基于MATLAB微机保护仿真研究.docVIP

基于MATLAB微机保护仿真研究 　　摘要：对MATLAB软件在微机保护仿真中的应用做了介绍，并利用MATLAB具有的编程功能和其拥有的动态仿真工具Simulink对微机保护实际应用中的数字滤波器设计、微机保护算法和电力系统故障做了仿真分析。通过实例仿真说明了MATLAB在微机保护实际应用中的可行性。 　　关键词MATLAB　微机保护　电力系统仿真 　　中图分类号：TM74 　　文献标识码：A 　　文章编号：1007-3973(2011)010-057-03 　　1、概述 　　随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。在这种情况下，许多大型的电力科研实验很难进行。由于电力系统是一个相对复杂的、维数很高的系统，需要寻找一种能提供模拟环境的软件作为分析电力系统问题的有效工具。MATLAB是当前国际认可的优秀科技应用软件之一，它以矩阵运算为基础，把计算可视化程序设计融合到交互的工作的环境中，可实现工程计算、算法研究、建模和仿真、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序开发等功能，其拥有的Simulink为我们提供了用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成环境。而随着继电保护技术的发展，微机继电保护装置已经在电力系统中获得了广泛应用，由于装置采用了微机技术和软件编程方法，大大提高了继电保护的性能指标，我们可以利用MATLAB软件来对这些性能和指标进行仿真以便比较其优劣。本文利用MATLAB软件实现了对微机保护实际应用中的数字滤波器设计和微机保护算法以及电力系统故障仿真做了建模、仿真、分析。 　　2、基于MATLAB的数字滤波器的设计 　　微机继电保护的滤波功能主要是对保护装置采集到的电流、电压信号进行信号筛选处理以便获得保护装置感兴趣的特征量，因为在电力系统故障初试瞬间，通常都有一个暂态过程，这一过程中的故障电流、电压信号，必然包含十分复杂的频率成分，如衰减的直流分量和高频暂态分量，这些信号都是对微机保护装置没有用的，我们需要使用数字滤波器对这些信号进行滤波处理，这样才能保证微机保护装置正确动作。 　　本文以微机保护装置中常用的IIR滤波器的设计来说明如何使用MATLAB设计数字滤波器的。要求设计一个10阶的带通Chebyshev I滤波器，它的带通范围是50到200Hz，采样频率为2000Hz，Rp=0.5。设计滤波器时，首先在MATLAB的信号处理箱(Signal Processing Block set)里选择滤波设计(FilterDesigns)模块里的数字滤波设计(DigitalFilterDesign)，参数设置如下：在Response Type中选择Band pass(带通滤波器)，在DesignMethod选项中选择IIR、Chebyshev I，FilterOr-der中选择Specify Order=10，在Frequency Specifications中选择Unit为Hz，采样频率Fs=2000，通带Fpassl=50和Fpass2=200，最后在Magnitude Specifications中选择Unit为dB，Apass=0．5。设置完成后点击DesignFilter即可得到所设计的IIR滤波器，通过菜单选项Analysis可以在特性区看到所设计的相频响应等特性，图l给出了滤波器的相频特性，通过这些特性分析更加深刻理解了数字滤波器的在微机保护装置中的滤波作用。 　　 　　3、基于MATLAB的微机保护算法仿真 　　在微机保护中，需要应用不同的离散运算方法来实现故障量的测量、计算和故障判别。这些不同的离散运算方法就是不同的保护算法。衡量其算法优缺点的指标包括：算法的运算精度、响应时间和算法的运算量。它们之间往往是相互矛盾的，因此根据保护的不同功能、不同性能指标和保护的硬件配置(如CPU的运算速度、存储器的容量等)选择不同的算法。MATLAB拥有强大的编程功能，我们可以通过MATLAB编程来实现微机继电保护中不同的保护算法，从而对微机保护的可靠运行和改进提供了保证。本文以微机保护算法中常用的两点乘积法为例说明如何用MATLAB实现保护算法。已知某电路的输入电压为v(t)=100sh(ωt)，输入电流为i(t)=50sin(cot-π16)，每周采样点数N=12，要求利用两点乘积法计算输入信号的有效值。根据两点乘积算法公式： 　　 　　其中：u1、u2、I1、12为两个不同时刻的采样点的瞬时值。 　　可以在MATLAB中编写程序，生成M文件，运行M文件，就可以得到输入的电流和电压的波形以及通过两点乘积法计算所得到的电压和电流的有效值，如图2所示。 　　 　　通过MATLAB编程所生成M文件的源程序如下： 　　clear； 　　％模拟测量到的电压和电流量 　　N=1