畢業(yè)設(shè)計----基于matlab的合閘空載線路過電壓仿真分析

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　---------------------------------目錄--------------------------------------------------------------1</p><p>　　緒論------------------------------------

2、------------------------------2</p><p>　　1.1課題研究目的和意義--------------------------------------------------------2</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢-------------------------------------------------3</p

3、><p>　　1.3 本論文研究內(nèi)容 ----------------------------------------------------------6</p><p>　　第2章Matlab/SimPowerSysterms的使用-------------------------------------------------7</p><p>　　2.1 Mat

4、lab/Simulink概述---------------------------------------------------------------------7</p><p>　　2.1.1 Matlab/Simulink發(fā)展簡史---------------------------------------------------------7</p><p>　　2.1.2 s

5、impowersystems庫發(fā)展簡史-----------------------------------------------------8</p><p>　　2.2 Simulink的基本操作---------------------------------------------------------------------9</p><p>　　2.2.1 模塊及信號線的

6、基本操作--------------------------------------------------------9</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)模型的基本操作-------------------------------------------------------------11</p><p>　　2.3 Simulink 系統(tǒng)建模的步驟--------------

7、-----------------------------------------------11</p><p>　　2.4斷路器合閘電阻值及接入時間選取------------------------------------------12</p><p>　　2.5空載線路合閘過電壓---------------------------------------------------

8、------13</p><p>　　2.6操作過電壓分析 -------------------------------------------------------------14</p><p>　　2.6.1操作過電壓的限制措施-----------------------------------------------------15</p><p>　

9、　2.7空載線路合閘過電壓仿真模型的建立------------------------------------------------16</p><p>　　2．7.1未使用合閘電阻的仿真模型的建立過程----------------------------------------16</p><p>　　未使用合閘電阻的仿真參數(shù)的設(shè)置-------------------------

10、----------------------17</p><p>　　未使用合閘電阻的仿真波形---------------------------------------------------------19</p><p>　　得到的結(jié)論--------------------------------------------------------------------------

11、----19</p><p>　　2.7.2使用單級合閘電阻----------------------------------------------------------------------20</p><p>　　2.7.3使用兩級合閘電阻----------------------------------------------------------------------

12、21</p><p>　　2.7.4使用三級合閘電阻----------------------------------------------------------------------22</p><p>　　第3章 結(jié)論------------------------------------------------------------------------------

13、----22</p><p>　　第4章 工作進度安排-----------------------------------------------22</p><p>　　第5章 參考文獻------------------------------------------------------------------------------23</p><p&

14、gt;　　第6章 英文原文-----------------------------------------------------------------24</p><p>　　第7章 譯文-------------------------------------------------------------------------------------28</p><p>　

15、　第8章 致謝--------------------------------------------------------------------------------------30</p><p>　　第1章 緒論</p><p>　　1.1課題研究目的和意義 </p><p>　　我國電網(wǎng)的特點是能源資源與經(jīng)濟發(fā)展地理分布極不平衡，水電主要分布

16、在西南、西北地區(qū)，煤炭主要集中在華北地區(qū)，負荷中心卻集中在東部和東南部的沿海地區(qū)。所以根據(jù)我國的國情必須發(fā)展長距離、大容量電能傳輸技術(shù)，實現(xiàn)西電東輸，北電南送。特高壓輸電技術(shù)具有跨區(qū)域、大容量、遠距離、低損耗等優(yōu)勢，無論從電網(wǎng)發(fā)展，還是從能源資源分布條件和國家經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展需求來看，建設(shè)特高壓輸電工程，將特高壓線路作為全國電網(wǎng)的主網(wǎng)架是我國電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是提高我國能源開發(fā)和利用效率的基本途徑，是培育和發(fā)展國家電力市場的重要條件

17、，同時也是滿足未來持續(xù)增長的電力需求的根本保證。建設(shè)特高壓電網(wǎng)是電力工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重大舉措。我國電力工業(yè)必須依靠科技進步，不斷創(chuàng)新，實現(xiàn)加速發(fā)展。以特高壓電網(wǎng)為核心的國家電網(wǎng)建設(shè)，將使我國電力科技水平再上一個新臺階建設(shè)特高壓電網(wǎng)，是世界電網(wǎng)發(fā)展領(lǐng)域一項嶄新的事業(yè)，可以增強我國的科技自主創(chuàng)新能力，占領(lǐng)世界電力科技的制高點。我們要敢為人先，敢于走在世界電網(wǎng)科技發(fā)展的前列。目前，我國500kV輸變電技術(shù)已基本成熟，國內(nèi)具備了相應(yīng)的設(shè)計、建設(shè)和

18、運行能力，設(shè)備制造也基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。加快建設(shè)特高壓電網(wǎng)</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢 </p><p>　　電力系統(tǒng)的輸電線路以及電氣設(shè)備都有各自的電感和電容，由于系統(tǒng)運行狀態(tài)的突然變化，導致電感和電容元件間電磁能量的互相轉(zhuǎn)換，就會引起振蕩性的過渡過程。 這個過渡過程會在輸電線路、某些電氣設(shè)備或者局部電網(wǎng)上造成很高的電壓，即遠遠超過正常運行的電壓，稱為操作過

19、電壓。 操作過電壓的幅值與波形顯然跟電力系統(tǒng)的參數(shù)有密切的關(guān)系，這一點與雷電過電壓不同，后者一般取決于接地電阻，與系統(tǒng)電壓等級無關(guān)。操作過電壓則不然，由于其過渡過程的振蕩基值即是系統(tǒng)運行電壓，因此電壓等級越高，輸電線路越長，操作過電壓的幅值也就越高。在不同的振蕩過程中，振蕩幅值最高可達最大相電壓峰值的3～4倍。</p><p>　　特高壓線路參數(shù)與超高壓線路參數(shù)相比，為了提高其傳輸能力，減小電壓損耗，其分布電阻

20、和電感較小，而分布電容較大。另外特高壓輸電線一般比較長，所以電壓、電流在暫態(tài)過程中呈現(xiàn)波的特性，特別是在故障和斷路器操作過程中更為明顯。目前國內(nèi)外學者提出了很多過電壓分析計算方法，不同之處主要在于長線模型的處理方法上。 最初，分析過電壓的傳統(tǒng)方法是使用模擬裝置，即內(nèi)部過電壓模擬裝置，或稱瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀(TNA)。而現(xiàn)在數(shù)字計算機己經(jīng)成為一種必要的工具，使得過去難于計算的過電壓問題，能借助計算機得到可靠的結(jié)果。模擬裝置的優(yōu)點在于能夠

21、形象地深入了解現(xiàn)象地發(fā)展過程，但由于受到設(shè)備的限制，很難改變系統(tǒng)的接線和調(diào)節(jié)元件的特性。對于計算機而言，則不像模擬裝置那樣，它沒有改變系統(tǒng)接線和參數(shù)的困難，一旦建立了比較準確的計算方法，就能有意識地改變某些參數(shù)，從而進行過電壓對一些影響參數(shù)的敏感性分析。目前，對分析過電壓來說，模擬實驗室和數(shù)值計算可看作是相互補充的手段。 六十年代以來，對過電壓的數(shù)值計算，先后提出了不同的計算方法，不同之處主要反映在對分布參數(shù)長線的處理方法上，例如：

22、</p><p>　　1、行波法； 2、差分法； 3、拉普拉斯變換法； 4、用集中參數(shù)的T和Π型鏈代替分布參數(shù)長線的方法。 上述1，2，3種方法歸結(jié)起來就是解決含R、L、C復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)計算的兩種時域方法。一種是列出并求解表示網(wǎng)絡(luò)特性的聯(lián)立微分方程；另一種方法是用近似的電導和等效電流源的組合來代替電感和電容，然后求解所得的聯(lián)系代數(shù)方程。實際過電壓計算中，主要采取后一種方法。 在以上方法中，行波法利用相

23、模變換，可以將三相網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У膯蜗嗑W(wǎng)絡(luò)，然后采用微分方程來進行電壓計算。其特點是在保證精度前提下盡量簡化，缺點是如果把線路看成無畸變線時，即夸大了漏電導的作用，在某些情況下，可能會導致衰減過快的錯誤結(jié)論。道米爾給出了小損耗線路模型，他把線路總的電阻的四分之一放在線路兩端，而二分之一插入線路中間。目前的過電壓計算中，行波法與差分法、拉普拉斯變換法共同使用，形成了網(wǎng)格法和貝杰龍(Bergeron)法兩種計算方法。這兩種方法的共同點是：

24、</p><p>　　1、參數(shù)長線的計算本質(zhì)是相同的，均是由拉普拉斯變換導出的行波法在時間域內(nèi)直接求解；</p><p>　　2、導線被看作無損耗定常數(shù)參數(shù)導線時，上述兩種方法給出的解答是一樣的； </p><p>　　3、數(shù)學模型均不夠嚴格(未考慮參數(shù)的頻率特性，認為特性阻抗為常數(shù))。 這兩種方法的不同點是當考慮線路損耗時，處理方法不同，網(wǎng)格法常引入衰減系

25、數(shù)，這實際是把導線看作為無畸變線，而貝杰龍-道米爾法是把導線看作為“小損耗”線，前者夸大了漏電導的作用，而后者忽略了電導的作用；當網(wǎng)絡(luò)中含有L、C集中參數(shù)元件時，貝杰龍法采用的是梯形積分規(guī)則，截斷誤差為零。當步長h較小時，用梯形差分格式的伴隨模型和用等效的短線計算所得的結(jié)果差別很??；雖然網(wǎng)格法有一定的應(yīng)用范圍，但貝杰龍法有更大的通用性。道米爾(Dommel)等人采用貝杰龍方法于1969年完成的BPA通用電磁瞬態(tài)程序(EMTP

26、)，它可用于大型復(fù)雜系統(tǒng)，現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用。而用集中參數(shù)的T和Π型鏈代替分布參數(shù)長線的方法，其主要思想是采用有限個單元組成的鏈代替分布參數(shù)的長線，計算結(jié)果與采用行波法所得結(jié)果相比有一定誤差，其誤差隨著鏈的個數(shù)增大而減小。利用行波法、差分法、拉普拉斯變換法和用集中參數(shù)的T和Π型鏈代替分布參數(shù)長線這四種方法通過計算機可以很好的計算出各種情況(故障、跳閘、合閘)下輸電線路的過電壓，但其缺點是不能明確的分析出電力系統(tǒng)</p>

27、<p>　　1、線路長度和電源等效電抗對線路工頻過電壓的影響； 2、故障前線路上的電感電流以及電容電壓和電源相角對故障過電壓的影響； 3、跳閘前線路上的電感電流以及電容電壓和電源相角對跳閘過電壓的影響； 4、合閘前瞬間的線路殘壓和電源相角對合閘過電壓的影響。 特高壓交流輸電可根據(jù)需要由中途落點向沿途地區(qū)供電，靈活性較強，具有網(wǎng)絡(luò)功能，采用特高壓聯(lián)接大區(qū)電網(wǎng)，錯開高峰，互為備用，聯(lián)網(wǎng)效益明顯。特高壓交流電網(wǎng)的突出優(yōu)點

28、是：輸電能力大、覆蓋范圍廣、網(wǎng)損小、輸電走廊明顯減少，能靈活適應(yīng)電力市場運營的要求。因此，世界各國紛紛對此進行研究和建設(shè)，20世紀70年代，歐洲、美國及日本等國家對交流l000kV級特高壓(UHV)輸電技術(shù)進行了探索，其中前蘇聯(lián)、美國、意大利和日本是世界特高壓輸電的先行者，他們都曾建成交流特高壓試驗線路，進行了大量的交流特高壓輸電技術(shù)研究和試驗，但是最終只有前蘇聯(lián)和日本建設(shè)了交流特高壓線路。 前蘇聯(lián)在前期研究的基礎(chǔ)上，從198

29、1年開始動工建設(shè)1150kV交流特高壓線路，分別是?；退箞D茲-科克契塔夫494公里，科克契塔夫-庫斯坦奈396公里。1985年8月，世界上第</p><p>　　1.3 本文研究內(nèi)容 </p><p>　　隨著電網(wǎng)電壓等級的提高，對輸電線路操作過電壓允許值提出了更加苛刻的要求。國內(nèi)外超高壓系統(tǒng)中用得最多的利用避雷器與合閘電阻限制操作過電壓的方法，在特高壓系統(tǒng)中還能不能得到滿足呢？本文利

30、用電磁暫態(tài)分析程序ATP-EMTP分別對國內(nèi)第一條特高壓交流輸電試驗示范工程——晉東－南陽－荊門特高壓交流輸電工程中的1000kV輸電線路不采取任何措施，在線路兩端安裝金屬氧化物避雷器(MOA)，在線路兩端和線路中部都安裝金屬氧化物避雷器(MOA)，使用單級合閘電阻和使用多級合閘電阻限制同期合閘過電壓進行了分析研究。 </p><p>　　本文的主要工作包括以下兩方面：</p><p>　

31、　1、合閘過電壓產(chǎn)生原因：由于電力系統(tǒng)中存在大量的儲能原件（L、C），當開關(guān)的刀閘操作使這些儲能原件的狀態(tài)發(fā)生變化時，將會產(chǎn)生過渡過程。由于電源能量的持續(xù)供給，而同時儲能原件的能量要釋放出來，這兩種能量的疊加，將產(chǎn)生高于電源電勢的過電壓，并且一般在幾毫秒至幾十毫秒之間消失。</p><p>　　2、對目前國內(nèi)外超高壓系統(tǒng)中用得最多的利用避雷器與單級合閘電阻限制操作過電壓的方法進行了分析研究，簡要介紹了斷路器附加合

32、閘電阻和金屬氧化物避雷器限制過電壓的工作原理，合閘電阻值和接入時間的選擇，金屬氧化物避雷器的結(jié)構(gòu)特性、優(yōu)點及其選用原則，國內(nèi)外運行經(jīng)驗證明，在超高壓電力系統(tǒng)中采取上述兩種措施的任一種之后，都可以將輸電線路合閘過電壓的最大值限制在合理范圍之內(nèi)，但是用上述措施對特高壓線路進行合閘過電壓仿真計算，結(jié)果卻較難滿足預(yù)期要求。 </p><p>　　3、提出利用多級合閘電阻以及在線路兩端和中部都安裝額定電壓為828kV的金屬

33、氧化物避雷器限制1000kV特高壓輸電線路合閘操作過電壓的方法。本文基于特高壓輸電線路的自身特點，采用電磁暫態(tài)分析程序（ATP-EMTP）對晉東－南陽－荊門特高壓交流輸電工程中的1000kV輸電線路用集中參數(shù)模型，進行了大量的仿真計算,結(jié)果非常理想。 </p><p>　　第2章Matlab/SimPowerSysterms的使用</p><p>　　2.1 Matlab/Simulin

34、k概述</p><p>　　2.1.1 Matlab/Simulink發(fā)展簡史</p><p>　　1.Matlab發(fā)展簡史</p><p>　　MATLAB的名字是由MATrix和LABoratory兩詞的前三個字母組合而成.原先是作為Matrix實驗室使用LINPACK和EISPACK矩陣軟件工具包的接口，后來才逐漸發(fā)展為集通用科學計算、圖形交互、系統(tǒng)控制和程序

35、語言設(shè)計于一體的軟件。MATLAB以商品形式出現(xiàn)后的短短幾年，就以其良好的開放性和運行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域的封閉式軟件紛紛淘汰，而改在MATLAB平臺上重建。20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界公認的標準計算軟件，而在30多個數(shù)學類科技應(yīng)用軟件中，MATLAB在數(shù)值計算方面獨占鰲頭。MathWorks公司于 1984 年推出了第一個 MATLAB 的商業(yè)版本。 當時的 MATLAB 版本已經(jīng)用 C 語言完全改寫了原來的Fo

36、rtran 語言，其后又增添了豐富多彩的圖形圖像處理、多媒體功能、符號運算和它與其他流行軟件的接口功能，使MATLAB 的功能越來越強大。 該公司又于 1992 年推出了具有劃時代意義的 MATLAB 4.0 版本，并于 1993 年推出了其微機版, 可以配合 Microsoft Windows 一起使用， 使之應(yīng)用范圍越來越廣。 19</p><p>　　2.Simulink發(fā)展簡史</p>&l

37、t;p>　　Simulink是Matlab works公司開發(fā)的又一個產(chǎn)生重大影響的軟件產(chǎn)品。為了準確地分析控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型，1990年matlab works公司為matlab提供了嶄新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并命名為SIMULAB，它以工具庫的形式掛接在MATLAB 3.5版上。SIMULAB包括仿真平臺和系統(tǒng)仿真模型庫兩部分，主要用于仿真以數(shù)學函數(shù)和傳遞函數(shù)表達的系統(tǒng)，它是20世紀70年代開發(fā)的連續(xù)系統(tǒng)仿真程序包

38、(CCS)的繼續(xù)。該軟件發(fā)布后很快就在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，因為其名字與著名的軟件SIMULINK類似，所以1992年改名為SIMULINK(Simulation Link)，意思是仿真鏈接。</p><p>　　該軟件有兩個特別明顯的功能：仿真與鏈接。也就是說，可以直接利用鼠標在模型窗口中畫出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來對控制系統(tǒng)直接進行模擬。很明顯，這種做法使得一個原本很復(fù)雜的

39、系統(tǒng)變得相當容易輸入。SIMULINK的出現(xiàn)，使得MATLAB 在控制系統(tǒng)仿真以及電腦輔助設(shè)計(CAD)中的應(yīng)用開創(chuàng)了嶄新的一頁。</p><p>　　現(xiàn)在的SIMULINK都直接捆綁在MATLAB之上，版本也從1993年matlab4.0/simulink 1.0版升級到了2007年的MATLAB7.3/simulink 6.6版，并且可以針對任何能夠用數(shù)學描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制

40、導系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車動力學系統(tǒng)等，其中包括連續(xù)、離散、條件執(zhí)行、事件驅(qū)動、單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等。由于SIMULINK的仿真平臺使用方便、功能強大，因此后來拓展其它模型庫也都共同使用這個仿真環(huán)境，成為了MATLAB仿真的公共平臺。</p><p>　　2.1.2 Simpowersystems庫發(fā)展簡史

41、 </p><p>　　Simpowersystems庫是simulink下面的一個專用模塊庫，是在simulink環(huán)境下進行電力、電子系統(tǒng)建模和仿真的先進工具。它建立在加拿大的hydro-quebec電力系統(tǒng)測試和仿真實驗室的實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，并由hydro-quebec和TECSIM International公

42、司共同開發(fā)而成，功能非常強大。SimPowerSystems庫提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統(tǒng)圖變化成狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后在SIMULINK下進行仿真分析。它為電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、發(fā)電、輸變電系統(tǒng)和配電計算提供了強有力的解決方法，尤其是當設(shè)計開發(fā)內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)設(shè)計時，優(yōu)勢更為突出。</p><p>　　1998年，當時以power system blockset

43、（PSB）命名的電力系統(tǒng)模塊集跟隨MATLAB5.2 一同推出。該模塊集中包含電力系統(tǒng)常見的元器件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對電力系統(tǒng)進行模型描述，并可與其它SIMULNK模塊相連接，進行一體化的系統(tǒng)級動態(tài)分析。</p><p>　　2002年，MATLAB推出R13版本，將Power System Blockset 更名為SimPowerSystems，當年的版本號為2.3。</p><p

44、>　　2003年9月推出的SimPowerSystems 3.0 有了較大的改進。它明確定義了SIMUILINK端口與電力線路端子端口之間的區(qū)別，并專門為電力系統(tǒng)物理建模提供了相關(guān)端子端口，強調(diào)不得將電力端口連接到SIMULINK的輸入輸出端口；規(guī)定SimPowersystems3.0中的模塊可以只有端子端口，也可以只有SIMULINK端口，還可同時兼有二者；對早期SimulinkPowerSystems和PowerSystemB

45、lockset版本中的分析命令進行重新命名。</p><p>　　2004年9月推出的SimPowerSystems 4.0 對SIMULINK進行了擴展，提供可適合基本電子電路和具體電力系統(tǒng)的建模與仿真工具。這些工具可以對發(fā)電、輸電和配電以及機電能量轉(zhuǎn)換的過程進行高效建模。Simpowersystems 4.0 提供了新的應(yīng)用程序庫，其中包括電氣驅(qū)動模型、柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）模型和適合普通風能發(fā)電系統(tǒng)

46、的分布式能源模型。</p><p>　　表2-1為MATLAB\SIMULINK和SimPowerSystems的版本號以及對應(yīng)的發(fā)布時間。</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　2.2 Simulink的基本操作</p><p>　　2.2.1 模塊及信號線的基本操作</p>

47、<p><b>　　1.模塊的基本操作</b></p><p>　　表2-2SIMULINK中模塊的基本操作方法</p><p>　　表2-3 SIMULINK信號線的基本操作方法</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)模型的基本操作</p><p>　　表2-4 SIMULINK系統(tǒng)模型的基本操作方法<

48、/p><p>　　2.3 Simulink 系統(tǒng)建模的步驟</p><p>　　（1）分析待仿真系統(tǒng)，確定待建模型功能需求及結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（2）啟動模塊庫瀏覽器窗口，選擇菜單中的File-New-Model選項，新建一個模型文件。</p><p>　　（3）在模塊庫瀏覽器窗口中找到模型所需的各模塊，并分別將其拖拽到新建的仿真平臺窗

49、口中。</p><p>　?。?）將模塊適當排列，并用信號線將其正確連接。有幾點需要注意：</p><p>　　1．在建模之前應(yīng)對模塊和信號線有一個整體、清晰和仔細的安排，這樣在建模時會省下很多不必要的麻煩：</p><p>　　2.模塊的輸入端只能和上級模塊的輸出端相連接；</p><p>　　3.模塊的每個輸入端必須有指定的輸入信號，但輸

50、出可以空置。</p><p>　?。?）對模塊和信號線重新標注。</p><p>　?。?）依據(jù)實際需要對相應(yīng)模塊設(shè)置合適的參數(shù)值。</p><p>　　(7)如有必要，可對模型進行子系統(tǒng)建立和封裝處理。</p><p>　?。?）保存模型文件。</p><p>　　2.4斷路器合閘電阻值及接入時間選取</p&g

51、t;<p>　　斷路器并聯(lián)合閘電阻的阻值不同，限制過電壓的效果也不同。例如幾十千歐（高值）的合閘電阻可以限制切空變過電壓；幾千歐（中值）的合閘電阻可以限制切空線以及系統(tǒng)解列過電壓；幾百歐（低值）的合閘電阻可以限制合空線過電壓。考慮到切空變過電壓可以用一般的避雷器保護，切空線過電壓可以用提高斷路器滅弧能力避免重燃的辦法來解決，所以通常將斷路器裝設(shè)并聯(lián)合閘電阻作為限制空載線路合閘過電壓——超高壓和特高壓電網(wǎng)中的主要操作過電壓的

52、主要措施。 合閘線路時先合斷路器輔助觸頭K1，接入合閘電阻，然后合斷路器主觸頭K，短接合閘電阻R，完成合閘線路的操作。所以，合閘過程可以分為兩個階段，每個階段的過渡過程的起始值與穩(wěn)態(tài)值的差值減小，即減小了振蕩分量的幅值。又由于電阻的阻尼作用，振蕩過程的衰減加快，從而使過電壓幅值受到限制。 從限制過電壓的角度出發(fā)，兩個階段所要求的電阻值是不相同的。第一階段合上斷路器輔助觸頭K1時，電阻R值愈大，過電壓愈??；電阻R為零時，相當于沒有并聯(lián)合閘

53、電阻的線路，其過電壓最大。而第二階段合斷路器主觸頭K時，恰好相反，電阻R值愈大，過電壓也愈大，當電阻R趨于無窮大時，也相當于沒有并聯(lián)合閘電阻，其過電</p><p>　　某種運行方式下不同合閘電阻的合閘操作統(tǒng)計過電壓值</p><p>　　2.5空載線路合閘過電壓</p><p>　　合閘于空載線路是電力系統(tǒng)中常見的一種操作，通常可分為兩種情況：一種是正常有計劃的

54、合閘，如線路檢修后投入運行．根據(jù)調(diào)度需要對送電線路的合閘操作等。這種情況下，在合閘之前，線路上不存在任何異常，線路上起始電壓為零．合閘后，線路各點電壓由零值過渡到考慮電容效應(yīng)后的工頻穩(wěn)態(tài)電壓值，在此過渡過程中會出現(xiàn)合閘過電壓。由于線路具有分布參數(shù)特性，所以振蕩電壓將由工頻穩(wěn)態(tài)分量和無限多個逐漸衰減的諧波分量疊加組成。另一種合閘操作是運行線路發(fā)生單相接地故障，由繼電保護系統(tǒng)控制跳閘后，經(jīng)一短促時間再合閘，即自動重合閘操作。</p&g

55、t;<p>　　如上圖所示，線路單相接地，斷路器K2先跳閘，線路成為帶接地故障的空載線路，當斷路器Kl動作時．在觸頭流過的電流過零時電弧斷開，非故障相線路上將留有殘余電壓，假定為-U0。在大約0．5s后，K1自動重合，若線路上一‰沒有泄露和衰減，則非故障相線路上各點電壓就會從一砜過渡到考慮電容效應(yīng)后的工頻穩(wěn)態(tài)值．在此振蕩過程中將出現(xiàn)較高的過電壓。顯然，重合閘過電壓要比計劃性合閘過電壓嚴重的多，由于空載線路各點工頻穩(wěn)態(tài)電壓不

56、等，所以合閘過電壓的幅值也不同，線末最高，線首最低。</p><p>　　2.6操作過電壓分析 </p><p>　　電力系統(tǒng)中的電容、電感均為儲能元件，正常運行中的電力系統(tǒng)是一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)任何擾動(如電氣元件的操作、發(fā)生各種故障等)，都會引起系統(tǒng)某一部分甚至整個系統(tǒng)的電氣量發(fā)生變化。由于運行方式調(diào)整、設(shè)備檢修等原因，電力系統(tǒng)中經(jīng)常會進行一次設(shè)備的投入或停用的操作；或

57、由于輸電線路發(fā)生故障，在繼電保護裝置動作切除故障后，自動重合閘裝置動作，將線路重新投入。 當系統(tǒng)內(nèi)斷路器無論上述何種原因進行操作時，電力系統(tǒng)將由一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。在過渡過程中，由于電源繼續(xù)供給能量，而且儲存在電感中的磁能或電容中的靜電場能量會釋放或轉(zhuǎn)換，所以會產(chǎn)生高于電源電勢的過電壓。他們是在幾毫秒至幾十毫秒之后要消失的暫態(tài)過電壓，這種暫態(tài)過電壓是由工頻電壓和以系統(tǒng)自振頻率振蕩的電壓相疊加構(gòu)成，這種過電壓叫做操作過電

58、壓。操作過電壓是電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的另一種類型，它是由系統(tǒng)中斷路器操作和各種故障產(chǎn)生的過渡過程引起的。與暫時過電壓相比，操作過電壓通常具有幅值高，存在高頻振蕩、強阻尼和持續(xù)時間短等特點。操作過電壓可分為: </p><p>　　1、間隙電弧接地過電壓； 2、切除電容性負載過電壓； 3、切除電感性負載過電壓； 4、解列過電壓； 5、空載線路合閘過電壓。 特高壓輸電線路參數(shù)與超高壓輸電線路參數(shù)相比，為了提高

59、其傳輸能力，減小電壓損耗，其分布電阻和電感較小，而分布電容較大，另外特高壓輸電線路一般比較長。而超高壓輸電線路上的單相重合閘過電壓通常低于空載線路合閘過電壓，并且我國超高壓以上系統(tǒng)一般不采用三相重合閘，在特高壓線路的操作過電壓絕緣配合中空載長線合閘操作過電壓具有幅值高、存在高頻振蕩、阻尼較強以及持續(xù)時間短等特點，是特高壓電網(wǎng)中最嚴重的過電壓，在最不利的情況下過電壓倍數(shù)可達3倍以上。</p><p>　　影響合閘

60、過電壓的因素實際上。合閘過電壓的幅值受到很多因素的影響，如系統(tǒng)參數(shù)。結(jié)構(gòu)及運行方式等；此外如合閘相位，三相斷路器合閘動作的不同期性等隨機因素．不但影響過電壓的數(shù)值。還使其具有統(tǒng)計性質(zhì)。歸納起來，影響合閘過電壓的因素主要有以下幾個方面：</p><p>　　(1)合閘相位電源相電動勢P(，)=瓦c∞(cot十0)，合閘瞬間的電動勢e(o)=甌cosO取決于合閘初相角口，正常合閘時，若0=0即P(o)=以是其中過

61、電壓最嚴重的情況。伊它是個隨機數(shù)值，遵循統(tǒng)計規(guī)律。由于斷路器觸頭在機械上閉合以前可能發(fā)生預(yù)擊穿現(xiàn)象，而且多發(fā)生在觸頭問電壓接近最人的情況，即相當了：電源電動勢在最大值附近合閘或接近反相重合閘。為了限制該合閘過電壓，選相合閘(或稱同步合閘)是可以采取的一種措施，即通過專門的裝置進行控制，使斷路器在兩觸頭電位極性相同或電位差接近零時完成合閘操作。(2)線路損耗實際輸電線路的能暈損耗會引起自由分量的衰減，使過電壓幅值降低。能量的損耗主要來

62、自兩方面：一方面是線路存在的電阻：另一方面是肖過電壓較高時．線路上將出現(xiàn)沖擊電暈放電現(xiàn)象。而且過電壓倍數(shù)越高，沖擊電暈現(xiàn)象越強烈，電暈損耗能量也越大．(3)線路殘壓的變化在自動重合閘的過程中，由于線路殘余電荷的泄放，實際上線路的殘壓是下降的。首先，線路的絕緣子存在著一定的泄漏電阻，使線路上的殘余電荷泄放入地。其次，若線路側(cè)接有電磁式電壓互感器，則由線路電容，互感器的激磁電感及等值電感構(gòu)成阻尼振蕩</p><p&g

63、t;　　（6）變電所母線上接有其他出線時合閘空載線路于變電所母線上，該母線上可能接有其他一定長度的線路。這時可將合闈過程分為兩個階段進行分析，首先，已合閘線路通過寄生電感及線路電感向被合閘線路的較高頻率的電荷重新分配過程；其次是電源對接于母線上的所有線路的較低頻率的充電過程，分析可知，無論被合閘線路上電壓的起始值與合閘相位如何，經(jīng)過電荷重新分配以后，總會使電源對線路充電過程的起始值和穩(wěn)態(tài)值更為接近，因此降低了過電壓。</p>

64、;<p>　　2．6.1操作過電壓的限制措施</p><p>　　相當一部分限制操作過電壓的措施是建立在限制工頻過電壓基礎(chǔ)上的，所以在限制操作過電壓時首先可以考慮采取2．1．5中的措旌。除此之外主要還可考慮以下可能的措施：(1)使用金屬氧化物避雷器(MOA)；近年來隨著MOA制造水平的提高，其限制操作過電壓的能力也不斷提高，成為目前國際上限制操作過電壓的主要手段之一。在現(xiàn)階段特高壓的研究中。變電

65、站和線路側(cè)都采用額定電壓為828kv的MOA。(2)采用斷路器合閘電阻限制合閘過電壓；</p><p>　?。?）使用控制斷路器合閘相角方法降低合閘過電壓；使合閘相角在電壓過零點附近，以降低合閘操作過電壓?？偟膩碚f，相角控制技術(shù)是根據(jù)母線或線路電壓信號來控制斷路器的合閘相位以抑制電網(wǎng)中的涌流和過電壓．從原理上看。這種方法產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單。價格較低。但在實際的電網(wǎng)環(huán)境中，相控斷路器的準確性受到質(zhì)疑。1998年國際大

66、電網(wǎng)會議對相控斷路器的優(yōu)缺點進行了討論，認為通過分析計算和現(xiàn)場試驗可以證明相控斷路器的有效性。目前，這種方法多用于投切集中參數(shù)的元件，如電容器組和變壓器等，用于輸電線路的較少。（4）使用斷路器分閘電阻限制甩負荷分閘過電壓；(5)選擇適當?shù)倪\行方式以降低操作過電壓：</p><p>　　2.7空載線路合閘過電壓仿真模型的建立</p><p>　　2．7.1未使用合閘電阻的仿真模型的建立過

67、程</p><p><b>　　1找到相應(yīng)的原件</b></p><p>　?。?）在Simpowersystems庫中找到Elements元件子庫，在子庫中可以找到接地ground、斷路器breaker、并聯(lián)RLC支路（可以對其進行參數(shù)設(shè)置得到所需要的模型）以及輸電線路Pi Section Line</p><p>　　(2)在electri

68、cal sources子庫中可以找到交流電源</p><p>　　（3）在measurements測量子庫中可以找到Voltage Mesurements用于檢測電壓，使用時并聯(lián)在被測電路中</p><p>　?。?）在Simulink仿真庫中找到sinks子庫，在其中找到示波器scope</p><p>　　2搭建電路模型（如下圖所示）</p>&

69、lt;p><b>　　仿真參數(shù)的設(shè)置</b></p><p><b>　　1交流電源參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　2并聯(lián)RLC支路參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p&g

70、t;<p><b>　?。?）</b></p><p>　　3輸電線路的參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　4斷路器的參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　5未使用合閘電阻的仿真波形</p><p>　　得出的結(jié)論：由仿真的波形可以看出，未加合閘電阻時合閘瞬間線路末端將產(chǎn)生合閘過電壓

71、。</p><p>　　2.7.2使用單級合閘電阻電路模型的建立（搭建的過程及參數(shù)的設(shè)置同上）</p><p>　　得出的結(jié)論：過電壓問題有所緩解，并且電壓的波形較未加電阻時更平滑。</p><p>　　2.7.3使用兩級合閘電阻電路模型的建立（搭建的過程及參數(shù)的設(shè)置同上）</p><p>　　得出的結(jié)論：過電壓問題較單級電阻時有所緩解，并且

72、電壓的波形較加單級電阻時更平滑。</p><p>　　2.7.4使用三級合閘電阻電路模型的建立（搭建的過程及參數(shù)的設(shè)置同上）</p><p>　　得出的結(jié)論：使用三級合閘電阻時，解決過電壓問題的效果顯著。</p><p><b>　　第3章</b></p><p>　　結(jié)論：在不采取任何措施的情況下，空載合閘過電壓為1.

73、85-1.95pu，超出安全規(guī)程，采用單級合閘電阻限制在了1.6pu安全規(guī)程范圍。采用三級合閘電阻比單級合閘電阻限制效果更好，因為三級合閘電阻可以根據(jù)電網(wǎng)的變化采取不同的阻值，以達到更加理想的限制效果，所以三級合閘電阻更加靈活、有效。</p><p><b>　　第4章</b></p><p><b>　　工作進度安排：</b></p>

74、;<p>　　第1周： 學習Matlab/SimPowerSysterms的使用</p><p>　　第2周： 學習空載線路合閘過電壓的理論基礎(chǔ)，并收集相關(guān)資料。</p><p>　　第3~7周： 整理資料，然后根據(jù)課題要求建立仿真模型。</p><p>　　第8~11周： 進行仿真并記錄結(jié)果，整理數(shù)據(jù)，結(jié)果交予李天然老師指導，并開始著手撰寫論

75、文。</p><p>　　第12~14周： 完成論文交稿，回顧整個設(shè)計過程并準備答辯</p><p><b>　　第5章</b></p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 舒印彪，劉澤洪，袁駿，等．2005年國家電網(wǎng)公司特高壓輸電論證工作綜述．電</p>

76、;<p><b>　　網(wǎng)技術(shù)</b></p><p>　　[2] 解廣潤．電力系統(tǒng)過電壓．北京：水利電力出版社，1985：295-333</p><p>　　[3]陳思浩，吳政球，陳加煒，等．多級合閘電阻限制1000kV 輸電線路操作過</p><p>　　電壓的研究．電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(20)：10-13</p>

77、;<p>　　[4] 黃艷．氧化鋅避雷器限制操作過電壓的研究．高電壓技術(shù)，1997，23(1)：</p><p><b>　　80-82</b></p><p>　　[5] 彭玲．特高壓輸電在我國的應(yīng)用前景．水電能源科學，1998，16(3)，pp68—72</p><p>　　[6]盛鵑，李永麗，李斌，等．特高壓輸電線路過電壓的

78、研究和仿真．電力系統(tǒng)</p><p>　　及其自動化學報，2003，15(6)，ppl3．18</p><p>　　[7] 陳維賢．電網(wǎng)過電壓教程[M]．北京：中國電力出版社，1996．</p><p>　　[8] 張一塵. 高電壓技術(shù). 中國電力出版社. 2000</p><p>　　[9]高如泉, 何金良. 高壓電工學. 清華大學

79、出版社. 1996</p><p>　　[10] 邱毓昌.GIS裝置及其絕緣技術(shù). 水利電力出版社. 1994</p><p>　　[11] 梁曦東、陳昌漁、周遠翔 高電壓工程 清華大學出版社，2003</p><p>　　[12]陳亞民 電力系統(tǒng)計算程序及實現(xiàn) 水利電力出版社，1995</p><p>　　[13]韓肖清 電力系統(tǒng)運行與

80、控制 中國水利水電出版社，1996</p><p>　　[14]陳躍 電力系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計指南 中國水利水電出版社，1999</p><p><b>　　第6章</b></p><p><b>　　英文翻譯 </b></p><p><b>　　原文</b></

81、p><p>　　Introductions to temperature control and PID controllers Process control system. </p><p>　　Automatic process control is concerned with maintaining process variables temperatures pressures f

82、lows compositions, and the like at some desired operation value. Processes are dynamic in nature. Changes are always occurring, and if actions are not </p><p>　　taken, the important process va

83、riables-those related to safety, product quality, and production rates-will not achieve design conditions. </p><p>　　In order to fix ideas, let us consider a heat exchanger in which a process stream is he

84、ated by condensing steam. The process is sketched in Fig.1 </p><p>　　Fig. 1 Heat exchanger</p><p>　　The purpose of this unit is to heat the process fluid from some inlet tempe

85、rature, Ti(t), up to a certain desired outlet temperature, T(t). As mentioned, the heating medium is condensing steam.</p><p>　　The energy gained by the process fluid is equal to the heat released by the ste

86、am, provided there are no heat losses to surroundings, iii that is, the heat exchanger and piping are well insulated.</p><p>　　In this process there are many variables that can change, causing the outlet tem

87、perature to deviate from its desired value. [21 If this happens, some action must be taken to correct for this deviation. That is, the objective is to control the outlet process temperature to maintain its desired value.

88、</p><p>　　One way to accomplish this objective is by first measuring the temperature T(t) , then comparing it to its desired value, and, based on this comparison, deciding what to do to correct for any devia

89、tion. The flow of steam can be used to correct for the deviation. This is, if the temperature is above its desired value, then the steam valve can be throttled back to cut the stearr flow (energy) to the heat exchanger.

90、If the temperature is below its desired value, then the steam valve could be opened</p><p>　　To accomplish ~his objective a control system must be designed and implemented. A possible control system and its

91、basic components are shown in Fig.2.</p><p>　　Fig. 2 Heat exchanger control loop</p><p>　　The first thing to do is to measure the outlet temperaVare of the process stream. A sensor (thermocouple

92、, thermistors, etc) does this. This sensor is connected physically to a transmitter, which takes the output from the sensor and converts it to a signal strong enough to be transmitter to a controller. The controller then

93、 receives the signal, which is related to the temperature, and compares it with desired value. Depending on this comparison, the controller decides what to do to maintain the t</p><p>　　The preceding paragra

94、ph presents the four basic components of all control systems. They are(1) sensor, also often called the primary element.(2) transmitter, also called the secondary element.(3) controller, the "brain" of the cont

95、rol system.(4) final control system, often a control valve but not always. Other common final control elements are variable speed pumps, conveyors, and electric motors. </p><p>　　The importance of these comp

96、onents is that they perform the three basic operations that must be present in every control system. These operations are </p><p>　　(1) Measurement (M) : Measuring the variable to be controlled is usually do

97、ne by the combination of sensor and transmitter.</p><p>　　(2) Decision (D): Based on the measurement, the controller must then decide what to do to maintain the variable at its desired value.</p><

98、p>　　(3) Action (A): As a result of the controller's decision, the system must then take an action. This is usually accomplished by the final control element. </p><p>　　As mentioned, these three operat

99、ions, M, D, and A, must be present in every control system.</p><p>　　PID controllers can be stand-alone controllers (also called single loop controllers), controllers in PLCs, embedded controllers, or softwa

100、re in Visual Basic or C# computer programs.</p><p>　　PID controllers are process controllers with the following characteristics:Continuous process control Analog input (also known as "measuremem"

101、or "Process Variable" or "PV")Analog output (referred to simply as "output") Setpoint (SP)Proportional (P), Integral (I), and/or Derivative (D) constants</p><p>　　Examples of &q

102、uot;continuous process control" are temperature, pressure, flow, and level control. For example, controlling the heating of a tank. For simple control, you have two temperature limit sensors (one low and one high) a

103、nd then switch the heater on when the low temperature limit sensor tums on and then mm the heater off when the temperature rises to the high temperature limit sensor. This is similar to most home air conditioning & h

104、eating thermostats.</p><p>　　In contrast, the PID controller would receive input as the actual temperature and control a valve that regulates the flow of gas to the heater. The PID controller automatically f

105、inds the correct (constant) flow of gas to the heater that keeps the temperature steady at the setpoint. Instead of the temperature bouncing back and forth between two points, the temperature is held steady. If the setpo