（国核电力规划设计研究院 北京 100095）
摘要：长期以来，大量研究针对电力一次系统做了仿真模拟，但在继电保护等二次系统数字仿真方面的研究工作则相对较少。随着近些年来电力系统中各种新技术的引进，对电力二次系统的仿真模拟也逐渐得到了得到了重视。本文利用MATLAB 具有的编程功能和其拥有的动态仿真工具Simulink 对过流保护在电力系统中的应用进行了仿真分析。
关键词：过流保护 继电保护 仿真 MATLAB Simulink
1.概述
随着电力科学与电气工程技术的不断发展，电力系统的规模越来越大，如何保证电力系统的安全稳定运行，成为了学术人员以及相关工作者研究的重点。由于电力系统是一个相对复杂的系统，运用软件对不同运行环境下的保护装置进行仿真可以作为分析电力系统问题的有效方法。MATLAB作为当下优秀的高级技术语言和交互式环境可以用于算法开发、数据计算分析，其配套软件包Simulink对电力系统和继电保护的仿真模拟提供了一个可视化的开发环境。本文利用MATLAB 对电力系统中过流保护在不同的故障环境下进行了建模、仿真、分析。
2.电力系统和过流保护的模型
过流保护仅需要测量电流量，本文采用具有高准确性、可靠性的数字算法对过流保护进行建模。本模型包括反时限过流保护装置、基于Simpowersystem开发的简化电力系统模型。
2.1过流继电器模型
作为过流保护唯一的输入信号，故障电流大小的估算方法对仿真模拟的准确性有着重要的影响。 DFT（离散傅里叶变换）算法不受采样频率和信号噪点及DC分量的影响，有着较高的准确性，被广泛运用。本模型采用DFT（离散傅里叶变换）对输入信号的采样数据进行分析计算，得到故障电流大小， 公式如下（N – 采样数量、 IRe IIm – 电流信号振幅的实部和虚部、 I^ – 电流信号的高峰振幅）：
2.2电力系统与过流保护模型
电力系统的模型通过Simpowersystem搭建，配有两组过流保护，其他组成模块设置如下：
· 三相电压源，50Hz, 11kV 相电压(rms);
· 电压电流测量单元（每相配置一个）
· 输电导线，阻抗0.117+j0.068 ohm/km (参考典型11kV 电缆数据)
· 三相故障模块（提供接地故障）
· 断路器模块
· 三相RLC负荷，11kV, 5MW
3.实验结果及分析
3.1 继电器极差配合实验
实验参数设置：
电力系统：11kV, 250MVA
负荷： 5MW
输电线路：11km，0.117+j0.068 ohm/km.
故障发生在0.1s，下级断路器R2在故障发生0.2s 后跳开电路，上级保护R1较下级应设有0.3s的延迟。经计算，R1参数设置为(P.S=75%, T.S=0.08)，R2参数设置为(P.S=100%, T.S=0.18)。
实验结果如下：
图3.1 R1的A相输入电流信号和DFT计算电流值 (1.1)；计数器阶跃曲线; (1.2)；跳闸信号(1.3) R2的A相输入电流信号和DFT计算电流值 (2.1)；计数器阶跃曲线; (2.2)；跳闸信号(2.3)
两个继电器实验动作时间为0.4919s、0.2959s，根据实际故障电流5329.86A,计算得到理论动作时间为：
tth-1=0.145329.86/2300/5×1×50.02-1×0.18=0.485 s [3.1]
tth-2=0.145329.86/2300/5×0.75×50.02-1×0.08=0.193 s [3.2]
经计算，两个继电器动作误差为1.4%、1.48%.。 经分析实验误差来自于DFT模块,由于DFT估算电流值时需要大约一个周期（月0.02s），导致动作时间有延迟。综上所述，实验结果证明MATLAB模型与理论值有较好的吻合。
4.总结
通过对过流保护每个部分的数学模型分析学习，结合MATLAB的模块化功能建立过流保护的动态模型。为了更好的测试过流保护MATLAB模型的特性，通过Simpowersystem建立简单的电力系统，测试两个过流保护在故障情况下的工作过程以及极差配合。经与理论值的对比得出，该模型与理论值较好的吻合，1.4%的误差主要来自于DFT计算模块的计算延迟，约一个周期。
本文通过对过流保护在简化的电力系统中应用的仿真模拟，更加深入的学习了其每个模块的工作原理，为今后在更加复杂的电力系统继电保护的分析学习奠定了良好的基础。
参考文献
P.M. Anderson, “Power System Protection”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, INC. 1999.
J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma and Thomas J. Overbye, “Power System Analysis and Design”, Fifth Edition. 2012.
Sandro Gianny Aquiles Perez, “Modeling Relays for Power System Protection Studies”, Department Of Electrical Engineering, University of Saskatchewan, Canada July 2006.
Stanley H. Horowitz and Arun G. Phadke, “Power System Relaying”, Third Edition, John Wiley & Sons Ltd, England, 2008.
作者简介：周心怡（1990.10-），女，山东曲阜人，助理工程师，单位：国核电力规划设计研究院。
焦健行（1990.1-），男，河北保定人，助理工程师，单位：国核电力规划设计研究院。
论文作者:周心怡,焦健行
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/16
标签：电力系统论文; 过流论文; 电流论文; 模型论文; 故障论文; 信号论文; 模块论文; 《电力设备》2016年第23期论文;