電力系統(tǒng)仿真結(jié)課論文設(shè)計(jì)

1、電力系統(tǒng)仿真論文一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模悍治龆搪饭收蠈?duì)電力系統(tǒng)的影響。1.1 短路的概念：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 。1.2 短路的影響：供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí) , 很大的短路電流

2、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)的電壓大大降低 , 因而破壞了網(wǎng)絡(luò)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)和選用限制短路電流的元件。1.3 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)

3、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、仿真模型：2.1 電力系統(tǒng)模型2.2 電力系統(tǒng)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

4、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)電壓電流波 形可以直觀的了解，便于建立系統(tǒng)的觀念。2.3 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：三、模型描述： 四、模塊參數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì)： 各元件參數(shù)設(shè)置如下：(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

5、。(3) 三相輸電線參數(shù)設(shè)置線路長(zhǎng) 100Km。(4) 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 0.01 0.05 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c）三相雙繞組變壓器 T-1d）線路 Le）三相故障模塊f ）負(fù)荷 LD五、仿真參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)：六、仿真結(jié)果：正常運(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

6、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。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 0.01 0.05 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 A相接地短路為例）A相接地短路故障點(diǎn)三相電流：A 相接地短路故障點(diǎn)三相電壓 ：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)致的故障點(diǎn)各相電壓分析 : 當(dāng)輸電線路發(fā)生 A

7、 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.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：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

8、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。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)端電流波形：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.3.3.3 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

9、障時(shí)間為 0.01 0.05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。即發(fā)生 A相和 B相兩相短路故障。（以 AB 兩相短路為例）AB兩相短路故障點(diǎn)三相電流：AB兩相短路故障點(diǎn)三相電壓：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 .故障點(diǎn)各相電壓：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)，因而電壓為正弦變化。

10、 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 壓波形僅在兩相短路期間波的

11、幅值變大，但是波形不變。故障點(diǎn)各相電流：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

12、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 I&fb 0 。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)端電流：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

13、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.3.3.4 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）：AB兩相接地故障點(diǎn)三相電流：AB兩相接地故障點(diǎn)三相電壓故障點(diǎn)各相電壓：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

14、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)?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) A 相、B 相 電壓有迅速恢復(fù) .故障點(diǎn)各相電流：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)

15、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)端電流：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)兩相電壓幅值下降發(fā)生兩相接地短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓：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

16、不接地的情況 , 干擾更強(qiáng)一點(diǎn)3.3.5 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)三相電壓：故障點(diǎn)各相電壓：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) . 故障點(diǎn)各

17、相電流：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)生三相短路 , 故障點(diǎn)各相電流發(fā)生變化 , 由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量 ,因而故障點(diǎn) 各相電流波形上升或者下降 . 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)各相電流迅速下降為 0.發(fā)生三相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓：發(fā)生三相短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)端電流：分析:當(dāng) 0.01 秒時(shí)發(fā)生三相短路 , 發(fā)電機(jī)端故障點(diǎn)三相相電壓幅值下降 ,發(fā) 電機(jī)端故障點(diǎn)三相電流幅值增大 .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 .七、仿真結(jié)果分析：八、結(jié)論：在所給的電力系統(tǒng)中