基于虚拟仪器技术的继电保护实验系统开发

论文摘要

继电保护仿真是学习与研究继电保护原理的有效手段之一。针对国内电力系统实验室现有的微机测试保护仪和微机保护实验装置存在的诸多缺点,研究并开发了一种基于虚拟仪器技术的继电保护教学实验系统。综合电力系统数字化保护技术、仿真技术和虚拟仪器技术,将虚拟仪器开发软件LabVIEW和仿真软件MATLAB有效结合,利用PC机进行继电保护仿真设计。采用MATLAB软件进行电力系统暂态仿真,生成各种故障信号,利用LabVIEW开发了一种软保护装置,实现电力系统动态性能虚拟仿真和继电保护动作过程的可视化。以距离保护和变压器差动保护为例,阐述了继电保护实验系统的开发过程,将距离保护功能划分为信号测量模块、启动模块、故障选相模块和振荡闭锁模块等部分,开发了多边形动作特性的测量阻抗式距离元件的虚拟保护实验系统。针对系统振荡会引起距离保护误动作的问题,研究了一种利用电流信号中直流分量占基波含量百分比进行判别的方法,可以快速有效地识别出系统故障。变压器差动保护中,实现了比率制动特性的电流纵联差动虚拟保护,研究了变压器励磁涌流的产生、特点及识别方法,并将小波分析成功应用到励磁涌流的识别中。系统充分利用现有的软硬件资源,能实现丰富的保护实验内容和教学演示功能,它为电力系统故障模拟实验、继电保护和自动装置的动态性能测试提供了记录分析工具,对电力系统继电保护的科研和教学都具有十分重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 虚拟仪器技术在电力系统中的应用
• 1.2.2 电力系统仿真技术
• 1.2.3 继电保护仿真实验系统
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 论文主要研究内容和结构安排
• 第二章 系统设计方案及相关问题研究
• 2.1 系统总体方案设计
• 2.1.1 继电保护仿真实验系统要求
• 2.1.2 系统开发平台的选择
• 2.1.3 系统总体结构设计
• 2.1.4 系统功能
• 2.2 电力系统暂态仿真子系统
• 2.3 距离保护相关问题研究
• 2.3.1 距离保护原理
• 2.3.2 系统振荡对距离保护的影响
• 2.4 变压器保护相关问题研究
• 2.4.1 差动保护及其在变压器上的应用
• 2.4.2 变压器励磁涌流产生及其识别
• 2.4.3 变压器主保护面临的问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 距离保护仿真实验的开发
• 3.1 信号测量模块
• 3.1.1 有效值的计算
• 3.1.2 频率的计算
• 3.1.3 相位差的计算
• 3.1.4 阻抗的测量
• 3.1.5 序分量的计算
• 3.2 启动模块
• 3.3 故障选相模块
• 3.3.1 电流突变量选相
• 3.3.2 序分量分区加阻抗变化选相
• 3.4 振荡闭锁模块
• 3.5 距离保护仿真实验的实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 变压器差动保护仿真实验的开发
• 4.1 比率差动保护
• 4.1.1 差动元件的基本原理
• 4.1.2 差动保护的校正
• 4.2 励磁涌流的识别
• 4.2.1 利用谐波识别励磁涌流
• 4.2.2 利用小波分析识别励磁涌流
• 4.3 变压器严重故障时的加速方法
• 4.4 变压器差动保护仿真实验的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究工作的总结
• 5.2 进一步的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果