ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА MATLAB SIMULINK ДЛЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

APPLICATION OF THE MATLAB SIMULINK SOFTWARE PRODUCT FOR SIMULATION modeling OF RELAY PROTECTION

Kuznetsov Sergey Andreevich

Master's student, Industrial University of Tyumen,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается программный продукт Matlab Simulink для реализации имитационной модели релейной защиты. Описано назначение релейной защиты, необходимость построения ее цифровой модели. Выполнен обзор программы Matlab Simulink, определены ее главные преимущества и возможности, сформирована методика проектирования имитационной модели релейной защиты. Приведен пример готовой модели релейной защиты синхронного двигателя.

ABSTRACT

The article discusses the Matlab Simulink software product for implementing a simulated relay protection model. The purpose of relay protection and the need to build its digital model are described. The Matlab Simulink program has been reviewed, its main advantages and capabilities have been identified, and a design methodology for a simulated relay protection model has been developed. An example of a ready-made relay protection model for a synchronous motor is given.

Ключевые слова: программный продукт; имитационное моделирование; релейная защита.

Keywords: software product; simulation modeling; relay protection.

Введение

Релейная защита служит для автоматического обнаружения, отключения и минимизации последствий коротких замыканий (КЗ) и ненормальных режимов работы участков сети и электроустановок. Применение имитационного моделирования в построении и настройке релейной защиты дает ряд преимуществ, таких как:

- тестирование защит при различных режимах работы без риска повреждения электрооборудования;

- прогнозирование поведения защит при переходных процессах;

- точечная визуализация параметров сети и электрооборудования с целью изучения;

- экономия времени и ресурсов.

Matlab Simulink – это программный продукт, служащий для построения, анализа и симуляции динамических систем.

Обзор программного продукта

В основе Matlab Simulink лежит блочная структура проектирования, которая позволяет быстрее изучать функционал программы и уже готовые модели. В арсенал программного продукта входят крупные специализированные библиотеки, которые включают в себя блок-схемы. Основной библиотекой для проектирования силовой части электрической цепи является Electrical, которая подразделяется на Specialized Power System, Switches & Breakers, Passive и пр. Для проектирования цепи релейной защиты применяется библиотека HDL Coder.

На рис. 1 представлены элементы подраздела Electrical Machines библиотеки Electrical.

1. Элементы подраздела Electrical Machines библиотеки Electrical

Одной из ключевых особенностей Matlab Simulink является работа в реальном времени, что дает возможность тестировать модели на физических аппаратах, тем самым анализируя ее работу с учетом динамики системы в реальных условиях. Это позволяет проверить корректность цифровой модели релейной защиты в различных аварийных режимах работы.

Также к главному преимуществу программного пакета Matlab Simulink относится его синергия со средой вычисления и внутренним языком программирования, что позволяет вести все расчеты параметров, функций электрических сетей и электрооборудования без применения сторонних программ.

Построение графиков и осциллограмм в Matlab Simulink в основном осуществляется через блок Scope, который обладает широким диапазоном инструментов для изучения полученных функций, позволяет оформить графики, добавив наименования, легенды, примечания, изменив цвет и толщину линий, и в дальнейшем отправить на печать, либо сохранить в различных форматах.

Методика проектирования имитационной модели релейной защиты и анализ результатов

Первоначальным этап при проектировании цифровой модели релейной защиты в Matlab Simulink является расчет параметров и функций электрической цепи и электрооборудования, а также определение уставок срабатывания защит с помощью встроенной среды вычислений. Далее из блок-схем собираются силовая часть модели и схема релейной защиты, вносятся ранее полученные данные, выбирается решатель (ode23tb, odeN и пр.), время симуляции, время введения режима короткого замыкания и других аварийных режимов работы.

На рис. 2 изображен пример готовой имитационной модели релейной защиты синхронного двигателя.

Рисунок 2. Имитационная модель релейной защиты синхронного двигателя

Заключительным этапом является анализ работы защиты посредством рассмотрения полученных графиков и осциллограмм. В случае некорректной работы защит, определяются влияющие на это факторы, корректируются уставки с учетом полученных данных.

Заключение

Таким образом, программный комплекс Matlab Simulink позволяет расширить потенциал исследований за счет:

- наличия обширных встроенных библиотек с блок-схемами;

- возможности работы в реальном времени;

- возможности тестирования на аппаратных средствах;

- интеграции со средой вычисления и языком программирования.

Список литературы:

1. Кудинов Ю. И. Теория автоматического управления (с использованием МATLAB SIMULINK) : учебное пособие для вузов / Ю. И. Кудинов, Ф. Ф. Пащенко. — 5-е изд., стер. СПб.: Лань, 2026. – 308 с.
2. Лазарев Ю. Ф. Моделирование процессов и систем в MATLAB : учебный курс – СПб.: БХВ – Петербург, 2015. – 521 с.
3. Терехин В. Б. Компьютерное моделирование систем электропривода постоянного и переменного тока в Simulink : учебное пособие для вузов / В. Б. Терехин, Ю. Н. Дементьев. – М.: Юрайт, 2024. – 306 с.
4. Терёхин В. Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1) : учебное пособие – Томск : ТПУ, 2012. – 320 с.
5. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB. SimPowerSystems и Simulink – М.: ДМК Пресс, 2007. – 288 с.