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1、12014 年 4 月 17 日基于 MATLAB/Simulink 电力系统短路故障分析与仿真摘 要： 本 文 介 绍 了 MATLAB 软 件 在 电 力 系 统 中 的 应 用 ， 以 及 利 用 动 态 仿 真 工 具Simulink 和 电 力 系 统 工 具 箱 PSD 进 行 仿 真 的 基 本 方 法 。 介 绍 了 Matlab Simulink的 基 本 特 点 及 应 用 Matlab 进 行 电 力 系 统 仿 真 分 析 的 基 本 方 法 和 步 骤 。 通 过 算 例 对 电 力系 统 短 路 故 障 进 行 分 析 计 算 。 然 后 运 用 Matlab Si
2、mulink 对 算 例 进 行 故 障 仿 真 ， 得出 仿 真 结 果 。 结 果 表 明 计 算 结 果 与 仿 真 结 果 差 别 不 大 ， 运 用 Matlab 对 电 力 系 统 短 路故 障 进 行 分 析 与 仿 真 ， 能 够 准 确 直 观 地 考 察 电 力 系 统 短 路 故 障 的 动 态 特 性 ， 验 证 了Matlab 在 电 力 系 统 仿 真 中 的 强 大 功 能 。关键词：短路故障；仿真；短路电流计算Abstract：T his paper introduces the applications of MATLAB in power system an
3、alysis, and the basic simulation method of taking use of Simulink and PSD. The Matlab/Simulink basic features and application of Matlab basic method and steps of the simulation of power system.First analysis and calculation of power system short-circuit fault, and then use Matlab/Simulink to power s
4、ystem short-circuit fault analysis and calculation of results with the results of Matlab simulation and analysis so as to arrive at conclusions.It shows that using Matlab power system short-circuit fault analysis and simulation can accurately and visually inspect the dynamic characteristics of power
5、 system short-circuit fault analysis and verified in power system simulation of Matlab.Keyword:Fault analysis;Simulation;Calculation of short-circuit current2目录绪论 .4设计目的 .4原始资料 .4设计内容和要求 .5总体设计 .6元 件 参 数 标 幺 值 计 算 及 等 值 电 路 .6基于 MATLAB/Simulink 的电力系统仿真模型的构建10模型仿真运行 . 20仿真模型的建立 .20仿 真 结 果 及 分 析 .21总结
6、 .24参考文献 .24附录 .253一 、 绪 论随 着 电 力 工 业 的 发 展 ， 电 力 系 统 规 划 、 运 行 和 控 制 的 复 杂 性 亦 日 益 增 加 ， 电 力 系 统 的 生产 和 研 究 中 仿 真 软 件 的 应 用 也 越 来 越 广 泛 。 现 在 ， 我 们 主 要 使 用 的 电 力 系 统 仿 真 软 件 有 ：EMTP 程 序 ， 用 于 电 力 系 统 电 磁 暂 态 计 算 ， 电 力 系 统 暂 态 过 电 压 分 析 ， 暂 态 保 护 装 置 的 综合 选 择 等 。 PSCAD EMTDC 程 序 ， 典 型 应 用 是 计 算 电 力
7、系 统 遭 受 扰 动 或 参 数 变 化 时 ， 参 数随 时 间 变 化 的 规 律 。 PSASP， 其 功 能 主 要 有 稳 态 分 析 、 故 障 分 析 和 机 电 暂 态 分 析 。 还 有 MathWorks 公 司 开 发 的 MATLAB 软 件 。 在 MATLAB 中 ， 电 力 系 统 模 型 可 以 在Simulink 环 境 下 直 接 搭 建 ， 也 可 以 进 行 封 装 和 自 定 义 模 块 库 ， 充 分 显 现 了 其 仿 真 平 台 的优 越 性 。 更 重 要 的 是 ， MATLAB 提 供 了 丰 富 的 工 具 箱 资 源 ， 以 及 大
8、量 的 实 用 模 块 ， 使 我们 可 以 更 加 深 入 地 研 究 电 力 系 统 的 行 为 特 性 。1.设计目的本课程设计是高校工科电气类相关专业的一门专业实践课。其目的是：1进一步提高收集资料、专业制图、综述撰写能力；2通过设计掌握基本专业理论、专业知识、工程计算方法、工程应用能力及基本设计能力；3培养理论设计与实际应用相结合的能力，开发独立思维和见解的能力；4培养独立分析和寻求并解决工程实际问题的工作能力； 5为毕业设计和实际工作打下坚实的基础。2.原始资料（二）：【学号尾数为双号的同学】取基值 S =120MV.A，V =V ，各发电机电压标幺值 E1=1.0，对于线路：BB
9、av=0.4 ， ，对于负载： ， ，所需变压器及线21xkm103x2.1x35.0x路参数如图 2 所示已给出。4G GGG GGGGGGGGG GMW201548.0cos736.2NdxkV10kV125km)62,705(8m)3,46(0 MWVAdYN162,k0MWVAdYN16, 3MW120k)60,(MW63485.0cos1.2Ndx8.0cos75163.2Ndx5018.cos42.0NdxMW.0cs5917.2Ndx35VAdYN102,kk35km)20,8(V35k10MW5AdYN,VAYN6341,k015.1%73.0ssIpAdYN,5.%896.0
10、ssIpk.70ssIp.%40ssIp.1%340ssVIp.%0ssVIkp8MW.761.)3(2)(0sssIkpk),2(图 1. 电力系统接线示意图3.设计内容及要求1. 手工计算系统模型中各元件的参数标幺值；2. 画出系统等值简化电路图（数学模型）；3. 利用 MATLAB/SimPowerSystems 工具箱，选择相关元件放置在合适的位置并按设计要求设置相关参数，然后连线构建成完整的系统不同短路故障仿真模型；4. 加入测量元件并设置不同节点不同类型的短路，有效设置好仿真参数后，选择合适的仿真步长算法，然后运行系统电路，获得短路电流仿真计算结果表（即对 12 个节点所有短路类型
11、的短路电流列表），记录并详细分析仿真结果；用 Matlab 中 Simulink 组 件 的 SimPowerSystems 工 具 箱 构 建 设 计 要 求 所 给 的 电 力 系 统 模 型 ，再 在 12 个 不 同 的 母 线 上 设 置 单 相 单 路 、 两 相 短 路 、 两 相 接 地 短 路 、 三 相 短 路 ， 然 后 分 别 运行 该 系 统 ， 通 过 测 量 元 件 获 得 各 个 母 线 不 同 短 路 类 型 的 短 路 电 流 。5. 利用 Matlab 所提供的工具，设计电力系统短路故障仿真 GUI 图形用户界面，通过组件的设置，回调函数的编写以及最后的运
12、行，把系统模型与图形界面联系起来，有利于故障类型的选择和波形的查看。（选择其中某 12 个节点设计其不同短路类型的 GUI 波形界面即可）56. 撰写课程设计说明书。注：上述 3、4 两步如直接通过 MATLAB 编写 m 程序并调试运行获得短路电流计算结果也可以。二 、 总 体 设 计1.元 件 参 数 标 幺 值 计 算 及 等 值 电 路 ：取基值 S =120MV.A，V =V ，各发电机电压标幺值 E1=1.0，对于线路： =0.4 ，BBav 21xkm，对于负载： ， ，所需变压器及线路参数如图 2 所示已给出。103x2.1x35.0G GGG GGGGGGGGG GMW20M
13、W1548.0cos736.2NdxkV10kV125km)62,705(8km)3,46(0 MWVAdYN162,k0MWVAdYN16, MW3MW120k)60,5(MW63485.0cos1.2Ndx8.0cos7516.32NdxMW50185.0cos4.2NdxMW58.0cos917.2Ndx35MVAdYN102,kk35km)20,58(V3kV10MW5AdYN2,VAdYN6341,k0MW15.10%73.ssIpAdYN,5.%896.10ssIpk5.07.ssIp.%40ssIkp.1%340ssVIWp5.1%0ssVIkpW80.7%6.1532.)31(2)(0sssVIkpk),2(46发电机电压标幺值：E1=1.0负载标幺值： ，2.1x35.0x变压器标幺值：YN,d11 1*16MWV.A: YN,d11 2*20MWV.A: YN，d11 4*63MWV.A:7YN,d11 2*16MWV
