双侧电源电力系统的方向电流保护的建模与仿真
电力系统建模与仿真分析
电力系统建模与仿真分析电力系统是现代社会中不可或缺的设施，它在我们的日常生活和工业生产中起着至关重要的作用。
电力系统建模与仿真分析是电力领域一项重要的技术手段，在电力系统设计、维护和优化等方面具有重要的价值。
一、电力系统概述电力系统是由电厂、输电网、配电网以及用户组成的。
其中，电厂是电力系统的源头，输电网承担电力长距离传输，配电网则用于将电力供应到用户。
电力系统中的各个环节都有很多因素需要考虑，如供电负载、电力损耗、电网稳定性等，这些因素都会直接影响电力系统的稳定性。
二、电力系统建模方法电力系统建模是研究电力系统工作原理和运行规律的基础。
电力系统建模一般采用等效电路模型，将电力系统中的各种元器件抽象为电路元件，然后连接起来，形成一个可以描述电力系统运行规律的电路模型。
电力系统建模方法包括等效电路法、节点法、母线潮流法和解耦潮流法等。
1. 等效电路法等效电路法是最早提出的电力系统建模方法。
这种方法的基本思想是将电力系统中的元件抽象成一个等效电路，其中元件的参数可以根据实测值进行估算。
2. 节点法节点法是一种较为常用的电力系统建模方法，它将电力系统中各个节点视为一种电压源，电力系统中各个分支视为一种电阻，然后通过节点间电流-电压关系求解电路中各个节点的电压和电流。
3. 母线潮流法在电力系统中，母线是电力系统的重要环节，它通过母线进行各个电气元件的连接。
母线潮流法是一种基于母线建模的电力系统建模方法，它适用于电力系统中的大型母线。
4. 解耦潮流法解耦潮流法是一种高效的电力系统建模方法，它可以快速地对电力系统进行建模和仿真分析，有利于快速有效地进行电力系统分析和设计。
该方法通过对电力系统中各个元件的解耦，从而得到一个高效的电力系统仿真模型。
三、电力系统仿真分析电力系统仿真分析是电力系统建模的重要应用方向，它可以有效评估电力系统的性能和稳定性。
电力系统仿真分析通过对电力系统进行动态仿真，模拟电力系统的运行状态，评估电力系统的性能和稳定性。
电力系统继电保护双侧电源相间短路的方向性电流保护90接线
2.功率方向继电器的动作方程
以正方向三相短路时A相的功率方向继电器为例：
M
N
k1 P
1
UC
23
4
UA
k 60 Ik1A Ir
30
UBC Ur
UB
P UrIr cosr 0 cosr 0 90 r 90
①四个角度：
（一）构成：
DKB
R1
UA
*
Ir
N2
K IIr
5
*
N1
* R2
N3
KIIr UB
6
R3 R4
N4
45°60°
+ BZ1
UA
-
R5
C2 ia
R6 9
*
J ib C3
10
YB
* K UUr
C1 7
*
* K UUr
IU
Ur
8
KuUr KIIr KuUr KIIr
BZ2
UUBB
UA K UUr K IIr UB K UUr K IIr
当 Ir =常数时， Uop f(r ) 的关系曲线。
2. 伏安特性：
伏安特性是当 r =常数时(一般取 r sen α )，
Uop f(I r ) 的关系曲线。
1. 角度特性： 当 Ir =常数时， Uop f (r ) 的关系曲线。
U r (U op )
120
U op. min
30 0
EA UA
30°30°
UAB
EBC
d
UdC UdB
EB UB
IB
Ⅲ.在正方向故障时B、C相继电器的动作条件 综合以上两种极限情况可以得出，在正方向任何地点两
电力系统建模与仿真
电力系统建模与仿真电力系统是现代社会不可或缺的能源系统，其对于国家经济和社会的稳定运行有着重要的作用。
建立电力系统模型并进行仿真，可以有效地对电力系统的运行进行分析和优化，帮助提高电网的可靠性和稳定性。
本文将对电力系统的建模与仿真进行讨论。
一、电力系统的建模在电力系统建模中，主要涉及以下几个方面：1.电路方程电力系统中包括各种电路和设备，理论上每个电路和设备都需要建立对应的电路方程。
电路方程是描述电路中各元件关系的数学等式或方程。
例如，在直流电路中，一条电缆的电路方程可以表示为：U=R*I，其中U为电压，R为电阻，I为电流。
通过电路方程可以计算出电路中的电流、电压等参数。
2.传输线模型传输线是电力系统中常见的电路，其特性与传输距离、频率等有关。
传输线模型是通过对传输线电路及其特性建立数学模型，进行仿真和分析的方法。
传输线模型可以分为短线模型和长线模型。
短线模型以电感和电容为基本元件，适用于短距离的传输线仿真。
长线模型则基于传输线的特性参数进行建模，可以对长距离传输线的性能进行仿真。
3.发电机和负载模型发电机是电力系统的能量源，而负载则是能量的消耗者。
发电机和负载模型的建立涉及多个参数，如电压、电流等。
发电机模型通常使用S型模型或者PQ模型进行建模，可用于对发电机的电磁特性进行仿真。
负载模型分为仿真负载和实际负载两种模型。
二、电力系统的仿真电力系统仿真是指通过建立电力系统模型并运用计算机仿真软件，对电力系统进行模拟和分析，以提高电力系统的运行效率和可靠性。
电力系统仿真可以有多种方法，常用的划分为三种：时域仿真、频域仿真和蒙特卡罗方法。
1.时域仿真时域仿真是指对电力系统运行的实际情况进行综合计算，并以时间为变量进行仿真。
这种仿真方式能够全面反映系统的运行情况，例如电流、电压的波动，可以用于对事故、故障等异常情况进行分析。
2.频域仿真频域仿真是指根据电力系统的频率响应进行仿真。
在这种方法中，可以分析系统的频率和阻抗等性能参数。
基于PSCADX4双电源距离保护的仿真分析
基于PSCADX4双电源距离保护的仿真分析燕林滋;李静;马金燕;白少峰【摘要】本文主要就电力线路距离保护的基本原理、整定计算做了具体介绍,着重使用PSCADX4软件对单相短路接地、两项短路、三相短路故障进行仿真分析,以期更容易找到可靠性高、经济性好、便于实施的距离保护.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】4页(P46-48,50)【关键词】PSCADX4;距离保护;单相接地故障;三项接地故障;仿真【作者】燕林滋;李静;马金燕;白少峰【作者单位】银川能源学院,银川 750105;银川能源学院,银川 750105;银川能源学院,银川 750105;银川能源学院,银川 750105【正文语种】中文在现代电力系统中，容量大、电压高、距离长、负荷重和结构复杂的网络成为主流。
这时，简单的电流、电压保护就难以满足电网对保护的要求。
例如，高压长距离、重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端短路时短路电流值与负荷电流相差不大，故电流保护往往不能满足灵敏度的要求。
对于电流速断保护，其保护范围受电网运行方式的变化而变化，保护范围不稳定，某些情况下甚至无保护区。
所以，有些情况下不能采用电流速断保护。
对于多电源复杂网络，方向过电流保护的动作时限往往不能按选择性的要求整定，且动作时限长，难以满足电力系统对保护快速性动作的要求。
因此，在结构复杂的高压电网中，应采用性能更加完善的保护装置，而距离保护就是其中一种。
距离保护是反应保护安装处至故障点的距离保护，主要用于输电线路的保护。
PSCADX4是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件。
它使电力系统复杂部分可视化，且可以作为实时数字仿真器的前置端，可模拟任意大小的交直流系统，可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压，可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟。
同时，它的输入、输出界面非常直观、方便。
电气工程中的电力系统仿真与建模
电气工程中的电力系统仿真与建模在当今高度依赖电力的社会中，电气工程领域的电力系统仿真与建模技术发挥着至关重要的作用。
电力系统作为一个复杂而庞大的体系，其运行的稳定性、可靠性和经济性直接关系到社会的正常运转和人们的生活质量。
为了更好地理解、设计和优化电力系统，仿真与建模成为了不可或缺的工具。
电力系统仿真，简单来说，就是在计算机上模拟电力系统的运行状态和行为。
通过建立数学模型和算法，输入各种参数和条件，如电源的出力、负荷的需求、线路的参数等，来预测系统在不同情况下的性能和响应。
这就好比在虚拟的世界中搭建一个电力系统，然后观察它如何工作，从而为实际的电力系统运行和规划提供参考。
电力系统建模则是仿真的基础。
建模过程需要对电力系统的各个组成部分，如发电机、变压器、输电线路、负荷等，进行精确的数学描述。
这些模型不仅要考虑电气特性，还要考虑机械、热力等方面的影响。
例如，发电机模型需要考虑其电磁暂态过程、机械转动惯量等因素；输电线路模型则要考虑电阻、电感、电容等参数的分布特性。
在建模过程中，准确性和简化性之间需要找到一个平衡。
过于复杂的模型可能导致计算量过大，难以在实际应用中快速得到结果；而过于简化的模型则可能无法准确反映系统的真实特性。
因此，建模者需要根据具体的研究目的和应用场景，选择合适的模型复杂度。
电力系统仿真与建模在电力系统的规划和设计中发挥着重要作用。
在规划新的电力网络时，可以通过仿真来评估不同的线路布局、变电站位置和容量选择等方案的效果。
例如，通过模拟不同负荷增长情况下的系统运行，确定最佳的电网扩展方案，以满足未来的电力需求，同时避免过度投资和资源浪费。
在电力系统的运行和控制方面，仿真与建模同样不可或缺。
实时的仿真可以帮助调度人员预测系统的动态变化，提前采取措施来应对可能出现的故障和异常情况。
例如，当电网中出现短路故障时，通过仿真可以快速评估故障对系统的影响，从而指导继电保护装置的动作，确保系统的安全稳定运行。
双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护原理电子教材(精)
项目五：电网相间短路的方向电流保护任务1方向电流保护的工作原理一、方向电流保护的工作原理1.电流保护用于双电源线路时的问题为了提高电力系统供电可靠性，大量采用两侧供电的辐射形电网或环形电网，如图 l所示。
在双电源线路上，为切除故障元件，应在线路两侧装设断路器和保护装置。
线路发生故障时线路两侧的保护均应动作，跳开两侧的断路器，这样才能切除故障线路，保证非故障设备继续运行。
在这种电网中，如果还采用一般过电流保护作为相间短路保护时，主保护灵敏度可能下降，后备保护无法满足选择性要求。
图 1 双侧电源供电网络示意图（1）Ⅰ、Ⅱ段灵敏度可能下降以保护P3Ⅰ段为例，整定电流应躲过本线路末端短路时的最大短路电流，关键是除了躲过P母线处短路时A侧电源提供的短路电流，还必须躲过N母线短路时B侧电源提供的短路电流，见图 2。
当两侧电源相差较大且B侧电源强于A侧电源时，可能使整定电流增大，缩短Ⅰ段保护的保护区，严重时可以导致Ⅰ段保护丧失保护区。
整定电流保护Ⅱ段时也有类似的问题，除了与保护P5的Ⅰ段配合，还必须与保护P2的Ⅰ段配合，可能导致灵敏度下降。
M N P图 2 保护P3主保护整定示意图（2）无法保证Ⅲ段动作选择性Ⅲ段动作时限采用“阶梯特性”，距电源最远处为起点，动作时限最短。
现在有两个电源，无法确定动作时限起点。
图 3中保护P2、P3的Ⅲ段动作时限分别为t2、 t3，当k1故障时，保护P2、P3的电流Ⅲ段同时启动，按选择性要求应该保护P3动作，即要求t3<t2；而k2故障时，又希望保护P2动作，即要求t3>t2，显然无法同时满足两种情况下后备保护的选择性。
MNk1故障时流过保护P3的短路电流图 3保护P3后备保护整定示意图2．方向性保护的概念我们再深入分析一下，造成电流保护在双电源线路上应用困难的原因是需要考虑“反向故障”。
以图4中保护P3为例，阴影中发生故障时B 侧电源提供的短路电流流过保护P3，而如果仅存在电源A，阴影部分发生故障时则没有短路电流流过保护P3，不需要考虑。
电力系统的建模与仿真分析
电力系统的建模与仿真分析电力系统是现代社会的重要组成部分，为人们的生产和生活提供不可或缺的能源保障。
但是，电力系统的复杂性和敏感性导致其在运行过程中会出现各种问题，如电力稳定性、电力质量、能源效率等方面的问题。
因此，电力系统的建模与仿真分析非常重要，可以帮助提高电力系统的效率，保证电力系统的稳定性和安全性。
一、电力系统的建模电力系统的建模是指将电力系统的各个部分进行拆解和抽象，使得这些部分能够通过一定的数学建模方式相互联系。
电力系统的建模通常是从以下几个方面出发：1. 发电机模型发电机是电力系统的核心组成部分，其输出功率和电动势对整个电力系统的运行稳定性和电能质量有着非常重要的影响。
因此，发电机模型对电力系统的建模非常重要。
通常，发电机模型可以分为几类，如同步发电机模型、感应发电机模型等。
2. 变压器模型变压器是电力系统中运输能量的主要方式之一，其在电力系统的输电和配电环节中发挥着非常重要的作用。
变压器模型通常包括变流器、变压器核等组成部分。
3. 电力负载模型电力系统的负载对于电能的稳定输出和电能质量的保证有着非常重要的作用。
如何对电力负载模型进行建模也是电力系统建模的一个重要方面。
通常，电力负载模型可以分为不同的类型，如电阻性负载模型、电感性负载模型、电容性负载模型等。
4. 电力网络模型电力系统中的电力网络是连接各个组成部分的核心部分，如何对电力网络进行建模也是电力系统建模的重要方面。
通常，电力网络模型可以表示为复杂的网络图，其中每个节点代表一个组成部分，每条边代表两个节点之间的连接。
二、电力系统的仿真分析电力系统的仿真分析是采用电力系统建模的方式，通过一定的仿真分析方法，对电力系统的运行模拟与分析。
一般来说，电力系统的仿真分析可以从以下几个方面出发:1. 種種电力系统参数的仿真分析电力系统中的参数涉及到功率、电压、潮流、短路电流等多个方面。
在电力系统的仿真分析中，电力系统参数的仿真分析可以提供电力系统运行状态的实时监测和分析，发现潜在问题并进行预测和解决。
第4章双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护
第4章双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护第4章双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护在电力系统中，双侧电源输电线路是非常常见的一种拓扑结构。
然而，在运行过程中，由于各种原因，可能会出现相间短路故障。
为了保护电力系统的正常运行，需要对这种故障进行准确的判断，并及时采取措施保护系统。
双侧电源输电线路相间短路故障是指两个电源之间的相线发生短路。
当这种故障发生时，电流会沿着线路的各个分支流动，同时流向短路点，形成环流。
由于环流的存在，会对电力系统带来很大的危害，如引发设备的过电流、电压波动等问题，对系统的稳定性和安全性构成威胁。
为了解决这个问题，需要在电源侧进行方向电流保护。
方向电流保护是指通过检测电流方向，判断故障点的位置，并采取保护措施，以限制短路故障的影响范围。
方向电流保护的基本原理是通过检测电流的相位差来确定故障的位置。
当相间短路发生时，电流的相位差会随着故障点的位置而改变。
通过测量电流的相位差，就可以判断故障点是在哪一侧，并采取相应的保护措施。
常用的方法包括差动保护和方向元件保护。
差动保护是利用差动电流进行方向电流保护。
差动电流是指同一线路两端电流的差值，通过比较差动电流的幅值和相位差，可以判断故障点的位置。
如果差动电流的幅值超过设定值，并且相位差在某个范围内，就说明故障点在保护的覆盖范围内，此时保护动作。
差动保护具有快速、精确的特点，广泛应用于电力系统。
另一种常用的方向电流保护方法是采用方向元件。
方向元件是指能够根据电流方向进行判断的装置，常见的方向元件有方向比较器、方向继电器等。
这些装置通过检测电流的相位差，判断故障点的位置，并根据判断结果发出保护信号，实现保护动作。
除了差动保护和方向元件保护之外，还可以利用数字保护装置进行方向电流保护。
数字保护装置具有运算速度快、精度高的特点，可以通过相间短路电流的特征进行方向电流保护。
数字保护装置通过采样和计算电流波形，判断故障点的位置，并根据判断结果进行保护动作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
辽宁工程技术大学
电力系统继电保护综合训练一
设计题目方向性电流保护的建模与仿真
指导教师刘健辰
院（系、部）电气与控制工程学院
专业班级电网13—1班
学号1305080116
姓名苏小平
日期2017/01/05
智能电网系综合训练标准评分模板
电力系统继电保护析综合训练一 任务书
本次综合训练目的在于通过对双侧电源电力系统的方向电流保护的建模与仿真，巩固和运用所学到的方向电流保护理论知识，掌握Matlab 仿真软件的使用方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
双侧电源电力系统结构图如下：
系统基本参数如下，线路长度和短路点位置见后面的班级数据表。
电源：o 11510kV M E =∠ ,o 1050kV N E =∠ ,o ,,0.22673.13s M s N Z Z ==∠Ω 线路：LGJ-240/40型架空线，单位正序阻抗o 10.45173.13/km z =∠Ω。
设计要求：
利用Matlab/Simulink 建立仿真模型，完成仿真计算，分析仿真结果。
设计说明书内容：
1、 任务书
2、 电网相间短路的方向电流保护原理
3、 利用Matlab/Simulink 建立仿真模型
4、 设置故障，完成仿真计算
5、 分析仿真结果
6、
重新设置两侧电源参数，分析对方向电流保护的影响
说明：1）1~7组每组3人；第8组4人。
2）将自己姓名填入表中
目录
一、综合训练目的 (1)
二、电网相间短路的方向电流保护原理 (1)
三、中性点不接地系统故障特征 (1)
四、仿真 (1)
（1）、仿真模型 (2)
（2）、设置故障、观察故障特征 (2)
五、结果分析 (3)
六、重新设置两侧电源参数，分析对方向电流保护的影响 (3)
参考文献 (4)
一、综合训练目的
本次综合训练的目的在于通过对双侧电源电力系统电网相间短路的方向电流保护的保护原理的了解，通过MATLAB 进行建模与仿真，巩固和运用所学到的方向电流保护理论知识，掌握MATLAB 仿真软件的使用方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
二、电网相间短路的方向电流保护原理
在双侧电源供电的网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。
方向性电流保护利用短时功率方向的特征，当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。
反之，不允许保护动作。
用短时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。
相间短路的三段式电流保护，利用短路故障时电流显著增大的故障特征形成判据构成保护，其中速断保护按照躲开本线路末端最大短路电流整定，保护本线路的一部分，
max 1kB I
rel I act I K I =
限时速断保护按照躲开下级速断保护末端短路整定，保护本线路全长，
11.1111set rel set I K I ⋅=
过电流保护按照躲开最大负荷电流作本线路和相邻线路短路时的后备保护，
re
L ss rel re re set
K I K K K I I
max
.111'111=
= 而方向电流保护，既利用故障时电流幅值变大的特征，又利用电流与电压间相角特征，在短路功率的流动方向正是保护应该动作的方向，并且电流幅值大于整定值时，保护动作跳闸，适用于多端电源网络。
三、中性点不接地系统故障特征 1）故障相接地电压为0。
2）非故障相电压升高为线电压。
3）三相之间线电压基本不变。
四、仿真
（1）、仿真模型
图1 短路故障模型
（2）、设置故障、观察故障特征
经查阅资料，针对中性点不接地系统，发生短路时故障特征。
利用MATLAB/sinmulink 软件建模，分别设置了不同的故障类型，观察故障发生时系统的电压、电流，故障相电压、电流的变化。
仿真结果如下：
以A 相接地短路为例：
图2 A 相接地电压、电流
由图2可知，s t 02.0=时故障发生，故障点处电压变为0，接地电流幅值大概为2800A ，在s t 08.0=时故障切除，接地电流变为0A ，A 相故障点处的电压变为相电压。
A B C
A
B
C
A B C Three-Phase Fault
A B C a b c Vabc Iabc B C a
b c A B C A B C
A B C
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
4
Ub: Three-Phase Fault/Fault A
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Ib: Three-Phase Fault/Fault A
图3 母线M 三相电压
图4 母线M 三相电流
设置A 相接地短路故障，系统母线A 所测得的三相电压如图3，从图中可看出，故障相A 相电压为0，非故障相电压变为原相电压3倍，母线A 所测得的三相电流如图4，从图中可看出，三相电流基本不变。
五、结果分析
对于中性点非接地系统，当发生A 相接地短路时，故障处电压为0，非故障相电压升为原相电压的3倍，三相电流基本不变，因此三相设备可以在短时间正常运行。
仿真结果与理论分析相吻合。
六、重新设置两侧电源参数，分析对方向电流保护的影响
改变左侧电源参数，设置为KV E M ︒∙
∠=30115,仿真结果如图5，6所示。
图5 母线M 三相电压
图6 母线M 三相电流
方向电流保护既利用了电流的幅值特征，又利用了电压电流的相位关系作为判据。
通过改变左侧电源参数将电源相位由10°变为30°。
通过仿真结果图5、图6与图3、图4进行对比，可以看出电压、电流的相位发生了明显变化。
由此可知，改变电源的相角就可以改变电压、电流的相角。
因此得出如下下结论：
一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者相位差的大小而改变，为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏。
采用上述接线的功率方向元件应做成最大灵敏角为︒==60k sen ϕϕ。
又为了保证当短路点有过度电阻、线路阻抗角k ϕ在︒︒90~0范围内变化情况下正方向故障时，继电器都能可靠动作。
参考文献
[1] 张保会，尹项根.电力系统继电保护-2版.北京：中国电力出版社，2009.12 [2] 孟祥萍，高嬿.电力系统分析-2版.北京:高等教育出版社，2010.12 [3] 黄家裕，孙德昌.电力系统数字仿真[M].北京：中国电力出版社，2003. [4] 李光琦.电力系统暂态分析[M].2版.北京：中国电力出版社，2003.。