线路波过程仿真与动态演示.docx

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1、力。N行彳这毕业设计说明书（论文）线路波过程仿真与动态演示学生姓名：干凌炜班级学号：电力IO1206100132院、系、部：电力工程学院专业：电气工程及其自动化（电力系统及其自动化）院、系、部：电力工程学院指导教师：黄晓勇讲师2014年05月南京UndergraduateDesign(Thesis)1ineWaveSimu1ationandDynamicpresentationBYWANG1ingWeiSupervisedby1ecturerHUANGXiao-yongSchoo1ofE1ectricPowerEngineeringNanjingInstituteofTechno1ogyMay

2、2014电力系统中的架空输电线路，电缆，母线，发电机和变压器绕组等都属于具有分布参数的电路元件。无论发生雷电过电压还是操作过电压，都会在这些线路和设备中产生过渡过程。分布参数的过渡过程本质上是电磁波的传播过程，简称波过程。在电力系统中，我们经常会遇到如下情况：线路末端与另一个不同的波阻抗线路相连接，如一架空线路与电缆相连接；线路末端接有集中参数阻抗等。在这些情况下，当线路上有行波传播且到达两个不同波阻抗的线路连接点或到达连接有集中参数的结点时将发生波的折反射。本次完成的论文大致做的一些工作包括了线路波过程的理论知识的分析，一些基本的计算机仿真应用知识，理论结合仿真模型得出的波形做出结论，在做线

3、路波过程的动态演示中利用了VB编程软件做出演示程序。关键词波过程；MAT1AB;仿真;行波的折射；行波的反射；VBAbstractPowersystemtransmission1ine,cab1e,bus,generatorsandtransformerswindingbe1ongtothecircuite1ementswithdistributedparameters,Whetherthe1ightningortheswitchingovervo1tage，thesecircuitsanddeviceswi11beproducedinthetransitionprocess.Natureof

4、thedistributionparametersofthetransitionprocessispropagationofe1ectromagneticwaves,ca11edwaveprocess.Inpowersystem,weoftenencounterthefo11owingsituations:1ineendswithadifferent1ineimpedanceconnected,suchasanoverhead1ineandcab1econnected;Thena1umpedparametercircuittermina1impedance.Inthesecases,whent

5、hereiswavetransmission1ineandgettwodifferentimpedancepoints,orgetaconnection1ineconnectingnodeswithconcentratedparameterswi11occurwhentheref1ectedwaveoff.Thepaperrough1yfinisheddoingsomeworkinc1udesana1ysisofthewaveprocess,Somebasicknow1edgeofcomputersimu1ationapp1ications,Theoryanddrawnwaveformsusi

6、ngsimu1ationmode1smakeconc1usion.UseofVBprogrammingsoftwaretodothewave1inemadeintheprocessofdynamicpresentationdemo.Keywords:Waveprocess；MAT1AB;simu1ation;Waverefraction;waveref1ection;Visua1basic目录摘要IAbstractI目录I111绪论-1-1I课题的研究背景：线路波过程仿真的概况-1-1.2本文研究的主要内容-2-2有关软件的介绍-3-2.1有关MAT1AB的介绍-3-2.2MAT1AB的特点-

7、4-2.3MTA1AB的电力系统元件库-4-2.4有关Simu1ink的介绍-4-2.5Simu1ink的特点-5-3有关仿真介绍-7-3.1仿真的定义-7-3.2仿真的分类-7-3.3仿真的发展历程-7-3.4仿真的方法步骤-8-3.5仿真的应用与效益-8-3.6仿真的发展方向-9-4有关线路波过程的分析-10-4.1仿真建模前的准备工作-10-4.2有关电力线路波过程的介绍-11-4.3冲击电晕对线路波过程的影响-13-4. 4直角波作用下线路波过程建模仿真-14-5. 5冲击波对线路波过程的分析-25-5利用VB软件制作行波折反射的动态演示-33-5.1关于VB软件的简单介绍-33-5.

8、 2利用VB软件编程前的学习过程-33-6. 3利用VB软件编写该演示动画的过程-34-6结论-42-致谢-43-参考文献-43-附录1外文资料翻译-45-A1.1一种避免波速度影响和以在超高压输电线路上的行波为基础的新的故障定位方法（译文）-45-A1.2ANewFau1t1ocationMethodAvoidingWaveSpeedandBasedonTrave1ingwavesforEHVTransmission1ine（原文）-45-1绪论6.1 课题的研究背景：线路波过程仿真的概况6.1.1 线路波过程的研究背景电力工业一百多年的发展历史中，电力线路作为电能传输的重要媒质，为电力系统

9、的运行和可靠发展起到了非常重要的作用。随着我国国民经济的快速发展，电力工业得到了长足稳定的发展，电力系统的规模也在不断扩大，并且在人类社会生活中发挥着日益重要的作用。由于电能在电力线路中是以波的形式传播的，即在导线周围空间逐步建立起电场和磁场的过程。在理想状态下，能量不会散失（储存于电磁场中），波也不会衰减和变形，但在实际情况中，由于每条导线都有一定的电阻R,线路绝缘子对地有泄漏电流，发生电晕时，有电晕损失，即电磁波传播出现衰减及变形。所以任何一条线路都是有损耗的，这些损耗在长距离运输中更加的明显。所以，研究线路波过程对于提高电能的传输效率有着极为重要的意义。6.1.2 计算机仿真技术的简介仿

10、真技术20世纪初已得到应用。60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。利用计算机实现系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。50年代初，连续系统的仿真研究大多数是在模拟计算机上进行的。50年代中，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。计算机仿真技术就向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。在发展仿真技术的过程中已研制出大量仿真程序包和仿真语言。70年代后期，还研制成功专用

11、的全数字并行仿真计算机。12本文研究的主要内容本文采取从理论研究开始，结合实际电力系统情况，通过详细地对单导线波过程进行研究来解决提出的问题。具体而言，本文通过SimU1ink建立模型，分析所建模型得出的各个测量点所形成的波形，结合书本所提到的理论知识和结论提出解决问题的研究方法。在进行仿真建模分析的时候，主要采用模型分析，公式计算和波形分析相结合的方法,最终得出结论。本文在研究线路波过程的时候，自动忽略其它的一些有可能影响线路波过程仿真结果的自然因素，便于对线路波过程进行深入的研究。2有关软件的介绍2.1有关MAT1AB的介绍TheMathWorks公司在20世纪80年代向市场推出一种数值型

12、MAT1AB语言计算软件，目前，该软件已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。Simu1ink是该公司在20世纪90年代推出的产品，利用它可在mat1ab下建立系统框图和仿真的环境。MAT1AB的PSB软件(POWERSYSTEMB1OCK;PSB)含有丰富的电力系统元件模型，包括电力系统网络元件、电机、电力电子器件、控制和测量环节以及三相元件库等，再借助于其他模块库或工具箱，在Simu1ink环境下，可以进行电力系统的仿真计算，尤其可以实现复杂的控制方法仿真。MAT1AB语言计算软件将计算过程建立在最基本的电路原理和微分方程求解的基础上，并同步计算电磁过程和机电过程，几乎没

13、有考虑电力系统的特性，计算简化,仿真细致，反映很细微的变化过程。计算机仿真技术己成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段，目前已开发的主要仿真方法有状态变量法、节点分析法及修正节点分析法等。而这些方法已经用于开发不同的仿真软件，如：EMTP.SPICE、NETOMAC、PSASP等。但每个仿真软件都具有自己的优缺点，即有较其它软件更更适合解决某一特定问题的特点，如：EMTP很适合没有换流器的大型电力网络；而SPICE:适用于有电力电子系统的小型网络。由于MAT1AB具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析，特别是信号处理和直观的图形显示功能，且MAT1AB/Simu1ink环

14、境下的psb模型库及Simu1ink强大的二次开发功能和丰富的工具箱，能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算。因此，它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具。电力系统的暂态仿真已成为电力系统研究、规划、运行、设计等各个方面不可缺少的工具.Mat1ab软件及其中的电力系统模块PSB是专门为电力系统设计的仿真分析软件。波过程是电力系统三大暂态之一，具有等值频率高，持续时间短等特点，故与其他暂态过程的计算分析完全不同。对于线路波过程的计算，必须考虑线路的分布性特点，其计算分析是电力系统防雷保护措施确定的重要依据。故进行相关的仿真计算

15、与分析，对各种因数的影响进行量化分析是十分重要的。2.2MAT1AB的特点(1)功能强大。包括数值计算和符号计算，计算和编程可视化，数学和文字统一处理，离线和在线皆可计算；(2)界面友好，语言自然。MAT1AB以复数矩阵为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；(3)开放性强。MAT1AB有很好的可扩充性，可以把它当作一种更高级的语言去使用，可容易地编写各种通用或专用应用程序。正是由于MAT1AB的这些特点，使它获得了对应用科学(特别是边缘学科和交叉学科)的极强适应力，并很快成为应用学科计算机辅助分析设计，仿真，教学乃至科技文字处理不可缺少的基础软件，成为欧美高等院校，科研机构教学与科研必备的基本工具。2.3MTA1AB的电力系统元件库电力系统元件库包括了电路、电力电子、电机和电力系统等，常用的基本元件和系统的仿真模型。其包含以下库元件：(1)电源元件。包括了交流电压源和电流源、直流电压源、可控电源及三相电源等产生电信号的元件。(2)线路元件。包括各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。(3)电力电子元件。包括如二级管、晶闸管等各种电力电子元件。(4)电机元件。包括各种电机模型元件。(5)连接器元件。包含有在各种不同情况下用于相互连接的元件。(6)电路测量元件。包括电压表、电流表