论文总字数：15502字
摘 要
时代的快速发展对电力系统提出了更高的要求，本文总结了继电保护中的电流保护的工作原理，对功率方向继电器的工作原理和工作特性进行分析。对仿真模拟软件进行了分类研究，在MATLAB/Simulink中建立双电源电路模型，针对所研究的方向功率继电器进行模拟仿真，并对仿真系统进行调试验证，对出现的问题进行分析并完善，结果成功验证了功率方向继电器在继电保护电流保护中的判别故障方向的作用及其动作特性。
关键词：继电保护；电流保护；功率方向继电器；仿真
Design and Virtual Simulation of Power Direction Relay
ABSTRACT
The rapid development of The Times also puts forward higher requirements for the power system. This paper summarizes the working principle of current protection in relay protection， and analyzes the working principle and characteristics of power directional relay.The simulation software was classified and studied， and the dual-power circuit model was established in Matlab /Simulink. The simulation was carried out for the directional power relay studied， and the simulation system was debugged and verified， and the problems were analyzed and improved.Results The function of power direction relay in identifying fault direction in relay protection current protection is verified successfully.
Keywords：Relaying protection, Current protection, Power direction relay,Simulation
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 继电保护目的及要求 1
1.2 继电保护装置实现原理 1
1.3 功率方向继电器原理概述 2
1.4 功率方向继电器工作原理 2
1.4.1 方向性保护的概念 2
1.4.2 方向功率动作原理 4
1.4.3 功率方向继电器动作特性 5
1.5 继电保护计算机仿真的研究 7
1.5.1 继电保护仿真研究的目的及必要性 7
1.5.2 继电保护仿真研究现状与进展 8
1.6 论文研究主要工作 8
1.7 本章小结 8
第二章 功率方向继电器保护仿真工具的确定 9
2.1 仿真的多种手段及特点分析 9
2.2 选择Matlab/Simulink的原因 9
2.3 Matlab在继电保护仿真中的应用 11
2.4 MATLAB及电力系统仿真应用简介 11
2.5 本章小结 11
第三章 仿真系统制作 12
3.1 功率方向继电器仿真设计总体设计方案 12
3.1.1 仿真系统的基本要求 12
3.1.2 仿真系统的功能要求 12
3.2 仿真的制作过程 12
3.3 本章小结 15
第四章 仿真系统调试 16
4.1 调试过程 16
4.2 调试结果 20
4.3 本章小结 24
第五章 结束语 25
5.1 本设计的中心内容 25
5.2 仿真模拟过程的问题分析 25
5.3 总结 25
致 谢 26
参考文献(References) 27
绪论
继电保护目的及要求
继电保护是一种能反应电力系统故障和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设备。[1]
随着电力系统的扩大和发展，将逐渐提高供电的安全可靠性，现代的电力系统是个非常庞大复杂的网络，实际上是由很多电源组成。而其中继电保护装置作为电力系统中保证安全运行的基础设备，其作用是保证系统安全运行，任何情况下的电力元件绝对禁止在无继电保护的状态下运行。
在整个电力系统中，为了确保线路安全运行，继电保护的任务是：
(1) 当某个线路上的某个电气元件发生故障时，该线路故障处所在的的电力系统继电保护装置能够迅速准确地向距离故障处距离最近的断路器发出跳闸命令，将故障元件从线路中切断。
(2) 具有发现电力系统中存在不正常情况的功能，并根据不正常工作情况发出报警信号，以便值班员对该线路故障处进行处理，或有继电保护装置自动调整。[2]
继电保护的四个基本要求是:可靠性，灵敏性，选择性，速动性。
继电保护装置实现原理
电力系统继电保护的工作原理是利用测量一些电气量（例如电流、电压等）在发生故障时的异常状态下的变化。例如变压器发生故障的情况可以通过发现油压强度增高来发现。如图 1.1所示，测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分是组成继电保护装置的四个部分。[3]
图 1.1继电保护装置的原理图
如图 1所示 继电保护的实现由五个部分组成
表 1.1继电保护的实验组成
组成部分 | 介绍 |
取样单元 | 电力系统中的物理量由取样单元经过电气隔离并转换为继电保护装置中比较鉴别单元可以接受的信号，通常由几台传感器如电流互感器、电压互感器组成。 |
比较鉴别单元 | 包括本来存在的给定单元，比较第一个从取样单元发出的信号和给定信号，为下一级处理单元发出信号提供便利。通常由4只电流继电器组成（正常、异常状态和故障状态）的比较鉴别单元通常，两个电流继电器均速断保护，另外两个均为过流保护，电流继电器的整定值为给定的单位，电流继电器的电流线圈接收来自电流互感器的电流信号。当电流信号达到设定值时，操作电流继电器，并通过其触点将电源开关的最终停机信号发送给下一处理单元；如果电流信号低于设定值，则电流继电器未激活，且下部装置上的信号未激活。信号的“快速断开”和“过流”信息的识别和比较被发送到下一处理单元。 |
处理单元 | 接受比较鉴别单元来的信号，按比较鉴别单元的要求进行处理，根据比较环节输出量的大小、性质、组合方式出现的先后顺序，来确定保护装置是否应该动作；由时间继电器、中间继电器等构成。电流保护：速断——中间继电器动作，过电流——时间继电器动作。（延时过程） |
执行单元 | 故障的处理通过执行单元来实施。执行单元一般分两类：一类是声、光信号继电器；（如电笛、电铃、闪光信号灯等）另一类为断路器的操作机构的分闸线圈，使断路器分闸。 |
控制及操作电源 | 继电保护装置要求有自己独立的交流或直流电源，而且电源功率也因所控制设备的多少而增减；交流电压一般为220伏，功率1KVA以上。[4] |
功率方向继电器原理概述
基于正反功率方向不同的原理，判断短路功率方向和或测定电流电压夹角，功率方向继电器将使保护的动作具有一定的方向性。
功率方向继电器工作原理
方向性保护的概念
采用两侧供电的辐射形电网或者环形电网可以提高电网供电的可靠性[2]，电力系统中广泛采用这两个电网。如图 1.2所示。双侧电源供电时，会在线路两侧装设断路器和保护装置，用于在故障发生时切除线路中的故障元件。当线路上的元件发生故障时，电源两侧的保护立即动作，断开线路两侧存在的断路器，将线路故障部分切除，这样就能够令没有发生故障的设备不受故障线路的影响继续运行。[5]
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