1 其中复现的电力电子仿真模型如下：
2 研究目的
电流差动保护因原理简单、可靠性高、动作速度快而广泛应用于变压器、线路和母线等元件主保护，是保障电网安全、稳定运行的最重要保护之一。但是它在应用中存在两个问题：一是电磁式电流互感器饱和容易引起保护误动；另一个是输电线分布电容电流使线路两端的电流不再满足基尔霍夫电流定律，会造成保护误动，尤其在超高压长距离输电线上问题将更加突出，会严重影响电网的安全、稳定运行。所需要完成的技术指标如下：
（1）搭建双母线结构一次系统仿真模型，在输电线路上设置短路故障；
（2）模拟母线发生区内、区外故障，得到母线故障仿真波形；
（3）母线故障仿真波形包括支路电流波形、电流有效值波形、以及大差差动元I件和小差差动元件动作情况。
由此需要完成的研究内容有：利用MATLAB软件中的Simulink搭建：双母线结构一次系统仿真模型、搭建母线完全电流差动保护仿真模型，设置参数调试运行，对仿真结果进行分析，证明所建模型和仿真的正确性。
2.1双母线结构一次系统仿真模型
本文选用双母线结构模型进行仿真研究，可以模拟母线区内、区外和死区发生三相短路、两相短路、两相短路接地、单相接地的故障情况，在SIMULINK中搭建的一次系统仿真模型如图4.5所示。参考论文【孟凡成。 母线继电保护动作行为仿真分析系统［D］。湖南大学，2013.】
2.2母线完全电流差动保护仿真模型
母线完全电流差动保护主要由启动元件、大差差动元件、I母小差差动元件、II母小差差动元件、TA饱和识别元件、TA断线检测等部分组成。图4.6是母线保护仿真模型图，图中启动元件由QDxinhao子系统构成，TA饱和元件由TA saturation子系统构成，大差差动元件由dachachadong子系统构成，I母和Ⅱ母小差差动元件由xiaochachadong子系统构成。设置系统仿真时间为0-0.2s，仿真算法选用ode23t，系统参数并可根据需要修改。
其中，各个部分的作用及说明。母线完全电流差动保护原理是利用大差差流元件来区分母线区内和区外故障，然后利用小差差流元件来判断故障发生在哪条母线。当母线区外故障时，所有支路电流全部流向故障支路，故障电流幅值非常大，很容易引起TA饱和，造成保护误动。本论文根据饱和电流波形的畸变特性，应用对称评估窗识别法识别TA饱和。
其他部分的仿真与模型搭建可参考【孟凡成。 母线继电保护动作行为仿真分析系统［D］。湖南大学，2013.】，或者咨询博主qq1366196286.
3 仿真分析与对比
3.1 母线区内故障
仿真结果分析：图4.13是母线在发生区内故障时的仿真波形，图中大差差动元件和I母小差差动元件动作在0.02s时动作，判定为I母发生区内故障。图4.14是母线发生区外故障时的仿真波形，整个过程大差差动元件和两端小差差动元件均不动作。图4.15是母线发生母线死区故障时的仿真波形，母线在母联断路器和母联开关之间发生三相短路，大差差动电流元件和IⅡ母小差差动元件0.02s，判定IⅡ母发生区内故障，在0.04s时跳开IⅡ母上连接的支路和母联断路器，由于母线故障于死区，母联断路器跳开后母联TA仍有电流存在，说明母线故障尚未切除，经过一段短延时，在0.06s时再跳开I母上的所有支路。
仿真设置：F1 故障类型：三相短路 接地电阻：0.001s 母线发生区内故障时仿真波形如下所示：
1.支路电流波形（EM1、EM2、EM3和EM4）
图3.2.1 支路电流波形（依次是EM1、EM2、EM3和EM4）
2.电流有效值波形（大差动差流有效值波形、母线I段小差动差流有效值波形和母线Ⅱ段小差动差流有效值波形）
图3.2.2 大差动差流有效值波形
图3.2.3 母线I段小差动差流有效值波形
图3.2.4 母线Ⅱ段小差动差流有效值波形
3.大差差动元件和小差差动元件动作情况
图3.2.5 大差差动元件动作信号
图3.2.6 母线I段小差差动元件动作信号
图3.2.7 母线Ⅱ段小差差动元件动作信号
上图中大差差动元件和I母小差差动元件动作在0.02s时均动作，判定为I母发生区内故障。
3.2母线区外故障
在发电厂和变电所中的母线是电能集中和分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极其重要的意义。由于母线不像发电机那样有旋转设备，而是静止不动的，母线的横截面积非常大，电阻接近于零，所以母线运行时发热很小。又因为母线常铺设于变电站内，站内环境好、污染低，又有良好的避雷措施和安全警示，不像输电线路那样铺设于露天环境翻山越岭，工作环境恶劣，所以母线本身发生短路的几率非常低。虽然对母线进行着严格的监视和维护，但它仍有可能发生故障，运行经验表明，大多数母线故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，多相短路故障所占的比例很小，随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。此外，母线绝缘子及断路器套管闪络、电压互感器或装于母线与断路器之间的电流互感器故障、母线隔离开关在操作时绝缘子损坏以及运行人员的误操作等也是引发母线故障的原因。
仿真设置：F2 故障类型：三相短路和对地故障 接地电阻：0.001 母线发生区外故障时仿真波形如下所示：
1.支路电流波形（EM1、EM2、EM3和EM4）
图3.3.1 支路电流波形（依次是EM1、EM2、EM3和EM4）
2.电流有效值波形（大差动差流有效值波形、母线I段小差动差流有效值波形和母线Ⅱ段小差动差流有效值波形）
图3.3.2 大差动差流有效值波形
图3.3.3 母线I段小差动差流有效值波形
图3.3.4 母线Ⅱ段小差动差流有效值波形
3.大差差动元件和小差差动元件动作情况
图5 大差差动元件动作信号
图6 母线I段小差差动元件动作信号
图7 母线Ⅱ段小差差动元件动作信号
上图中大差差动元件和I、Ⅱ母小差差动元件动作在0.02s时均未动作，判定为发生区外故障。
其他的故障类型按论文进行相应的设置即可复现，在此不再多余的赘述。
总结
（1）利用MATLAB/SIMULINK搭建了多种母线接线形式下的区内、区外故障模型，实现母线故障的仿真实验。
（2）利用MATLAB/SIMULINK搭建了输电线路上设置短路故障，实现母线故障的仿真实验。
1 其中复现的电力电子仿真模型如下：
2 研究目的
电流差动保护因原理简单、可靠性高、动作速度快而广泛应用于变压器、线路和母线等元件主保护，是保障电网安全、稳定运行的最重要保护之一。但是它在应用中存在两个问题：一是电磁式电流互感器饱和容易引起保护误动；另一个是输电线分布电容电流使线路两端的电流不再满足基尔霍夫电流定律，会造成保护误动，尤其在超高压长距离输电线上问题将更加突出，会严重影响电网的安全、稳定运行。所需要完成的技术指标如下：
（1）搭建双母线结构一次系统仿真模型，在输电线路上设置短路故障；
（2）模拟母线发生区内、区外故障，得到母线故障仿真波形；
（3）母线故障仿真波形包括支路电流波形、电流有效值波形、以及大差差动元I件和小差差动元件动作情况。
由此需要完成的研究内容有：利用MATLAB软件中的Simulink搭建：双母线结构一次系统仿真模型、搭建母线完全电流差动保护仿真模型，设置参数调试运行，对仿真结果进行分析，证明所建模型和仿真的正确性。
2.1双母线结构一次系统仿真模型
本文选用双母线结构模型进行仿真研究，可以模拟母线区内、区外和死区发生三相短路、两相短路、两相短路接地、单相接地的故障情况，在SIMULINK中搭建的一次系统仿真模型如图4.5所示。参考论文【孟凡成。 母线继电保护动作行为仿真分析系统［D］。湖南大学，2013.】
2.2母线完全电流差动保护仿真模型
母线完全电流差动保护主要由启动元件、大差差动元件、I母小差差动元件、II母小差差动元件、TA饱和识别元件、TA断线检测等部分组成。图4.6是母线保护仿真模型图，图中启动元件由QDxinhao子系统构成，TA饱和元件由TA saturation子系统构成，大差差动元件由dachachadong子系统构成，I母和Ⅱ母小差差动元件由xiaochachadong子系统构成。设置系统仿真时间为0-0.2s，仿真算法选用ode23t，系统参数并可根据需要修改。
其中，各个部分的作用及说明。母线完全电流差动保护原理是利用大差差流元件来区分母线区内和区外故障，然后利用小差差流元件来判断故障发生在哪条母线。当母线区外故障时，所有支路电流全部流向故障支路，故障电流幅值非常大，很容易引起TA饱和，造成保护误动。本论文根据饱和电流波形的畸变特性，应用对称评估窗识别法识别TA饱和。
其他部分的仿真与模型搭建可参考【孟凡成。 母线继电保护动作行为仿真分析系统［D］。湖南大学，2013.】，或者咨询博主qq1366196286.
3 仿真分析与对比
3.1 母线区内故障
仿真结果分析：图4.13是母线在发生区内故障时的仿真波形，图中大差差动元件和I母小差差动元件动作在0.02s时动作，判定为I母发生区内故障。图4.14是母线发生区外故障时的仿真波形，整个过程大差差动元件和两端小差差动元件均不动作。图4.15是母线发生母线死区故障时的仿真波形，母线在母联断路器和母联开关之间发生三相短路，大差差动电流元件和IⅡ母小差差动元件0.02s，判定IⅡ母发生区内故障，在0.04s时跳开IⅡ母上连接的支路和母联断路器，由于母线故障于死区，母联断路器跳开后母联TA仍有电流存在，说明母线故障尚未切除，经过一段短延时，在0.06s时再跳开I母上的所有支路。
仿真设置：F1 故障类型：三相短路 接地电阻：0.001s 母线发生区内故障时仿真波形如下所示：
1.支路电流波形（EM1、EM2、EM3和EM4）
图3.2.1 支路电流波形（依次是EM1、EM2、EM3和EM4）
2.电流有效值波形（大差动差流有效值波形、母线I段小差动差流有效值波形和母线Ⅱ段小差动差流有效值波形）
图3.2.2 大差动差流有效值波形
图3.2.3 母线I段小差动差流有效值波形
图3.2.4 母线Ⅱ段小差动差流有效值波形
3.大差差动元件和小差差动元件动作情况
图3.2.5 大差差动元件动作信号
图3.2.6 母线I段小差差动元件动作信号
图3.2.7 母线Ⅱ段小差差动元件动作信号
上图中大差差动元件和I母小差差动元件动作在0.02s时均动作，判定为I母发生区内故障。
3.2母线区外故障
在发电厂和变电所中的母线是电能集中和分配的重要环节，它的安全运行对不间断供电具有极其重要的意义。由于母线不像发电机那样有旋转设备，而是静止不动的，母线的横截面积非常大，电阻接近于零，所以母线运行时发热很小。又因为母线常铺设于变电站内，站内环境好、污染低，又有良好的避雷措施和安全警示，不像输电线路那样铺设于露天环境翻山越岭，工作环境恶劣，所以母线本身发生短路的几率非常低。虽然对母线进行着严格的监视和维护，但它仍有可能发生故障，运行经验表明，大多数母线故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，多相短路故障所占的比例很小，随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。此外，母线绝缘子及断路器套管闪络、电压互感器或装于母线与断路器之间的电流互感器故障、母线隔离开关在操作时绝缘子损坏以及运行人员的误操作等也是引发母线故障的原因。
仿真设置：F2 故障类型：三相短路和对地故障 接地电阻：0.001 母线发生区外故障时仿真波形如下所示：
1.支路电流波形（EM1、EM2、EM3和EM4）
图3.3.1 支路电流波形（依次是EM1、EM2、EM3和EM4）
2.电流有效值波形（大差动差流有效值波形、母线I段小差动差流有效值波形和母线Ⅱ段小差动差流有效值波形）
图3.3.2 大差动差流有效值波形
图3.3.3 母线I段小差动差流有效值波形
图3.3.4 母线Ⅱ段小差动差流有效值波形
3.大差差动元件和小差差动元件动作情况
图5 大差差动元件动作信号
图6 母线I段小差差动元件动作信号
图7 母线Ⅱ段小差差动元件动作信号
上图中大差差动元件和I、Ⅱ母小差差动元件动作在0.02s时均未动作，判定为发生区外故障。
其他的故障类型按论文进行相应的设置即可复现，在此不再多余的赘述。
总结
（1）利用MATLAB/SIMULINK搭建了多种母线接线形式下的区内、区外故障模型，实现母线故障的仿真实验。
（2）利用MATLAB/SIMULINK搭建了输电线路上设置短路故障，实现母线故障的仿真实验。
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