电力系统继电保护实验指导书张艳肖编适用于12级电气工程及其自动化专业西安交通大学城市学院二○一五年三月目录第一部分MATLAB基础 ................................................................................... - 3 -1.1 MATLAB简介 .......................................................................................... - 3 -1.2 MATLAB的基本界面 ........................................................................... - 3 -1.2.1MATLAB的主窗口 ...................................................................... - 3 -1.2.2 MATLAB的主窗口 ....................................................................... - 3 -1.3 SIMULINK仿真工具简介.................................................................... - 4 -1.3.1SIMULINK的启动 ........................................................................ - 4 -1.3.2SIMULINK的库浏览器说明........................................................ - 5 - 第二部分仿真实验内容.................................................................................. - 6 - 实验一电力系统故障.................................................................................... - 6 - 实验二电流速断保护.................................................................................... - 9 - 实验三三段式电流保护.............................................................................. - 13 - 实验四线路自动重合闸电流保护.............................................................. - 17 -第一部分 MATLAB基础1.1 MATLAB简介MATLAB是一种适用于工程应用各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年推出3.X(DOS)版本，1992年推出4.X(Windows)版本；1997年推出5.1(Windows)版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了MATLAB6.0版本。
随着版本升级，内容不断的扩充，功能更加强大。
MATLAB在国内外的大学中，特别是数值计算应用最广的电气信息类学科中，已成为每个学生都应掌握的工具。
1.2 MATLAB的基本界面1.2.1 MATLAB的主窗口1.启动MATLAB启动MATLAB的方法有很多，下面是最常用的方法。
（1）双击系统桌面的MATLAB图标；（2）从桌面“开始”→“程序”→“MATLAB”。
启动MATLAB后，如图1-1所示。
图1-1 MATLAB桌面1.2.2 MATLAB的主窗口MATLAB的主窗口包含有6个下拉菜单和10个功能按钮，用来进行整体的环境参数的设置，如图1-2所示。
图1-2 MATLAB的主窗口的菜单和功能按钮1.3 SIMULINK仿真工具简介Simulink是Mathworks公司开发的MATLAB仿真工具之一，其主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析。
Simulink下有很多专用功能模块，如航空航天模块库(Aerospace Blockset）、通信模块库(Communication Blockset)、神经网络模块库(Neural Network Blockset)、电力系统模块库(SimpowerSystems)等。
其中电力系统模块库对用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真分析。
功能强大的SimpowerSystems和Simulink同时使用将使一些复杂的、非线性的系统建模与仿真变得非常容易。
它包括7个子模块库：电源(Electriial Sources)子库里有单/三相交流电压源、单相电流源、直流电压源、受控源等，元件子库(Elements)有各种支路、负载和开关、变压器等主要电力设备元件，附加子库(Extra Library)汉纳有各种附加的控制、测量模块和特殊变压器等模块，电机子库(Machines)有异步、同步、控制等各种电机，测量子库(Measurement)含有电压电流和阻抗等测量元件，电力电子子库(Power Electronics)里有Gto、IGBT、Mosfet、Thyristor各种电力电子元器件等。
利用SIMULINK对系统进行仿真与分析, 在进入虚拟实验环境后, 不需要书写代码,只需使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来, 按照实验要求修改各元器件的参数。
通过虚拟实验环境建立实验仿真电路模型, 可使一些枯燥的电路变得有趣味, 复杂的波形变得形象生动, 使得各种复杂的能量转换过程比较直观地呈现在学生面前。
以下采用Matlab 来仿真电力电子技术课程中的传统实验, 和传统的硬件实验对比, 此实验方法有很大优越性。
在SIMULINK仿真环境下，运用Power System Blockset的各种元件模型建立电力电子电路的仿真模型，并对其进行仿真研究。
1.3.1SIMULINK的启动启动SIMULINK有以下三种方法：（1）在MATLAB的命令窗口中输入“simulink”，按Enter键，就可以打开SIMULINK 的库浏览器，如图1-3所示。
图1-3 SIMULINK的库浏览器（2）在MATLAB的工具栏中，单击simulink按钮，也可以可以打开SIMULINK的库浏览器。
（3）单击MATLAB的发布窗口中simulink文件夹，单击simulink按钮，也可以可以打开SIMULINK的库浏览器。
1.3.2SIMULINK的库浏览器说明在图1-3的SIMULINK的库浏览器中，在界面的上方是标题栏、菜单栏、常用按钮及关键字填写栏。
在关键字填写栏可以输入要查找的模块的关键字，按Enter键，就可以查找相应功能模块。
SIMULINK提供了多个基本模块库，有Continuous（连续系统模块库）、Discret（离散系统模块库）、Functions&Tables（函数与表模块库）、Math（数学运算模块库）、Nonlinear（非线性系统模块库）、Signals&Systems（信号与系统模块库）、Sinks（输出模块库）、Sources （输入源模块库）、Subsystems（子系统模块库）、SimPowerSystems（电力系统模块库）等标准模块库。
本实验用到最多的就是SimPowerSystems（电力系统模块库），该工具箱包含有Electrical Sources（电源模块库）、Elements（元件模块库）、Power Electronics（电力电子器件模块库）、Machines（电动机模块库）、Connectors（连接器模块库）、Measurements（测量模块库）、Extras （附加模块库）和Demos（演示模块库）。
第二部分仿真实验内容实验一电力系统故障一、实验目的1.对电力系统中各种短路现象的认识2.掌握各种短路故障的电压电流分布特点3.仿真波形分析二、实验内容电力系统中，大多数故障都是由于输电线路短路引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，产生复杂的暂态过程。
各种类型的短路包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。
电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数。
1.模型的建立发电机G：50MW，13.8kV，保持恒定，Y连接，变压器T：13.8/220kV，线路L：100km，负荷：50MV A仿真模型建立：启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，运用Power System中的各种元件模型建立仿真模型，如图1-1所示。
双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
图2-1 仿真模型2.仿真参数设计（1）发电机参数设置发电机额定容量为500MV A，额定电压为13.8KV，额定频率为60HZ，Yg连接，其他值采用默认值。
（2）三相负荷参数设置额定容量为50MV A。
（3）三相变压器参数设置额定频率为50HZ，一次侧电压13.8KV，二次侧电压220KV，其他值采用默认值。
（4）三相输电线路参数设置线路长100KM。
（5）故障模块参数设置短路故障是用三相故障元件来模拟，故障时间段可通过Transition Times来设置，设置为0.06～0.12S。
其余的短路故障模型可以通过修改三相故障模块的参数设置来实现，将在以下仿真过程中进行设置。
图2-2 三相交流电源图2-3 三相负载图2-4 测量元件图2-5 变压器图2-6 输电线路图2-7 三相故障模块三、实验报告1.正常运行时，观察并分析三相电压、电流波形。
2.单相接地短路故障分析将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A相故障，并选择故障相接地选项，故障时间设置为0.06～0.12S，观察并分析A相接地短路故障点三相电压、电流波形。
同理，也可设置B或C相单相接地短路，观察并分析故障点三相电压、电流波形。
3.两相短路接地故障分析将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A相和B相故障，并选择故障相接地选项，故障时间设置为0.06～0.12S，观察并分析A相和B相接地故障点三相电压、电流波形。
同理，也可设置B相和C相，C相和A相两相接地短路，观察并分析故障点三相电压、电流波形，线路电压、电流波形分析。