基于matlab中性點(diǎn)接地仿真

1、沈陽工程學(xué)院Shenyang Institute of Engineering課程研究論文題目 基于matlab仿真的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析 系 部 研究生部 11專 業(yè) 電氣工程 11姓 名 尹柏睿 11學(xué) 號(hào) Y2016201208 112017 年 7 月 7 日基于matlab仿真的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析尹柏睿，高志強(qiáng)（沈陽工程學(xué)院 電力學(xué)院 遼寧 沈陽 110136）摘要：10kV配電網(wǎng)通常采用中性點(diǎn)不直接接地方式，其中性點(diǎn)不接地方式主要有三種，即中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，因其發(fā)生接地故障時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流小，又稱中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。文章針對(duì)不同

2、接地方式發(fā)生的單相接地故障，在MATLAB/SIMULINK環(huán)境中進(jìn)行了仿真。并對(duì)各種情況下線路中的電流電壓參數(shù)進(jìn)行比較分析。關(guān)鍵詞：雙饋異步電機(jī)，定子匝間短路，Park變換矢量法，MATLAB/SIMULINKFault Diagnosis of Stator Winding Inter-turn Circuit in DFIGBased on Park Transformation Vector MethodHU Yao-ning, GAO Zhi-qiang(Institute of Electric Power, Shenyang Institute of Engineering, S

3、henyang 110136,China)Abstract: With wind power technology matures, the proportion of wind power in the grid is gradually increasing. In wind power, the doubly-fed induction generault lies with the major axis of the ellipse phase related.Key words: Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), Stator Windin

4、g Inter-turn Short Circuit Fault, Park Transformation Vector Method, MATLAB/SIMULINK0 引言電網(wǎng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的分類方法有很多種，其中最常用的是按照接地短路時(shí)電流大小可分為小電流接地系統(tǒng)與大電流接地系統(tǒng)。電網(wǎng)中性點(diǎn)采用那種接地方式主要取決于供電可靠性和限制過電壓兩個(gè)因素。我國規(guī)定110kV及以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式，35kV及一下的配電網(wǎng)采用小電流接地方式。1 小電流接地系統(tǒng)單相故障特點(diǎn)對(duì)圖1所示的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相故障發(fā)生后，由于中性點(diǎn)N不接地，所以沒有形成短路電流通路，故障相與非故障相都

5、流過正常負(fù)荷電流，線電壓依然對(duì)稱分布，因此運(yùn)行帶故障運(yùn)行一段時(shí)間不予切除。期間可以進(jìn)行故障查找與消除，或者進(jìn)行倒負(fù)荷操作，因此不接地方式可以提供用戶供電可靠性，但是接地相電壓降低，非姐弟相電壓升高線電壓，將對(duì)電氣設(shè)備絕緣帶來不可逆損害容易引發(fā)兩相短路擴(kuò)大事故范圍?；谏显V單相接地故障發(fā)生后系統(tǒng)不能長(zhǎng)期運(yùn)行。實(shí)際上，對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，由于線路分布電容的存在，接地故障點(diǎn)和導(dǎo)線對(duì)地電容還是能夠形成電流通路的，從而有數(shù)值不大的電容性電流在大地與導(dǎo)線之間流通。一般情況下，這個(gè)容性電流在接地故障點(diǎn)將以電弧形式存在，電弧產(chǎn)生的高溫會(huì)嚴(yán)重威脅設(shè)備與人員安全，甚至引發(fā)火災(zāi)，不穩(wěn)定的電弧還會(huì)引起弧光過電壓，造

6、成非接地相絕緣擊穿進(jìn)而發(fā)展相間短路，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作斷路器跳閘圖1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的故障特點(diǎn)如下：1) 在發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。2) 在非故障相的元件上有零序電流，其值等于本身的對(duì)地電容電流，電容電流的實(shí)際方向?yàn)槟妇€流向線路。3) 在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之總和，數(shù)值一般較大，電容電流的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線。對(duì)于如圖2所示的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，正常情況下，接于中性點(diǎn)N與大地之間的消弧線圈不通過電流，消弧線圈不起作用；當(dāng)接地故障發(fā)生后，中性點(diǎn)將出現(xiàn)零序電壓，在這個(gè)電壓的作用下，將有感性電流流過消弧線圈，并注入發(fā)生

7、故障的電力系統(tǒng)中抵消在接地點(diǎn)流過的容性電流，消除或減輕接地電弧電流的危害。需要注意的是，經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后，接地點(diǎn)不再有 容性電弧電流或者只有很小一部分的電容性電流流過，但是接地故障沒有消除，非接地相電壓依然很高，不允許長(zhǎng)期運(yùn)行。圖2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)3 中性點(diǎn)系統(tǒng)仿真模型及計(jì)算3.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真分析利用simulink建立一個(gè)10kV中性點(diǎn)不接地的仿真模型如下圖3所示：圖3不接地仿真模型1) 在仿真模型中，三相電源“Three-phase source”模型，輸出電壓為10kV，內(nèi)部接線方式為Y形聯(lián)結(jié)。如圖4所示圖4 Three-phase source設(shè)置2) 對(duì)Three

8、-Phase V-I Measurement模塊，設(shè)置電壓卷標(biāo)為L(zhǎng)ine-Vabc，設(shè)置電流卷標(biāo)為L(zhǎng)ine-Iabc;3) 將Three-phase Fault模塊短路故障設(shè)置為0.0120.16，故障點(diǎn)選擇A相。4) 將Three-Phase Series RLC Laod模塊的電阻負(fù)載修改為阻感負(fù)載，其有功功率為100kW，無功功率1000var，聯(lián)結(jié)方式中性點(diǎn)浮地方式。5) Sequence Analyzer 模塊可以獲取故障線路中的零序分量的幅值與相位。6) 選擇Three-Phase PI Section Line模塊充當(dāng)傳輸線，其參數(shù)設(shè)置如圖5所示圖5Three-Phase PI

9、Section Line模塊設(shè)置5 仿真結(jié)果分析1) 圖6表示線路上的三相電壓波形V-abc1表示A相電壓，V-abc2表示B相電壓，V-abc3表示C相電壓。當(dāng)A相發(fā)生接地故障時(shí)，A相電壓在接近0V左右 ，B，C兩相電壓升高3倍圖6 故障線路A、B、C三相電壓波形2) 將傳輸線輸入端的三相電壓V-abc相相加，即可得到中性點(diǎn)的電壓V-n，圖形7所示：圖7中性點(diǎn)電壓V-abc波形1) 中性點(diǎn)電流波形圖如圖8所示。故障電流I_n_F如圖9所示圖8 中性點(diǎn)電流I_n波形圖9 故障電流I_n_F波形圖11 A相短路程度0.04的軌跡Fig. 11 A-phase short track level

10、of 0.04圖12 B相短路程度0.04時(shí)的軌跡Fig. 12 B-phase short track level of 0.04圖13 C相短路0.04時(shí)Park矢量軌跡Fig. 13 C-phase short track level of 0.04由上圖可知：電機(jī)正常工作時(shí)，Park變換矢量的加重，軌跡的橢圓程度也愈厲害；由圖11-13可知：其橢圓軌跡長(zhǎng)軸的方向和故障所在相有關(guān)。能夠有效的判斷電機(jī)的故障程度及位置。5 總結(jié)本文通過對(duì)雙饋異步電機(jī)定子匝間短路故障的分析，推導(dǎo)出了該電機(jī)定子匝間短路的數(shù)學(xué)模型，故障的嚴(yán)重程度，橢圓程度越大，故障程度越為嚴(yán)重，并且根據(jù)橢圓長(zhǎng)軸的方向可以判斷出定

11、子的哪一項(xiàng)發(fā)生故障。參考文獻(xiàn)1 張國新風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)及電能質(zhì)量控制策略J.電力自動(dòng)化設(shè)備，2009，29(6)：130-132.2 王宏勝，章瑋，胡家兵，等電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組控制策略J電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，2010，34(4)：97-1013 胡家兵雙饋異步電機(jī)系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越（不間斷）運(yùn)行研究基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)D杭州：浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，2009：9-194 丁數(shù)業(yè)，孫兆瓊，姜楠，等大功率雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部流變特性數(shù)值仿真J電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2011，15（4）：28-345 林鶴云，郭玉靜，孫蓓蓓，等海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)綜述J東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2011，（4）：882-8886 錢雅云，馬宏忠雙饋異步電機(jī)故障診斷方法綜述J大電機(jī)技術(shù)，2011，（5）：5-87 馬宏忠，張志艷，張志新，等雙饋異步發(fā)電機(jī)定子匝間短路故障診斷研究J電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2011，15（11）：50-538.任永峰，安中全，等雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組柔性并網(wǎng)運(yùn)行與控制M機(jī)械工業(yè)出版社，2011，7：26-339. Nejjari H，Benbouzid M E HMonitoring and Diagnosis of Induction Motor