科 毕 业 设 计(文)
题 目：基MATLAB微机保护算法仿真
学生姓名：
学 号：
专业班级：电气工程动化班
指导教师：
基MATLAB微机保护算法仿真
摘
基MATLAB软件运Simulink工具完成种继电保护微机保护数采集处理系统基两点法突变量算法称分量选相法等传统微机保护算法搭建MATLAB仿真模型根采集输入电气量采样数进行分析运算判断实现相应继电保护功文MATLAB软件应微机保护做详细说明运MATLAB动态仿真工具电力系统中障微机保护算法进行仿真分析说明MATLAB微机继电保护中应行性时文工程中常微机保护算法进行原理层面分析运模型种算法性进行仿真研究重现实意义
关键词：MATLAB微机保护算法采样数
Microcomputer protection algorithm based on
MATLAB simulation
Abstract
Based on MATLAB software using Simulink tools perform one computer protection relay data acquisition and processing systems Mainly based on twopoint method the amount of mutation algorithms symmetric phase selector and other traditional computer protection algorithms to build MATLAB simulation model based on the amount of collected samples of the input electrical data analysis calculation and judgment in order to achieve the corresponding relay protection In this paper MATLAB software how to apply a detailed description of computer protection and the use of MATLAB dynamic simulation tool for power system failures and computer protection algorithms for the simulation analysis illustrates the application of MATLAB in the feasibility of relay protection This paper also commonly used in engineering computer protection algorithms theory level of analysis and the use of models for the performance of various algorithms and simulation studies there is a very important practical significance
Keywords：MATLABMicrocomputer ProtectionAlgorithm Sampling Data
目 录
第1章 引言 1
第2章 微机保护基理知识 4
21 微机保护系统简介 4
22 微机保护算法 6
221 两点积法 6
223 称分量选相法 9
第3章 设计体容 13
31 典型电力系统设计 13
311 输电线路型号长度选择 13
312 电源变压器型号选择 14
313 变压器具体参数计算 14
32 微机保护部分设计 16
321 两点法作保护算法 17
322 突作量电流算法作保护算法 19
323 称分量选相法作保护算法 19
第4章 结果分析讨 21
致 谢 25
参考文献 26
第1章 引言
微机保护微型计算机构成继电保护电力系统继电保护发展方具高性高选择性高灵敏度微机保护装置硬件包括微处理器(单片机)核心配输入输出通道机接口通讯接口等计算机技术高速发展微机保护行业中广泛深入应工程技术带深刻影响工程师电力系统研究开发计算机技术线应技术性革命毋庸置疑微机保护应推广早已成继电保护发展方
早世纪60年代末提出计算机构成继电保护装置时研究型计算机作基础目台型计算机完成电气设备整变电保护功尝试计算机保护算法软件研究发展奠定理基础继电保护领域具非常重历史意义
20世纪70年代量关微机保护算法保护构成文相继发表时伴着规模集成电路技术发展时微处理器问世成逐年降低计算机保护开始进入实阶段走进工厂企业批性较强微机开始相继问世快速发展形成产品系列日说1977年日率先投入套微处理机基础控制继电保护装置1987年日继电保护设备总产值中已70微机保护产品
国微机保护[1]研究始1979年算起秀目前止国年生产微机型线路保护设备保护已达数千套输电线路保护元件保护变电综合动化障录波障测距等领域微机继电保护取引瞩目成果具高性高抗干扰水网络通信力第三代微机继电保护装置已电力系统中投入国微机继电保护研究制造水已达国际水
目前国电力行业资产规模已超2万亿占整国资产总量四分电力生产直接影响着国民济健康发展电力系统断更新发展微机保护断提出新更高求时电子技术计算机技术现代通信技术高速发展微机保护发展提供源源断动力电力系统规模扩双刃剑方便户时电力工程师提出新难题：样复杂高维数系统里寻找够模拟庞然物工具呢？MATLAB出现解决工程师问题MATLAB软件中文名矩阵实验室誉巨肩工具尤拥Simulink工程师提供动态建模仿真分析集成环境 SimulinkMATLAB软件功扩展特色体现搭建动态系统模型进行仿真软件包许功基MATLAB软件台称作MATLAB工具箱运实现系统建模仿真环境集成根实际设计求系统进行修改优化提高系统工作性达高效开发目微机保护传说中神神呢？骡子马需MATLAB保护性指标做出评判
设计目便利MATLAB软件建立较复杂电力系统模型包括发电输电变电配电等电力系统环节输电线路电压等级包含220KV110KV35KV6KV电压等级输电线路采保护方式
220KV电压等级线路电流保护距离保护适保护元件侧电气量构成判障发生线路末端相邻线路始端时两类保护进行快速加区分采取阶段式配合关系选择性切障结果线路末端发生障时需Ⅱ段延时切障样延时220KV电压等级输电线路中法满足系统稳定性继电保护快速性求工程师研究实践发现果时利线路两侧电气量快速区分发生线路短路障外部短路障达快速选择切线路点障目达目需快速线路侧电气量信息传相侧安装线路两侧保护收信息会线路两侧电气量进行较分析联合进行动作样保护方式便联保护设计中电压等级220KV线路采联保护方式
电流电压保护具简单济特点35KV电压等级中广泛应保护范围灵敏度着运行方式变化剧烈变化电压等级更高电网适满足更高电压等级线路够快速选择切障求需寻求种性更完善保护方式——距离保护短路障发生时电压电流时发生变化测出电压电流值值够反应障点保护安装处距离短路点距离整定值时候保护动作设计中110KV输电线路采距离保护方式
设计6KV线路采电流保护保护算法采两点法电流速断保护保护设备短路电流整定旦短路电流超整定值保护装置立动作断路器跳闸般电流速断保护时限法保护线路全长(目避免失选择性)种保护存保护死区．克服缺陷保护线路全长常采带时限电流速断保护保护范围仅包括线路全长深入相邻线路时限保护部分动作时限相邻线路时限保护级差．保护算法采两点法
设计采微机保护中三常算法：两点法突变量算法称分量选相法实现保护功根设计中三种算法保护中实现情况保护动作快速效具良选择性
第2章 微机保护基理知识
21 微机保护系统简介
定义：微机保护微型计算机基础构成继电保护世界电力系统继电保护优先发展方(现已基实现然断发展中)具高性高选择性高灵敏度
211 微机保护应发展总述
四十年伴着计算机技术高速发展微机保护进入快车道应广泛深刻影响着科技生产类日常生活等方面关计算机保护计算机技术应电力系统继电保护中工程师面重课题国微机保护方面说起秀1984年第套6809(CPU)基础距离保护样机投入试运行进入90年代陆续推出批成熟微机保护产品应工业生产领域目前国方面已取俗成相信未微机保护会国民济生成生活中发挥更重作
212 微机保护基构成
微机保护基构成包括硬件软件两方面硬件包括：数采集系统CPU系统开关量输出输入系统外围设备等软件包括：初始化模块数采集理模块障检出模块障计算模块检模块等等
213 微机保护技术特点
微机保护够广泛应优点：
1 微机保护中获附加功
2 微机保护普通保护更加灵活动作更加迅速
3 微机保护具常规保护更高
微机保护够实时软硬件进行检测综合分析判断力非常强检测出硬件障时发出报警信号迅速闭锁跳闸出口回路软件检功输入数进行纠错动识排干扰句话说微机保护性传统保护提高
214 微机保护硬件框图[2]
微机保护硬件框图图21示
数采集系统
微机系统
串行通信
输入输出系统
电流互感器电压互感器
图21 微机保护硬件框图
．电压形成回路
微机保护实现保护功需保护线路设备电流互感器电压互感器传信息幸直接互感器取二次数值输入范围适常微机保护电路信息需加降低变换微机保护中通常求输入电压信号VV具体需模数转换器决定般说电压变换时采型中间变压器
涉电流变换时普遍存着两种方式种采型中间变流器二次侧需联电阻取需电压种采电抗变压器变换器仅述功起屏蔽隔离作提高保护性
二．采样保持电路模拟低通滤波器[3]
1采样保持器(SH)
采样连续变化模拟量进行离散化程图22示
图22 信号采样图
2模拟低通滤波器(ALF)
根奈奎斯特采样定理采样信号频率必须(采样信号频率)微机保护障发生瞬间电压电流含高频分量采样前需低通滤波器高频分量滤掉降低防止发生混叠
微机保护实时系统数采集系统时刻CPU输入数CPU需采样值做必须操作运算程必须两相邻采样间隔时间完成否CPU法正常工作旦采样频率低实反映采样信号情况
三．路转换开关(MUX)
称路转换器实际采集系统中需进行模数转换模拟信号十路采MUX轮流切换测量AD转换电路通路达分时转换目
般情况通道模拟电压时刻进行采样保持期间路采样电压取出进行转换成数字量
四．模数转换器(AD)
模数转换器作数采集系统核心部件肩负着连续变化模拟信号转化数字信号务方便计算机进行数处理存储控制显示AD转换器包括：逐位较型积分型计数型等等
22 微机保护算法
算法定义：微机保护装置根模数转换器输入电气量采样数进行分析运算判断实现种继电保护功方法称算法[4]
算法分类：(1)直接采样值进行某种运算求出测信号实际值然定值较 (2)根继电器动作方程采样值计算出中间变量代入动作方程转换运算式判断
算法研究问题：(1)算法计算精度——关系保护否做出正确判断
(2)算法速度——关系保护动作速度快慢
221 两点积法
设分两电气角度相隔采样时刻采样值(注意超前)
： (21)
： (22)
(23)
式中： 采样时刻电流相角意值
根(22)(23)
(24)
(25)
结：知道相隔电气角意两瞬时值计算出该正弦量效值相位
理电压
(26)
(27)
(28)
式中采样时刻电压相角
222 突变量电流算法[5]
图23 短路分解图
图23示系统结构变线性系统利叠加原理短路障分解两部分图中时刻测量电流时刻障电流时刻负荷电流
根叠加定理
图24 障电流变化图
(29)
正弦信号时间间隔整周两瞬时值相等
(210)
易知非障阶段时刻测量电流
(211)
时刻障电流等时刻测量电流障前时刻测量电差
转化采样值计算公式
(212)
中
——障分量采样时刻计算值
——时刻测量电流采样值
——时刻前周期电流采样值(周期采样点数)
图24示根述分析推导知：
(1)系统正常运行时
(2)系统刚发生障周算出纯障分量
(3)综合考虑短路短路器断开两种情况称障分量称突变分量
223 称分量选相法
称分量选项法[6]原理：先判否存零序电流排三相短路两相相间短路进行较找出单相接两相接短路区单相接短路两相接短路时出现零序负序分量三相短路两相相间短路均出现稳态零序电流
(1)单相接短路
图25示单相接短路复合序网零序负序量关系图
图25 零序负序量关系图
保护安装点：
(213)
(考虑量)
——保护安装点负序电流分配系数
——保护安装点零序电流分配系数
——保护安装点零序负序电流
——障支路零序负序
保护安装处
A相接时
( 考虑裕量)
B相接时
( 考虑裕量)
C相接时
( 考虑裕量)
（2） 两相接短路[7](度电阻)
两相接短路复合序网零序负序间量关系图26图27示
图26 两相接复合序网图 图27 BC两相接时零序负序量关系图
图知
(214)
(215)
短路点
(216)
保护安装处
AB相短路接：
( 考虑裕量)
BC相间短路接：
( 考虑裕量)
CA相间短路接：
( 考虑裕量)
(3)选相方法[8]
考虑裕度(称分量分配系数角度差)实际应称分量选相区域图28
示
图28 实称分量选项区域图
相位区域单相接两相接阻抗认定例子说时阻抗法进行区分底单相接两相接A相接短路(AN)两相间阻抗基负荷阻抗值较高测量阻抗应该Ⅲ段阻抗外BC两相接短路(BCN)BC两相间测量阻抗应该Ⅲ段阻抗
区分(AN)(BCN)规：
1） 时果判断结果BC两相接(BCN)
2） 时果外判断结果A相接(AN)
余类推选相流程图29示
图29 选相流程图
第3章 设计体容
31 典型电力系统设计
311 输电线路型号长度选择
220KV线路选型计算：
110KV线路选型计算：
6KV线路选型：
根计算电流值选择型号钢芯铝绞线作相应输电线路
表31 输电线路型号表
线路电压等级KV
标称截面mm
铝钢
结构根数直径(根mm)
外径mm
计算
质量(kgkm)
直流电阻
(20℃)
(Ωkm)
计算载流量A
铝
钢
70℃
80℃
90℃
220
21035
26322
7250
2038
8539
01363
409
507
586
110
9515
26215
7167
1361
3808
03058
252
306
351
6
254
6232
1232
696
1026
1131
111
131
149
表32 电压等级送点距离送点功率表
电压等级
送电距离KM
送电功率KW
04KV
06
100
66KV
4~15
100~1200
10KV
6~20
200~2000
35KV
20~70
1000~10000
66KV
30~100
3500~30000
110KV
50~150
10~50MW
220KV
100~300
100~500MW
330kV
200~600
200~800MW
500KV
150~850
1000~1500MW
根表32设计220KV线路81KM110KV线路130KM6KV线路15KM
312 电源变压器型号选择
电源部分：输出电压18KV 容量55MVA
变压器18242KV变压器 SFP360000220
22012166KV变压器 SPPS50000220
11038563KV变压器 SFS50000110
表33 变压器参数表
型号
额定容量(kVA)
额定电压(kV)
空载
损耗
(kW)
空载
电流
()
负载
损耗
(kW)
阻抗
电压
()
高压
低压
SFP360000220
360000
242
18
190
028
860
143
型号
额定
容量(kVA)
额定电压(kV)
空载损耗kW
空载电流()
负载损耗(kW)
阻抗电压()
高压
中压
低压
高中
高低
中低
高中
高低
中低
SFPS50000
220
220
121
66
70
10
246
246
246
145
235
75
SFPS50000
110
50000
110
385
63
65
250
250
250
105
175
65
313 变压器具体参数计算
(1)双绕组变压器SFP360000220参数
公式(31)(32)出：
(31)
(32)
(2)三绕组变压器SFPS50000220参数
公式(33)(34)(35)出：
(33)
(34)
(35)
公式(36)(37)(38)出：
(36)
(37)
(38)
公式(39)(310)出：
(39)
(310)
（3） 三绕组变压器SFPS50000110参数
32 微机保护部分设计[9]
MATLAB动态仿真工具Simulink里工具箱simpowersystems中找搭建电力系统模型基元件仿真模型模拟设计中出现种短路障提供方便
电力系统中常会发生短路断线外复杂障[10]常碰短路短路障分：三相短路两相短路两相接短路单相接短路中单相接短路发生频率高课题三相短路接单相短路接研究象进行模拟特定微机保护算法控制断路器保护线路受短路障损害
321 两点法作保护算法[11]
(1)MATLAB编程实现两点法
已知电路输入电压输入电流时周期采样12点运两点法计算信号效值两点法(311)(312)公式：
(311)
(312)
中时刻采样点瞬时值MATLAB中编写程序：
clear
N12
t1(0002N002)
msize(t1)
Va100*sin(2*pi*50*t1)
Ia100*sin(2*pi*50*t1pi6)
for jj4m(2)
U(jj)sqrt((Va(jj)*Va(jj)+Va(jj3)*Va(jj3))2)
end
for jj4m(2)
I(jj)sqrt((Ia(jj)*Ia(jj)+Ia(jj3)*Ia(jj3))2)
end
subplot(131)
plot(t1Va＇ro＇t1Ia＇bo＇)
legend(＇Va＇＇Ia＇)
title(＇测量电压电流量＇)
subplot(132)
plot(t1U＇bo＇)
title(＇计算电压效值＇)
subplot(133)
plot(t1I＇bo＇)
title(＇计算电流效值＇)
生成M文件运行输入电流电压波形运两点法计算出效值图31示：
图31 电压电流瞬时值效值波形图
(2)设计部分
两点法作微机保护算法保护6KV线路设计图32示：
图32 两点法作保护算法保护部分
两点法作微机保护算法采联保护保护220KV线路设计图33
示：
图33 两点法作保护算法保护部分
322 突作量电流算法作保护算法[12]
突变量电流算法作微机保护算法保护6KV线路设计图34示：
图34 突变量电流算法作保护算法保护部分
323 称分量选相法作保护算法[13]
称分量选相法作微机保护算法保护110KV线路设计图35示：
图35 称分量选相法作保护算法保护部分
图32333435示短路障三相障元件模拟障类型根需设置图31说障类型设置ABC相接障(Ground Fault)Fault Resistance设置0001(值非常绝0)障处线路分6km9km两段障时间Transition times进行设置里障起始时间设置02s截止时间设置05s仿真结束时间定05s说说永久性障设置完成系统进行仿真仿真操作MATLAB命令窗口中运行仿真命令
第4章 结果分析讨
图4142运两点法作保护算法保护6KV线路障发生时电压电流波形出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电压电流正弦规律变化02s时发生三相接短路电流瞬间增时断路器迅速障立切障电压电流均变0
图41 三相短路接时电流波形
图42 三相短路接时电压波形
图43运两点法作保护算法联保护法保护220KV线路障发生时电流波形出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电流正弦规律变化02s时发生A相接短路A相电流瞬间增时断路器迅速障立切障电流变0
图43 A相接短路接时电流波形
图4445运突变量电流算法作保护算法保护6KV线路电流电压波形出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电压电流正弦规律变化02s时发生三相接短路电流瞬间增时断路器迅速障立切障电压电流均变0
图44 三相短路接时电流波形
图45 三相短路接时电压波形
图46运称分量选相法作保护算法保护110KV线路电流波形设置障类型A相短路接障时间02s05s出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电流正弦规律变化02s时发生A相接短路电流瞬间增时断路器迅速障立切障电流变0
图46 A相短路接时电流波形
第5章 结
课题通MATLAB软件搭建复杂电力系统根采集电气量进行分析运算处理运微机保护[14]常算法电压等级输电线路进行保护通观察电压电流波形出结：微机保护性优良动作迅速充分保护电力系统受种短路障击保证电力系统安全稳定运行继电保护中具非常重应课题设计足处例搭建复杂电力系统程中变压器输入输出电压值法完全满足额定实际电力系统定差设计仅简单段式保护电力系统实际继电保护复杂程度精确程度定差距
致 谢
三月努力终完成学里项务首先感谢XX老师三月中厌烦指导基础差底子薄加没选修微机保护门课程毕业设计谓历曲折山重水复疑路柳暗花明村老师点拨总耳目新反复枯燥设计选型调试中总会艰难时刻灵光闪现取突破次怀着忐忑心情请教张老师问题时总耐心热情指导时感谢面交老师遇困难时求教吝惜渊博知识够予力帮助感谢周围学谢谢予鼓励帮助师者传道授业解惑者想毕业设计期间解答问题灵感老师值学尊敬时感谢父母学支持私关爱默默奉献前进动力
次毕业设计学四年时光画完美句号相信认真负责老师悉心教导学鼓励帮助榜样力量走工作岗位定会位学生朋友工作感情工作事恳请位老师文中错误妥处提出批评指正
参考文献
[1] 高亮电力系统微机继电保护[M]北京：中国电力出版社200711
[2] 李晓明王葵微机继电保护实培训教程[M]北京：中国电力出版社200412
[3] 杨奇逊微型机继电保护基础[M]北京：水利电力出版社20007
[4] 陈皓微型保护原理算法仿真[M]北京：中国电力出版社 20071
[5] 李家坤微机保护算法综述[J]长江职工学学报200320(1)43
[6] 罗洪广微机保护算法综合性分析[D]成：西南交通学2006
[7] 陈怡电力系统[M]南京：东南学出版社1994
[8] 李光琦电力系统暂态分析[M]北京：水利电力出版社1991
[9] 马强电力系统机电暂态程[M]北京：水利电力出版社1991
[10] 周浩敏信号处理技术基础[M]北京：北京航空航天学出版社2001
[11] 朱声石高压电网继电保护原理技术[J] 北京：中国电力出版社1995
[12] 黄焕坤计算机继电保护系统[D]北京：中国电力出版社1983
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题 目：基MATLAB微机保护算法仿真
学生姓名：
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摘
基MATLAB软件运Simulink工具完成种继电保护微机保护数采集处理系统基两点法突变量算法称分量选相法等传统微机保护算法搭建MATLAB仿真模型根采集输入电气量采样数进行分析运算判断实现相应继电保护功文MATLAB软件应微机保护做详细说明运MATLAB动态仿真工具电力系统中障微机保护算法进行仿真分析说明MATLAB微机继电保护中应行性时文工程中常微机保护算法进行原理层面分析运模型种算法性进行仿真研究重现实意义
关键词：MATLAB微机保护算法采样数
Microcomputer protection algorithm based on
MATLAB simulation
Abstract
Based on MATLAB software using Simulink tools perform one computer protection relay data acquisition and processing systems Mainly based on twopoint method the amount of mutation algorithms symmetric phase selector and other traditional computer protection algorithms to build MATLAB simulation model based on the amount of collected samples of the input electrical data analysis calculation and judgment in order to achieve the corresponding relay protection In this paper MATLAB software how to apply a detailed description of computer protection and the use of MATLAB dynamic simulation tool for power system failures and computer protection algorithms for the simulation analysis illustrates the application of MATLAB in the feasibility of relay protection This paper also commonly used in engineering computer protection algorithms theory level of analysis and the use of models for the performance of various algorithms and simulation studies there is a very important practical significance
Keywords：MATLABMicrocomputer ProtectionAlgorithm Sampling Data
目 录
第1章 引言 1
第2章 微机保护基理知识 4
21 微机保护系统简介 4
22 微机保护算法 6
221 两点积法 6
223 称分量选相法 9
第3章 设计体容 13
31 典型电力系统设计 13
311 输电线路型号长度选择 13
312 电源变压器型号选择 14
313 变压器具体参数计算 14
32 微机保护部分设计 16
321 两点法作保护算法 17
322 突作量电流算法作保护算法 19
323 称分量选相法作保护算法 19
第4章 结果分析讨 21
致 谢 25
参考文献 26
第1章 引言
微机保护微型计算机构成继电保护电力系统继电保护发展方具高性高选择性高灵敏度微机保护装置硬件包括微处理器(单片机)核心配输入输出通道机接口通讯接口等计算机技术高速发展微机保护行业中广泛深入应工程技术带深刻影响工程师电力系统研究开发计算机技术线应技术性革命毋庸置疑微机保护应推广早已成继电保护发展方
早世纪60年代末提出计算机构成继电保护装置时研究型计算机作基础目台型计算机完成电气设备整变电保护功尝试计算机保护算法软件研究发展奠定理基础继电保护领域具非常重历史意义
20世纪70年代量关微机保护算法保护构成文相继发表时伴着规模集成电路技术发展时微处理器问世成逐年降低计算机保护开始进入实阶段走进工厂企业批性较强微机开始相继问世快速发展形成产品系列日说1977年日率先投入套微处理机基础控制继电保护装置1987年日继电保护设备总产值中已70微机保护产品
国微机保护[1]研究始1979年算起秀目前止国年生产微机型线路保护设备保护已达数千套输电线路保护元件保护变电综合动化障录波障测距等领域微机继电保护取引瞩目成果具高性高抗干扰水网络通信力第三代微机继电保护装置已电力系统中投入国微机继电保护研究制造水已达国际水
目前国电力行业资产规模已超2万亿占整国资产总量四分电力生产直接影响着国民济健康发展电力系统断更新发展微机保护断提出新更高求时电子技术计算机技术现代通信技术高速发展微机保护发展提供源源断动力电力系统规模扩双刃剑方便户时电力工程师提出新难题：样复杂高维数系统里寻找够模拟庞然物工具呢？MATLAB出现解决工程师问题MATLAB软件中文名矩阵实验室誉巨肩工具尤拥Simulink工程师提供动态建模仿真分析集成环境 SimulinkMATLAB软件功扩展特色体现搭建动态系统模型进行仿真软件包许功基MATLAB软件台称作MATLAB工具箱运实现系统建模仿真环境集成根实际设计求系统进行修改优化提高系统工作性达高效开发目微机保护传说中神神呢？骡子马需MATLAB保护性指标做出评判
设计目便利MATLAB软件建立较复杂电力系统模型包括发电输电变电配电等电力系统环节输电线路电压等级包含220KV110KV35KV6KV电压等级输电线路采保护方式
220KV电压等级线路电流保护距离保护适保护元件侧电气量构成判障发生线路末端相邻线路始端时两类保护进行快速加区分采取阶段式配合关系选择性切障结果线路末端发生障时需Ⅱ段延时切障样延时220KV电压等级输电线路中法满足系统稳定性继电保护快速性求工程师研究实践发现果时利线路两侧电气量快速区分发生线路短路障外部短路障达快速选择切线路点障目达目需快速线路侧电气量信息传相侧安装线路两侧保护收信息会线路两侧电气量进行较分析联合进行动作样保护方式便联保护设计中电压等级220KV线路采联保护方式
电流电压保护具简单济特点35KV电压等级中广泛应保护范围灵敏度着运行方式变化剧烈变化电压等级更高电网适满足更高电压等级线路够快速选择切障求需寻求种性更完善保护方式——距离保护短路障发生时电压电流时发生变化测出电压电流值值够反应障点保护安装处距离短路点距离整定值时候保护动作设计中110KV输电线路采距离保护方式
设计6KV线路采电流保护保护算法采两点法电流速断保护保护设备短路电流整定旦短路电流超整定值保护装置立动作断路器跳闸般电流速断保护时限法保护线路全长(目避免失选择性)种保护存保护死区．克服缺陷保护线路全长常采带时限电流速断保护保护范围仅包括线路全长深入相邻线路时限保护部分动作时限相邻线路时限保护级差．保护算法采两点法
设计采微机保护中三常算法：两点法突变量算法称分量选相法实现保护功根设计中三种算法保护中实现情况保护动作快速效具良选择性
第2章 微机保护基理知识
21 微机保护系统简介
定义：微机保护微型计算机基础构成继电保护世界电力系统继电保护优先发展方(现已基实现然断发展中)具高性高选择性高灵敏度
211 微机保护应发展总述
四十年伴着计算机技术高速发展微机保护进入快车道应广泛深刻影响着科技生产类日常生活等方面关计算机保护计算机技术应电力系统继电保护中工程师面重课题国微机保护方面说起秀1984年第套6809(CPU)基础距离保护样机投入试运行进入90年代陆续推出批成熟微机保护产品应工业生产领域目前国方面已取俗成相信未微机保护会国民济生成生活中发挥更重作
212 微机保护基构成
微机保护基构成包括硬件软件两方面硬件包括：数采集系统CPU系统开关量输出输入系统外围设备等软件包括：初始化模块数采集理模块障检出模块障计算模块检模块等等
213 微机保护技术特点
微机保护够广泛应优点：
1 微机保护中获附加功
2 微机保护普通保护更加灵活动作更加迅速
3 微机保护具常规保护更高
微机保护够实时软硬件进行检测综合分析判断力非常强检测出硬件障时发出报警信号迅速闭锁跳闸出口回路软件检功输入数进行纠错动识排干扰句话说微机保护性传统保护提高
214 微机保护硬件框图[2]
微机保护硬件框图图21示
数采集系统
微机系统
串行通信
输入输出系统
电流互感器电压互感器
图21 微机保护硬件框图
．电压形成回路
微机保护实现保护功需保护线路设备电流互感器电压互感器传信息幸直接互感器取二次数值输入范围适常微机保护电路信息需加降低变换微机保护中通常求输入电压信号VV具体需模数转换器决定般说电压变换时采型中间变压器
涉电流变换时普遍存着两种方式种采型中间变流器二次侧需联电阻取需电压种采电抗变压器变换器仅述功起屏蔽隔离作提高保护性
二．采样保持电路模拟低通滤波器[3]
1采样保持器(SH)
采样连续变化模拟量进行离散化程图22示
图22 信号采样图
2模拟低通滤波器(ALF)
根奈奎斯特采样定理采样信号频率必须(采样信号频率)微机保护障发生瞬间电压电流含高频分量采样前需低通滤波器高频分量滤掉降低防止发生混叠
微机保护实时系统数采集系统时刻CPU输入数CPU需采样值做必须操作运算程必须两相邻采样间隔时间完成否CPU法正常工作旦采样频率低实反映采样信号情况
三．路转换开关(MUX)
称路转换器实际采集系统中需进行模数转换模拟信号十路采MUX轮流切换测量AD转换电路通路达分时转换目
般情况通道模拟电压时刻进行采样保持期间路采样电压取出进行转换成数字量
四．模数转换器(AD)
模数转换器作数采集系统核心部件肩负着连续变化模拟信号转化数字信号务方便计算机进行数处理存储控制显示AD转换器包括：逐位较型积分型计数型等等
22 微机保护算法
算法定义：微机保护装置根模数转换器输入电气量采样数进行分析运算判断实现种继电保护功方法称算法[4]
算法分类：(1)直接采样值进行某种运算求出测信号实际值然定值较 (2)根继电器动作方程采样值计算出中间变量代入动作方程转换运算式判断
算法研究问题：(1)算法计算精度——关系保护否做出正确判断
(2)算法速度——关系保护动作速度快慢
221 两点积法
设分两电气角度相隔采样时刻采样值(注意超前)
： (21)
： (22)
(23)
式中： 采样时刻电流相角意值
根(22)(23)
(24)
(25)
结：知道相隔电气角意两瞬时值计算出该正弦量效值相位
理电压
(26)
(27)
(28)
式中采样时刻电压相角
222 突变量电流算法[5]
图23 短路分解图
图23示系统结构变线性系统利叠加原理短路障分解两部分图中时刻测量电流时刻障电流时刻负荷电流
根叠加定理
图24 障电流变化图
(29)
正弦信号时间间隔整周两瞬时值相等
(210)
易知非障阶段时刻测量电流
(211)
时刻障电流等时刻测量电流障前时刻测量电差
转化采样值计算公式
(212)
中
——障分量采样时刻计算值
——时刻测量电流采样值
——时刻前周期电流采样值(周期采样点数)
图24示根述分析推导知：
(1)系统正常运行时
(2)系统刚发生障周算出纯障分量
(3)综合考虑短路短路器断开两种情况称障分量称突变分量
223 称分量选相法
称分量选项法[6]原理：先判否存零序电流排三相短路两相相间短路进行较找出单相接两相接短路区单相接短路两相接短路时出现零序负序分量三相短路两相相间短路均出现稳态零序电流
(1)单相接短路
图25示单相接短路复合序网零序负序量关系图
图25 零序负序量关系图
保护安装点：
(213)
(考虑量)
——保护安装点负序电流分配系数
——保护安装点零序电流分配系数
——保护安装点零序负序电流
——障支路零序负序
保护安装处
A相接时
( 考虑裕量)
B相接时
( 考虑裕量)
C相接时
( 考虑裕量)
（2） 两相接短路[7](度电阻)
两相接短路复合序网零序负序间量关系图26图27示
图26 两相接复合序网图 图27 BC两相接时零序负序量关系图
图知
(214)
(215)
短路点
(216)
保护安装处
AB相短路接：
( 考虑裕量)
BC相间短路接：
( 考虑裕量)
CA相间短路接：
( 考虑裕量)
(3)选相方法[8]
考虑裕度(称分量分配系数角度差)实际应称分量选相区域图28
示
图28 实称分量选项区域图
相位区域单相接两相接阻抗认定例子说时阻抗法进行区分底单相接两相接A相接短路(AN)两相间阻抗基负荷阻抗值较高测量阻抗应该Ⅲ段阻抗外BC两相接短路(BCN)BC两相间测量阻抗应该Ⅲ段阻抗
区分(AN)(BCN)规：
1） 时果判断结果BC两相接(BCN)
2） 时果外判断结果A相接(AN)
余类推选相流程图29示
图29 选相流程图
第3章 设计体容
31 典型电力系统设计
311 输电线路型号长度选择
220KV线路选型计算：
110KV线路选型计算：
6KV线路选型：
根计算电流值选择型号钢芯铝绞线作相应输电线路
表31 输电线路型号表
线路电压等级KV
标称截面mm
铝钢
结构根数直径(根mm)
外径mm
计算
质量(kgkm)
直流电阻
(20℃)
(Ωkm)
计算载流量A
铝
钢
70℃
80℃
90℃
220
21035
26322
7250
2038
8539
01363
409
507
586
110
9515
26215
7167
1361
3808
03058
252
306
351
6
254
6232
1232
696
1026
1131
111
131
149
表32 电压等级送点距离送点功率表
电压等级
送电距离KM
送电功率KW
04KV
06
100
66KV
4~15
100~1200
10KV
6~20
200~2000
35KV
20~70
1000~10000
66KV
30~100
3500~30000
110KV
50~150
10~50MW
220KV
100~300
100~500MW
330kV
200~600
200~800MW
500KV
150~850
1000~1500MW
根表32设计220KV线路81KM110KV线路130KM6KV线路15KM
312 电源变压器型号选择
电源部分：输出电压18KV 容量55MVA
变压器18242KV变压器 SFP360000220
22012166KV变压器 SPPS50000220
11038563KV变压器 SFS50000110
表33 变压器参数表
型号
额定容量(kVA)
额定电压(kV)
空载
损耗
(kW)
空载
电流
()
负载
损耗
(kW)
阻抗
电压
()
高压
低压
SFP360000220
360000
242
18
190
028
860
143
型号
额定
容量(kVA)
额定电压(kV)
空载损耗kW
空载电流()
负载损耗(kW)
阻抗电压()
高压
中压
低压
高中
高低
中低
高中
高低
中低
SFPS50000
220
220
121
66
70
10
246
246
246
145
235
75
SFPS50000
110
50000
110
385
63
65
250
250
250
105
175
65
313 变压器具体参数计算
(1)双绕组变压器SFP360000220参数
公式(31)(32)出：
(31)
(32)
(2)三绕组变压器SFPS50000220参数
公式(33)(34)(35)出：
(33)
(34)
(35)
公式(36)(37)(38)出：
(36)
(37)
(38)
公式(39)(310)出：
(39)
(310)
（3） 三绕组变压器SFPS50000110参数
32 微机保护部分设计[9]
MATLAB动态仿真工具Simulink里工具箱simpowersystems中找搭建电力系统模型基元件仿真模型模拟设计中出现种短路障提供方便
电力系统中常会发生短路断线外复杂障[10]常碰短路短路障分：三相短路两相短路两相接短路单相接短路中单相接短路发生频率高课题三相短路接单相短路接研究象进行模拟特定微机保护算法控制断路器保护线路受短路障损害
321 两点法作保护算法[11]
(1)MATLAB编程实现两点法
已知电路输入电压输入电流时周期采样12点运两点法计算信号效值两点法(311)(312)公式：
(311)
(312)
中时刻采样点瞬时值MATLAB中编写程序：
clear
N12
t1(0002N002)
msize(t1)
Va100*sin(2*pi*50*t1)
Ia100*sin(2*pi*50*t1pi6)
for jj4m(2)
U(jj)sqrt((Va(jj)*Va(jj)+Va(jj3)*Va(jj3))2)
end
for jj4m(2)
I(jj)sqrt((Ia(jj)*Ia(jj)+Ia(jj3)*Ia(jj3))2)
end
subplot(131)
plot(t1Va＇ro＇t1Ia＇bo＇)
legend(＇Va＇＇Ia＇)
title(＇测量电压电流量＇)
subplot(132)
plot(t1U＇bo＇)
title(＇计算电压效值＇)
subplot(133)
plot(t1I＇bo＇)
title(＇计算电流效值＇)
生成M文件运行输入电流电压波形运两点法计算出效值图31示：
图31 电压电流瞬时值效值波形图
(2)设计部分
两点法作微机保护算法保护6KV线路设计图32示：
图32 两点法作保护算法保护部分
两点法作微机保护算法采联保护保护220KV线路设计图33
示：
图33 两点法作保护算法保护部分
322 突作量电流算法作保护算法[12]
突变量电流算法作微机保护算法保护6KV线路设计图34示：
图34 突变量电流算法作保护算法保护部分
323 称分量选相法作保护算法[13]
称分量选相法作微机保护算法保护110KV线路设计图35示：
图35 称分量选相法作保护算法保护部分
图32333435示短路障三相障元件模拟障类型根需设置图31说障类型设置ABC相接障(Ground Fault)Fault Resistance设置0001(值非常绝0)障处线路分6km9km两段障时间Transition times进行设置里障起始时间设置02s截止时间设置05s仿真结束时间定05s说说永久性障设置完成系统进行仿真仿真操作MATLAB命令窗口中运行仿真命令
第4章 结果分析讨
图4142运两点法作保护算法保护6KV线路障发生时电压电流波形出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电压电流正弦规律变化02s时发生三相接短路电流瞬间增时断路器迅速障立切障电压电流均变0
图41 三相短路接时电流波形
图42 三相短路接时电压波形
图43运两点法作保护算法联保护法保护220KV线路障发生时电流波形出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电流正弦规律变化02s时发生A相接短路A相电流瞬间增时断路器迅速障立切障电流变0
图43 A相接短路接时电流波形
图4445运突变量电流算法作保护算法保护6KV线路电流电压波形出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电压电流正弦规律变化02s时发生三相接短路电流瞬间增时断路器迅速障立切障电压电流均变0
图44 三相短路接时电流波形
图45 三相短路接时电压波形
图46运称分量选相法作保护算法保护110KV线路电流波形设置障类型A相短路接障时间02s05s出仿真开始002s期间电力系统处正常运行状态电流正弦规律变化02s时发生A相接短路电流瞬间增时断路器迅速障立切障电流变0
图46 A相短路接时电流波形
第5章 结
课题通MATLAB软件搭建复杂电力系统根采集电气量进行分析运算处理运微机保护[14]常算法电压等级输电线路进行保护通观察电压电流波形出结：微机保护性优良动作迅速充分保护电力系统受种短路障击保证电力系统安全稳定运行继电保护中具非常重应课题设计足处例搭建复杂电力系统程中变压器输入输出电压值法完全满足额定实际电力系统定差设计仅简单段式保护电力系统实际继电保护复杂程度精确程度定差距
致 谢
三月努力终完成学里项务首先感谢XX老师三月中厌烦指导基础差底子薄加没选修微机保护门课程毕业设计谓历曲折山重水复疑路柳暗花明村老师点拨总耳目新反复枯燥设计选型调试中总会艰难时刻灵光闪现取突破次怀着忐忑心情请教张老师问题时总耐心热情指导时感谢面交老师遇困难时求教吝惜渊博知识够予力帮助感谢周围学谢谢予鼓励帮助师者传道授业解惑者想毕业设计期间解答问题灵感老师值学尊敬时感谢父母学支持私关爱默默奉献前进动力
次毕业设计学四年时光画完美句号相信认真负责老师悉心教导学鼓励帮助榜样力量走工作岗位定会位学生朋友工作感情工作事恳请位老师文中错误妥处提出批评指正
参考文献
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[2] 李晓明王葵微机继电保护实培训教程[M]北京：中国电力出版社200412
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[6] 罗洪广微机保护算法综合性分析[D]成：西南交通学2006
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[11] 朱声石高压电网继电保护原理技术[J] 北京：中国电力出版社1995
[12] 黄焕坤计算机继电保护系统[D]北京：中国电力出版社1983
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