智能电网变电站HIL仿真.docx

《智能电网变电站HIL仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能电网变电站HIL仿真.docx（82页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、摘 要随着科学技术的发展，变电站由传统变电站阶段发展到了智能变电站的阶段。近年来，我国大力推进智能变电站的发展，加快智能变电站的建设，智能变电站是如今我国电力系统发展的方向。智能变电站有优良的交流互动性能、“三层两网”的分层结构等的优点，还具有一次设备智能化、二次设备网络化的显著特征。为了对智能变电站进行研究和学习，本文将在智能变电站的理论基础之下，借助开放的HIL仿真系统通过MATLAB的Simulink模块建立智能变电站一次设备及系统模型，根据建立的模型在IEC61850通信协议标准下对变电站保护系统的SCD文件进行修改，完成变电站的自动化配置，实现HIL仿真系统对智能变电站的仿真。再利用

2、开放的HIL仿真系统基于上述变电站模型与二次保护设备进行互通互联，使保护设备在故障时能够动作。关键词：智能变电站；IEC61850；SCD文件；自动化配置HIL Simulation and Automation Configuration of Smart Grid SubstationAbstractWith the development of communication technology and science and technology, the substation has developed from the traditional substation stage to

3、the intelligent substation stage. In recent years, China has vigorously promoted the development of smart substations and accelerated the construction of smart substations. Smart substations are the development direction of Chinas power system today. Smart substations have the advantages of excellen

4、t AC interaction performance, a three-layer, two-network layered structure, and other significant features. They also have the characteristics of intelligent primary equipment and networked secondary equipment.In order to conduct research and study on smart substations, this article will be based on

5、 the theoretical basis of smart substations, with the help of the open HIL simulation system, the primary equipment and system model of intelligent substations are established through MATLAB Simulink modules, according to the established model, the SCD file of the substation protection system is mod

6、ified under the IEC61850 communication protocol standard to complete the automatic configuration of the substation, realize the simulation of intelligent substation by HIL simulation system. The open HIL simulation system is then used to interconnect with the secondary protection equipment based on

7、the above substation model, so that the protection equipment can operate in the event of a failure.Keywords: Intelligent substation; IEC61850; SCD file; automatic configuration1 绪论11.1 我国变电站的发展历程11.2 电力系统数字仿真技术的发展21.3 选题的意义21.4 本文进行的工作32 智能变电站的仿真运行机理及相关概念42.1 智能变电站基本概念42.2 智能变电站的特征82.3 HIL（硬件在环）92.4

8、 智能变电站的通信协议92.5 智能变电站内的保护通信方式133 开放式智能变电站仿真及自动化配置的实现143.1 智能变电站一次设备模型建立及设置153.1.1 元件模块的连接163.1.2 元件模块参数的设置193.2 IED配置前的工作273.2.1 全站IED的命名273.2.2 装置通讯IP地址的配置283.2.3 定义IED装置的GOOSE、SMV、APPID地址293.2.4 装置之间虚端子连接图293.3 智能变电站的自动化配置323.3.1 Header部分343.3.2 Substation部分343.3.3 Communication部分353.3.4 IED部分353.

9、3.4.1 IED的添加353.3.4.2 IED的更新403.3.4.3 IED的配置423.4 保护设备的参数设置493.5 自动化配置文件的导入504 智能变电站仿真的测试554.1 MATLAB故障的仿真波形554.1.1 输电线路故障554.1.1.1 220kV输电线路554.1.1.2 110kV输电线路574.1.2 变压器故障584.1.3 母联故障614.1.4 110kV母线故障634.2 变电站仿真模型与智能二次设备之间的互联互通654.2.1 一次设备与二次设备之间的连接654.2.2 SCD文件查看分析664.2.3 报文分析684.2.4 保护动作715 结论与展

10、望725.1 结论725.2 未来展望72参考文献73致谢74附录751 绪论1.1 我国变电站的发展历程 人类的发展史上，在1882年，自世界上第一个具有实际意义的电力系统建立以来，就有了变电站的存在。变电站作为联系发电厂和用户的中间环节，它起着变换和分配电能的作用。它是电力系统的重要组成部分，它的存在直接影响整个电力系统是否可以保证运行的可靠性、电能质量以及运行的经济性。在变电站一百多年的发展历史中，它在技术、设备配置等方面都有着非常大的变化。从采用常规设备、结构复杂的二次设备的传统变电站到现今进入自动化发展新阶段的智能变电站，主要可以分为四个发展阶段，“传统变电站综合自动化变电站数字化变

11、电站智能变电站”。我国第一阶段的传统变电站，在20世纪80年代以前，全国上下的各项技术以及通信还不算特别的发达，这个时期变电站的工作以及运维以较为简单的人工操作为主。保护装置的组织机构比较简单，它们按照传统的保护布局设置，各个二次设备之间运行也相对独立。进入20世纪80年代以后，随着计算机和网络通信技术的发展，以及微机保护技术的逐渐推广，我国的变电站进入了自动化发展的阶段综合自动化变电站。综合自动化变电站阶段，将传统的保护装置电路用由微处理器构成的自动装置来替代，提高了装置的可靠性和自身故障自诊断的能力。但是，这一时期综合自动化变电站的设备在运行上仍然相互独立，无法实现装置之间的通信，具有一定

12、资源分享局限性。2005年到2009年期间，随着我国数字化技术的不断发展和IEC61850通信协议标准、智能一次设备在国内的推广应用，标志着我国变电站发展进入数字化时代，这也意味着我国即将叩开智能变电站的大门。2010年，国家电网公司发布了关于加快推进智能电网建设的意见，要求在加快电网智能化的建设上能够实现突破。同一年的3月份，“加强智能电网建设”被写入政府工作报告，标志着中国电网进入快速发展阶段，意味着我国智能变电站建设的步伐正在加快。智能变电站是如今我国乃至全世界变电站的发展主流，也是国家电网公司提出的“坚强智能电网”的非常核心的一个部分。为此，从2010年开始，我国便大力开展智能变电站的

13、试点工程，截止至2015年底，国家电网公司已建设完成约2800座智能变电站。在一系列的投产建设中，我国现已完成了国家电网公司提出的“四确保一争取”的目标，迈出了“坚强智能电网”重要的一步，为未来基本建成坚强智能电网打下了坚实的基础。1.2 电力系统数字仿真技术的发展要进行智能变电站的仿真离不开电力系统的数字仿真技术。至今为止，电力系统数字仿真技术的发展主要可以分为三个发展的阶段，“电力系统动态模拟仿真系统数模混合式实时仿真系统全数字实时仿真系统”。“电力系统动态模拟仿真系统”作为最早出现的电力系统数字仿真技术，它出现打破了人们“实践出真知”的理念，对电力系统的测试不再局限于在现实中建立好了完整

14、的电力系统后再进行测试，但这个阶段仿真系统很大的不足就是，“电力系统动态模拟仿真系统”的仿真组件占地空间太大、资金投入大，仿真资源的使用非常的有限，一般一个电力系统仿真只能针对一个电力系统。在第一阶段后，电力系统数字仿真技术有了一定的发展。发展第二阶段的“数模混合式实时仿真系统”，与第一阶段相比不再单纯依赖纯实物元件的仿真，而是采用部分数字元件与实物元件组合进行仿真。第三阶段“全数字实时仿真系统”的出现对电力系统数字仿真技术的发展具有重大的意义。它是数字仿真技术、计算机技术和并行处理技术发展的产物，具有实时性和带被测试设备闭环运行能力的优点。“全数字实时仿真系统”它具有两种应用方式：混合仿真和

15、完全数字仿真。本课题用到的是混合仿真方式，将实时的数字仿真系统继电保护设备结合进行仿真。1.3 选题的意义随着我国国力的不断增强和生产力的不断进步，在用电越来越普遍化的社会，人们对电的需求变得越来越多。在追求智能化、经济、低碳环保的今天，智能变电站的发展与建设便变得势在必行。但凡是世间的事物，在发展的过程中必定会有一个不断完善的过程，在不断的模拟操作或者实际操作中选择最佳的方式，并朝着这个方向前进。然而进行实际操作的完善方法对于智能变电站的建设和发展来说不是一个最佳的选择，因为建设一个智能变电站的成本并不低，这时候利用HIL仿真系统进行智能变电站的运行仿真便具有实际的经济意义，利用较少设备成本

16、，构建出具有同样运行效果的“变电站”。变电站的保护系统的出厂集成测试、变电站的运行检测以及变电站的维护都需要变电站HIL实时仿真系统，传统的HIL变电站仿真系统价格昂贵，动辄需要上亿，同时系统封闭，很难将业界的研究成果直接使用在这样的系统上，因此开发开源、开放式的变电站HIL仿真系统，通过开源的平台，使得原来的变电站相关实时仿真的费用大大削减甚至免费，同时业界研究成果可以直接运行在开放系统上，对变电站的建设、运行和维护都提供了新的途径，意义重大。智能变电站仿真系统的自动化配置对完成开放的HIL变电站仿真系统来说是有机组成部分，对实现仿真功能有重要意义。智能变电站在未来进步的空间仍然非常的大，发

17、展的前景也非常好。发展与完善智能变电站相关内容的研究，深入对智能变电站的学习，对我国整个电力系统、以及智能电网的建设和完善都有积极的意义。1.4 本文进行的工作本文课题“智能变电站的仿真和自动化配置”要实现的功能是对智能变电站仿真系统进行参数设置和自动化的配置，使一次设备与二次设备之间完成互联互通，进而实现人机系统界面与实时的仿真系统之间的互动。在这个课题中，主要包含了有以下几项工作：（1）学习智能变电站的相关理论知识，了解IEC61850通信协议的内容。（2）在MATLAB的Siumlink仿真模块中构建出220kV变电站一次设备的运行模型，并进行变电站一次设备参数的设置。（3）在SCL C

18、onfigurator软件中进行SCD文件的修改、编写，对智能电力装置之间的通信配置和变电站一次系统结构的进行配置，完成电力系统自动化配置。（4）将变电站仿真运行模型与实际的智能保护设备通过光纤模块进行连接，根据运行条件和状态进行保护装置的设置，利用IEC61850的通信协议对变电站通信设备进行标准化，实现一次设备与二次设备之间的互联互通。（5）在变电站一次设备仿真模型中，对模块进行短路故障的设置，使保护装置在故障的时间区间里能够迅速、自动可靠的动作，将故障清除。2 智能变电站的仿真运行机理及相关概念2.1 智能变电站基本概念变电站的核心功能是变换电压等级和接收、分配电能。智能变电站在具备基础

19、功能上，功能更为完善、运行更为智能化。在国家电网公司发布的智能变电站技术导则中对智能变电站有着明确的定义：“智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动化控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。”。智能变电站可以分为两个部分：智能高压设备和变电站统一信息平台。智能高压设备会在运行方式发生改变时做出相应的调节反应，在故障发生时迅速、可靠的动作。变电站统一信息平台的作用主要有两个：进行系统横向信息的共享使管理系统的上层应用之间获得统

20、一的信息；对系统纵向信息的标准化使其各层应用对其上层应用支撑的透明化。对两个功能进行理解，横向的信息共享而获得统一的信息，即同一层的设备接收到下层设备传递过来的信息是统一、一致的，确保没有差别。系统纵向信息的标准化，即不同层的设备内部协议规约或者其他技术等可以不一致，但是它们可以通过设备与设备之间进行通信的MMS(制造报文规范)接口的标准化，使不同层之间的设备可以无障碍的进行信息交互。通过纵向信息的标准化可以解决不同设备之间因内部复杂的原理结构而不能进行信息传送的问题。按照系统组成结构上划分，智能变电站分为三个层次：过程层、间隔层和站控层，如图2.1所示，为智能变电站的系统逻辑结构图。过程层的

21、设备包括智能一次设备、合并单元和智能终端，主要进行开关量或者模拟量的采集以及控制命令的执行。间隔层由保护装置、测控装置、计量装置等智能电力装置所组成，完成智能变电站设备运行信息的采集、测量和控制等。智能变电站结构最为核心的部分是站控层，它由GPS设备、多个工作站、远动站和五防系统等共同构成，它们一起完成对智能变电站设备和运行状态的实时监控，并能够通过外部系统完成信息交互和数据的共享。在智能变电站的系统结构中，含有2层网络结构：站控层网络和过程层网络，它们对3层设备起到连接作用。通过站控层网络，变电站可以实现站控层设备之间的横向通信和站控层与间隔层之间的纵向通信。过程层网络含有GOOSE网和SV

22、网，利用GOOSE网可以实现间隔层设备之间的横向通信，通过过程层设备与GOOSE网、SV网的配合能够实现纵向通信。这两层网络都采用双重网结构，可以分为A网和B网，A网和B网传送的信息都各不相同，它们将各自收集到的信息传输到对应的设备，使设备获得的信息更具有针对性，同样也提高了信息的利用率。图2.1 智能变电站的系统逻辑结构图（一个设备间隔）图2.2 传统变电站的系统结构图传统变电站是我国的第一代变电站，智能变电站是不断发展的计算机科学技术与传统变电站相互结合的成果，它们既有相同的部分，也有不一样的部分。传统变电站和智能变电站作为变电站，它们最终实现作用和功能是一样的，都可以进行电压等级的变换和

23、电能的汇集、分配，他们区别仅仅是实现方式上的不一致。根据图2.1和图2.2，将传统的变电站系统结构与智能变电站系统结构相对比，智能变电站与传统变电站的区别在于设备之间的连接方式以及使用设备的不同。智能变电站在过程层和间隔层之间进行信息、运行状态传送的电缆被光纤所取代，与电缆相比，光纤的布线方便，同时也可以提升设备信号传递的速度，提高工作的效率和运行的可靠性。在设备方面，智能变电站采用的是智能一次设备，如电子式互感器、智能变压器、智能断路器等。依据以上的基础概念以及系统结构图，结合本课题的仿真内容以及需要实现的功能等，以下给出本课题仿真的智能变电站系统架构图，如图2.3。图2.3 本文智能变电站

24、系统结构图2.2 智能变电站的特征智能变电站作为技术不断创新进步和通信发展中的一个产物，在经历了传统阶段、综合自动化阶段、数字化阶段后，形成了独有的一些特征：（1） 系统分层分布化。智能变电站根据IEC61850通信协议将变电站分为“三层两网”结构站控层、间隔层、过程层、站控层网络和过程层网络。这种分层分布化非常利于各层设备之间的集中管理，同一上层设备之间的信息数据能够通过变电站统一信息平台进行系统横向信息共享，对获得的信息进行统一化处理。而不同层之间也可以通过系统纵向信息的标准化，即通信接口的统一，达到不同层之间设备的透明化，使异构系统之间能够信息互通。智能变电站之间这种统一的“三层两网”构

25、架，不仅实现了信息的共享，也解决了设备之间相互操作性差的问题和后期运行维护复杂的问题。（2） 一次设备智能化。作为智能变电站的重要特征，智能变电站一次设备的智能化，是在传统的一次设备功能的基础上，采用统一的信息模型和信息交换模型，运用IEC61850通信协议和信息管理系统进行各设备或系统间数据的交流互动。智能化的一次设备通过良好的信息交互性、先进的运行状态监控和故障诊断手段，能够正确的判断一次设备的运行情况，准确对故障或不正常工作状态进行预测和识别 ，同时将检测的结果及时的反馈给相关诊断系统，让运行维护人员可以根据检测结果及时做出相应的处理。（3） 二次设备网络化。变电站的二次设备指的是对一次

26、设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，它的基本任务是将故障从电力系统中切除，反应电气设备的不正常运行状态，做出判断并动作于发出信号或跳闸。智能变电站基于传统二次设备的功能，通过将IEC61850通信协议应用于变电站内的通信，对二次设备间的通信接口进行标准化，利用最新的网络通信技术，实现变电站二次设备的信息交互、数据共享、互操作等的功能。智能二次设备可以通过光纤和IEC61850通信协议利用设备的分布式控制来取代传统的总线控制，这提高了设备之间数据传输的速度也使输送的信息更加标准化。（4） 更加标准化的信息通信。智能变电站全站采用国际通用的通信规约IEC61850通信协议来实现信息的交

27、互。（5） 具有良好的交互性。变电站作为最重要的电能资源汇集再分配的中心，要求它具有良好的信息交互能力，这可以保证电力系统在运行的时候具有较高的可靠性、精准性，在电力系统发生运行方式变化或发生故障的时候能够快速判断而做出反应。智能变电站在进行信息采集以后，不但能够快速将数据输送进行变电站内部设备之间的分享，还能够与该智能变电站在内的电力网系统进行良好的交流互动。（6） 低碳环保。近几年来，各个国家的能源发展布局、电能供给情况、电力的发展方式正发生着重大的变化。全球以能源多元化、清洁化为发展风向，以优化能源结构、推进能源战略转型为目的。在这种形势下，智能变电站不仅具备电压变换、智能化配置平台功能

28、，也可以减少能量的损耗，实现节能减排。在智能变电站中，将传统高能耗的电子元件和设备用集成度高而且能耗低的设备取代，同样的，我们用光纤电缆取代传统电缆进行通信，这些改善方式都有效的降低了能源的损耗。在新能源发展方面，智能变电站的出现对提高新能源的利用率有一定的促进作用，新能源发电完全可以依托着智能变电站的发展而发展。（7） 运行可靠性高。可靠性作为电网继电保护最基本的性能和作为用户对电能的基本要求之一，智能变电站提高了保护装置中的组成元件质量和可靠性，保护回路也有了一定程度的简化，在这些的基础之上，依托于变电站智能化的通信网络系统，使得保护设备能够在故障发生前做出预判或在故障以及不正常工作状态发

29、生时迅速做出反应，并能够快速对事件进行处理，这有效减少了由于故障造成的供电损失，实现了电网的高质量运行。2.3 HIL（硬件在环）本课题进行智能变电站仿真的实验，在这个过程中采用“虚”与“实”结合的实验方法，将电脑仿真与二次保护设备连接起来完成实验过程，通过接收电脑的仿真数据使真实的保护设备模拟实际的运行状况。通过网络层的相互连接将两个原本相互独立运行的部分，可以共同运作起来。这一“虚”与“实”结合的方式在计算机专业术语里面称为“HIL”，即“硬件在环”。在本实验中，由硬件保护设备和实时的仿真系统两部分组成HIL系统。HIL系统的仿真部分由仿真主机与智能终端、合并单元等组合而成，由继电保护设备

30、组成硬件部分。使用“HIL”的方式进行实验，可以降低实验的成本和时间，并且可以将设备最大利用化。硬件在环的仿真方式不仅弥补了单纯使用计算机仿真的不足，还提高了实验结果的可信度。2.4 智能变电站的通信协议智能变电站的设备通信以IEC61850通信协议为标准，实现了变电站的规范化和标准化，以及设备间的透明化。本文的智能变电站仿真通信依托于IEC61850通信协议进行设备间的信息交互。IEC61850通信协议标准将智能变电站划分成了“三层两网”结构，并且对各层之间的通信接口进行了定义。在智能变电站“三层两网”的基本结构中，IEC61850对各层进行了进一步的分解，将它们细分为一个个实现智能变电站不

31、同功能的小单元，这些小单元是智能变电站中的智能电力装置，是变电站SAS（Substation Automation System）系统中重要的基本单元，这个小单元简称为IED。一个或者多个IED相互配合可以实现监察测试和远程控制等的功能。在IEC61850通信协议的标准下，IED就是一个个的智能设备，要实现这些设备的功能，IEC61850通信协议定义了逻辑节点LN，这些逻辑节点对应着智能变电站对应的一些功能，一个逻辑节点可以对应一个IED或者多个IED，即一个功能可以由一个或者多个IED来完成。目前，已有91个通用功能的逻辑节点，通过属性功能等的划分，可以分为：控制，状态，取代，配置，描述等的

32、类别。特别的，每个IED必须有两个逻辑节点LN0和LPHD，里面包含每个设备必备的信息。 LN是功能物理逻辑的概念，而逻辑设备LD就是LN功能的汇集。IEC61850通信协议标准采用面向对象建模技术，通过对智能变电站进行信息模型的构建来描述这一应用的具体功能。如图2.4，在IEC61850通信协议标准中，利用服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据与数据属性的分层模型组成了IED的信息模型，完成对实际设备的抽象。在这个模型中服务器可以提供设备外部看见的功能服务，逻辑设备作为集合逻辑节点的虚拟设备，逻辑节点表示物理设备的功能描述，数据含有逻辑节点的信息，数据属性则是对数据的定义。图 2.4 信息模型结构

33、图通过上面的信息模型，有个概念：可以将设备复杂的内部结构通过抽象实物化建立一个模型，让复杂的变电站系统可以用精准的计算机可以懂的语言描述出来，并利用这个语言对智能变电站进行自动化配置，这也是本文需要进行的工作。利用上面的信息模型，构建出后文SCD文件配置时信息模型图。以220kV线路1保护为例，如图2.5。图2.5 220kV线路1保护信息模型IEC61850通信协议还引入了GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event面向通用对象的变电站事件) 和SV/SMV（采样测量值） 的网络信息传输方式，会在后文中有所提及。IEC61850通信协议在电力系

34、统中的应用非常的广泛，不仅使智能变电站内的通信标准化，这种通信协议还标准了智能变电站与智能变电站之间、智能变电站与电力系统的控制中心之间的通信。2.5 智能变电站内的保护通信方式在本课题中主要运用到的继电保护方式为线路的纵联保护和变压器的差动保护。以线路的纵联保护为例，保护的动作需要用到线路两端的信息，两端的保护设备将通信设备和通信通道传送来的保护信息，在内部进行逻辑比较后迅速做出正确判断。输电线路纵联保护结构如图2.6。纵联保护保护动作运用到基尔霍夫电流定律原理，在正常情况下，两端电流值流入会等于流出，但是在故障发生的时候两端电流会有较大的电流差，当两端电流差值超过正常运行值时保护启动。本课

35、题中，由于线路阻抗等的原因，正常运行时会有一定的电流差值。 图 2.6输电线路纵联保护结构图本课题智能变电站仿真的继电保护通信设备之间通信方式用到的是光纤通信。光纤通信以光纤作为保护信息传递的媒介，在电力系统通信中广泛应用。与传统的电缆通信相比，光纤通信有通信容量大、耗材少、无感应性能等的特点。本文的智能变电站仿真运用到了单模光纤和双模光纤。它们的区别如下表2.1： 表2.1 单模与双模光纤的区别区别点 名称单模光纤双模光纤颜色黄色橙色传播光束数目一束光多束光传输距离较远较近3 开放式智能变电站仿真及自动化配置的实现开放式智能变电站仿真系统由两大部分构成：仿真系统和硬件保护部分。如图3.1，简

36、单的描述了开放式的HIL仿真系统架构，硬件保护部分由图中的淡黄色区域的保护、测控、采集装置的真实二次设备组成，仿真系统部分由图中的仿真主机、信号发生器、智能终端、交换机等构成。整个HIL仿真系统要能运作起来需要先对两部分进行配置：仿真系统的配置以及保护装置的配置，这也是本章节需要进行的工作。仿真系统的配置和管理是基于开放的MATLAB仿真平台，保护装置的配置和管理是基于开放的IEC61850协议标准。图3.1 开放式的HIL仿真系统架构后面的具体工作也以此为蓝图展开。3.1 智能变电站一次设备模型建立及设置本课题进行的是220kV智能变电站的仿真运行。在这里首先运用MATLAB的Simulin

37、k仿真模块构建出具有基本运行元件的220kV智能变电站的一次设备模型，再对具体元件进行参数设置。3.1.1元件模块的选择 表3.1 元件模块的使用仿真模块模块选用电源Three-Phase Source输电线路Distributed Parameters Line变压器Three-Phase Transformer(Three Windings)测量采集Three-Phase V-I Measurement负载Three-Phase Series RLC Load开关Three-Phase Breaker故障Three-Phase Fault波形显示Scope在上表3.1，主要列出来本课题变电

38、站一次设备模型使用的元件模块，下面对其作进一步的说明。（1） 电源模块。电源模块在电力系统设计中是不可缺少的部分，在现实变电站系统中相当于是发电站。在本课题中，采用Three-Phase Source模块作为电源向变电站供电。其中采用了两个Three-Phase Source模块，220kV侧的电源模块和110kV侧的电源模块。（2） 输电线路模块。课题中设置了220kV和110kV共两条输电线路，为了能够在仿真中更好的描述波的传输过程，采用的是Distributed Parameters Line模块。（3） 变压器模块。在本课题中，考虑到仿真的变电站的变压器有三个电压等级，220kV/11

39、0kV/35kV，选用三相三绕组的Three-Phase Transformer(Three Windings)模块。（4） 测量采集模块。采用Three-Phase V-I Measurement模块作为电压、电流量采集的模块。用该模块对运行的一次设备进行电压和电流数据的采集，相当于是互感器的作用，负责传递数值数据。（5） 负载模块。采用静态负荷模型模块Three-Phase Series RLC Load模块来模拟线路上的用电负载。（6） 开关模块。开关模块选用Three-Phase Breaker模块，该模块类似于变电站一次设备中刀闸（隔离开关）的作用。（7） 故障模块。选用Three-

40、Phase Fault模块作为故障模块，添置在在需要仿真故障的区域。（8） 波形显示模块。为了方便观察变电站运行时某区域的电流或者电压的数值以及故障发生时的数值变化，可以利用Scope模块采集Three-Phase V-I Measurement模块的数据来进行波形的显示（9） Powergui模块。Powergui模块是MATLAB中的电力系统图形用户分析界面。它通过Simulink仿真模块中的功能来连接不同的元件模块，具有分析电力系统模型的重要功能。（10）母线模块。在MATLAB的中是没有具体的母线模块的。母线在整个电力系统中的作用是连接各个分支线路，对电能进行传输、汇集和再分配，即母线

41、可以看作是一个电能交汇的节点，那么就可以利用负载模块的分支线路与输电线路的衔接节点作为一个母线模块。这个变电站仿真模型中含有110kV母线和220kV母线各一个，110kV母线是单母线，可以用一个衔接节点来表示，220kV母线是双母线结构，可以用两个衔接节点表示，并且在两节点之间通过母联开关相连接。3.1.1 元件模块的连接在选出了构建变电站一次设备模型需要使用到的元件模块后，参考实际变电站的设备布局进行元件模块之间的连接。模块之间的连接采用这样的走向：220kV电源220kV输电线路220kV母线220kV侧负载220kV/110kV/35kV变压器35kV侧负载110kV侧负载110kV母

42、线110kV侧线路110kV电源。其排布如图3.3。 图3.2 双母线模块 上图3.1为220kV的双母线模型，两母线之间互为备用，当其中一段母线发生故障时，发生故障的母线所连接的用电负载可以不必断电，通过另一段母线继续供电，提高了供电的可靠性。 图3.3 220kV变电站一次设备模型在上图3.3中，根据电力系统的知识，出于对运行的安全性考虑，110kV及以上系统运行时需要中性点直接接地，而35kV系统运行时中性点应经消弧线圈接地。为了更简单直观的说明各电压等级的分布以及各出线数量等，在这里按照变电站的一次主接线图的绘图标准绘制了图3.4的一次主接线图，这个图中展示了本课题中智能变电站使用的一

43、次设备并且可以较直观的看出各电气元件之间的连接关系。图3.4 一次主接线图3.1.2 元件模块参数的设置将各个元件模块连接完成后，按照运行的需求对各模块进行相关参数的设定。（1） 电源模块。仿真模型中有两个电源模块：220kV供电源和110kV供电源。两个电源都大于等于110kV，电源中性点采用直接接地方式：Yg。考虑到线路输送时会有一定的损耗问题情况，在设置电源电压数值时，将电压提高了大约10%的额定电压的数值。在我国使用的电是正弦交流电，它的频率为50Hz，所以电源模块以及其他模块需要进行频率设置时，都设置为50Hz。其他部分设置采用了默认值。如图3.5和图3.6为具体的参数设置。图3.5

44、 220kV电源模块参数设置图3.6 110kV电源模块参数设置（2） 输电线路模块。本课题的输电线路共有两段，220kV输电线路和110kV输电线路。在这里模拟80km的输电距离，将它们都设置为80km长的输电线路。其他线路电阻、电感、电容值采用默认值。具体设置如图3.7和图3.8 。图3.7 220kV输电线路模块参数设置图3.8 110kV输电线路模块参数设置（3） 变压器模块。仿真模型中采用的是三绕组变压器模型，电压等级为220kV/110kV/35kV三个电压等级。在220kV和110kV电压等级侧采用中性点直接接地的方式，35kV电压等级侧采用中性点经消弧线圈接地。将变压器容量设置

45、为100MVA，三个线圈电压值将220kV、110kV、35kV对应填入，其他参数可以采用系统的默认值。如图3.9和图3.10为具体的参数设置。图3.9 变压器模块参数设置 图3.10 变压器模块参数设置（4） 测量采集模块。在本课题中的电流、电压数值的采集由Three-Phase V-I Measurement模块进行，将数据采集后进行波形的显示，来观察系统在运行时的电压和电流的情况，利于故障发生时进行判断。这一模块主要设置的是需要采集的电流、电压区域的命名，在Simulink中所有该模块的命名都不允许重复。为了方便仿真的进行，所有命名采用对应采集信息模块的名称作为区分的命名形式。（5） 负

46、载模块。负载模块在该仿真模型中共有4个，220kV线路侧包含有两个，110kV线路侧和35kV侧各有1个。在经过调试以后，对四个模块进行了以下的参数设置，如图3.11、3.12、3.13、3.14 。 图3.11 220kV_1负载模块参数设置 图3.12 220kV_2负载模块参数设置 图3.13 35kV负载模块参数设置 图3.14 110kV负载模块参数设置（6） 开关模块。本文的变电站仿真中配备了有多个开关模块，起到接通和断开线路电源的作用，也可以改变系统运行的接线方式。在本课题中，所有的开关模块主要设置为在仿真开始后由常开的“open”状态转换为常闭的“close”状态，即变电站开始

47、运行后，所有的电气设备通电。（7） 故障模块。依据本课题的实验室配备，分别在变电站模型的220kV输电线路、110kV输电线路、220kV双母线、220kV母联、110kV母线、变压器区域内设置故障，在故障模块中设置故障时间区间为5 20 25 40 45 60 65 80 85 100 105 120 125 140 145 160 165 180 185 200，进行单相接地故障或两相间故障等的故障测试，仿真变电站的故障运行状态。如图3.15，为其中一个故障模块的设置。 图3.15 故障模块参数设置（8） 波形显示模块。波形显示模块主要是用采集来的实时电压、电流数据进行显示。在该模块中可以根据显示的需要进行显示窗口数量等的设置。（9） Powergui模块。在本文的