流的设计图为观察变压器外部故障后电压恢复时产生的差动电流电路仿真：在两端三相电源后设计一个三相监测器，这里以A相电流为例，分别把高压侧的IMA和低压侧的INA导出到图4.4下方的逻辑部分中，按照式（2.22）、（2.23）、（2.24）对两相电流分别添加gain模块、sum模块进行加减、整定，即将高压侧A、B相电流从测量装置中引出并相减再通过倍乘模块乘以根号三分之一，用这个电流与低压侧电流相加再通过0.5倍的gain这时输出的电流就是按平均值法整定下的A相制动电流，同样的逻辑，A相差动电流也可以通过折算后的高压侧电流和低压侧电流得到。设计图中再低压侧电流处加了一个反向装置，从而能更直观地i观察制动电流与差动电流关系。最后设计了一个示波器来便于展示外部故障后电压恢复时高低压侧电流波形、制动电流的波形和差动电流的波形。设置变压器区外故障模块的故障时间和切除时间后，将变压器合闸并运行，得到以下变压器外部故障时的电流波形：由图中可以看出，发生变压外接线处的区外故障时，变压器保护不动作。故障切除后合闸，差动电流会明显大于制动电流，且变压器高压侧电流会远远高于低压侧电流。仿真模拟在比率制动差动保护空载合闸产生的涌流建立模型如下：图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s15分相比率制动差动保护的外部设计图图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s16分相比率制动差动保护封装内设计图为设计按比率制动的差动保护：由三相电源接入三相电流检测器再通过一个三相控制开合闸开关接到按REF_Ref71228390\h图表31变压器SFP9-150000/220计算参数设定的含有铁芯且具有饱和特性的按Yd11连接的变压器中，两个电流检测器的输出值各相高、低压侧电流值，一共六个量，分别输入到封装模块内，对于输入的高压侧电流需要通过11倍的增益元件，再对这六个值做傅里叶变换，计算出12个u(x)作为S函数的输入。S函数的设计逻辑是这样的：已知6个电流的幅值和相角，首先可以通过（2.22）式、（2.23）式、（2.24）式对12个u(x)进行计算来求出各相差动电流与制动电流共6个量，这是第一个子函数。接着在设计一个子函数：通过一个if函数来实现：若差动电流在某一时刻大于最小动作电流且满足（2.21）式式中最小动作电流和起始制动电流以及比率制动系数在第三中已经通过计算得出，则变压器动作输出1，经过迟滞比较器后输出为0，迟滞比较器后接三相控制开关来控制开合闸，则断路器开闸，以起到保护变压器的作用。首先做个对照组，在设计图上接上三相负载来运行一个变压器正常工作时的仿真，出现如下REF_Ref71238339\h图4.7变压器正常运行时电流波形和控制信号输出图，正常运行时保护没有出现误动控制信号输出为1且开关保持关合状态；图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s17变压器正常运行时电流波形和控制信号输出图接着在变压器空载合闸时，观察三相电流的波形曲线，这里合闸时间为t=0时合闸，由迟滞比较器输出逻辑明显不对，可得出该比率制差动保护的变压器会在励磁电流下发生误动的结论。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s18比率制差动保护的变压器空载合闸时三相电流和控制信号输出情况图仿真模拟带有二次谐波谐波制动差动保护变压器在空载合闸时产生的涌流图STYLEREF1\s图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s19变压器比率制动差动保护设计图图图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s110封装模块内部设计图为实现带二次谐波的差动保护设计：由220kv的三相电源接入一个三相电流检测器再通过三个控制开合闸开关接到按图表31变压器SFP9-150000/220计算参数设定的含有铁芯且具有饱和特性的按Yd11连接的变压器中，两个电流检测器的输出值各相高、低压侧电流值，一共六个量，分别输入到两个封装模块内，在第一个模块里傅里叶元件同差动保护的封装模块设计一样，得到基波电流的幅值相位，在第二个模块里傅里叶元件计算出二次谐波的幅值和相位，同样的对于输入的高压侧电流需要通过11倍的增益元件，最后一共产生12个u(x)，把这12个u(x)作为带二次谐波的差动保护设计的S函数的输入量。S函数的设计思路：导入数据后，第一个子函数的逻辑同设计差动保护时一样，即设计函数分别计算基波分量和二次谐波分量下对于的差动电流共6个数据。第二个子函数是根据二次谐波制动条件对差动保护进行闭锁，第三章已经给出：若任意一相计算出的二次谐波差动电流大于0.15倍的基波电流，说明存在励磁涌流，该S函数则输出0。该S函数对比率式差动保护形成闭锁变压器