微机继电保护实验报告

1、本科实验报告课程名称：微机继电保护实验项目：电力系统继电保护仿真实验场所：电力系统模拟实验室专业班：电气1200学号： 0000000000学生名称： 000000指导教师： 0000002015年12月2日一、实验背景微机继电保护是指以数字计算机(包括微机)为基础构成的继电保护。 众所周知，现有的继电器由硬件实现，将直接模拟信号导入保护装置，实现振幅、相位、比率的判断，实现保护功能。 微机保护由硬件和软件共同实现，将模拟信号变换为数字信号，经过某种运算求出电流、电压的振幅、相位、比等，与调整值进行比较，决定是否发出跳闸指令。继电保护的种类很多，保护对象分为元件保护、线路保护等。根据保护原理有

2、差动保护、距离保护和电压、电流保护等。 但是，无论是哪种保护的算法，其核心问题最终都在于计算表示被保护对象的运行特征的物理量，例如电压、电流等有效值和相位以及视在阻抗等，或者计算它们的顺序成分、基波成分、或者高次谐波成分的大小和相位等当基本电量的这些校正值存在时，可以容易地构造各种原理的保护。 基本上，只要找到能够区分正常和短路的特征量，就可以实现微机保护。由此，微机保护算法成为电力系统微机保护研究的重点，微机保护不同功能的实现主要依赖于其软件算法。 微机保护的一个基本问题是找到合适的算法，计算收集到的电量，获得跳闸信号，实现微机保护的功能。 微机保护算法很多，但各算法之间存在差异，分析微机保

3、护算法的综合性能，确定在特定情况下如何合理选择，在此基础上进行补偿和改进，进一步提高微机保护的选择性、机动性、灵敏度和可靠性，提出电网安全稳定运行的要求目前提出的算法有多种，本次实验着重讨论了基本电量的算法，主要介绍突变量电流算法、半周期积分算法、傅里叶级数算法。二、实验目的1、了解目前电力系统微机保护的研究现状、发展前景以及部分电力系统微机保护装置。2 .具体分析了一些典型的微机保护算法的基本原理。3 .对于线路保护的保护原理和配置，选择典型的电力系统模型，用MATLAB软件构建仿真模型，并对微机保护算法进行编程。4 .对仿真结果进行总结分析。三、实验内容用MATLAB软件构建电力系统仿真模

4、型用MATLAB软件建立突变量电流算法用MATLAB软件建立半周积分算法用MATLAB软件建立傅里叶级数算法四、实验程序1 .突变量电流算法、半周积分算法、傅里叶级数算法的概要1.1突变量电流算法继电保护装置的启动元件用于应对电力系统的干扰和故障。 微机保护装置中的启动元件由软件实现。 其工作原理现在采用反映二相电流差的突变量，其公式为(1)在那之中(2)公式内n-1个工频周期内的采样点数、-当前的采样值、-1周前的对应时刻的采样值、-2周前对应时刻的采样值例如，正常运行时，的值大致相等，因此启动元件不动作，如图1所示。图1系统正常运行时的采样值比较电力系统正常工作，但如果频率变化偏离50Hz

5、，的值不相等。 这是因为在采样时以时间间隔进行，所以频率变化时，不是与两采样值错开1周期的采样值，而是在-、-中出现差，差大致相等。 此时也为零或小。系统故障时，故障电流增大，故障前电流增大，故反映故障电流引起的急变量电流，-接近零，反映故障电流的急变量(参照图2 )。图2故障后的电流突变1.2半周积分法半周积分算法的依据是正弦量为任意半周期，绝对值的积分为常数s，即(3)积分值s与积分起点的初始相角无关，截面线所描绘的2张面积明显相等，因此如图3所示。 式(3)的积分可以用梯形规则近似求出(4)仪式中第二次采样值每周期的采样点数时的采样值时的采样值取样间隔如图4中所示，当采样率足够高时，用梯

6、形规律近似积分的误差可以减小。图3是半周期积分法的原理示意图图4是用梯形法近似半周期积分的示意图求出s的值后，可以通过应用式(3)求出有效值1.3傅里叶级数算法傅里叶级数算法(简称傅里叶算法)的基本思路来自傅里叶级数，算法本身具有滤波作用。 所采样的模拟信号为周期性的时间函数，除基波外还可表示为包含不衰减的直流分量和各谐波(5)式中，分别是直流、基波和各谐波的正弦项和侑弦相的振幅，其中，因为每一谐波的相位可为任何值，所以将其分解为具有任何振幅的正弦项与侑弦项的和。分别是基波成分的正、侑弦项的振幅，是直流成分的值。根据傅里叶级数的原理，可以求出，分别是(6)(7)从积分过程可以看出，基波分量的正

7、、负弦项的振幅可以去除直流分量和谐波分量整体的影响。 所以里面的基波成分(8)正弦，侑弦项合起来，可以写(9)仪式中基波成分有效值时基波成分的相角以方式展开后，如下所示(十)(11 )用复数表示(12 )因此，可以从、求出的有效值和相角是(13 )(14 )在用微机处理的情况下，式(13 )和式(14 )的积分能够用梯形规则求出(15 )(16 )仪式中基波信号的1周期采样点数第2次采样点数:分别为和时的采样值。用MATLAB软件构建电力系统仿真模型2.1MATLAB/Simulink仿真软件在电力系统中的应用介绍MATLAB/Simulink软件是美国Math Works开发的一个著名的动态

8、模拟系统，也是MATLAB的附加组件，为用户提供建模和模拟平台。 实现动态系统建模和仿真的模块集成，根据设置修订和使用要求优化系统，提高建模和仿真的效率。MATLAB/Simulink软件提供了许多学科的模拟系统工具箱和一些常用工具箱模块， 用户根据需要选择适当的工具箱进行系统的建模和仿真分析对于这个电力系统来说专业的工具箱模块库SimPowerSystem可以供用户使用，其功能强，包含电气部件的种类处理函数模块丰富，为电力系统的仿真和研究提供了很大的便利，是电力工程专业不可缺少的研发工具SimPowerSystem模块库包括10种模块库：“电源库”、“线库”和“电源电子库” 这些丰富的模块库

9、是“连接器库”(Connctors )，可以方便、快速、科学地精确模拟电力系统。本实验选择MATLAB/Simulink软件作为电力系统微机保护模拟的平台。用2.2MATLAB软件建立电力系统故障暂态仿真模型图5示出了用于创建电力系统暂态仿真模型的实际简单电力系统模型。g图5的系统型号打开MATLAB后，单击Simulink库，进入Simulink库界面后，单击“File”显示菜单栏，选择“New”“Model”，打开创建新模型的窗口，打开电源制作电力系统模拟模型时主要使用的以下模拟模块如表1所示。 MATLAB2014Ra的SimPowerSystems库位于Simscape库目录中。表1构

10、建系统所需的模块模组名称传球三相等值系统模块simpowersystems /特殊化技术/电子源三相双绕组变压器模块简单/特殊化技术/元素/三阶段变换器(two windings )三相分布残奥仪表线模块simpowersystems /特殊化技术/元素/分布式参数化三相串联负载模块simpowersystems /特殊化技术/元素/树-相片序列rlcload三相故障模块simpowersystems /特殊化技术/元素/3相位失败三相电压电流测定模块simpowersystems /特殊化技术/测量/树状相位测量电力图形用户分析界面简易电源系统/特殊化技术/电源GUI示波器单链接/单链接/镜

11、像谣言多路复用器模块Simulink /通用用户块/解复用将上述模块从模块库浏览器拖放到“创建新模型”窗口中。 新模型的缺省名称为untitled，可另存为不同的文件名。 此示例的名称为shortcircuit.mdl。 仿真模型图如下图所示。图6模拟模型进行三相接地短路、BC两相短路三相接地Ia国际奥委会集成电路V-I战斗机BC相短路国际安全局国际奥委会集成电路V-I战斗机使用MATLAB软件创建算法3.1模拟数据的准备本节采用上一节建立的电力系统仿真模型在Simulink环境下进行电力系统故障暂态仿真的结果数据，综合仿真微机保护算法，分析微机保护算法的性能算法的综合模拟的内容如下(1)准备

12、模拟数据。 由于示波器的残奥仪表设置，使用的数据在执行MATLAB电力系统的模拟后，可自动存储在MATLAB主接口的工作区中，在命令行窗口中调用数据(注意：此时的数据为演示中所述)(2)微机保护保护算法编程。(3)调用电力系统故障暂态数据，对故障数据进行保护算法修正算法，并以图形表示保护算法修正算法的结果。3.2突变量电流法突变量电流法算法程序：%突变量算法Ts=0.0； Te=0.2； N=200； %模拟开始(start )、结束(end )时间、1周期采样点数f=50； %模拟频率T=1/f； %1周期时间ts=T/N； %1周期内的采样间隔ia=ia .信号.值； %A相电流采样值IB=IB .信号.值； %B相电流采样值iab=ia-ib； %作为iab进行修正n=1:1:2001； %n可以从1连续取到2001t=(n-1)*ts 使%修正值与时间对应三角洲ia=； 将%突变量ia定义为一个数组德尔特伊阿b _ n=； 将%突变量iab_n定义为一个数组增量iab= ； 将%突变量Iab定义为一个数组for n=401:1:2001 %n从401到2001连续取得增量ia (n