基于某MATLAB地三相的短路仿真與分析報告(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 研究生課程論文（20142015學(xué)年第1學(xué)期）論文題目基于MATLAB的三相短路仿真與分析姓名： 學(xué)號： 年級： 專業(yè)：電氣工程 學(xué)院： 電氣學(xué)院 注意事項：1、 以上各項由研究生本人認(rèn)真填寫；2、 研究生課程論文應(yīng)符合一般學(xué)術(shù)規(guī)范，具有一定學(xué)術(shù)價值，嚴(yán)禁抄襲或應(yīng)付；凡學(xué)校檢查或抽查不合格者，一律取消該門課程成績和學(xué)分，并按有關(guān)規(guī)定追究相關(guān)人員責(zé)任；3、 論文得分由批閱人填寫，并簽字確認(rèn)；批閱人應(yīng)根據(jù)作業(yè)質(zhì)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(cè)裝訂；5、 課程論文由學(xué)生所在學(xué)院（系）統(tǒng)一保存，

2、以備查用。課程名稱：電力系統(tǒng)運行與控制 課程類型：專業(yè)課 授課教師： 學(xué) 時： 36 學(xué) 分： 2.0 論文得分批閱人簽字批閱意見：目錄專心-專注-專業(yè)摘要短路問題是電力技術(shù)方面的基本問題之一。在發(fā)電廠、變電站以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行工作中，都必須要事先進(jìn)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(wěn)定度和動穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體、確定限制短路電流的措施、在電力系統(tǒng)中合理地配置各種繼電保護(hù)并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。為此，掌握短路發(fā)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(tǒng)模型并仿真了其三相短路故障，通過該軟件對故障發(fā)生

3、后所得數(shù)據(jù)波形的分析，從而說明了MATLAB 在電力系統(tǒng)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(tǒng)研究具有重要的實際意義。關(guān)鍵詞：MATLAB；電力系統(tǒng)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(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（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)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(shè)備材料老化，設(shè)計、制造、安裝、維護(hù)不良等造成的設(shè)備缺陷發(fā)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(fēng)災(zāi)引起架空線斷線和導(dǎo)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(shè)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(fēng)箏跨接在載流裸導(dǎo)體

8、上等。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)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(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都不是對稱短路。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各類類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴(yán)重，應(yīng)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?xì)w結(jié)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(tài)仿真環(huán)境，主要用于數(shù)值計算及可視化圖形處理，其優(yōu)越的開發(fā)性、數(shù)據(jù)仿真分析高效的優(yōu)

9、點越來越成為從事電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究的重要仿真工具。作為一款優(yōu)秀的綜合性應(yīng)用軟件，利用其提供的Simulink集成環(huán)境，可以方便地對電力系統(tǒng)進(jìn)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(jù)相應(yīng)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(jù)其主要應(yīng)用領(lǐng)域和實現(xiàn)功能進(jìn)行了分類化管理，給用戶查找使用提供了便利。模塊庫的數(shù)量取決于用戶安裝，在電力系統(tǒng)仿真中，標(biāo)準(zhǔn)Simulink 模塊庫和電力系統(tǒng)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(jié)構(gòu)及應(yīng)用。第一章 供電系統(tǒng)仿真模型建立1.1 無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短

10、路的暫態(tài)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(tǒng)，短路發(fā)生前系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。假設(shè)a相電流為（用下標(biāo)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(shè)時刻，f點發(fā)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(jù)對稱關(guān)系可以得到a、b、c、相短路全電流的表達(dá)式式中，為短路電流的穩(wěn)態(tài)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(shè)備和載流導(dǎo)體在短路電流下的受力是否超過容許值，即所謂的動穩(wěn)定度。由此可得沖擊電流的計算式為式

11、中， 稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值對于短路電流周期性分量幅值的倍數(shù)； 為時間常數(shù)。短路電流的最大有效值 是以最大瞬時值發(fā)生的時刻（即發(fā)生短路經(jīng)歷約半個周期）為中心的短路電流有效值。在發(fā)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(guān)電器等設(shè)備切斷短路電流的能力。1.2 無窮大功率電源供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建假設(shè)無窮大功率電源供電系統(tǒng)如圖1-2所示，在0.02s時刻變壓器低壓母線發(fā)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(tǒng)線路參數(shù)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(lián)結(jié)；并設(shè)供電點電

12、壓為。其對應(yīng)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(tǒng)的Simulink仿真圖在圖1-3中，電源采用“Three-phase source”模型，其參數(shù)設(shè)置如圖1-4所示。圖1-4 電源模塊的參數(shù)設(shè)置變壓器T采用“Three-phase transformer（Two Windings）”模型。根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，計算折算到110KV側(cè)的參數(shù)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(shù)采用標(biāo)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(biāo)幺值以額定功率和一次、二

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

14、的作用，其參數(shù)設(shè)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(shù)采用三相線路故障模塊“Three-Phase Fault”來設(shè)置，如圖1-8所示。圖1-8 三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置第二章 仿真結(jié)果及分析2.1 理論計算過程得到以上的電力系統(tǒng)參數(shù)后，可以首先計算出在變壓器低壓母線發(fā)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(shù)為則短路沖擊電流為2.2 仿真結(jié)果通過模型菜單窗口中的“SimulinkConfiguration Parameters”命令打開設(shè)置仿真參數(shù)的對話框，選擇可變步長的ode23t算法，仿真起始時間設(shè)置為0

15、，終止時間設(shè)置為0.2s，其他參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。在三相線路故障模塊中設(shè)置在0.02s時刻變壓器低壓母線發(fā)生三相短路故障。運行仿真，可得變壓器低壓側(cè)的三相短路電流波形如圖2-1所示。圖2-1 變壓器低壓側(cè)三相短路電流波形圖為了得到仿真結(jié)果的準(zhǔn)確數(shù)值，可將仿真圖中示波器模塊的“Data history”欄設(shè)置為如圖2-2所示方式。圖2-2 示波器模塊的“Data history”欄設(shè)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(shù)據(jù)（B、C相數(shù)據(jù)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(jié)果比較根據(jù)實例及給定數(shù)據(jù)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(zhǔn)確量。而我們根據(jù)數(shù)據(jù)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?jīng)_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(yīng)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(zhǔn)確性。結(jié)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(tǒng)中的應(yīng)用，對初學(xué)者需要利用Simulink 和工具箱的基礎(chǔ)上進(jìn)