動態(tài)電力系統(tǒng)大作業(yè)

1、動態(tài)電力系統(tǒng)大作業(yè)題目：基于Matlab的電力系統(tǒng)故障分析與仿真院系：自動化專業(yè)：電力電子及其電力傳動學(xué)號：114110000915姓名：黃歡指導(dǎo)老師：張俊芳完成日期：2015.1.15目錄1 .摘要3.2 .電力系統(tǒng)短路故障的基本知識.32.1 短路故障的概述3.2。2短路故障類型和概率42。3短路故障分析與診斷技術(shù)4.3 .仿真軟件簡介5.3.1 Matlab的簡介53.2 Simulink模塊簡介64。對稱分量法在短路分析（不對稱）中的應(yīng)用.64。1不對稱三相量的分解64.2 對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用84.3 簡單不對稱短路的分類與計算（解析法）94。3。1單相接地短路104。

2、3。2兩相接地短路11五.算例分析145.1 故障分析實例1145.2 故障分析實例1195。3附加代碼28六總結(jié)33參考文獻(xiàn)331。摘要隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的原因，和大量非線性元件的應(yīng)用等，在電力系統(tǒng)的運行過程中，時常會發(fā)生故障，如短路故障、斷線故障等。短路故障最為常見，短路問題也成為電力技術(shù)方面的基本問題.短路故障的原因主要有絕緣材料的自然老化、設(shè)備本身的缺陷，雷電、避雷針故障等氣象條件，架空線路遇大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等，如運行人員帶負(fù)荷拉刀閘或挖溝損傷電纜等違規(guī)操作。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，都必須事先進(jìn)行短路分析與計算，以此作為合

3、理選擇電氣接線、確定限制短路電流措施等的重要依據(jù)。故計算和分析短路時各參量（各相電流、電壓等）的瞬時波形非常必要。對于短路故障的分析常采用基于對稱分量法的基本理論，對稱分量法采取的具體方法之一是解析法，即把該網(wǎng)絡(luò)分解為正，負(fù)，零序三個對稱序網(wǎng)，這三組對稱序分量可分別按對稱的三相電路分解。還可以編寫計算機程序，通過計算機形成三個序網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣，然后利用高斯消去法通過相應(yīng)公式對他們進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，即可求得故障端點的等值阻抗。最后根據(jù)故障類型選取相關(guān)公式計算故障處各序電流，電壓，進(jìn)而合成三相電流電壓。在工程實際中，短路計算可根據(jù)熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的要求，作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，為選擇可靠而精確的電

4、氣主接線方案提供依據(jù)，還可以為繼電保護(hù)和整定計算提供依據(jù)，對鄰近的通信系統(tǒng)是否產(chǎn)生干擾提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；故障分析；對稱分量；計算2 .電力系統(tǒng)短路故障的基本知識2.1 短路故障的概述在電力系統(tǒng)運行過程中，時常發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障。所謂短路：是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。依照短路發(fā)生的地點和持續(xù)時間，電網(wǎng)容量等不同，短路故障對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響不同，可造成用戶的供電情況部分地或全部地發(fā)生故障，用電負(fù)荷和發(fā)電出力減少，電網(wǎng)電壓的大幅度下降，可能導(dǎo)致并行運行的發(fā)電機失去同步，或者導(dǎo)致電網(wǎng)樞紐點電壓崩潰，嚴(yán)重時可引起電力系統(tǒng)瓦解而造成大面積

5、的停電事故，這是最危險的后果.2.2 短路故障類型和概率短路故障通常分為三相短路、單相接地短路、兩相短路和兩相接地短路。其中三相短路為對稱短路，后三者為不對稱短路。電力運行經(jīng)驗指出，單相接地短路占大多數(shù)，三項短路發(fā)生的危害最大。上述短路均是指在同一地點短路，實際上也可能在不同地點同時發(fā)生短路，例如兩相在不同地點接地短路。2.3 短路故障分析與診斷技術(shù)在電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計和運行中，短路故障分析是解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本問題，比如在選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的主接線時，為比較不同方案接圖，分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，研究短路對用戶的影響.合理配置各種繼電保護(hù)和自動裝置，并正確整定其參數(shù)。早在

6、1982年，美國電力研究所（EPRI）便開始了火電站設(shè)備故障檢測的工作。在電站性能監(jiān)測和診斷方面，EPRI一直處于領(lǐng)先地位。此外，美國西屋公司也在1976年開始了電站在線計算機診斷工作，并在1980年投入了一個小型的電機診斷系統(tǒng)，1981年進(jìn)行電站人工智能故障診斷專家系統(tǒng)的研究,1984年應(yīng)用于現(xiàn)場，到1990年己發(fā)展成為大型電站在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)（AID）,即汽輪發(fā)電機組智能化故障診斷專家系統(tǒng).我國在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于20世紀(jì)70年代末，第一階段為起步階段，從1979年至1990年大約用了10年時間。這個階段的特點是認(rèn)識設(shè)備診斷技術(shù)的重要性，其基礎(chǔ)理論研究十分活躍，這個階段

7、以快速傅里葉變換、譜分析、信號處理等技術(shù)為基礎(chǔ)，以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為技術(shù)目標(biāo)。第二階段為發(fā)展階段，從1991年開始至90年代末以我國工業(yè)的建設(shè)迅速發(fā)展為背景，出現(xiàn)了診斷技術(shù)迅速發(fā)展的局面。電力系統(tǒng)故障診斷是近年來十分活躍的研究課題.傳統(tǒng)的研究是在建立被診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)發(fā)生故障時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化，導(dǎo)致系統(tǒng)潮流的變化，主要用數(shù)學(xué)方法，根據(jù)潮流計算的變化判斷出故障，目前研究電力系統(tǒng)故障診斷的方法主要分三類：基于解析模型的方法，基于信號處理的方法，基于知識的診斷方法。基于解析模型的方法，要思想是通過構(gòu)造觀測器，估計出系統(tǒng)輸出，然后將它與輸出的測量值作比較，從中獲得故障信息；基于信號

8、處理，主要利用相關(guān)函數(shù)、頻譜、小波變換等，直接分析可測信號，提取方差、幅值、頻率等特征值，從而檢測出故障；基于知識的診斷方法，不依賴于具體的數(shù)學(xué)模型，引入了診斷對象的許多信息，可發(fā)揮人類的推斷能力，適合于各種場合的故障判別隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)學(xué)和智能科學(xué)理論的發(fā)展，不斷有新的電網(wǎng)故障診斷方法出現(xiàn)，電網(wǎng)故障診斷理論在不斷實用化的過程中，必須充分重視信息的收集與整理工作，還應(yīng)充分重視故障綜合信息的預(yù)處理和診斷知識的提取。3 .仿真軟件簡介3.1 Matlab的簡介Matlab與Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它以超強的數(shù)值計算能力在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件

9、中脫穎而出.它可以進(jìn)行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。Matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，既能進(jìn)行數(shù)值，符號計算，又能可視化編程和分析數(shù)據(jù)；它的語言簡易，指令與教材中的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近，使用戶能輕松地編寫代碼，在復(fù)數(shù)域內(nèi)實現(xiàn)各類矩陣運算；它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab來解算問題要比用C,FORTRAN語言完成相同的事情簡捷得多，同時它吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使Matlab成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C,FORTRA

10、N,C+Java的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組atlab函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，內(nèi)置的一些經(jīng)典程序，用戶可以直接下載使用。Matlab有一些獨特的優(yōu)勢：如高級語言可用于技術(shù)計算，可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題，數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等、二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)、各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面。它以友好的工作平臺和編程環(huán)境，簡單易用的程序語言，強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力，出色的圖形處理功能。成為數(shù)學(xué)，物理等科學(xué)領(lǐng)域的重要研究工具。3。2Simulink模塊簡

11、介Simulink是Matlab最重要的模塊之一,它是一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需編寫大量程序，而只需要通過簡單地搭建模型，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真工具。對通訊、控制、信號處理、視頻處理等各種時變系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境可定制模塊庫來對其進(jìn)行仿真和測試.它具有豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫，交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖，使用定步長或變步長運行仿真，可訪問Matlab從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化；定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)，通過分析和診斷工具來保證模型的一致性.Simulink

12、具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。4。對稱分量法在短路分析（不對稱）中的應(yīng)用4.1 不對稱三相量的分解人們在長期的實踐中發(fā)現(xiàn)，在三相電路中，任意一組不對稱的三相相量（電壓或電流），可以分解為三組三相對稱的相量分量，式（4-1）o在線性電路中，可以用疊加原理對這三組對稱分量按照三相電路去分解，然后用疊加原理將其結(jié)果疊加起來。就得到不對稱三相電路的解，這個方法叫做對稱分量法。設(shè)Fa?，F(xiàn)?,%?為三相系統(tǒng)中任意一

13、組不對稱的三相量，可以分解為三組對稱的三序分量如下：?FaFa1?FbFb1?FcFc1Fa2?Fb2?Fc2Fa0?Fb0?Fc0(4-1)三相序分量如圖21所小:Ia(O)Ib(O)Ic(0)圖4一1二序分量正序分量：F；.F京）F?i）三相的正序分量大小相等，彼此相位相差120,與系統(tǒng)正常對稱運行對稱運行方式下的相序相同，達(dá)到最大值abc,在電機內(nèi)部產(chǎn)生正轉(zhuǎn)磁場，這就是正序分量。此正序分量為一平衡的三相系統(tǒng)，因此有：Fa?Fb?i）FC（1）0.負(fù)序分量：Fa?（2）.Fb?2）.Fc?（2）三相的負(fù)序分量大小相等，彼此相位相差120"與系統(tǒng)正常對稱運行對稱運行方式下的相序相反

14、，達(dá)到最大值acb,在電機內(nèi)部產(chǎn)生反轉(zhuǎn)磁場，這就是正序分量。此正序分量為一平衡的三相系統(tǒng)，因此有：Fa%曝）F/2）0.零序分量：Fa?（0）.Fb?0）.F：0）三相的零序分量大小相等，相位相同，三相的零序分a'-*）（«）c（U）量同時達(dá)到最大值，在電機內(nèi)部產(chǎn)生漏磁，其合成磁場為零，這就是零序分量.如果以A相為基準(zhǔn)相，各序分量有如下關(guān)系：正序分量Fa?(1)Fb(1)2匚?aFa(1)Fc?(1)a2Fb?1)aFa(1)負(fù)序分量Fa?F?rb(2)aFa(2)Fc?(2)aFb(2)2l?aFa(2)零序分量1_?Fa(0)L?Fb(0)L?Fa(0)L?Fc(0)?F

15、a(0)表41各需分量之間的關(guān)系苴中：aej120-i遮a2ej2401i立aej,aei2222于是有:其逆關(guān)系式為:Fa?，F(xiàn)bFcFa?(1)2?aFa(1)aFa?(1)Fa(2)aF；a2FFFa(0)Fa(0)Fa(0)2)Faa(2)a(0)FaFbFca2a1FaFbFca(1)a(2)a(0)(4-3)(44)這樣根據(jù)式（43）可以把三組三相對稱向量合成三個不對稱向量，而根據(jù)式（4-4）可以把二個不對稱向量分解成二組對稱相量。4.2 對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用電力系統(tǒng)的正常運行一般是對稱的，它的三相電路的參數(shù)相同，各相的電流，電壓對稱，這就是說只有正序分量存在。當(dāng)電力

16、系統(tǒng)的某一點發(fā)生了不對稱故障時，三相對稱電路就成為不對稱的了。此時，可用對稱分量法，將實際的故障系統(tǒng)變成三個互相獨立的序分量系統(tǒng)，而每個序分量系統(tǒng)本身又是三相對稱的，從而進(jìn)行電路計算.圖42簡單系統(tǒng)單相接地故障圖如圖42所示的簡單系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障.應(yīng)用對稱分量法，可繪出三序網(wǎng)圖（三序等值電路圖）,如圖23所示為最簡化的三序網(wǎng)圖，三序網(wǎng)的參數(shù)可分為正序，負(fù)序,零序。圖中Z1,Z2,Z0分為正序阻抗，負(fù)序阻抗，零序阻抗?？誎(0)零序圖43簡化三序網(wǎng)圖?.？Ea1la1Z1Ual.?la2Z2Ua2(4-5)I?0ZQU?o由此可見，應(yīng)用對稱分量法進(jìn)行不對稱故障計算時，先求出各序網(wǎng)絡(luò)中各主

17、要原件(發(fā)電機，變壓器，線路等)的各序電抗值，然后根據(jù)短路的類型，邊界條件等把各序網(wǎng)化成串，并聯(lián)的形式，求出電流，電壓的各序分量，再應(yīng)用對稱分量法求出各相電流和電壓值.4.3 簡單不對稱短路的分類與計算(解析法)電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，無論是單相接地短路，還是兩相短路，兩相短路接地，只是短路點的電壓，電流出現(xiàn)不對稱，利用對稱分量法將不對稱的電流電壓分解為三組對稱的序分量，由于每一序系統(tǒng)中三相對稱，則在選好一相為基準(zhǔn)后，每一序只需要計算一相即可，用對稱分量法計算電力系統(tǒng)的不對稱故障。其大概步驟如下：(1)計算電力系統(tǒng)各個原件的序阻抗；(2)制定電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)；(3)由各序網(wǎng)絡(luò)和故障列出對應(yīng)

18、方程；(4)從聯(lián)立方程組解出故障點電流和電壓的各序分量，將相對應(yīng)的各序分量相加，以求得故障點的各相電流和電壓；(5)計算各序電流和各序電壓在網(wǎng)絡(luò)中的分布，進(jìn)而求得各指定支路的各相電流和指定節(jié)點的各相電壓.用流程圖表示，得：計算各元件的序阻抗圖4-4不對稱短路故障計算流程4。3。1單相接地短路以a相為例，故障處的三相的邊界條件：Ua0Ib0Ic0?Ua1Ua2Ua002I?.?,?八aaIa1aIa2Ia0。aIai2?aIa2Ia046即1a11a21ao3Ia單相接地短路的復(fù)序網(wǎng)Ia1Ua1U；oU；i圖46單相接地短路時的復(fù)合序網(wǎng)_?E1a21a0Z一彳三EIalZiIaoZo_?_?_E

19、IaZ用對稱分量法得到短路點的各相電流電壓4.3。2兩相接地短路兩相短路的系統(tǒng)接線如圖3-4所示，在k點發(fā)生b,c兩相短路。短路點的邊界條件：圖4-7兩相短路等值接線圖Ia0UbUc0ac用對稱分量表小為：1al1a21a0011?1(48)Ua1Ua2Ua0-Ui3(4-9)如圖48所示,于是有：*11a21a00Ua1Ua2由(48)可以畫出兩相短路接地的復(fù)合序網(wǎng)圖是三個序網(wǎng)并聯(lián),根據(jù)復(fù)合序網(wǎng)可求出電流，電壓各序分量：Ia1Z1Z2/Z1231a2廣Za1一一(410)Z2Z0Z2Ia0Ia1Z2Z。Z2ZoUa1Ua250.?20?.?1a1E1alz1Z2Z0用對稱分量法合成各相電流電

20、壓為:?2?IbaIa1(4-11)ala2,?2?IcalalaIa2Ia0?2Z2aZ°IalaZ2Z0?Z2a2Z0Iaia乙Z0UaUa1aa1?UbUcUa2Ua003Uai圖49兩相接地短路處的電壓電流相量圖五.算例分析5。1故障分析實例1電路模型如圖所示.使用理想三相電壓源作為電路的供電電源；使用分布參數(shù)輸電線路作為輸電線路，使用分布參數(shù)輸電線作為輸電線路，輸電線linel和line2的長度均為100km，其中l(wèi)ine2端中性點接地；使用三相短路故障發(fā)生器作為短路器件，可發(fā)生不同類型的短路.用三相的相序分析器從三相電壓，電流中提取正序，負(fù)序，零序分量，并分析故障時相序的

21、情況；仿真的電力系統(tǒng)如圖所示，使用理想三相電壓源作為電路的電源，電壓源為Y型連接，中性點不接地。主要分析單相和兩相故障時，各電量（電壓，電流等）的暫態(tài)變化情況SequenceAnalyzerCcntinuousSc-opeMuttiiTieter,1powergui圖5.1故障分析模型1仿真參數(shù)設(shè)置：用matlab搭建好仿真模型后，仿真時間為00.1s,采用變步長算法，求解器用ode15s并設(shè)置各模塊參數(shù)如下：三相電源：電壓幅值25000V,初始相位為0瀕率為50Hz,Y輸電線路：線路長度100Km,其余參數(shù)保持為默認(rèn)值不變。三相短路故障發(fā)生器：0.01跋生短路，0。04s排除故障。三相相序分

22、析器：頻率50Hz,諧波次數(shù)為1,采樣時間50us.1)A相接地短路A.相電流波形選用萬用表M笄選擇故障點A,B,C相電流，作為要測量的電氣量圖5。2故障相A和非故障相B,C的電流波形在A相發(fā)生單相短路時,A相電流突然增大，并上下震蕩，故障點B相和C相電流沒有變化，始終為0.Bo相電壓波形選用萬用表M笄選擇故障點A,B,C相電壓，作為要測量的電氣量圖5.3故障相A和非故障相B,C的電壓波形在A相接地短路時,A相電壓由正弦波形，突然降為0,其B、C兩相的電壓波形變化不大，但電壓值瞬時增大；兩相的電壓波形相差一個相位。C.電源端電壓、電流波形對電源端輸出的三相信號，分別選擇AB、C三相電壓、電流作

23、為測量電氣量，用示波器觀測波形.圖5。4電源端三相電壓波形圖5。5電源端三相電流波形在單相短時&過程中，電源端的三相電壓波形出現(xiàn)了一些波動，幅值和相位稍有改變，但三相電流波形和正常狀態(tài)相比，沒有發(fā)生顯著的變化。D.故障相的電流相序分量圖圖5。6A相電流的正序分量圖圖5。7A相電流的負(fù)序分量圖圖5。8A相電流的零序分量圖在穩(wěn)態(tài)時，故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量由于電路中的短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0,相角為0.在0。02s時，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生A相單相接地故障，故障點A相電流正序、負(fù)序和零序幅值都緩慢上升，相角突變后，在大約90deg時穩(wěn)定。在0。0

24、4s時，三相電路短路故障發(fā)生器斷開，此時電路故障消除，故障點A相電流正序保持不變，負(fù)序分量的幅值呈緩慢地波動下降和零序分量先緩慢下降，到0.05s后，幅值下降速度加快，在0。06s左右時下降到0,并保持不變。圖5。9A相電壓的正序分量圖圖5。10A相電壓的負(fù)序分量圖圖5。11A相電壓的零序分量圖在萬用表M2中選擇故障點A相,B相，C相電壓作為電氣測量量，進(jìn)行仿真，則故障點A相電壓各序分量波形如圖所示.由圖形可以得出以下結(jié)論：A相電壓的各序分量與電流的各序分量相似：在穩(wěn)態(tài)運行時，由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，故障點A相電壓的各序（零序，正序，負(fù)序）分量的幅值和相角都為0。在0.02s時

25、，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生A相單相接地故障，故障點A相電壓正序分幅值極速上升，穩(wěn)定至在大約9000V，相角大致在0deg和90deg之間波動變化.在0。04s時，三相短路故障器斷開，排除故障。此后，A相電壓正序分量的幅值呈小幅度波動，相角繼續(xù)在0deg至90deg之間波動變化.負(fù)序分量由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0,相角為0。在0。02s時，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生A相單相接地故障，故障點A相電壓負(fù)序分量幅值從0.02s開始，逐步上升，到0004s為止，然后緩慢下降，到0.06s左右到0;而相角則從0002s開始發(fā)生緩慢波動，在0deg左右

26、成上下波動，幅度很小，到0.06s為止，此后相角發(fā)生突變，幅值大幅度波動。零序分量的分析與上面電流的負(fù)序分量類似，不再敘述。5.2 故障分析實例1在上例的基礎(chǔ)上，我們引入發(fā)電機，Toworkplace,PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）,machinemeasurementDux,turbine&regulation,infinity,Discrete3phaseSequenceAnalyzer等模塊，構(gòu)成含同步發(fā)電機的三相電力系統(tǒng)。riftTi?Fn.rti.buEjjsCtrilbutedFjijf-icEe匕Km|riirrPhiMQuMMS-tUttdFngFEL曲唱產(chǎn)前k'!官

27、ml|hl|r*w44hffrnriuoiji?f口Mwlti川父:UuM-ntiChst=butcdFjmvietiecLineZ4IF"4口Direre-t3-二小占s去F»3ftl>C.-b9CU4irE-4Alifi-1%口已看誦汽ji"iHJmtterl>L弓匚占as圖5。12電力系統(tǒng)三相短路模型同步發(fā)電機Area的子系統(tǒng)，PSS控制系統(tǒng)的子系統(tǒng),無窮大子系統(tǒng)圖5。13同步發(fā)電機Area的子系統(tǒng)國力圖5.14PSS控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)圖5。15無窮大子系統(tǒng)主要參數(shù)：三相電壓源：1200MVA220KV頻率50Hz三項負(fù)載：有功500MW,標(biāo)稱相相

28、電壓24KV發(fā)電機:900MVA,電壓10000V,轉(zhuǎn)子為凸極變壓器：900MVA,一次側(cè)電壓10KV,二次側(cè)220KV三相傳輸線模塊：110km2,220km,頻率50Hz三相故障發(fā)生器的故障時間：0.10。2s三相斷路器的工作時間：8/60S10/60S三相負(fù)載：相-相電壓額定值：24KV,頻率50Hz,有功功率500KW三相相序分析器：頻率50Hz,采樣時間50uSo-Iln國Powergui參數(shù)：Pnrrfnit«ifirij1fitwttT,elqsnrlittlisflnxiJing?之帕5寸fdtfr曾!is百HE/!Elif1HSKIT'S:上以V-ZThee

29、eFhueV-lTljt-&a-TjA£a-V-3IiEEC-j'hlkSQV-JLIherwyhMeV-ITlj|f4£!-PllA£aV-ZAkfE£V1Ihrrp-PhiasuV-Ith七白口一工心3，V-2Thcce：rhu4v-jThu-V-ZFhi.uh-*-TIjmuV-"ITbrThrte-PhrteUt:tlkxw-?lkjix«mTMxCifl-fbac4lb?ntixe-*Phaseb.Tl.ieTiiH"KB：TXEhPgg口工xen-E!*ajitflnent/Ub.EfUF事自&#

30、163;工/172=皿dA0LUMl-Ud-M-.r-jr*ient1/Vb-HTAa.ixt4MdXjT1HTc=KtiS-lEiMeM/lfi»reniTit-/'Il?»必w白jlzFKc=LQM1/IS'HAMi'u.r»xar.±1/Us»ES-ricJ-.JJ.-JLUJkt1/EcFault;/PH.uJt>B3.1七七C,-rauJl?7ffLUlt鼻/上口】七七B-F«u1C/Flu1TtdF*O1T，1roiUl*七A=5.8J.J工:8+V-5,£111«4004

31、V-J5；.與UJjft+OMir4.3d3?ia4aa<iV*Mi的1樽MV3033a-iaU4ITU.Wi*b>elOQZAho.msiooeaS.9Ol<*4i：Cl2A"g；h*gEA1勺.0O±94口ZA-9.1Hg工K-.«.»11«4004V-：£.£111.41904Vi.1211440104V口.00口呢4口0口AQ.M口k0rgelg+3QQA應(yīng)由2-10團(tuán)口口帕#FEindi4$3&iCOrt(rMhj.*|圖5.16SteadyStateEltagesandCurrents勺

32、參數(shù)Ini率1式中ior】/-N;1E'總FlQ，34皿，H詆DUe-jp|x*«：»_C；Il_jtL3L15e_A：HQkZQ.t:11一.IljshweJB;當(dāng)母.甲.”6"-gC-DRyABl面”Krnt式itir甲1:Sl£.E7；t.tx1>967TMiuocMtm"H-f;1QCOWXPHia?r社IT.叩石Ue二匚3je：5二落工匚C？nd-6eCB_A!二EkTb：Bc_Cp_C.Tlc_C_jnrigESYStexl/ZlircE-n3ae思ultb產(chǎn)能atl/llus：d-"Mim«w肥f

33、L/THF"-Ph4PIEi_U>57；rSenLL7TTirw-FJiajeFI口片工-131T7AF.IBTTJAP.-ISTTZIH?ec&Lnbm?寫SCT'LgLJ5寸9u：LQ1LLaLl*ionnigSeerIonLIJieIjuLUe斗4¥"hd，"hr，-Rh_aB>11Sbrt.izetiLin»CUb切fTYal/nifZ-fTL&WPIXGldtt11J14SuiwTfTS&X/T7ww?FIfQKl。、1-inq皿工/zhLFle"一"4品0UIAqctl

34、lasLLilq印電中*riL/mrbPtiuip-PISf-1.1-riiliin.»Setstz-d福7里斗口西網(wǎng)由M冊野總號%各安酎SideTmI&1Q射M小出即ElPVhFrcr-iEkjjriJl_3tnse_A:SuisytexlrHiTie-Fhfre=1_>>3“_1=fUi/h-HjuhZ1jih-KXB-C:SuEj/'Thxe-fcabejCp_A廣BuJssysMOLL/Tlutee-FftAMPI后二Cp二J;mut£Tftdm：*Ha-57m硝FXFTEecu-Loz.hixie；FZN口，3tL5dl工S-actLc

35、cn.LushSLute>Li麗才iJL_七FcHaii0a_1_vxnd.-nq_Z:BuEayrtn-l.?7J.工MbWFAWlJi-/T1KDHVAZL_jeaast=i_pindxxkjZ:Evtt:fKcaili.二LM二Hur口二Lh：室tbffTfl.iniC'DWFA口Lt113fD_3_TriiiJiung_E:fSlibaj-istLEXil了J_ll_TimxtEfi_J_Li:MW+?M：rtfcin，二曲法rUUJIVXESKA燈心"Q審snoavxZSZJLf9EJL£10K7MdkA鋁。ismziarar導(dǎo)nn7*TNP，

36、63;30£30>4.a：3034tiaKrgi丁”竺2圖5。17InitialStatesSetting選項的參數(shù)IflcliineLnndFlowTool,：=rfinriuiTftfx圖5.18LoadFlowandMachineInitialization選項的參數(shù)發(fā)生三相短路時，三相的故障發(fā)生器各相電流，電壓波形:圖5.19故障發(fā)生器波形以A相為例，在00.1s即故障發(fā)生以前，電壓大致呈正弦波形，在0.1s發(fā)生故障，各相電壓迅速減小，并在零附近上下波動，到0.2s為止，電壓恢復(fù)正弦波形；而電流波形則相反，在00。1s時,未發(fā)生故障，電流保持零值，在0.1s時發(fā)生短路，

37、電流幅值發(fā)生突變，并迅速以正弦波形波變化，到0.2s為止,電流幅值回到00UI-.歲KN圖5.21斷路器各相電流波形|05由圖可見，在8/60S時，斷路器開始作用，A相電壓逐漸下降至0,保持0數(shù)值到10/60S為止；到0.2s電路切除故障時，斷路器的電壓恢復(fù)原來的正弦波形；B相電壓在001s開始，逐步減小，到10/60S左右變?yōu)榱?，保持零值?02s故障消失為止，后面恢復(fù)正弦波形；C相電壓在0。1s發(fā)生故障時，幅值急速減小，呈鋸齒狀，在8/60s時變?yōu)?,在8/60s到10/60s這段時間保持零值不變，從10/60s到0.2s呈小幅度波動，0.2s后恢復(fù)正弦變化。圖5.22機端電壓，電流波形圖

38、5。23負(fù)載處電壓，電流波形(1)發(fā)生三相短路時，機端點仿真結(jié)果分析：發(fā)生三相短路時，電力系統(tǒng)在機端點的仿真結(jié)果如圖4。24、圖4。25,包含機端三相電壓、電流波形，由圖形可以得出以下結(jié)論：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,電壓為穩(wěn)定值，在0。1s時，三相短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生三相短路，機端短路電流急劇增大；機端各相電壓下降。在0.2s時，三相短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障，此時故障點各相電流迅速下降(2)發(fā)生三相短路時，故障點仿真結(jié)果分析發(fā)生三相短路時，電力系統(tǒng)在故障點的仿真結(jié)果如圖4。26、圖4。27,包含機端三相電壓、電流波形，由圖形

39、可以得出以下結(jié)論：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,電壓為穩(wěn)定值，在0。1s時，三相短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生三相短路，機端短路電流急劇增大；機端各相電壓下降為零。在0.2s時，三相短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障，此時故障點各相電流迅速下降為0。(3)發(fā)生三相短路時，機端點和故障點仿真結(jié)果比較.電力系統(tǒng)在線路上發(fā)生三相短路故障時，由于短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)所以短路點電流是由零開始迅速增大，而機端電流由正弦波形變?yōu)?,直到故障解除，才恢復(fù)原來的波形；短路點電壓下降為零，而由于機端與短路點之間存在阻抗，阻抗上有電壓，故機端電壓必定存在，所以機端

40、電壓不會下降至零，而是下降到一個較小的數(shù)值。圖5。24轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨時間變化圖5。25轉(zhuǎn)矩隨時間的變化圖5.26電磁功率隨時間的變化由上圖可見，在發(fā)生短路故障時（0。1s0o2s）發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩幅值都有所減小，轉(zhuǎn)速在斷路器切除線路（0.16s）后恢復(fù)正常波動，轉(zhuǎn)矩要在故障消失后才恢復(fù)正常；電磁功率在發(fā)生故障時，發(fā)生了瞬時突變，然后迅速下降，在零值附近小幅度波動，到故障消失，才恢復(fù)原來波形.圖5。27發(fā)電機輸出有功功率圖5。28發(fā)電機輸出無功功率由上圖可以得到，發(fā)電機輸出有功功率在0到0.1s時正常波動，只在某些時刻出現(xiàn)尖峰值；發(fā)生三相短路故障后，開始略有上升，然后迅速下降到0,并在0附近小幅度

41、波動，直到故障消失；輸出的無功功率的絕對值，則開始呈正弦波動，在0。1s時發(fā)生突變，降為0后，稍有小幅度波動，在斷路器切除線路以后保持零值，在故障消失后（0o2s）恢復(fù)正常波形。5.3 附加代碼由于上述仿真中未涉及到功角特性，現(xiàn)再補充一段三個電機九節(jié)點系統(tǒng)中計算功角的程序：clc;clear;nr,nc=size(NODE);br,bc=size(B);e=0。001;Y=zeros(nr,nr);H=zeros(8,8);N=zeros(8,6);M=zeros(6,8);L=zeros(6,6);fori=1:brm=B(i,1);n=B(i,2);Y(m,n)=Y(m,n)-1/(B(i

42、,3)+1i*B(i,4)*B(i,6);Y(n,m)=Y(m,n);Y(m,m)=Y(m,m)+1/(B(i,3)+1i*B(i,4)+1i*B(i,5)/2;Y(n,n)=Y(n,n)+1/(B(i,3)+1i*B(i,4)+1i*B(i,5)/2;eNODEdisp('導(dǎo)納矩陣Y=');YG=real(Y);B=imag(Y);disp('迭代過程：)；whilee>0.00000001forp=2:9sum1=0;forq=1:9a12=NODE(p,4)NODE(q,4);sum1=sum1+NODE(p,3)*NODE(q,3)*(G(p,q)*cos

43、(a12)+B(p,q)*sin(a12);eNODEF(p-1)=NODE(p,7)-NODE(p,5)-sum1;eNODEforp=4:9sum2=0;forq=1:9a12=NODE(p,4)-NODE(q,4);sum2=sum2+NODE(p,3)*NODE(q,3)*(G(p,q)*sin(a12)-B(p,q)*cos(a12);eNODEF(p+5)=NODE(p,8)-NODE(p,6)-sum2;eNODEforq=2:9ifp=qa12=NODE(p,4)NODE(q,4);M(p-3,q-1)=NODE(p,3)*NODE(q,3)*(G(p,q)*cos(a12)+

44、B(p,q)*sin(a12);elsesum2=0;fork=1:9a12=NODE(p,4)-NODE(k,4);sum2=sum2+NODE(p,3)*NODE(k,3)*(G(p,k)*cos(a12)+B(p,k)*sin(a12);eNODEM(p-3,p-3)=NODE(p,3)*NODE(p,3)*G(p,p)-sum2;eNODEeNODEeNODEsum3=sum3+NODE(p,3)*NODE(k,3)*(G(p,k)*sin(a12)B(p,k)*cos(a12);eNODEL(p-3,p3)=NODE(p,3)*NODE(p,3)*B(p,p)sum3;eNODEeN

45、ODEeNODEJGB=HN;ML;%disp('JGB矩陣JGB=');%disp(JGB);DX=inv(JGB)*FX;%*修正forp=2:9NODE(p,4)=NODE(p,4)+DX(p-1);eNODEforp=4:9NODE(p,3)=NODE(p,3)+DX(p+5)*NODE(p,3);eNODEe=abs(max(DX);eNODEdisp('雅克比矩陣：);JGB=HN;MLNODEI=zeros(1,3);E=zeros(1,3);fori=1:3I(1,i)=conj(NODE(i,7)+1i*NODE(i,8)/(NODE(i,3)*(co

46、s(NODE(i,4)-1i*sin(NODE(i,4);E(1,i)=NODE(i,3)*(cos(NODE(i,4)1i*sin(NODE(i,4)+1i*gen(i,6)*I(1,i)；eNODEYl=zeros(1,3);Yl(1,1)=(NODE(5,5)1i*NODE(5,6)/(NODE(5,3)*NODE(5,3)Yl(1,2)=(NODE(6,5)-1i*NODE(6,6)/(NODE(6,3)*NODE(6,3);Yl(1,3)=(NODE(8,5)-1i*NODE(8,6)/(NODE(8,3)*NODE(8,3);%修正Y矩陣，將負(fù)荷阻抗等效到Y(jié)中M3=zeros(3)

47、;M12=zeros(12);Y(5,5)=Y(5,5)+Yl(1,1);Y(6,6)=Y(6,6)+Yl(1,2);Y(8,8)=Y(8,8)+Yl(1,3);dispY負(fù)荷換算后導(dǎo)納矩陣Y=');Yfori=1:3M3(i,i)=1/(1i*(gen(i,3)/10000);eNODEfori=1:12forj=1:12ifi=3&&j<=3M12(i,j)=M3(i,j);elseifi>3&&j3M12(i,j)=Y(i-3,j3);elseifi<=3&&j>3M12(i,i+3)=-M3(i,i);M1

48、2(i+3,i)=M12(i,i+3);eNODEeNODEeNODEeNODEeNODEfori=1:3M12(i+3,i+3)=0;forj=1:12ifi=(j-3)M12(i+3,i+3)=M12(i+3,i+3)-M12(i+3,j);eNODEeNODEdisp('故障后簡化導(dǎo)納矩陣Y=');Y33A=M3M39pf/M99pf*(M39pf。')delta=zeros(1,3);%發(fā)電機功角EG=zeros(1,3);%發(fā)電機電勢PE=zeros(1,3);fori=1:3delta(1,i)=angle(NODE(i,3)+NODE(i,8)*gen(i,3)/(NODE(i,3)*10000)+1i*NODE(i,7)*gen(i,3)/(10000*NODE(i,3)+NODE(i,4);EG(1,i)=abs(NODE(i,3)+NODE(i,8)*gen(i,3)/(NODE(i,3)*10000)+1i*NODE(i,7)*gen(i,3)/(10000*NODE(i,3);eNODEEGdelta%計算正常時的PE