1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 某某大學(xué)某某大學(xué)電力系統(tǒng)建模及仿真課程設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)建模及仿真課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告總結(jié)報(bào)告 題題 目目：基于基于 MATLABMATLAB 的電力系統(tǒng)短路故障仿真于分析的電力系統(tǒng)短路故障仿真于分析姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 院院 系系 班班 級(jí)級(jí) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘要摘要：本次課程設(shè)計(jì)是結(jié)合電力系統(tǒng)分析的理論教學(xué)進(jìn)行的一個(gè)實(shí)踐課程。電力系統(tǒng)短路故障，故障電流中必定有零序分量存在，零序分量可以用來(lái)判斷故障的類型，故障的地點(diǎn)等，零序分量作為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的一個(gè)重要分析量。運(yùn)用 Matlab 電力系統(tǒng)仿真程序 SimPo

2、werSystems 工具箱構(gòu)建設(shè)計(jì)要求所給的電力系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)電力系統(tǒng)多中故障進(jìn)行仿真，仿真波形與理論分析結(jié)果相符，說(shuō)明用 Matlab 對(duì)電力系統(tǒng)故障分析的有效性。實(shí)際中無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)可達(dá)到效果。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystemsAbstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circ

3、uit fault, the fault current 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 s

4、ystem model using Matlab 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

5、 simulation can achieve the desired effect.Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄目錄精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一、引言一、引言1 1、故障概述、故障概述短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)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(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生系統(tǒng)通路的情況。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)流過(guò)的電流。其值可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流，并取決于短路點(diǎn)距

6、電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的 1015 倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)數(shù)萬(wàn)安。這會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果。1供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí),很大的短路電流會(huì)使電器設(shè)備過(guò)熱或受電動(dòng)力作用而遭到損壞,同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低,因而破壞了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用電設(shè)備的正常工作.為了消除或減輕短路的后果,就需要計(jì)算短路電流,以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用的元件。2 2、故障類型、故障類型三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有 4 種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對(duì)稱，因而又稱對(duì)稱短路外，其余

7、三類均屬不對(duì)稱短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對(duì)地的短路故障最多，約占全部故障的90。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的功能和質(zhì)量，在設(shè)計(jì)、分析和研究時(shí)必須保證系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)超高壓、大容量和跨區(qū)域的巨大的聯(lián)合系統(tǒng)，電力系統(tǒng)事故具有突發(fā)性強(qiáng)、維持時(shí)間短、復(fù)雜程度高、破壞力大的特點(diǎn)，因而使得事后對(duì)故障原因分析、查找變得尤其困難。由于在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)和研究比較困難，因此借助各種電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究已成為有效途徑之一。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)Matlab 在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用

8、主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(Power System Blockset 簡(jiǎn)稱 PSB)來(lái)完成。Power System Block 是由 TEQSIM 公司和魁北克水電站開(kāi)發(fā)的。PSB 是在 Simulink 環(huán)境下使用的模塊,采用變步長(zhǎng)積分法,可以對(duì)非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行精確的仿真，并精確地檢測(cè)出斷點(diǎn)和開(kāi)關(guān)發(fā)生時(shí)刻。PSB 程序庫(kù)涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)仿真模型。通過(guò) PSB 可以迅速建立模型，并立即仿真。PSB 程序塊程序庫(kù)中的測(cè)量程序和控制源起到電信號(hào)與 Simulink 程序之間連接作用。PSB 程序庫(kù)含有代表電力網(wǎng)絡(luò)中一般部件和設(shè)備的

9、 Simulink 程序塊，通過(guò) PSB 可以迅速建立模型，并立即仿真。二、電力系統(tǒng)模型二、電力系統(tǒng)模型電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng),它包括升降壓變壓器和各種電壓等級(jí)的輸電線路 、動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)簡(jiǎn)單示意如圖三、電力系統(tǒng)仿真模型的建立與分析三、電力系統(tǒng)仿真模型的建立與分析電力系統(tǒng)仿真主要是對(duì)短路類型中的三相短路、兩相短路和單相接地短路的電流、機(jī)端電壓波形進(jìn)行分析。利用Matlab軟件中的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)(PSB)，建立了模型，它對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用有一定的參考價(jià)值。同時(shí)電壓電精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)流波形可以直觀的了解，便于建立系統(tǒng)的觀念。3.13.

10、1 電力系統(tǒng)仿真模型電力系統(tǒng)仿真模型題目要求：發(fā)電機(jī) G：50MW、13.8kV，保持恒定，Y 連接；變壓器 T-1：13.8/220kv；線路 L：100km，負(fù)荷 LD：5MVA 。系統(tǒng)仿真模型如下：3.23.2 仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置各元件參數(shù)設(shè)置如下：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)(1) 發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)置發(fā)電機(jī)額定容量為 50MVA,額定電壓為 13.8KV，額定頻率為 60Hz，Yg 連接，其它采用默認(rèn)值。(2) 三相變壓器參數(shù)設(shè)置額定頻率為 60Hz，一次側(cè)電壓 13.8KV，二次側(cè)電壓 220KV。其他采用默認(rèn)值。(3) 三相輸電線參數(shù)設(shè)置線路長(zhǎng) 100Km。(4)

11、負(fù)荷參數(shù)設(shè)置額定容量為 50MVA。(5) 故障模塊參數(shù)設(shè)置短路故障是用三相故障元件來(lái)模擬的，故障時(shí)間段可通過(guò) Transition Times 來(lái)設(shè)置，設(shè)置為 0.010.05 秒。其余的短路故障模型可以通過(guò)修改三相故障模塊的參數(shù)設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，將在以下仿真過(guò)程中進(jìn)行設(shè)置。（a）三相交流電源 G （b）三相測(cè)量元件精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) （c）三相雙繞組變壓器 T-1 （d）線路 L （e）三相故障模塊 （f）負(fù)荷 LD精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.33.3 仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果分析3.3.13.3.1 正常運(yùn)行分析正常運(yùn)行分析正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電壓波形正

12、常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電壓波形正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電流波形正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電流波形分析分析：電力系統(tǒng)未發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)端的電壓和電流均成正弦變化，三相交流電源的三相電壓和電流之間相位不同，而幅值的大小是相同的。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.3.23.3.2 單相接地短路故障分析單相接地短路故障分析將三相電路短路故障發(fā)生器中的“故障相選擇”選擇A 相故障,并選擇故障相接地選項(xiàng),故障時(shí)間為0.010.05秒;在萬(wàn)用表元件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測(cè)量電氣量, 激活仿真按鈕。（此處以（此處以A A相接地短路為例）相接地短路為例）A A 相接地短路故障點(diǎn)三相電流：

13、相接地短路故障點(diǎn)三相電流：A A 相接地短路故障點(diǎn)三相電壓相接地短路故障點(diǎn)三相電壓：分析：分析：當(dāng) A 相發(fā)生接地短路時(shí)故障點(diǎn) A 相電壓降為零，、非故障相即 BC兩相電壓上升為線電壓，其夾角為 60。故障切除后各相電壓水平較原來(lái)升高，這是中性點(diǎn)電位升高導(dǎo)致的。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)故障點(diǎn)各相電壓故障點(diǎn)各相電壓：分析分析: : 當(dāng)輸電線路發(fā)生 A 相接地短路時(shí),B 相、C 相電壓沒(méi)有變化。在正常狀態(tài)時(shí)，三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài),A 相電壓也不變,不為 0. 在 0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí) A 相接地短路,其短路電壓波形發(fā)生了劇烈的變化,電壓降為 0

14、.在 0. 05s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開(kāi),故障排除,此時(shí)故障點(diǎn) A 相電壓迅速恢復(fù)。故障點(diǎn)各相電流：故障點(diǎn)各相電流：分析：分析：當(dāng)輸電線路發(fā)生 A 相接地短路時(shí),B 相、C 相電流沒(méi)有變化,始終為0。在正常狀態(tài)時(shí)，三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài),A 相電流為 0. 在 0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí) A 相接地短路,其短路電流波形發(fā)生了劇烈的變化,但大體上仍呈正弦規(guī)律變化.在 0. 05s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開(kāi),故障排除,此時(shí)故障點(diǎn) A 相電流迅速變?yōu)?0。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓波形：發(fā)生單相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)

15、端電壓波形：發(fā)生單相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流波形：發(fā)生單相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流波形：分析分析:當(dāng) 0.01 秒時(shí)發(fā)生單相接地短路,發(fā)電機(jī)端故障相電壓下降,而兩個(gè)非故障相電壓未發(fā)生變化,發(fā)電機(jī)段故障相電流未發(fā)生變化,而兩個(gè)故障相電流開(kāi)始變化,振幅增大.0.05 秒時(shí),故障解除,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復(fù)到原來(lái)的幅值.精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.3.33.3.3 兩相短路故障分析兩相短路故障分析將三相電路短路故障發(fā)生器中的“故障相選擇”選擇A 相和B相故障,并選擇故障相接地選項(xiàng),故障時(shí)間為0.010.05秒;在萬(wàn)用表元件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測(cè)量電氣量,

16、激活仿真按鈕。即發(fā)生A相和B相兩相短路故障。（以（以ABAB兩相短路為例）兩相短路為例）ABAB 兩相短路故障點(diǎn)三相電流：兩相短路故障點(diǎn)三相電流：ABAB 兩相短路故障點(diǎn)三相電壓：兩相短路故障點(diǎn)三相電壓：分析分析：在 A、B 兩相發(fā)生短路故障時(shí)，非故障相 C 相電壓波形幅值增大。A相和 B 相電壓降為 0V。C 相未發(fā)生故障,其短路電流為零.兩相短路時(shí),短路故障點(diǎn)電流中沒(méi)有零序分量,而正序分量與負(fù)序分量大小相等但方向相反.精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)故障點(diǎn)各相電壓：故障點(diǎn)各相電壓：分析分析:(選故障點(diǎn) A 相觀察)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn) A 相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)

17、，因而電壓為正弦變化。在 0.01s 時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生 A、B 兩相短路，故障點(diǎn) A 相電壓發(fā)生變化，突變?yōu)?0V。在 0.05s 時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)故障點(diǎn) A 相電壓波動(dòng)恢復(fù)正弦波形。故障點(diǎn) B 相與 A 相近似.(選故障點(diǎn) C 相觀察)故障點(diǎn) C 相: 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn) C 相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電壓為正弦變化幅值約為 5000V。在0.01s 時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生 A、B 兩相短路， C 相電壓發(fā)生變化，突變?yōu)?6000V。由圖形可以得出以下結(jié)論：由于 C 相為非故障相，其電

18、壓波形僅在兩相短路期間波的幅值變大，但是波形不變。故障點(diǎn)各相電流：故障點(diǎn)各相電流：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)分析：分析：（選取故障點(diǎn) A 相觀察）在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn) A 相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電流幅值為 0A。在 0.01s 時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生 A、B 兩相短路，故障點(diǎn) A 相電流發(fā)生變化，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而波形下移，呈正弦波形變化。在0.05s 時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除了故障。此時(shí)故障點(diǎn) A相電流迅速上升為 0A。(選取故障點(diǎn) B 相觀察)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn) B 相電流由于三相電路短路

19、故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電流為 0A。在 0.01s 時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生 A、B 兩相短路，故障點(diǎn) B 相電流幅值發(fā)生變化，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而波形上移，呈正弦波形變化。在 0.05s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)故障點(diǎn) B 相電流迅速下降為 0A。 (選取故障點(diǎn) C 相觀察): 在 A、B 發(fā)生兩相短路時(shí)，故障點(diǎn) C 相電流沒(méi)有變化，始終為 0A。同時(shí)也符合理論計(jì)算如式 2-14 可知。0fbI發(fā)生兩相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓：發(fā)生兩相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)發(fā)生兩相短路故障時(shí)發(fā)電

20、機(jī)端電流：發(fā)生兩相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流：分析分析: :當(dāng) 0.01 秒時(shí)發(fā)生兩相短路,發(fā)電機(jī)端故障點(diǎn)兩相電壓幅值下降,而非故障相電壓幅值增大一點(diǎn),但并不多,發(fā)電機(jī)段故障點(diǎn)兩相電流幅值增大,而非故障相電流幅值變化更大.0.05 秒時(shí),故障解除,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復(fù)到原來(lái)的幅值.3.3.43.3.4 兩相接地短路故障分析兩相接地短路故障分析將三相短路故障發(fā)生器中“故障相選擇”的A相和B 相選中,并選擇故障相接地選項(xiàng);在萬(wàn)用表元件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測(cè)量電氣量, 激活仿真按鈕. （以AB兩相接地故障為例）：ABAB 兩相接地故障點(diǎn)三相電流：兩相接地故障點(diǎn)三相電流：精選優(yōu)質(zhì)文

21、檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)ABAB 兩相接地故障點(diǎn)三相電壓兩相接地故障點(diǎn)三相電壓：故障點(diǎn)各相電壓：故障點(diǎn)各相電壓：分析：分析：在 A 相、B 相發(fā)生接地短路時(shí),C 相電壓沒(méi)有變化,但不為 0. 對(duì)于故障相 A 相和故障相 B 相電壓:在穩(wěn)態(tài)時(shí),故障點(diǎn) A 相、B 相電壓由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài),因而電壓不為 0. 在 0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生 A 相、B 相接地短路,故障點(diǎn) A 相和 B 相電壓變化,變?yōu)?. 在 0. 05s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn) A 相、B 相電壓有迅速恢復(fù).精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注

22、-專業(yè)故障點(diǎn)各相電流：故障點(diǎn)各相電流：分析：分析：在 A 相、B 相發(fā)生接地短路時(shí),C 相電流沒(méi)有變化,始終為 0. 對(duì)于故障相 A 相和故障相 B 相電流:在穩(wěn)態(tài)時(shí),故障點(diǎn) A 相、B 相電流由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài),因而電流為 0. 在 0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生 A 相、B 相接地短路,故障點(diǎn) A 相電流波形下移,故障點(diǎn) B 相電流波形上升,呈正弦規(guī)律變化. 在 0. 04s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn) A 相、B 相電流變化為 0.發(fā)生兩相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓：發(fā)生兩相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情

23、為你奉上專心-專注-專業(yè)發(fā)生兩相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流：發(fā)生兩相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流：分析分析:當(dāng) 0.01 秒時(shí)發(fā)生兩相接地短路,發(fā)電機(jī)端故障點(diǎn)兩相電壓幅值下降,而非故障相電壓幅值增大一點(diǎn),但并不多,發(fā)電機(jī)段故障點(diǎn)兩相電流幅值增大,而非故障相電流幅值變化更大.0.05 秒時(shí),故障解除,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復(fù)到原來(lái)的幅值.但是比較兩相短路不接地的情況,干擾更強(qiáng)一點(diǎn)3.3.53.3.5 三相短路故障分析三相短路故障分析將三相短路故障發(fā)生器中“故障相選擇”的三相故障3個(gè)都選中;在萬(wàn)用表元件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測(cè)量電氣量. 激活仿真按鈕。三相短路故障點(diǎn)三相電流：三相短路故障點(diǎn)三相電流：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)三相短路故障點(diǎn)三相電壓：三相短路故障點(diǎn)三相電壓：故障點(diǎn)各相電壓：故障點(diǎn)各相電壓：分析分析：在穩(wěn)態(tài)時(shí),故障相各相電壓由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài),因而電壓不為0. 在0. 01s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生三相短路,故障點(diǎn)各相電壓發(fā)生變化,故障點(diǎn)各相電壓都降為0. 在0. 05s 時(shí),三相短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn)各相電壓迅速恢復(fù).精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)故障點(diǎn)各相電流：故障點(diǎn)各相電流：分析分析：在穩(wěn)態(tài)時(shí),故障相各相電流由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài),因