1、精選優質文檔-傾情為你奉上 研究生課程論文（20142015學年第1學期）論文題目基于MATLAB的三相短路仿真與分析姓名： 學號： 年級： 專業：電氣工程 學院： 電氣學院 注意事項：1、 以上各項由研究生本人認真填寫；2、 研究生課程論文應符合一般學術規范，具有一定學術價值，嚴禁抄襲或應付；凡學校檢查或抽查不合格者，一律取消該門課程成績和學分，并按有關規定追究相關人員責任；3、 論文得分由批閱人填寫，并簽字確認；批閱人應根據作業質量客觀、公正的簽寫批閱意見（原則上不少于50字）；4、 原則上要求所有課程論文均須用A4紙打印，加裝本封面，左側裝訂；5、 課程論文由學生所在學院（系）統一保存，

2、以備查用。課程名稱：電力系統運行與控制 課程類型：專業課 授課教師： 學 時： 36 學 分： 2.0 論文得分批閱人簽字批閱意見：目錄專心-專注-專業摘要短路問題是電力技術方面的基本問題之一。在發電廠、變電站以及整個電力系統的設計和運行工作中，都必須要事先進行短路計算和仿真，以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩定度和動穩定度的電氣設備及載流導體、確定限制短路電流的措施、在電力系統中合理地配置各種繼電保護并整定其參數等的重要依據。為此，掌握短路發生以后的物理過程以及對短路過程的仿真計算方法是非常必要的。該文借助MATLAB 功能搭建了電力系統模型并仿真了其三相短路故障，通過該軟件對故障發生

3、后所得數據波形的分析，從而說明了MATLAB 在電力系統研究方面是一個有力的輔助工具，掌握其使用方法對電力系統研究具有重要的實際意義。關鍵詞：MATLAB；電力系統仿真；三相短路故障AbstractShort circuit is one of the basic problems of power technology. In the design and operation of power plants, substations and the entire power system, must be short-circuit calculations and simulations

4、in advance, as a reasonable choice of electrical wiring, the choice has sufficient thermal stability and dynamic stability of the electrical equipment and carrier conductor, identified measures to limit short-circuit current in the power system protection and rational allocation of various important

5、 basis for setting its parameters and the like. For this reason, after a short circuit to master physical processes as well as short-circuit the process simulation method is necessary.In this paper,with the aid of MATLAB function to build the electric power system model and simulationof the three ph

6、ase short circuit fault,through the software of fault happened after the analysis of thedata waveform,thus illustrates the MATLAB in the study of power system is a powerful auxiliary tool,to masterthe use of electric power systems research has important practical significance。Key words: MATLAB;power

7、 system simulation;bolted three- phase fault緒論短路是電力系統的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地的系統）發生通路的情況。引起短路的原因有很多，主要有如下幾個方面：（1）元件損壞，例如設備材料老化，設計、制造、安裝、維護不良等造成的設備缺陷發展成為短路；（2）氣象條件影響，例如雷擊過后造成的閃爍，由于風災引起架空線斷線和導線覆冰引起電線桿倒塌等；（3）人為破壞，例如工作人員帶拉閘，檢修線路或設備時未排除接地線合閘供電，運行人員的誤操作，偷電線和美國的、時使用的。（4）其他原因，挖溝損傷電纜，鳥獸風箏跨接在載流裸導體

8、上等。在三相系統中，可能發生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。三相短路也稱為對稱短路，系統各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態。其他類型的短路都不是對稱短路。電力系統的運行經驗表明，在各類類型的短路中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發生，但情況較嚴重，應給以足夠的重視。況且，從短路計算方法來看，一切不對稱短路的計算，在采用對稱分量法后，都歸結為對稱短路的計算。因此，對三相短路的研究是有其重要意義的。MATLAB 因為繪圖功能強大和計算能力強，配以友好的動態仿真環境，主要用于數值計算及可視化圖形處理，其優越的開發性、數據仿真分析高效的優

9、點越來越成為從事電力網絡系統學習和研究的重要仿真工具。作為一款優秀的綜合性應用軟件，利用其提供的Simulink集成環境，可以方便地對電力系統進行模型的搭建和仿真。Simulink 提供了充足的子模塊庫，我們可以根據相應模型搭建的需要，從各個子模塊庫中選用合適的模塊。Simulink 中提供了各種基本模塊，它們根據其主要應用領域和實現功能進行了分類化管理，給用戶查找使用提供了便利。模塊庫的數量取決于用戶安裝，在電力系統仿真中，標準Simulink 模塊庫和電力系統模塊庫是必不可少的。本文將通過三相短路實例具體講解其模塊結構及應用。第一章 供電系統仿真模型建立1.1 無窮大功率電源供電系統三相短

10、路的暫態過程如圖1-1所示為以無窮大功率電源供電的三相對稱系統，短路發生前系統處于穩定運行狀態。假設a相電流為（用下標0表示短路前（）的量）圖1-1 無窮大功率電源供電的三相電路突然短路式中，。假設時刻，f點發生三相短路故障。此時電路被分成兩個獨立回路。由無限大電源供電的三相電路，其阻抗由原來的突然減小為。由于短路后的電路仍然是三相對稱的，依據對稱關系可以得到a、b、c、相短路全電流的表達式式中，為短路電流的穩態分量的幅值。短路電流最大可能的瞬時值稱為短路電流沖擊值，以 表示。沖擊電流主要用于檢驗電氣設備和載流導體在短路電流下的受力是否超過容許值，即所謂的動穩定度。由此可得沖擊電流的計算式為式

11、中， 稱為沖擊系數，即沖擊電流值對于短路電流周期性分量幅值的倍數； 為時間常數。短路電流的最大有效值 是以最大瞬時值發生的時刻（即發生短路經歷約半個周期）為中心的短路電流有效值。在發生最大沖擊電流的情況下，有短路電流的最大有效值主要用于檢驗開關電器等設備切斷短路電流的能力。1.2 無窮大功率電源供電系統仿真模型構建假設無窮大功率電源供電系統如圖1-2所示，在0.02s時刻變壓器低壓母線發生三相短路故障，仿真其短路電流周期分量幅值和沖擊電流的大小。圖1-2 無窮大功率電源供電系統線路參數為 ，；變壓器的額定容量，短路電壓，短路損耗 ，空載損耗，空載電流，變比，高低壓繞組均為Y形聯結；并設供電點電

12、壓為。其對應的Simulink仿真模型如圖1-3所示。圖1-3 無窮大功率電源供電系統的Simulink仿真圖在圖1-3中，電源采用“Three-phase source”模型，其參數設置如圖1-4所示。圖1-4 電源模塊的參數設置變壓器T采用“Three-phase transformer（Two Windings）”模型。根據給定的數據，計算折算到110KV側的參數如下：變壓器的電阻為變壓器的電抗為則變壓器的漏感：變壓器的勵磁電阻為變壓器的勵磁電抗為變壓器的勵磁電感為如果變壓器模塊的參數采用標幺值，則在Simulink的三相變壓器模型中，一次、二次繞組漏感和電阻的標幺值以額定功率和一次、二

13、次側各自的額定線電壓為基準值，勵磁電阻和勵磁電感以額定功率和一次側額定線電壓為基準值（注意與單相變壓器的區別）。則一次側的基準值為二次側的基準值為因此，一次繞組漏感和電阻的標幺值為, 同理，則變壓器模塊的參數設置如圖1-5所示。圖1-5 采用標幺值時變壓器模塊的參數設輸電線路L采用“Three-phase Series RLC Branch”模型。根據給定的參數計算可得輸電線路的參數設置如圖1-6所示。圖1-6 輸電線路模塊的參數設置三相電壓電流測量模塊“Three-PhaseV-I Measurement”將在變壓器低壓側測量到電壓、電流信號轉變成Simulink信號，相當于電壓、電流互感器

14、的作用，其參數設置如圖1-7所示。圖1-7 三相電壓電流測量模塊仿真時，故障點的故障類型等參數采用三相線路故障模塊“Three-Phase Fault”來設置，如圖1-8所示。圖1-8 三相線路故障模塊參數設置第二章 仿真結果及分析2.1 理論計算過程得到以上的電力系統參數后，可以首先計算出在變壓器低壓母線發生三相短路故障時短路電流周期分量幅值和沖擊電流的大小。短路電流周期分量的幅值為時間常數為則短路沖擊電流為2.2 仿真結果通過模型菜單窗口中的“SimulinkConfiguration Parameters”命令打開設置仿真參數的對話框，選擇可變步長的ode23t算法，仿真起始時間設置為0

15、，終止時間設置為0.2s，其他參數采用默認設置。在三相線路故障模塊中設置在0.02s時刻變壓器低壓母線發生三相短路故障。運行仿真，可得變壓器低壓側的三相短路電流波形如圖2-1所示。圖2-1 變壓器低壓側三相短路電流波形圖為了得到仿真結果的準確數值，可將仿真圖中示波器模塊的“Data history”欄設置為如圖2-2所示方式。圖2-2 示波器模塊的“Data history”欄設置方式這樣就可以在MATLAB的命令窗口中輸入以下命令來顯示A相電流的數據（B、C相數據與此類似）。>>ScopeData.Signals.values（：，1）可見，短路電流周期分量的幅值為10.64KA

16、，沖擊電流為17.39KA，與理論值相比有點差別。2.3 仿真結果比較根據實例及給定數據推算所得，上述的沖擊電流大小和電流周期分量幅值分別為17.3kA 和10.63kA，這是理論上計算的準確量。而我們根據數據搭建模型仿真后，可以通過示波器中所得到的沖擊電流，即圖2-1 中的最高瞬時電流處的電流值，得到沖擊電流值為17.39kA， 而短路電流周期分量值為10.64kA。所以，通過模型得到的沖擊電流值以及短路電流周期分量值分別和其對應的理論值間的誤差為0.17%和0.47%，這充分說明了Simulink 所搭模型的準確性。結束語本文通過對三相短路故障的仿真,介紹了MATLAB軟件并熟悉了其在電力系統中的應用，對初學者需要利用Simulink 和工具箱的基礎上進