一键式电压并列监测装置的研究与设计
摘要
传统模式下,在变电站内一次设备运行方式调整过程中,需要保证变电站内相应电压等级保护,自动化和计量装置的电压回路正常运行,否则将会引起电压回路异常,导致保护装置异常而不能正确动作,影响计量装置的准确计量,甚至会导致从二次向一次反充电等严重后果.电压回路设计缺陷较为隐蔽,难以发现,只有在实际运行中,通过暴露出的问题或现象,才能具体分析和排查[10]。因此，一键式电压并列监测装置的研究与设计就是为了能实时监测两段母线电压水平，对母线二次电压状态一目了然，并在二次电压并列操作时进行并列逻辑判断，及早排除故障隐患。本文对一键式电压并列监测装置的仿真系统进行了比较细致的研究。首先详细地介绍了一键式电压并列监测装置的工作原理和各个组成部分的作用，包括均频单元、均压单元以及合闸单元等，然后利用MATLAB/Simulink搭建了一键式电压并列监测装置的仿真模型，最后对所建模型进行动态仿真，仿真结果表明该一键式电压并列监测装置模型能够正确的反映出一键式电压并列监测装置的工作特性。
关键词：并列；一键式电压并列监测；仿真；MATLAB；电力系统
Abstract
Under the traditional mode, in the process of adjusting the operation mode of the primary equipment in the substation, it is necessary to ensure the normal operation of the voltage circuit of the corresponding voltage level protection, automation and metering devices in the substation, otherwise it will cause the abnormal voltage circuit, resulting in the abnormal operation of the protection device, which will affect the accurate measurement of the metering device, It can even lead to serious consequences such as secondary to primary reverse charging. The design defects of voltage circuit are relatively hidden and difficult to find. Only in actual operation, through the problems or phenomena exposed, can specific analysis and investigation be carried out [10]. Therefore, the research and design of one button voltage paralleling monitoring device is to monitor the voltage level of two bus sections in real time, to understand the secondary voltage state of bus at a glance, and to judge the paralleling logic during the secondary voltage paralleling operation, so as to eliminate the hidden trouble as soon as possible. In this paper, the simulation system of one button voltage parallel monitoring device is studied in detail. Firstly, the working principle and the functions of each component of the one key voltage parallel monitoring device are introduced in detail, including the frequency sharing unit, voltage sharing unit and closing unit. Then, the simulation model of the one key voltage parallel monitoring device is built by using Matlab / Simulink. Finally, the dynamic simulation of the model is carried out. The simulation results show that the one key voltage parallel monitoring device has good performance It can correctly reflect the working characteristics of one key voltage parallel monitoring device.
Key words: parallel; one button voltage parallel monitoring; simulation; MATLAB; power system
目录
1绪论 5
1.1课题的背景及意义 5
1.2一键式电压并列监测装置发展现状 5
1.3本课题所完成的主要工作 6
2 一键式电压并列监测装置的基础知识 8
2.1一键式电压并列装置的作用 8
2.2一键式电压并列监测基本工作原理 8
2.2.1 合闸单元原理 8
2.2.2均频均差部件 12
2.2.3均压部件 15
3 MATLAB介绍 17
3.1 MATLAB综述 17
3.2 MATLAB/Simulink 17
3.3 常用模块 18
4 一键式电压并列监测装置仿真与建模 21
4.1一键式电压并列监测装置模型与仿真分析 21
4.1.1合闸单元 22
4.1.2均频控制单元 24
4.1.3均压控制单元 26
结论 32
参考文献 33
1绪论
1.1课题的背景及意义
现有的电压并列操作方式分为万用表法和人工巡视法，现有方式对解决异常并列情况并没有有效的提升，通过查询资料，发现存在一种PT并列回路加入二次电压同期检测的判据来提高可靠性，以此为依据，去设计一种适合变电站电压运行的一键式电压并列监测装置。
传统模式下,在变电站内一次设备运行方式调整过程中,需要保证变电站内相应电压等级保护,自动化和计量装置的电压回路正常运行,否则将会引起电压回路异常,导致保护装置异常而不能正确动作,影响计量装置的准确计量,甚至会导致从二次向一次反充电等严重后果.电压回路设计缺陷较为隐蔽,难以发现,只有在实际运行中,通过暴露出的问题或现象,才能具体分析和排查[10]。因此，一键式电压并列监测装置的研究与设计就是为了能实时监测两段母线电压水平，对母线二次电压状态一目了然，并在二次电压并列操作时进行并列逻辑判断，及早排除故障隐患。传统模式下电压运行会发生各类电压并列事故导致许多装置及插件烧毁，造成了一定的经济损失，并且人员现场消缺耗时过久，并列失败延误了送电操作时间，造成了极大的时间损耗，严重影响电网设备安全。而一键式电压并列监测装置能够实时准确监测到变电站内电压、频率、相位状态，并且该装置具有测量精度高、动作迅速等优点，以便运行人员对变电站电压运行进行监测和控制。在传统模式下，在变电站电压运行过程中，继电保护人员必须到达现场，需要办理工作许可和终结手续，继电保护人员需要现场确认二次电压线的端子排接线位置，甚至需要查看图纸，确认测量结果，增加人为不安全因素，这些繁琐的程序大大降低了工作效率[6]。而一键式电压并列监测装置能够准确快速的采集电压质量参数并快速判断是否满足并列条件，既提高了安全性，又提高了工作效率，这与电力系统运维一体化相符合。
在目前的一键式电压并列监测装置中智能化越来越高，可视化程度也有了很大的提高，我们对一键式电压并列监测装置的工作过程有了进一步的了解。为了能更好的了解一键式电压并列监测装置工作特性，以便研究设计新的一键式电压并列监测装置，我们需要借助一些工具，这就是本课题要研究的内容——基于matlab的一键式电压并列监测装置建模与仿真。
1.2一键式电压并列监测装置仿真发展现状
仿真技术是一门多学科综合的应用技术科学，也是一门近年来发展迅速的新兴学科。仿真就是建立系统的模型(数学模型、物理效应模型或数学—物理效应模型)并在模型上进行实验。
为什么要进行仿真实验？人类认识或研究、开发一个系统可以通过理论推演或实物实验的方法进行，但对于一些大的、复杂的系统，无法得到其数学模型的解析解，有的分系统其至无法得到可信的数学模型，而由于很多条件的限制，实物试验不能做或困难很大等，这样就只能借助模型试验(即仿真)来达到认识和研制一个系统的目的。通常在下列情况之一时，应考虑仿真的方法：
1) 系统不存在完整的数学模型，或没有一套解数学模型的方法；
2) 虽然可以求得解析解，但数学求解过程过于复杂；
3) 难以在实际环境中进行试验；
4) 需要在相同条件下重复进行实验；
5) 希望在较短的时间内观测到过程的全部历史，或需要对系统进行长期运行的比较，可以通过控制仿真时间，使实验加快或减慢；
6) 真实试验费用过于昂贵。
仿真的优势是不言而喻的，但仿真过程中可能会遇到各种各样的问题，通常是需要将复杂的系统适当简化[12]。
一键式电压并列监测装置是一种复杂的装置，而且难于在实际的系统中进行各种实验，并且实验的费用昂贵。对一键式电压并列监测装置的仿真完全符合仿真的前提条件。
目前，大部分一键式电压并列监测装置仿真系统都是针对测试和分析的目的来研制和开发的。通过仿真能更好地了解一键式电压并列监测装置特性。
所有的一键式电压并列监测装置仿真系统并不能完全的仿真一键式电压并列监测装置，为了测试、分析或者培训目的，它们可以准确的实现一键式电压并列监测装置的大部分特性或者某些特性，从而分析和学习一键式电压并列监测装置的性能与特性提供了依据。
1.3本课题所完成的主要工作
本课题主要对一键式电压并列监测装置建模并进行仿真实验，分析该装置的特性。与其他的系统仿真不同，本课题是在MATLAB/Simulink环境下进行动态仿真，可以模拟一键式电压并列监测装置各个单元的工作情况。
本课题主要做了如下工作：
1) 在研究国内外保护仿真的基础上，结合一键式电压并列监测装置的特点，提出了整体的设计思想。
2) 研究一键式电压并列监测装置的各个构成模块，选择合适的算法，并在MATLAB/Simulink环境下实现一键式电压并列监测装置的各个构成元件，搭建一键式电压并列监测装置的工作单元模块，实现动态仿真。
3) 对搭建好的模型用不同的算例进行验证，并根据仿真结果得出一键式电压并列监测装置的工作原理和特性。
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