收稿日期:2006-08-25
作者简介:曾江华, 女, 长江水利委员会设计院机电处, 工程师, 硕士。
文章编号:1001-4179(2006 11-0041-02
MAT LAB 在电力系统仿真中的运用
曾江华陈晓明金伟江万里李远青
(长江水利委员会设计院, 湖北武汉
摘要:MAT LAB 是将计算、可视化、真中运用很广泛。
, 由于电力系统是个复杂的系统, , 也不直观。
M AT LAB 的M LAB 的POWERSY STE M BLOCK 对避雷器在有电抗器补, 。
关键; ; 仿真; 运用T 文献标识码:A
1概述
M AT LAB 是由美国Mathw orks 公司开发的大型软件, 它是以
矩阵运算为基础, 把计算、可视化、程序设计融合在一个交互的工作环境中, 在此环境中可以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。
在M AT LAB 中包括了两大部分, 数学计算和工程仿真, 其中在工程仿真方面,M AT LAB 提供的软件支持涉及到各个工程领域, 并且在不断完善。
M AT LAB 所具有的程序设计灵活, 直观, 图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科, 多平台的强大的大型软件。
M AT LAB 提供的S imulink 工具箱是一个在M AT LAB 环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包, 它提供了用方框图进行建模的接口, 与传统的仿真建模相比, 更加直观、灵活。
S imulink 的作用是在程序块间的互联基础上建立
起一个系统。
每个程序块由输入向量, 输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。
在计算前, 需要初始化并赋初值, 程序块按照需要更新的次序分类, 然后用ODE 计算程序通过数值积分来模拟系统。
M AT LAN 含有大量的ODE 计算程序, 有固定步长的, 有可变步长的, 为求解复杂的系统提供了方便。
M AT LAB 在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(P ower System Blockset 来完成, P ower System Block 是由TE QSI M 公司和魁北克水电站开发的。
PS B 是在S imulink 环境下
使用的模块, 采用变步长积分法, 可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真, 并精确地检测出断点和开关发生时刻,
PS B 程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的S imulink 程
序块, 通过PS B 可以迅速建立模型, 并立即仿真。
PS B 程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与S imulink 程序之间连
接作用。
2电力系统元件库
电力系统元件库包括了电路、电力电子、电机和电力系统等
常用的基本元件和系统的仿真模型。
其包含以下库元件:
(1 电源元件。
包括了交流电压源和电流源、直流电压源、可控电源及三相电源等产生电信号的元件。
(2 线路元件。
包括各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。
(3 电力电子元件。
包括如二级管、晶闸管等各种电力电子元件。
(4 电机元件。
包括各种电机模型元件。
(5 连接器元件。
包含有在各种不同情况下用于相互连接的元件。
(6 电路测量元件。
包括电压表、电流表、阻抗表和万用表等测量元件。
(7 附加元件。
包括三相电路、功率表, 直流电机等元件。
(8 电力图形用户接口。
用于电力系统稳态分析。
(9 电力系统元件库模型。
包含了电力系统各种非线性模块的仿真模型。
3系统仿真
下面就用M AT LBA 来对避雷器在有电抗器补偿的系统中的应用进行仿真,PS B 中的氧化锌避雷器的模型实际上是过电压保护的非线性电阻器, 其阀片的非线性伏安特性是用U ΠU ref =
(k i (I ΠI ref 1Πα
i 表示, 其中U ref , I ref 代表参考电压和电流, k i 与αi
为各个区域的系数(i =1为小电流区域, i =2为非线性区, i
=3为饱和区 , 避雷器的伏安特性则表示为U =cI α
, c 为阀片电阻的材料系数, α为阀片的非线性系数。
参考电压是当避雷
第37卷第11期人民长江
V ol. 37,N o. 11
2006年11月
Y angtze River N ov. , 2006
器通过参考电流时避雷器上的电压, 当避雷器上电压大于参考
电压时, 电流将随电压的升高而迅速增大。
被仿真的系统为以735kV 系统通过200km 输电线路向负荷供电, 在线路的中点设有串连电容补偿, 在负荷侧并联有电抗器补偿, 串联的电容器和并联电抗器均采用氧化锌避雷器保护, 为了简化系统, 仿真仅采用单相, 所有的参数均为正序参数。
模型见图1。
图1系统模型
3. 1MAT LAB 的模型建立
(1 电源。
系统的线电压为735kV , H z 。
(2 电源的等值阻抗, 5。
(3 线路。
Π, 0. 011ΩΠkm , 电
感为0. 8674mH Πkm , 13. 41Πkm , 两段线路分别长100km 。
(4 串联电容器。
电容为101. 4μF 。
(5 并联电抗器。
每相容量为110M VA 。
(6 负荷。
负荷容量为2000MW 。
(7 保护电容器的避雷器。
保护电压185kV , 柱数为30柱, 每柱的参考电流为500A , 伏安特性为第一段k 1=0. 955, α1=
50, k 2=1, α2=25, k 3=0. 9915, α3=16. 5。
(8 保护电抗器的避雷器。
保护电压1081kV , 柱数为2柱, 每柱的参考电流为500A , 伏安特性为第一段k 1=0. 955, α1=50, k 2=1, α2=25, k 3=0. 9915, α3=16. 5。
(9 断路器。
断路器1初始是闭合的, 在0. 1s 时断开, 断
路器2初始是断开的, 在0. 03s 断路器闭合模拟负荷侧三相短路。
(10 测量表。
表1用于测量电容器的电压和保护电容器的避雷器的电流, 表2用于测量电抗器的电压和保护电抗器的避雷器的电流。
3. 2仿真结果
t =0时, 系统正常运行, t =0. 03s 时, 负荷侧发生三相短
路故障, 此时, 线路的短路电流急剧增加(见图2 , 同时电容器两侧的电压也增加, 当电容器两端的电压超过185kV 时, 避雷
器动作, 限制了电容器上的过电压(见图3 。
同时在电抗器上的电压降低为0。
当断路器1跳闸, 故障切除后, 电流为0, 此时在并联电抗器上会产生过电压, 当期峰值超过1081kV 时, 保护电抗器的避雷器动作, 因此会产生脉冲电流(见图4。
图2
线路短路电流变化
图3电容器两侧电压以及避雷器1
的电流
图4避雷器2的电压和电流
4结论
从以上的例子可以看出,M AT LAB 的电力系统工具箱可以很方便迅速地建立电力系统的各种模型, 并且可以利用这些模
型建立复杂的系统仿真模型, 其强大的计算能力和编程能力以及可视能力, 为提高仿真计算的效率和灵活性, 分析和仿真电力系统提供了一个强有力的手段。
(编辑:赵树湘
・简讯・
长江委设计院钮新强院长入选“新世纪百千万人才工程”
近日, 人事部等7部委联合发文, 正式公布了2006年“新世纪百千万人才工程”国家级人选, 长江水利委员会设计院院长、教授级高级工程师钮新强名列其中。
“新世纪百千万人才工程”由人事部、科技部、教育部、财政部、国家发改委、国家自然科学基金会和国家科技协会等7部委于2002年启动, 旨在继续做好年轻一代学术和技术带头人培养
工作, 拓宽选拔领域, 进一步加强高层次专业技术人才队伍建设, 促进优秀中青年学术技术带头人的成长。
根据有关规定, 在各地、各部门推荐上报人选的基础上, 经专家评审, 并报领导小组批准最终确定入选人员。
(长江
24人民长江2006年。