電力系統仿真結課論文設計

1、電力系統仿真論文一、實驗目的：分析短路故障對電力系統的影響。1.1 短路的概念：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(fā)生系統通路的情況。電力系統在運行中， 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）時流過的電流。 其值可遠遠大于額定電流， 并取決于短路點距電源的 電氣距離。例如， 在發(fā)電機端發(fā)生短路時， 流過發(fā)電機的短路電流最大瞬時值可 達額定電流的 1015 倍。大容量電力系統中，短路電流可達數萬安。這會對電 力系統的正常運行造成嚴重影響和后果 1 。1.2 短路的影響：供電網絡中發(fā)生短路時 , 很大的短路電流

2、會使電器設備過熱或受電動力作用 而遭到損壞 , 同時使網絡的電壓大大降低 , 因而破壞了網絡用電設備的正常工作 . 為了消除或減輕短路的后果 , 就需要計算短路電流 , 以正確地選擇電器設備、 設計 繼電保護和選用限制短路電流的元件。1.3 故障類型：三相系統中發(fā)生的短路有 4 種基本類型：三相短路，兩相 短路，單相對地短路和兩相對地短路。 其中，除三相短路時， 三相回路依舊對稱， 因而又稱對稱短路外，其余三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網絡中， 以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的 90 。在中性點非直接接地的電 力網絡中，短路故障主要是各種相間短路。為了保證電力系統運行的功能和質

3、量， 在設計、分析和研究時必須保證系統 的靜態(tài)和動態(tài)特性。 現代電力系統是一個超高壓、 大容量和跨區(qū)域的巨大的聯合 系統，電力系統事故具有突發(fā)性強、 維持時間短、 復雜程度高、 破壞力大的特點，因而使得事后對故障原因分析、 查找變得尤其困難。 由于在實際系統上進行試驗 和研究比較困難， 因此借助各種電力系統動態(tài)仿真軟件電力系統的設計和研究已 成為有效途徑之一、仿真模型：2.1 電力系統模型2.2 電力系統模型的建立與分析： 電力系統仿真主要是對短路類型中的三相短路、 兩相短路和單相接地短路的 電流、機端電壓波形進行分析。利用 Matlab 軟件中的電力系統模塊庫 (PSB)，建 立了模型， 它

4、對電力系統設備的設計和選用有一定的參考價值。 同時電壓電流波 形可以直觀的了解，便于建立系統的觀念。2.3 仿真模型：題目要求：發(fā)電機 G：50MW、13.8kV ，保持恒定， Y 連接；變壓器 T-1： 13.8/220kv ；線路 L：100km，負荷 LD：5MVA。系統仿真模型如下：三、模型描述： 四、模塊參數計算及設計： 各元件參數設置如下：(1) 發(fā)電機參數設置發(fā)電機額定容量為 50MVA額, 定電壓為 13.8KV，額定頻率為 60Hz， Yg連接， 其它采用默認值。(2) 三相變壓器參數設置額定頻率為 60Hz，一次側電壓 13.8KV，二次側電壓 220KV。其他采用默認 值

5、。(3) 三相輸電線參數設置線路長 100Km。(4) 負荷參數設置 額定容量為 50MVA。（5）故障模塊參數設置短路故障是用三相故障元件來模擬的， 故障時間段可通過 Transition Times 來設置，設置為 0.01 0.05 秒。其余的短路故障模型可以通過修改三相故障模 塊的參數設置來實現，將在以下仿真過程中進行設置。a）三相交流電源 G（b）三相測量元件c）三相雙繞組變壓器 T-1d）線路 Le）三相故障模塊f ）負荷 LD五、仿真參數選擇及設計：六、仿真結果：正常運行時發(fā)電機輸出端電壓波形正常運行時發(fā)電機輸出端電流波形分析：電力系統未發(fā)生短路故障時，發(fā)電機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 , 故障時間為 0.01 0.05 秒 ; 在萬用表元件中選擇 A 相、B 相和 C 相電流作為測量電氣量 , 激活仿真按鈕。 （此處以 A相接地短路為例）A相接地短路故障點三相電流：A 相接地短路故障點三相電壓 ：分析： 當 A相發(fā)生接地短路時故障點 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升高，這是中性點電位升高導致的故障點各相電壓分析 : 當輸電線路發(fā)生 A

7、 相接地短路時 ,B 相、C 相電壓沒有變化。在正常 狀態(tài)時，三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài) ,A 相電壓也不變 ,不為 0. 在 0. 01s 時,三相短路故障發(fā)生器閉合 ,此時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,三相短路故障發(fā)生器打開 ,故障排除,此時故障點 A 相電壓迅速恢復。故障點各相電流：分析：當輸電線路發(fā)生 A 相接地短路時 ,B 相、C 相電流沒有變化 , 始終為 0。 在正常狀態(tài)時，三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài) ,A 相電流為 0. 在 0. 01s 時, 三相短路故障發(fā)生器閉合 ,此時 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,三相短路故障發(fā)生器打開 ,故障排 除, 此時故障點 A 相電流迅速變?yōu)?0。發(fā)生單相接地短路故障時發(fā)電機端電壓波形：發(fā)生單相接地短路故障時發(fā)電機端電流波形：分析: 當 0.01 秒時發(fā)生單相接地短路 ,發(fā)電機端故障相電壓下降 , 而兩個非故障相電壓未發(fā)生變化 ,發(fā)電機段故障相電流未發(fā)生變化 , 而兩個故障相電流開 始變化,振幅增大.0.05 秒時,故障解除 ,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復到原來 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 , 故

9、障時間為 0.01 0.05秒; 在萬用表元件中選擇 A 相、 B 相和C 相電流作為測量電氣量 , 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兩相短路故障點三相電流：AB兩相短路故障點三相電壓：分析：在 A、B 兩相發(fā)生短路故障時，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 ,短路故障 點電流中沒有零序分量 , 而正序分量與負序分量大小相等但方向相反 .故障點各相電壓：分析:（ 選故障點 A 相觀察） 在穩(wěn)態(tài)時，故障點 A相電壓由于三相電路短路故 障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電壓為正弦變化。

10、 在 0.01s 時，三相電路短路故障 發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生 A、B 兩相短路，故障點 A相電壓發(fā)生變化，突變?yōu)?0V。在 0.05s 時，三相電路短路故障發(fā)生器斷開，相當于排除故障。此時故障點 A相電壓波動恢復正弦波形。故障點 B相與 A相近似 .（ 選故障點 C相觀察 ）故障點 C相: 在穩(wěn)態(tài)時，故障點 C相電壓由于三相電路 短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電壓為正弦變化幅值約為5000V。在 0.01s時，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(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。故障點各相電流：分析：（選取故障點 A 相觀察）在穩(wěn)態(tài)時，故障點 A 相電流由于三相電路短 路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流幅值為 0A。在 0.01s 時，三相電路短路 故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生 A、B兩相短路，故障點 A 相電流發(fā)生變化，由 于閉合時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，三相電路短路故障發(fā)生器斷開， 相當于排除了故障。 此時故障點 A 相電流迅 速上升為 0A。（ 選取故障點 B相觀察 ） ：在穩(wěn)態(tài)時，故障點 B相電流由于三相電路短路故障 發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流為 0A。在 0.01s 時，三相電路

12、短路故障發(fā)生器 閉合，此時電路發(fā)生 A、B 兩相短路，故障點 B 相電流幅值發(fā)生變化，由于閉合 時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， 三相電路短路故障發(fā)生器斷開， 相當于排除故障。 此時故障點 B 相電流迅速下降 為 0A。（ 選取故障點 C相觀察）: 在 A、B 發(fā)生兩相短路時，故障點 C相電流沒有 變化，始終為 0A。同時也符合理論計算如式 2-14 可知 I&fb 0 。發(fā)生兩相短路故障時發(fā)電機端電壓：發(fā)生兩相短路故障時發(fā)電機端電流：分析 :當 0.01 秒時發(fā)生兩相短路 ,發(fā)電機端故障點兩相電壓幅值下降 ,而非故障相電壓幅值增 大一點 ,但并不

13、多 ,發(fā)電機段故障點兩相電流幅值增大,而非故障相電流幅值變化更大 .0.05 秒時 ,故障解除 ,發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢復到原來的幅值.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; 在萬用表元件中選擇 A 相、B 相和C 相電流作為測量電氣量 , 激活仿真 按鈕 . （以 AB兩相接地故障為例）：AB兩相接地故障點三相電流：AB兩相接地故障點三相電壓故障點各相電壓：分析：在 A 相、B 相發(fā)生接地短路時 ,C 相電壓沒有變化 , 但不為 0. 對于故 障相 A 相和故障相 B 相電壓:在穩(wěn)態(tài)時,故障點 A 相、B 相

14、電壓由于三相短路故 障發(fā)生器處于斷開狀態(tài) , 因而電壓不為 0. 在 0. 01s 時 , 三相短路故障發(fā)生器閉 合,此時電路發(fā)生 A 相、B 相接地短路,故障點 A 相和 B相電壓變化 ,變?yōu)?0. 在 0. 05s 時,三相短路故障發(fā)生器打開 ,相當于排除故障 ,此時故障點 A 相、B 相 電壓有迅速恢復 .故障點各相電流：分析：在 A 相、B 相發(fā)生接地短路時 ,C 相電流沒有變化 , 始終為 0. 對于故 障相 A 相和故障相 B 相電流:在穩(wěn)態(tài)時,故障點 A 相、B 相電流由于三相短路故 障發(fā)生器處于斷開狀態(tài) , 因而電流為 0. 在0. 01s 時, 三相短路故障發(fā)生器閉合 ,此時

15、電路發(fā)生 A 相、B 相接地短路 , 故障點 A 相電流波形下移 , 故障點 B 相電流 波形上升 , 呈正弦規(guī)律變化 . 在 0. 04s 時, 三相短路故障發(fā)生器打開 , 相當于排 除故障 , 此時故障點 A 相、B 相電流變化為 0.發(fā)生兩相接地短路故障時發(fā)電機端電流：分析: 當 0.01 秒時發(fā)生兩相接地短路 , 發(fā)電機端故障點兩相電壓幅值下降發(fā)生兩相接地短路故障時發(fā)電機端電壓：而非故障相電壓幅值增大一點 , 但并不多 , 發(fā)電機段故障點兩相電流幅值增大 , 而 非故障相電流幅值變化更大 .0.05 秒時, 故障解除 , 發(fā)生變化的電壓和電流迅速恢 復到原來的幅值 . 但是比較兩相短路

16、不接地的情況 , 干擾更強一點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個都選中 ; 在萬用表元 件中選擇A 相、B 相和C 相電流作為測量電氣量 . 激活仿真按鈕。三相短路故障點三相電流：三相短路故障點三相電壓：故障點各相電壓：分析：在穩(wěn)態(tài)時 ,故障相各相電壓由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài) , 因而電壓不為 0. 在0. 01s 時, 三相短路故障發(fā)生器閉合 , 此時電路發(fā)生三相短 路,故障點各相電壓發(fā)生變化 ,故障點各相電壓都降為 0. 在0. 05s 時,三相短路 故障發(fā)生器打開 , 相當于排除故障 , 此時故障點各相電壓迅速恢復 . 故障點各

17、相電流：分析：在穩(wěn)態(tài)時 ,故障相各相電流由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài) , 因而電流為 0. 在0. 01s 時, 三相短路故障發(fā)生器閉合 , 此時電路發(fā)生三相短路 , 故障點各相電流發(fā)生變化 , 由于閉合時有初始輸入量和初始狀態(tài)量 ,因而故障點 各相電流波形上升或者下降 . 在0. 05s 時, 三相短路故障發(fā)生器打開 ,相當于排 除故障, 此時故障點各相電流迅速下降為 0.發(fā)生三相短路故障時發(fā)電機端電壓：發(fā)生三相短路故障時發(fā)電機端電流：分析:當 0.01 秒時發(fā)生三相短路 , 發(fā)電機端故障點三相相電壓幅值下降 ,發(fā) 電機端故障點三相電流幅值增大 .0.05 秒時,故障解除 ,發(fā)生變化的電壓和電流迅 速恢復到原來的幅值 .七、仿真結果分析：八、結論：在所給的電力系統中