电力系统线路纵联差动保护的 Simulink 仿真及相关影响因素探究-程序员充电站

电力系统相关：线路纵联差动保护simulink仿真，以及差动保护受因素的影响。差动保护gui，手动输入参数

在电力系统中，线路纵联差动保护是保障电力线路安全稳定运行的关键保护机制之一。今天咱们就来深入探讨一下它的 Simulink 仿真实现，以及差动保护受不同因素影响的情况，最后再看看如何搭建一个手动输入参数的差动保护 GUI。

线路纵联差动保护的 Simulink 仿真

基本原理

线路纵联差动保护是基于基尔霍夫电流定律，即流入和流出被保护线路两端的电流之和在正常运行和外部故障时理论上为零，而在内部故障时则会有故障电流流过。其动作判据一般为：

电力系统相关：线路纵联差动保护simulink仿真，以及差动保护受因素的影响。差动保护gui，手动输入参数

\[I{op} = |\dot{I}1 + \dot{I}2| \gt I{set}\]

其中 \(I{op}\) 是差动电流，\(\dot{I}1\) 和 \(\dot{I}2\) 分别是线路两端的电流相量，\(I{set}\) 是差动保护的动作电流整定值。

Simulink 模型搭建

首先，打开 Simulink 并创建一个新的模型文件。

电源模块：从 SimPowerSystems 库中拖入“Three - Phase Source”模块作为三相交流电源，它可以设置电源的幅值、频率等参数，比如：

% 设置三相电源幅值为 10kV，频率为 50Hz source_params = struct('Amplitude',10e3,'Frequency',50);

输电线路模块：使用“Three - Phase Transmission Line”模块来模拟输电线路，这个模块可以设置线路的电阻、电感、电容等参数，例如：

% 设置线路电阻 0.1Ω/km，电感 1mH/km，电容 0.1uF/km，长度 100km line_params = struct('Resistance',0.1,'Inductance',1e - 3,'Capacitance',0.1e - 6,'Length',100);

电流互感器模块：通过“Current Transformer”模块将线路电流转换为适合保护装置测量的小电流，需设置变比等参数，如下：

% 设置电流互感器变比为 1000:1 ct_ratio = 1000;

差动保护模块：自定义一个子系统来实现差动保护算法。在子系统中，通过加法器计算差动电流 \(I{op}\)，再与设定的动作电流 \(I{set}\) 比较，若 \(I{op} \gt I{set}\)，则输出动作信号。这里简单用 MATLAB Function 模块实现：

function action = diff_protection(i1, i2, i_set) i_op = abs(i1 + i2); if i_op > i_set action = 1; else action = 0; end end

负载模块：添加“Three - Phase Load”模块来模拟线路的负载。

搭建好整个模型后，运行仿真，就可以观察到在不同运行状态下差动保护的动作情况。

差动保护受因素的影响

电流互感器误差

实际的电流互感器存在励磁电流，这会导致测量到的电流与实际电流有偏差。在 Simulink 仿真中，可以通过调整电流互感器模块的“Accuracy class”等参数来模拟误差。例如，当电流互感器存在 5% 的误差时，可能会导致差动保护在正常运行时产生误动作。因为误差可能使得原本理论上为零的差流不为零，当这个误差积累超过动作电流整定值时，就会触发误动作。

线路分布电容电流

长距离输电线路的分布电容不可忽视。分布电容电流会在线路两端产生不平衡电流，影响差动保护的准确性。在 Simulink 中，当增大输电线路模块的电容参数时，可以看到差动电流发生变化。如果不采取有效的补偿措施，这部分不平衡电流可能导致差动保护误动或拒动。

过渡电阻

在短路故障发生时，故障点通常存在过渡电阻。过渡电阻会使短路电流减小，从而影响差动保护的灵敏度。在仿真中，可以在故障点处添加一个可变电阻模块来模拟过渡电阻。当过渡电阻增大到一定程度时，可能使差动电流小于动作电流，导致差动保护拒动。

差动保护 GUI 的实现

MATLAB 的 GUIDE 工具可以方便地创建图形用户界面（GUI）。

创建 GUI 界面

打开 GUIDE，创建一个新的 GUI 模板。在界面上添加以下组件：

编辑文本框：用于手动输入差动保护的动作电流整定值 \(I_{set}\)、电流互感器变比等参数。
按钮：比如“开始仿真”按钮，用于触发 Simulink 模型的运行；“显示结果”按钮，用于显示差动保护的动作结果。

编写回调函数

对于“开始仿真”按钮的回调函数，它需要读取编辑文本框中输入的参数，然后设置 Simulink 模型中相应模块的参数，并启动仿真。示例代码如下：

function start_simulation_Callback(hObject, eventdata, handles) i_set = str2double(get(handles.edit_i_set,'String')); ct_ratio = str2double(get(handles.edit_ct_ratio,'String')); % 设置 Simulink 模型中对应参数 set_param('your_model_name/ct_module','Ratio',num2str(ct_ratio)); set_param('your_model_name/diff_protection_subsystem/i_set','Value',num2str(i_set)); sim('your_model_name'); end