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1、 某某大学某某大学 电力系统建模及仿真课程设计电力系统建模及仿真课程设计 总结报告总结报告 题题 目目：基于基于 MATLABMATLAB 的电力系统短路故障仿真于分析的电力系统短路故障仿真于分析 姓姓 名名 学学 号号 院院 系系 班班 级级 指导教师指导教师 - 1 - 摘要摘要：本次课程设计是结合电力系统分析的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断 故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析 量。运用 Matlab 电力系统仿真程序 SimPowerSystems 工具箱构建设计要求所给 的电力系统模型
2、，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理 论分析结果相符，说明用 Matlab 对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对 故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault curr
3、ent must be zero sequence component exists, and zero- sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab
4、 power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve
5、the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 2 - 目录目录 一、引言一、引言- - 3 3 - - 1 1、故障概述、故障概述- - 3 3 - - 2 2、故障类型、故障类型- - 3 3 - - 二、电力系统模型二、电力系统模型- - 4 4 - - 三、电力系统仿真模型的建立与分析三、电力系统仿真模型的建立与分析- - 4 4 - - 3.13.1 电力系统仿真模型电力系统仿真模型 - - 5 5 - - 3.23.2 仿真参数设置仿真参数设置 -
6、- 6 6 - - 3.33.3 仿真结果分析仿真结果分析 - - 8 8 - - 3.3.13.3.1 正常运行分析正常运行分析 - - 8 8 - - 3.3.23.3.2 单相接地短路故障分析单相接地短路故障分析 - - 9 9 - - 3.3.33.3.3 两相短路故障分析两相短路故障分析 - - 1212 - - 3.3.43.3.4 两相接地短路故障分析两相接地短路故障分析 - - 1515 - - 3.3.53.3.5 三相短路故障分析三相短路故障分析 - - 1818 - - 四、结论四、结论- - 2121 - - 五、参考文献五、参考文献- - 2121 - - 六、心得体
7、会六、心得体会- - 2222 - - - 3 - 一、引言一、引言 1 1、故障概述、故障概述 短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或 相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。 电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连 接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电 源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬 时值可达额定电流的 1015 倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这 会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。 1 供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或
8、受电动力作用 而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常 工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、 设计继电保护和选用限制短路电流的元件。 2 2、故障类型、故障类型 三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地 短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对 称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对 地的短路故障最多，约占全部故障的90。在中性点非直接接地的电力网络中， 短路故障主要是各种相间短路。 为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须
9、保证系 统的静态和动态特性。现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大的 联合系统，电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大 的特点，因而使得事后对故障原因分析、查找变得尤其困难。由于在实际系统 上进行试验和研究比较困难，因此借助各种电力系统动态仿真软件电力系统的 设计和研究已成为有效途径之一。 - 4 - Matlab 在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(Power System Blockset 简称 PSB)来完成。Power System Block 是由 TEQSIM 公司和 魁北克水电站开发的。PSB 是在 Simulink 环境下使用的模块,采
10、用变步长积分 法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和 开关发生时刻。PSB 程序库涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电 工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。通过 PSB 可以迅速建立模型，并立 即仿真。PSB 程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与 Simulink 程序 之间连接作用。PSB 程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的 Simulink 程 序块，通过 PSB 可以迅速建立模型，并立即仿真。 二、电力系统模型二、电力系统模型 电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种 电压等级的输电线路 、动力系统、电力系
11、统和电力网简单示意如图 三、电力系统仿真模型的建立与分析三、电力系统仿真模型的建立与分析 电力系统仿真主要是对短路类型中的三相短路、两相短路和单相接地短路 的电流、机端电压波形进行分析。利用Matlab软件中的电力系统模块库(PSB)， 建立了模型，它对电力系统设备的设计和选用有一定的参考价值。同时电压电 - 5 - 流波形可以直观的了解，便于建立系统的观念。 3.13.1 电力系统仿真模型电力系统仿真模型 题目要求：发电机 G：50MW、13.8kV，保持恒定，Y 连接；变压器 T- 1：13.8/220kv；线路 L：100km，负荷 LD：5MVA 。 系统仿真模型如下： 3.23.2
12、仿真参数设置仿真参数设置 各元件参数设置如下： - 6 - (1) 发电机参数设置 发电机额定容量为 50MVA,额定电压为 13.8KV，额定频率为 60Hz，Yg 连接， 其它采用默认值。 (2) 三相变压器参数设置 额定频率为 60Hz，一次侧电压 13.8KV，二次侧电压 220KV。其他采用默认 值。 (3) 三相输电线参数设置 线路长 100Km。 (4) 负荷参数设置 额定容量为 50MVA。 (5) 故障模块参数设置 短路故障是用三相故障元件来模拟的，故障时间段可通过 Transition Times 来设置，设置为 0.010.05 秒。其余的短路故障模型可以通过修改三相 故
13、障模块的参数设置来实现，将在以下仿真过程中进行设置。 （a）三相交流电源 G （b）三相测量元件 - 7 - （c）三相双绕组变压器 T-1 （d）线路 L （e）三相故障模块 （f）负荷 LD - 8 - 3.33.3 仿真结果分析仿真结果分析 3.3.13.3.1 正常运行分析正常运行分析 正常运行时发电机输出端电压波形正常运行时发电机输出端电压波形 正常运行时发电机输出端电流波形正常运行时发电机输出端电流波形 分析分析：电力系统未发生短路故障时，发电机端的电压和电流均成正弦变化， 三相交流电源的三相电压和电流之间相位不同，而幅值的大小是相同的。 - 9 - 3.3.23.3.2 单相接地
14、短路故障分析单相接地短路故障分析 将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A 相故障,并选择故障 相接地选项,故障时间为0.010.05秒;在万用表元件中选择A 相、B 相和C 相 电流作为测量电气量, 激活仿真按钮。（此处以（此处以A A相接地短路为例）相接地短路为例） A A 相接地短路故障点三相电流：相接地短路故障点三相电流： A A 相接地短路故障点三相电压相接地短路故障点三相电压： 分析：分析：当 A 相发生接地短路时故障点 A 相电压降为零，、非故障相即 BC 两相电压上升为线电压，其夹角为 60。故障切除后各相电压水平较原来升高， 这是中性点电位升高导致的。 - 10 -
15、故障点各相电压故障点各相电压： 分析分析: : 当输电线路发生 A 相接地短路时,B 相、C 相电压没有变化。在正 常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态,A 相电压也不变,不为 0. 在 0. 01s 时,三相短路故障发生器闭合,此时 A 相接地短路,其短路电压波形发生了 剧烈的变化,电压降为 0.在 0. 05s 时,三相短路故障发生器打开,故障排除,此 时故障点 A 相电压迅速恢复。 故障点各相电流：故障点各相电流： 分析：分析：当输电线路发生 A 相接地短路时,B 相、C 相电流没有变化,始终为 0。在正常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态,A 相电流为 0. 在 0. 01s
16、时,三相短路故障发生器闭合,此时 A 相接地短路,其短路电流波形发生了 剧烈的变化,但大体上仍呈正弦规律变化.在 0. 05s 时,三相短路故障发生器打 开,故障排除,此时故障点 A 相电流迅速变为 0。 - 11 - 发生单相接地短路故障时发电机端电压波形：发生单相接地短路故障时发电机端电压波形： 发生单相接地短路故障时发电机端电流波形：发生单相接地短路故障时发电机端电流波形： 分析分析:当 0.01 秒时发生单相接地短路,发电机端故障相电压下降,而两个非 故障相电压未发生变化,发电机段故障相电流未发生变化,而两个故障相电流开 始变化,振幅增大.0.05 秒时,故障解除,发生变化的电压和电流迅速恢复到原来 的幅值. - 12 - 3.3.33.3.3 两相短路故障分析两相短路故障分析 将三相电路短路故障发生器中的“故
