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430010)
摘要:M AT LAB 是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台,其在科学计算、工程设计和系统仿
真中运用很广泛。电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行,由于电力系统是个复杂的系统,运行方式也十分复杂,因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大,也不直观。M AT LAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。通过M AT LAB 的POWERSY STE M BLOCK 对避雷器在有电抗器补偿的电力系统中的应用进行仿真,从而说明其在电力系统仿真中的运用。关 键 词:M AT LAB ;电力系统;仿真;运用中图分类号:T M76 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
3.1 M AT LAB 的模型建立
(1)电源。系统的线电压为735kV ,频率为60H z 。
(2)电源的等值阻抗。阻抗为3.6Ω,电感为0.0955H 。(3)线路。线路采用Π形集中参数,电阻为0.011ΩΠkm ,电
感为0.8674mH Πkm ,电容为13.41nF Πkm ,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0.03
s 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,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、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年下载本文
