基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

1、 PAGE67 / NUMPAGES67基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真摘 要：目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電能需求量的日益增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越龐大，超高壓遠(yuǎn)距離輸電、大容量發(fā)電機(jī)組、各種新型控制裝置得到了廣泛的應(yīng)用，這對(duì)于合理利用能源，充分挖掘現(xiàn)有的輸電潛力和保護(hù)環(huán)境都有重要意義。另一方面，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以城市為中心的區(qū)域性用電增長(zhǎng)越來(lái)越快，大電網(wǎng)負(fù)荷中心的用電容量越來(lái)越大，長(zhǎng)距離重負(fù)荷輸電的情況日益普遍，電力系統(tǒng)在人民的生活和工作中擔(dān)任重要角色，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響的人們的日常生活。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展和電網(wǎng)的日益擴(kuò)大以與自動(dòng)化程度的不斷提高，電力系統(tǒng)中許多計(jì)算和控制問(wèn)題

2、日益復(fù)雜，從技術(shù)和安全上考慮直接進(jìn)行電力試驗(yàn)可能性很小，因此迫切要求運(yùn)用電力仿真來(lái)解決這些問(wèn)題。電力系統(tǒng)仿真是將電力系統(tǒng)的模型化、數(shù)學(xué)化來(lái)模擬實(shí)際的電力系統(tǒng)的運(yùn)行，可以幫助人們通過(guò)計(jì)算機(jī)手段分析實(shí)際電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況,從而有效了解電力系統(tǒng)概況。本文根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用MATLAB的動(dòng)態(tài)仿真軟件Simulink搭建了含發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、無(wú)窮大電源等的系統(tǒng)的仿真模型，得到了在該系統(tǒng)主供電線路電源端發(fā)生三相短路接地故障并由故障器自動(dòng)跳閘隔離故障的仿真結(jié)果，并分析了這一暫態(tài)過(guò)程。通過(guò)仿真結(jié)果說(shuō)明MATIAB電力系統(tǒng)工具箱是分析電力系統(tǒng)的有效工具。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；三相短路；故障分析；m

3、atlab仿真Electric Power System Simulation Base on MATLABAbstract： Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and long-distance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the vario

4、us new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, city-centered r

5、egional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system laod centers is growing faster and faster, and long-distance and heavy-duty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in peoples lives and work, power system and st

6、able operation of a direct impact on the peoples daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many computing and control of the power system increasingly complex issues, it is impossioble to take

7、a direct This paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of three-phase short-circuit fault which happen in the main power-suppl

8、y line and the fault automatic tripping isolation by the three-phase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.Key words: Power system ；Three-phase short-circuit ；Fault analysis ；MATLAB simulation第一章 緒論1.1

9、我國(guó)電力系統(tǒng)情況簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電力負(fù)荷組成的電能生產(chǎn)、傳輸和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)。而電力負(fù)荷則是該系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設(shè)備所消耗的電功率的總稱，有時(shí)也包括將這些用電設(shè)備連接起來(lái)的配電網(wǎng)。目前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)期，電力系統(tǒng)也步入了大電網(wǎng)、超高壓、大機(jī)組、遠(yuǎn)距離的時(shí)代，但由于目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國(guó)家的預(yù)期，導(dǎo)致近些年來(lái)出現(xiàn)全國(guó)圍電力建設(shè)落后于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的局面，電力系統(tǒng)運(yùn)行在接近電網(wǎng)極限輸送能力狀態(tài)的幾率大大增加，從而較大程度上存在著發(fā)生電壓崩潰事故的威脅。我國(guó)電力系統(tǒng)是隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展而逐步形成的。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的電力工業(yè)得到相應(yīng)的增長(zhǎng)，逐步形成

10、以大型發(fā)電廠和中心城市為核心、以不同電壓等級(jí)的輸電線路為骨架的各大區(qū)、省級(jí)和地區(qū)的電力系統(tǒng)。目前，全國(guó)電網(wǎng)已經(jīng)基本上形成了500 kV和 330 kV 的骨干網(wǎng)架。大電網(wǎng)已覆蓋全部城市和大部分農(nóng)村；以三峽為中心的全國(guó)聯(lián)網(wǎng)工程開(kāi)始啟動(dòng)，我國(guó)電網(wǎng)進(jìn)入了遠(yuǎn)距離、超高壓、跨區(qū)輸電的新階段。1987 年全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量躍上了1 億 kW的臺(tái)階；從 1978 年起到 1999年，我國(guó)裝機(jī)容量平均每年增加近 10GW，1997 年年底全國(guó)裝機(jī)容量達(dá)到了254GW的水平，年發(fā)電量也超過(guò)了1100TWh，成功地實(shí)現(xiàn)了持續(xù)高速增長(zhǎng)。自1981年中國(guó)的第一條 500kV 輸電線路投入運(yùn)行以來(lái)，500kV的線路已逐步

11、成為各大電力系統(tǒng)的骨架和跨省跨地區(qū)的聯(lián)絡(luò)線。1.2 本課題研究的前景和意義 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，在這種情況下，許多大型的電力科研實(shí)驗(yàn)很難進(jìn)行，一是條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來(lái)講也是不允許進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的；三是最初的一個(gè)新的設(shè)計(jì)構(gòu)思、到通過(guò)軟件進(jìn)行實(shí)際情況的模擬、在應(yīng)用到具體的工程中，其工作量往往消耗大量的財(cái)力物力和人力，其過(guò)程中稍有失誤都有可能前功盡棄?？紤]到以上情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的數(shù)字仿真工具十分重要，目前比較流行的電力系統(tǒng)仿真工具由以下幾種：（1） 邦納維爾電力局開(kāi)發(fā)的BPA程序和EMTP程序；（2）曼尼托巴高壓直流輸電研究中心開(kāi)發(fā)的PSC

12、AD/EMTDC程序；（3）德國(guó)西門子公司研制的電力系統(tǒng)仿真軟件NETOMAC；（4）中國(guó)電力科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP；（5）MathWorks公司開(kāi)發(fā)的科學(xué)與工程計(jì)算軟件MTATLAB。本文主要采用MTALTB進(jìn)行電力系統(tǒng)的仿真，MATLAB是有效的電力系統(tǒng)仿真工具,它提供了簡(jiǎn)潔的工具，通過(guò)電力系統(tǒng)電路圖的繪制，MATLAB自動(dòng)生成數(shù)學(xué)模型，可以節(jié)省建立電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立。1.3 本文的目的與主要容1.3.1主要目的目前電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)尚未完善，通過(guò)運(yùn)用MATLAB對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果證明仿真的有效性，從中得出仿真的方法和意義，從而將這種仿真運(yùn)用到電力系

13、統(tǒng)的各個(gè)方面。1.3.2本文主要容首先理論分析電力系統(tǒng)運(yùn)行中短路的危害和發(fā)生短路時(shí)電氣設(shè)備的狀況與系統(tǒng)的狀況，并建立發(fā)電機(jī)和變壓器的數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用simulink建立簡(jiǎn)單的單機(jī)-無(wú)窮大系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)短路情況時(shí)的仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析。建立帶勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)仿真結(jié)果分析帶上勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)電壓和電流的變化情況。第二章 電力系統(tǒng)理論分析在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行情況，因?yàn)樗鼈儠?huì)破壞電氣設(shè)備的正常工作和影響對(duì)用戶的供電。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出，故障大多是由短路引起的。電力系統(tǒng)中發(fā)生的短路有三相短路、兩相短路、一相接地短路和兩相接地短路等四種。短路后，系統(tǒng)

14、中出現(xiàn)的短路電流比正常負(fù)荷電流大得多。在電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)安，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害：1）短路時(shí)要產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，使故障元件和短路電路中的其他元件受到損害和破壞。2）短路時(shí)的電壓驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。3）嚴(yán)重的短路影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列。由此可見(jiàn)，短路的后果十分嚴(yán)重，因此對(duì)于大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路的分析是必要的。2.1 同步發(fā)電機(jī)發(fā)生短路的暫態(tài)過(guò)程分析同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中處于重要的地位。用戶與發(fā)電廠的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，發(fā)電機(jī)三相突然短路的概率增大。由于同步發(fā)電機(jī)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多個(gè)具有電磁耦合關(guān)系的繞組構(gòu)

15、成。同步發(fā)電機(jī)突然短路的暫態(tài)過(guò)程所產(chǎn)生的沖擊電流可能達(dá)到額定電流的十幾倍 ,對(duì)電機(jī)本身和相關(guān)的電氣設(shè)備都可能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響 ,因此對(duì)同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的研究歷來(lái)是電力系統(tǒng)中的重要課題之一 。而同步電機(jī)的突然三相短路 ,是電力系統(tǒng)的最嚴(yán)重的故障，它是人們最為關(guān)心、研究最多的過(guò)渡過(guò)程，雖然短路過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間是極短的（通常約為0. 10. 3 s ），但對(duì)電樞短路電流和轉(zhuǎn)子電流的分析計(jì)算，卻有著非常重要的意義。2.1.1 同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型本文研究的是轉(zhuǎn)極式的凸極同步發(fā)電機(jī)，除a、b、c 三相定子繞組外還有轉(zhuǎn)子上的一個(gè)勵(lì)磁繞組和兩個(gè)阻尼繞組。在分析同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，作如下假設(shè)：發(fā)電機(jī)參數(shù)恒

16、定；磁飽和、磁滯、渦流影響忽略不計(jì)；定子三相對(duì)稱；忽略磁場(chǎng)高次諧波；不計(jì)渦流和磁滯損耗。發(fā)電機(jī)六個(gè)繞組存在相互的電磁耦合關(guān)系。同步發(fā)電機(jī)的d軸和q軸等值電路圖如圖2-1所示。圖2-1 同步發(fā)電機(jī)的d軸和q軸等值電路圖根據(jù)電路定律，發(fā)電機(jī)六個(gè)繞組可以建立六個(gè)回路電壓平衡方程，如下：根據(jù)六個(gè)繞組之間的磁鏈耦合關(guān)系，得到發(fā)電機(jī)模型dq0 坐標(biāo)系中的磁鏈方程可表述為：其中：d、q表示直軸和交軸分量； R、s表示轉(zhuǎn)子和定子分量；l、m表示漏抗和激磁電抗；f、k勵(lì)磁繞組分量、阻尼繞組分量；表示軸定子繞組、軸定子繞組； 表示勵(lì)磁繞組的磁鏈。機(jī)械部分表達(dá)式如下：其中相對(duì)額定運(yùn)行點(diǎn)的速度變化；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；機(jī)械轉(zhuǎn)矩

17、；電磁轉(zhuǎn)矩；阻尼系數(shù)；轉(zhuǎn)子機(jī)械角；額定運(yùn)行點(diǎn)的速度（標(biāo)幺值為1）。2.1.2 同步發(fā)電機(jī)突然短路理論分析1. 定子電流的計(jì)算在分析突然三相短路時(shí)，可以利用疊加原理，認(rèn)為不是發(fā)生了突然短路，而是在電機(jī)的端頭上突然加上了與疊加突然短路前的端電壓大小相等但方向相反的三相電壓。這樣考慮時(shí)，同步電機(jī)的突然三相短路問(wèn)題就變成了下述兩種工作情況的綜合問(wèn)題了，即：與短路前一樣的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)；突然在電機(jī)端頭上加上與突然短路前的端電壓大小相等但方向相反的三相電壓。將電機(jī)突然三相短路后的定子電流分為兩部分來(lái)計(jì)算。將它們合并后，即得同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的實(shí)際電流為：其中 d、q軸同步電抗；同步發(fā)電機(jī)的功角；縱軸超

18、瞬變電流衰減的時(shí)間常數(shù)；縱軸瞬變電流衰減的時(shí)間常數(shù)；定子非周期電流衰減的時(shí)間常數(shù)；同步發(fā)電機(jī)機(jī)端的相電壓有效值。轉(zhuǎn)子電流的計(jì)算突然三相短路后,電機(jī)轉(zhuǎn)子中的電流,也象計(jì)算定子電流一樣，可以分成兩部分來(lái)計(jì)算，即：原來(lái)穩(wěn)態(tài)三相對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子電流。突然在電機(jī)端頭上加上與突然短路前的端電壓大小相等但方向相反的三相電壓所引起的轉(zhuǎn)子電流。將電機(jī)突然三相短路后的轉(zhuǎn)子電流分為兩部分來(lái)計(jì)算，將它們合并后，即得同步發(fā)電機(jī)突然三相短路后的實(shí)際電流為：當(dāng)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有阻尼繞組時(shí)，則：當(dāng)轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時(shí)，則：阻尼繞組中的實(shí)際電流，在短路前，即穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，阻尼繞組的電流為零，因此，突然三相短路后的阻尼繞組的實(shí)際電流為：

19、其中d、q軸電樞反應(yīng)電抗；勵(lì)磁繞組電阻；勵(lì)磁繞組電抗；d、q軸阻尼繞組電抗。2.2變壓器短路分析電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一 ，其穩(wěn)定、可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)安全起到非常重要的作用。然而，由于設(shè)計(jì)制造技術(shù)、工藝以與運(yùn)行維護(hù)水平的限制 ,變壓器的故障還是時(shí)有發(fā)生 ，尤其是近年來(lái)逐步引起人們重視的變壓器近區(qū)或出口短路故障，大大影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)資料表明，在變壓器損壞的原因中 ，70%以上是由于變壓器發(fā)生了出口短路的大電流沖擊導(dǎo)致低壓繞組變形造成的。因此，采取切實(shí)有效措施提高低壓繞組強(qiáng)度，對(duì)確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要的意義。電力變壓器在發(fā)生出口短路時(shí)的電動(dòng)力和機(jī)械力的作用下，繞

20、組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化，產(chǎn)生繞組變形。繞組變形包括軸向和徑向尺寸的變化，器身位移，繞組扭曲、匝間短路等，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患。變壓器繞組經(jīng)受短路故障后，有的雖未立即發(fā)生損壞，但對(duì)變壓器造成的潛在危害值得引起重視：1)繞組機(jī)械性能發(fā)生變化。由于短路的累積效應(yīng)作用，當(dāng)再次遭受短路電流沖擊時(shí)，將可能使繞組承受不住巨大電動(dòng)力的作用而失穩(wěn)。2)絕緣強(qiáng)度下降。一旦遭受過(guò)電壓，有可能發(fā)生繞組短路，致使變壓器絕緣被擊穿；或在正常運(yùn)行工況下，因局部放電的持續(xù)作用，使已有的絕緣損傷逐漸加重，從而導(dǎo)致變壓器絕緣被擊穿。3) 累積效應(yīng)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，運(yùn)行變壓器一旦發(fā)生繞組變形，將導(dǎo)致累積效應(yīng)，出現(xiàn)惡性

21、循環(huán)。從計(jì)算分析和生產(chǎn)實(shí)踐可知，一至二次電流峰值的沖擊就導(dǎo)致變壓器損壞事故的幾率是很小的，但遭受過(guò)短路電流沖擊的變壓器已經(jīng)存在一定的安全隱患。對(duì)繞組已產(chǎn)生變形但仍在運(yùn)行的變壓器而言，雖然并不一定會(huì)立即發(fā)生絕緣擊穿事故，但當(dāng)再遭受也許并不大的過(guò)電流或過(guò)電壓，甚至在正常運(yùn)行的電磁動(dòng)作用下，也可能導(dǎo)致變壓器絕緣擊穿。影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2.2.1 變壓器數(shù)學(xué)模型建立電力系統(tǒng)中的變壓器通常是三相的，而三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)型式、繞組接線方式（主要包括Y型和 D型）、中點(diǎn)接地與否等多種因素對(duì)勵(lì)磁涌流、每相輸出電流有著較大影響。首先描述單相雙組變壓器數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)繞組接線方式推導(dǎo)出三相之的連接關(guān)系方程，

22、建立三相變壓器數(shù)學(xué)模型。1. 單相變壓器的數(shù)學(xué)模型1） 磁鏈方程 假定單相變壓器一、二次繞組匝數(shù)分別為和，考慮繞組漏磁通，一、二次繞組的磁通表示為：式中 主磁通；分別是一、二次繞組的漏磁通。由磁鏈定義，一次繞組的磁鏈為：式中： 漏磁通，由一次繞組的磁動(dòng)勢(shì)建立；漏磁通路徑磁導(dǎo)率；主磁通，由一、二次繞組的總磁勢(shì)建立；互磁通路徑磁導(dǎo)率。方程（3）的右端另作表示：類似地，二次繞組磁鏈為：則一、二次繞組關(guān)于繞組感應(yīng)的表達(dá)式為：式中： 分別一、二次繞組自感；分別為一、二次繞組互感。其中 電壓方程用替換，用替換，一次繞組感應(yīng)電壓可以寫為：式中： 為二次側(cè)電流折合到一次側(cè)的折算值。繞組端電壓為感應(yīng)電壓和阻抗壓

23、降之和，對(duì)于一次繞組，即類似地，二次繞組端電壓可以寫為：3） 連接關(guān)系方程變壓器等效電路如圖2-2所示，一次側(cè)三相繞組相電壓可直接由輸入交流電壓計(jì)算得到：式中： 每相輸入交流電壓。圖2-2 變壓器等效電路圖二次繞組中點(diǎn)接地，接地點(diǎn)為G，二次側(cè)三相繞組線電壓為：式中： 中點(diǎn)對(duì)地電壓，；接地阻抗；、分別為每相對(duì)地電壓。其中，一次側(cè)三相繞組線電流：式中： 、分別為一次側(cè)三相繞組的輸出電流。2.2.2 變壓器短路分析 電力變壓器短路故障主要是指副邊輸電線路上的短路。假定電網(wǎng)的容量很大，短路電流不至于引起電力電網(wǎng)電壓下降，忽略空載電流，突發(fā)短路時(shí)一次側(cè)電路的微分方程為：解此常系數(shù)微分方程有式中：突發(fā)短路

24、電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時(shí)值，；突發(fā)短路電流穩(wěn)態(tài)分量的幅值，；與的相位差，；突發(fā)短路電流暫態(tài)分量的瞬時(shí)值，；暫態(tài)電流衰減的時(shí)間常數(shù)，；積分常數(shù)，由初始條件決定。 變壓器短路時(shí)，由于負(fù)載電流比短路電流小得多，可以忽略，認(rèn)為是空載情況下發(fā)生，即t=0時(shí)，。可得突發(fā)短路電流為：突發(fā)短路電流最大值為：式中：突發(fā)短路電流最大值與穩(wěn)態(tài)短路電流最大值的比值，中小型電力變壓器=1.21.4，大型電力變壓器=1.71.8。由此可見(jiàn)，短路產(chǎn)生的沖擊電流最大值可達(dá)額定電流的1020倍。第3章 基于MATLAB的單機(jī)-無(wú)窮大系統(tǒng)模型建立3.1 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB 是由美國(guó)Mathworks公司開(kāi)發(fā)的一套高性能的數(shù)值

25、計(jì)算和可視化大型軟件 ，它是以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ) ，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合在一個(gè)交互的工作環(huán)境中 ，在此環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、建模和仿真、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等，其在科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真中運(yùn)用很廣泛。在MATLAB中包括了兩大部分 ，數(shù)學(xué)計(jì)算和工程仿真 ，其中在工程仿真方面 ，MATLAB 提供的軟件支持涉與到各個(gè)工程領(lǐng)域 ，并且在不斷完善。MATLAB 所具有的程序設(shè)計(jì)靈活 ，直觀 ，圖形功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)使其已經(jīng)發(fā)展成為多學(xué)科 ，多平臺(tái)的強(qiáng)大的大型軟件。MATLAB提供的 Simulink工具箱是一個(gè)在MATLAB環(huán)境下用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包 ，它提供了用方框

26、圖進(jìn)行建模的接口 ，與傳統(tǒng)的仿真建模相比 ，更加直觀、靈活。Simulink的作用是在程序塊間的互聯(lián)基礎(chǔ)上建立起一個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)程序塊由輸入向量 ，輸出向量以與表示狀態(tài)變量的向量等 3 個(gè)要素組成。在計(jì)算前 ，需要初始化并賦初值 ，程序塊按照需要更新的次序分類 ，然后用 ODE計(jì)算程序通過(guò)數(shù)值積分來(lái)模擬系統(tǒng)。MATLAN含有大量的 ODE計(jì)算程序 ，有固定步長(zhǎng)的 ，有可變步長(zhǎng)的 為求解復(fù)雜的系統(tǒng)提供了方便。MATLAB在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊 SimPowerSystem 來(lái)完成的。MATLAB是將計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合在一起的功能強(qiáng)大的平臺(tái)，電力系統(tǒng)仿真是將電力系統(tǒng)

27、的模型化、數(shù)學(xué)化來(lái)模擬實(shí)際的電力系統(tǒng)的運(yùn)行 ，由于電力系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng) ，運(yùn)行方式也十分復(fù)雜 ，因此采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行仿真計(jì)算工作量大 ，也不直觀。MATLAB 的出現(xiàn)給電力系統(tǒng)仿真帶來(lái)了新的方法和手段。通過(guò)MATLAB 的 SimPowerSystem的模塊對(duì)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行仿真 ，從而說(shuō)明其在電力系統(tǒng)仿真中的運(yùn)用電力系統(tǒng)的仿真可以幫助人們通過(guò)計(jì)算機(jī)手段分析實(shí)際電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況，通過(guò)故障仿真得出了相關(guān)的電壓穩(wěn)定性方面的結(jié)論，從而證明了這種仿真的正確性和在分析應(yīng)用中的可行性。3.2 Simulink中電力系統(tǒng)模塊庫(kù)簡(jiǎn)介Simulink是一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具。它是MATL

28、AB的一個(gè)附加組件，可用于實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)）的建模、分析和仿真。Simulink對(duì)仿真的實(shí)現(xiàn)可以應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)、信息控制、通信設(shè)計(jì)、金融財(cái)會(huì)與生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的研究中。Simulink實(shí)際上提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的建模與動(dòng)態(tài)仿真的圖形用戶環(huán)境，并且憑借MATLAB在科學(xué)計(jì)算上的天然優(yōu)勢(shì)，建立了從設(shè)計(jì)構(gòu)思到最終要求的可視化橋梁，大大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工具的不足。它可以使系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易且直觀，同時(shí)可以容易地改變輸入信號(hào)的形式，對(duì)仿真算法和仿真參數(shù)的選擇以與對(duì)輸出結(jié)果的處理上也更加靈活自由。由于 Simulink可以很方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)完整的模型，評(píng)估不同算法

29、和結(jié)構(gòu)并驗(yàn)證系統(tǒng)性能，另外Simulink還可以與MATLAB中的DSP工具箱、信號(hào)處理工具箱以與通訊工具箱等聯(lián)合使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟硬件的接口，從而成為實(shí)用的控制軟件。在MATLAB命令窗口鍵入Simulink命令，或單擊MATLAB工具欄中的Simulink圖標(biāo)，則可以打開(kāi)Simulink模型庫(kù)窗口。如圖3-1所示。這一模型庫(kù)包括以下各個(gè)子模型庫(kù):Sources(輸入源)、Siuk(輸出方式)、Discrete(離散時(shí)間模型)、Function & Tables(功能列表)、Math(數(shù)學(xué)方法)、Signals&System(信號(hào)或系統(tǒng))、Linear(線性環(huán)節(jié))、Nonlinear(非線性環(huán)

30、節(jié))、Connections(連接與接口)等。圖3-1 simulink模型庫(kù)在MATLAB命令窗口中鍵入powerlib命令，則打開(kāi)電力系統(tǒng)模塊庫(kù)，如圖3-2所示。還可以從Simulink模塊瀏覽窗口直接啟動(dòng)。該模塊庫(kù)中有很多模塊組，主要有電源元件（Electricial sources）、線路元件(Elements)、電力電子元件(Power Electronics)、電機(jī)元件(Machines)、連接器元件（Connectors）、電路測(cè)量?jī)x器（Measurements）、附加元件（Extras）、演示(Demos)、電力圖形用戶接口（Powergui）等，雙擊每一個(gè)圖標(biāo)都可以打開(kāi)一個(gè)模

31、塊組。圖3-2 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)1) 電源模塊電源元件庫(kù)中包含7種電源元件，如圖3-3所示，分別是直流電壓源（DC Voltage Soures）元件、交流電壓源（AC Voltage Soures）元件、交流電流源（AC Current Soures）元件、受控電壓源（Controlled Voltage Soures）元件、受控電流源（Controlled Current Soures）元件、三相電源（3-phase Soures）元件和三相可編程電壓源（3-phase Programmable Voltage Soures）元件。圖3-3 電源元件庫(kù)2) 線路元件模塊 線路元件庫(kù)中包含了各

32、種線性網(wǎng)絡(luò)電路元件和非線性網(wǎng)絡(luò)電路元件。雙擊線路元件庫(kù)圖標(biāo)，彈出線路元件庫(kù)對(duì)話框，如圖3-4所示，圖中包含了4類線路元件，分別是支路（Elements）元件、輸配電線路（Lines）元件、斷路器（Circult Breakers）元件和變壓器（Transformers）元件。圖3-4 線路元件庫(kù)3 ) 電力電子元件庫(kù)電力電子模塊庫(kù)包括理想開(kāi)關(guān)（Ideal Switch）、二極管（Diode）、晶閘管（Thyristor）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣門極晶體管（IGBT）等模塊，此外還有2個(gè)附加的控制模塊組和一個(gè)整流橋，如圖3-5所示。圖3-5 電力電子元件4 )

33、 電機(jī)元件庫(kù)電機(jī)元件庫(kù)包括同步電機(jī)（Synchronous Machines）、異步電機(jī)（Asynchronous Machines）、直流電機(jī)（DC Machines）、調(diào)節(jié)器（Prime Movers and Regulators）和電機(jī)輸出測(cè)量分配器（Machines Measurements）等。如圖3-6所示。圖3-6 電機(jī)元件庫(kù)5) 連接器元件連接器模塊庫(kù)包括10個(gè)常用的連接器模塊，如圖3-7所示。圖3-7 連接器元件6) 測(cè)量元件測(cè)量元件庫(kù)包含電壓表、電流表、萬(wàn)用表和各種附加的子模塊等，如圖3-8所示。 圖3-8 測(cè)量元件庫(kù)7） 附加和演示模塊 附加模塊包括了上述各元件庫(kù)中的附加

34、元件，演示模塊主要提供一些演示實(shí)例。8） 電力系統(tǒng)分析元件 電力系統(tǒng)分析元件模型是用來(lái)分析電路和電力系統(tǒng)的工具。MATLAB軟件提供的電力系統(tǒng)分析元件是一種功能強(qiáng)大的電力系統(tǒng)分析工具，如圖3-9所示，使用電力系統(tǒng)分析工具可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的頻域分析，主要包括：圖3-9 電力系統(tǒng)分析元件 Powergui 模塊可以顯示系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的電流和電壓與電路所有的狀態(tài)變量值； 為了執(zhí)行仿真，Powergui 模塊允許修改初始狀態(tài)； Powergui 可以執(zhí)行負(fù)載潮流的計(jì)算，并且為了從穩(wěn)態(tài)時(shí)開(kāi)始仿真可以初始化包括三相電機(jī)在的三相網(wǎng)絡(luò)，三相電機(jī)的類型為簡(jiǎn)化的同步電機(jī)、同步電機(jī)或異步電機(jī)模塊； 當(dāng)電路中出現(xiàn)阻抗

35、測(cè)量模塊時(shí)，Powergui也可以顯示阻抗隨頻率變化的波形； 如果用戶擁有控制工具箱，Powergui模塊可以產(chǎn)生用戶自己系統(tǒng)的空間模塊，自動(dòng)打開(kāi) LTI 相對(duì)于時(shí)域和頻域的觀測(cè)器接口； Powergui 可以產(chǎn)生擴(kuò)展名為 .rep 的結(jié)果報(bào)告文件，這個(gè)文件包含測(cè)量模塊、電源、非線性模塊等系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)值。3.3 系統(tǒng)模型的建立系統(tǒng)模型如圖3-10所示。圖3-10 單機(jī)-無(wú)窮大系統(tǒng)3.4 基于simulink的模型建立simulink模型建立主要包括以下元件：簡(jiǎn)化發(fā)電機(jī)、電壓-電流測(cè)量元件、斷路器、變壓器、輸電線路、負(fù)載、短路故障發(fā)生器等，搭建仿真模型如圖3-11所示。圖3-11 單機(jī)-無(wú)窮大

36、系統(tǒng)仿真圖3.5設(shè)計(jì)流程3.5.1 模塊選擇1）從電機(jī)元件庫(kù)中選擇簡(jiǎn)化的同步電機(jī)元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-12所示。 步驟一：將簡(jiǎn)化的同步電機(jī)元件名稱改為：簡(jiǎn)化發(fā)電機(jī)。 步驟二：雙擊簡(jiǎn)化的同步電機(jī)元件，在簡(jiǎn)化的同步電機(jī)（Simplified Synchronous Machine SI Unit）元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖所示。圖3-12 簡(jiǎn)化同步電機(jī)模型與其參數(shù)對(duì)話框設(shè)置參數(shù)如下： 連接類型（connection type）：3-wire Y 電機(jī)額定參數(shù)（nominal power,L-Lvolt and freq）：1000e6 315e3 50 機(jī)械參數(shù)（mechanic

37、al）：56290 0 2 部電阻（Internal impedance）：1.9845, 263.15e-3 初始狀態(tài)（Initial condition）： 0 0 0 0 0 0 0 0 步驟三：設(shè)置施于簡(jiǎn)化的同步電機(jī)上的功率。 該機(jī)械功率使用一個(gè)常數(shù)發(fā)生器來(lái)設(shè)置，如圖3-13所示 將常數(shù)發(fā)生器元件名稱改為：機(jī)械功率。 雙擊常數(shù)發(fā)生器元件，在參數(shù)對(duì)話框中將數(shù)值設(shè)為700e6，作為機(jī)械功率值。步驟四：設(shè)置電壓幅值 電壓幅值使用一個(gè)常數(shù)發(fā)生器來(lái)設(shè)置，如圖3-13所示，將常數(shù)發(fā)生器的名稱改為：電壓幅值。 將常數(shù)發(fā)生器數(shù)值改為156e3作為電壓幅值。圖3-13 常數(shù)發(fā)生器元件與參數(shù)對(duì)話框2）從測(cè)

38、量元件庫(kù)中選擇三相電壓-電流測(cè)量（3-phase V-I Measurements）元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-14所示，將三相電壓-電流測(cè)量元件名稱改為：發(fā)電機(jī)電壓-電流值。圖3-14 三相電壓-電流測(cè)量元件與參數(shù)對(duì)話框雙擊三相電壓-電流測(cè)量元件，在三相電壓-電流測(cè)量元件參數(shù)對(duì)話框進(jìn)行如下設(shè)置：電壓測(cè)量選項(xiàng)中包括3個(gè)選項(xiàng)，分別是不測(cè)量電壓（no）、測(cè)量相電壓（phase-to-ground）和測(cè)量線電壓（phase-to-phase）。電流測(cè)量選項(xiàng)中有測(cè)量和不測(cè)量選項(xiàng)，在本例中選擇測(cè)量相電壓和測(cè)量電流選項(xiàng)。單擊OK按鈕完成對(duì)電壓-電流測(cè)量元件的參數(shù)設(shè)置。3）從線路元件庫(kù)中選擇三相電路

39、短路故障發(fā)生器元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-15所示。步驟一：雙擊三相電路短路故障發(fā)生器元件，在三相電路短路故障發(fā)生器元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖3-15所示。三相電路短路故障發(fā)生器元件參數(shù)對(duì)話框中包括10各選項(xiàng)，分別是故障相選擇（Phase Fault）、故障點(diǎn)電阻（Fault resistances Ron）、故障相接地（Ground Fault）、外部控制（Exeternal contorl of fault）、轉(zhuǎn)換狀態(tài)（Transition status）、轉(zhuǎn)換時(shí)間（Transition times）、部計(jì)時(shí)器的采樣時(shí)間（Sample time of the Ts）、緩沖電阻（

40、Snubber resistance Rp）、緩沖電容（Snubber Capacitance Cp）和測(cè)量（Measurements）。圖3-15三相電路短路故障發(fā)生器與參數(shù)對(duì)話框參數(shù)設(shè)置如下：故障點(diǎn)電阻（Fault resistances Ron）：0.001故障點(diǎn)接地電阻（Ground resietances Rg）：0.001轉(zhuǎn)換狀態(tài)（Transition status）： 1 0 轉(zhuǎn)換時(shí)間（Transition times）：0.2 0.3部計(jì)時(shí)器的采樣時(shí)間（Sample time of the Ts）：0緩沖電阻（Snubber resistance Rp）：1e6緩沖電容（Snu

41、bber Capacitance Cp）：inf測(cè)量（Measurements）：選擇不測(cè)量選項(xiàng)單擊OK按鈕完成對(duì)三相電路短路故障發(fā)生器的設(shè)置。步驟二：同樣的方法設(shè)置其他兩個(gè)三相電路短路故障發(fā)生器。4） 從線路元件庫(kù)三相斷路器元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-16所示。雙擊三相短路器元件，在三相短路器元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖3-16所示。三相短路器元件參數(shù)對(duì)話框包含以下選項(xiàng)：初始狀態(tài)（Initial status of breakers）；故障相選擇（Switching of A、B、C）；轉(zhuǎn)換時(shí)間（Transition time）；部計(jì)時(shí)器的采樣時(shí)間（Sample time of t

42、he Ts）；外部控制時(shí)間（Extarnal control of switching times）；斷路器電阻（Breakers resistance Ron）；遲滯電阻（Snubbers resistance Rp）；遲滯電容（snubbers capacitance Cp）和測(cè)量（Measurements）。圖3-16 三相斷路器與參數(shù)對(duì)話框三相斷路器的參數(shù)設(shè)置如下：初始狀態(tài)（Initial status of breakers）：故障相選擇（Switching of A、B、C）：A、B、C三相都選擇轉(zhuǎn)換時(shí)間（Transition time）：0.01部計(jì)時(shí)器的采樣時(shí)間（Sample

43、time of the Ts）：0外部控制時(shí)間（Extarnal control of switching times）：不選擇斷路器電阻（Breakers resistance Ron）：0.001遲滯電阻（Snubbers resistance Rp）：1e6遲滯電容（snubbers capacitance Cp）：inf測(cè)量（Measurements）：選擇不測(cè)量選項(xiàng) 單擊OK按鈕完成對(duì)三相短路器的設(shè)置。5） 從線路元件庫(kù)中選擇三相變壓器元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-17所示。步驟一：將變壓器的名稱改為：變壓器。步驟二：雙擊三相變壓器元件，在變壓器元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖3

44、-17所示。變壓器元件參數(shù)對(duì)話框包含以下選項(xiàng)：圖3-17 三相變壓器與參數(shù)對(duì)話框額定功率和頻率（Nominal power and frequency）；原邊繞組接法（winding1 connaction）；原邊繞組參數(shù)（winding parancters）；副邊繞組接法（winding2 connaction）；副邊繞組參數(shù)（winding parancters）；磁阻（Magnetiration resistance Rm）；磁感（Magnetiration reactance Lm）和測(cè)量（Measurements）。變壓器參數(shù)設(shè)置如下：額定功率和頻率（Nominal power a

45、nd frequency）：250e6 50原邊繞組接法（winding1 connaction）：Y原邊繞組參數(shù)（winding parancters）： 424.35e3 , 0.002 , 0.08 副邊繞組接法（winding2 connaction）：Delta(D11)副邊繞組參數(shù)（winding parancters）： 315e3 , 0.002 , 0.08磁阻（Magnetiration resistance Rm）：500磁感（Magnetiration reactance Lm）：500測(cè)量（Measurements）：選擇不測(cè)量選項(xiàng)單擊OK按鈕完成對(duì)三相變壓器的設(shè)置。

46、6）從線路元件庫(kù)中選擇三相分布參數(shù)傳輸線元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-18所示。圖3-18 分布參數(shù)傳輸線與參數(shù)對(duì)話框步驟一：將分布參數(shù)傳輸線元件名稱改為步驟二：雙擊分布參數(shù)傳輸線元件，在分布參數(shù)傳輸線元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖3-18所示。參數(shù)設(shè)置如下：線路相數(shù)（Number of phase N）：3用于電阻、電感和電容的頻率（Frequency）：50單位長(zhǎng)度電阻（resistance per unit length）： 0.01273 0.3846單位長(zhǎng)度電感（Inductance per unit length）： 0.9337e-3 4.1264e-3 單位長(zhǎng)度電容（Ca

47、pacitance per unit length）： 12.74e-9 7.751e-9 線路長(zhǎng)度（Line Length）：300測(cè)量（Meadurements）：選擇不測(cè)量電氣量單擊OK按鈕完成對(duì)三相分布參數(shù)傳輸線的設(shè)置。7）從線路元件庫(kù)中選擇三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中，如圖3-19所示。圖3-19 三相串聯(lián)RLC負(fù)荷元件與參數(shù)對(duì)話框步驟一：將三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件的名稱改為：串聯(lián)負(fù)荷。步驟二：雙擊三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件，在三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖3-19所示。三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件參數(shù)對(duì)話框包含5個(gè)選項(xiàng)，分別是額定相電壓（Nominal pha

48、se-phase voltage），額定頻率（Nominal frequency），三相有功功率（Three-phase active power P），三相感性無(wú)功功率（Three-phase inductive reactive power Ql），三相容性無(wú)功功率（Three-phase capacitive reactive power Qc）選項(xiàng)。三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件參數(shù)設(shè)置如下：額定相電壓（Nominal phase-phase voltage）：500e3額定頻率（Nominal frequency）：50三相有功功率（Three-phase active power P）：5

49、0e6三相感性無(wú)功功率（Three-phase inductive reactive power Ql）：0三相容性無(wú)功功率（Three-phase capacitive reactive power Qc）：0單擊OK按鈕完成對(duì)三相串聯(lián)RLC負(fù)載元件參數(shù)的設(shè)置8） 在命令窗口鍵入如下命令： simulink 單擊回車后，彈出仿真元件庫(kù)對(duì)話框。在sinks目錄下選擇示波器元件拖拽到電路圖中。復(fù)制示波器元件，用于測(cè)量其它電氣量。9） 從電氣測(cè)量?jī)x器庫(kù)中選擇萬(wàn)用表元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中。雙擊萬(wàn)用表元件彈出萬(wàn)用表元件參數(shù)對(duì)話框，在萬(wàn)用表元件參數(shù)對(duì)話框中，顯示有可測(cè)量電氣量，選擇要測(cè)量的電氣量進(jìn)行

50、測(cè)量。10）選擇接地元件、節(jié)點(diǎn)等，進(jìn)行合理放置。對(duì)電路圖進(jìn)行接線即可完成電路圖的繪制。3.5.2仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)電路圖設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行仿真，以達(dá)到觀察系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行與發(fā)生短路時(shí)的狀態(tài)變化情況。在仿真的菜單選項(xiàng)中，選擇仿真菜單，激活仿真參數(shù)命令，彈出仿真參數(shù)對(duì)話框。根據(jù)暫態(tài)過(guò)程時(shí)間的估算，對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置：開(kāi)始時(shí)間（Start time）：0.0停止時(shí)間（Stop time）：0.5求解程序類型（Type）選項(xiàng)：可變步長(zhǎng)（Variable-step），ode23tb(dtiff/TR-BDF2)最大步長(zhǎng)（Max step size）選項(xiàng)：自動(dòng)（auto）最小步長(zhǎng)（Min step size

51、）選項(xiàng)：自動(dòng)（auto）初始步長(zhǎng)（Intial step size）選項(xiàng)：自動(dòng)（auto）相對(duì)容差（Relative tolerance）選項(xiàng)：1e-3絕對(duì)容差（Absolute tolerance）選項(xiàng)：自動(dòng)（auto）3.6 仿真結(jié)果分析3.6.1 發(fā)電機(jī)出口短路仿真結(jié)果將三相電路短路故障發(fā)生器的故障相選擇中三相故障都選擇，并選擇故障相接地選項(xiàng)。 設(shè)置完電路圖和仿真參數(shù)后，下面進(jìn)行電路仿真。激活仿真按鈕，查看仿真波形。故障點(diǎn)電流波形圖在發(fā)電機(jī)故障器中的測(cè)量選項(xiàng)中選擇故障電壓和電流選項(xiàng)，對(duì)故障點(diǎn)的電壓和電流進(jìn)行測(cè)量。其它兩個(gè)故障器均選擇不測(cè)量選項(xiàng)。在萬(wàn)用表元件中選擇故障點(diǎn)A相電流作為測(cè)量電氣

52、量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)A相電流波形圖如圖3-20所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：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)，所以電流為0A。在0.2S時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)A相電流發(fā)生變化，電流波形上移。在0.3s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)的電壓迅速變?yōu)?A。圖3-20 故障點(diǎn)A相電流在萬(wàn)用表元件中選擇故障點(diǎn)B相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)B相電流波形圖如圖3-21所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：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)，所以電流為0A。在0.2S時(shí)，

53、三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)A相電流發(fā)生變化，電流波形下降。在0.3s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)的電壓迅速變?yōu)?A。圖3-21 故障點(diǎn)B相電流在萬(wàn)用表元件中選擇故障點(diǎn)C相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)C相電流波形圖如圖3-22所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：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)，所以電流為0A。在0.2S時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)C相電流發(fā)生變化，電流波形上移。在0.3s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)的電壓迅速變?yōu)?A

54、。圖3-22 故障點(diǎn)C相電流在萬(wàn)用表元件中選擇故障點(diǎn)A相、B相、C相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)A相、B相、C相電流波形圖如圖3-23所示。圖3-23 故障點(diǎn)三相電流2）故障點(diǎn)的電壓波形圖在萬(wàn)用表元件中選擇故障點(diǎn)A相、B相和C相電壓作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)A相、B相和C相電壓波形圖如圖3-24所示。由圖形可以得出以下結(jié)論: 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)三相電壓由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，其實(shí)際電壓為發(fā)電機(jī)出口母線上的電壓。在0.2s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)三相電壓由于發(fā)生三相接地短路，因而各相電壓為0V。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器打開(kāi)，

55、相當(dāng)于排除故障，此時(shí)三相實(shí)際電壓為母線電壓，發(fā)生暫態(tài)波動(dòng)。圖3-24 故障點(diǎn)三相電壓3）發(fā)電機(jī)端電流波形在向量選擇器中選擇故障點(diǎn)A相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)A相電流波形圖如圖3-25所示，由圖形可以得出一下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，A相電流由于三相故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而A相電流呈正弦變化。在0.2s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)發(fā)生三相短路，A相電流發(fā)生變化，由波形可以看出波形整體上移，此時(shí)短路電流很大，最大幅值達(dá)到2300V,為正常時(shí)電流的10倍左右，然后波形逐步下移。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)A相電流波動(dòng)恢復(fù)弦變化。圖3-25 發(fā)電機(jī)A相電流

56、在向量選擇器中選擇發(fā)電機(jī)B相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則發(fā)電機(jī)B相電流波形圖如圖3-26所示，由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，B相電流由于三相故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而B相電流呈正弦變化。在0.2s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)發(fā)生三相短路，B相電流發(fā)生變化，由波形可以看出波形整體下移，此時(shí)短路電流很大，最大幅值為-2300V，為正常時(shí)電流的10倍左右。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)B相電流恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。圖3-26 發(fā)電機(jī)B相電流在向量選擇器中選擇發(fā)電機(jī)C相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則發(fā)電機(jī)C相電流波形圖如圖3-27所示，由圖形得出以下結(jié)論：在

57、穩(wěn)態(tài)時(shí)，C相電流由于三相故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而C相電流呈正弦變化。在0.2s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)發(fā)生三相短路，C相電流發(fā)生變化，電流幅值變大，為正常時(shí)電流的10倍左右。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)C相電流恢復(fù)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，波形呈正弦變化。圖3-27 發(fā)電機(jī)C相電流 在萬(wàn)用表元件中選擇發(fā)電機(jī)三相電流作為測(cè)量電氣量，如圖3-28所示，由圖形可得：發(fā)電機(jī)發(fā)生短路時(shí)短路電流很大。圖3-28 發(fā)電機(jī)三相電流4）發(fā)電機(jī)端電壓波形在向量選擇器中選擇發(fā)電機(jī)A相電壓作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則發(fā)電機(jī)A相電壓波形圖如圖3-29所示，由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)

58、時(shí)，發(fā)電機(jī)A相電壓為正弦變化，在0.2s時(shí)，發(fā)生三相短路，電壓立刻變?yōu)?V。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)，A相電壓恢復(fù)為正弦變化。圖3-29 發(fā)電機(jī)A相電壓在向量選擇器中選擇發(fā)電機(jī)B相電壓作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則發(fā)電機(jī)B相電壓波形圖如圖3-30所示，由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)B相電壓為正弦變化，在0.2s時(shí)，發(fā)生三相短路，電壓立刻變?yōu)?V。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)，B相電壓恢復(fù)為正弦變化。圖3-30 發(fā)電機(jī)B相電壓在向量選擇器中選擇發(fā)電機(jī)C相電壓作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則發(fā)電機(jī)C相電壓波形圖如圖3-31

59、所示，由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)C相電壓為正弦變化，在0.2s時(shí)，發(fā)生三相短路，電壓立刻變?yōu)?V。在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)，C相電壓恢復(fù)為正弦變化。圖3-31 發(fā)電機(jī)C相電壓在萬(wàn)用表元件中選擇發(fā)電機(jī)三相電壓作為測(cè)量電氣量，則得出發(fā)電機(jī)三相電壓波形圖如圖3-32所示，由圖形可以得出：發(fā)電機(jī)短路期間，各相的電壓均為0V。圖3-32 發(fā)電機(jī)三相電壓5）變壓器端短路電流和短路電壓波形在萬(wàn)用表元件中選擇變壓器三相電流作為測(cè)量電氣量，則得變壓器電流波形如圖3-33所示，由圖形可得：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，變壓器電流呈正玄變化，在0.2s時(shí)，發(fā)電機(jī)端發(fā)生三相短路，受到?jīng)_擊電

60、流的影響，變壓器電流迅速上升，由于變壓器存在磁感應(yīng)，電流慢慢趨于零，在0.3s時(shí)，三相短路故障發(fā)生器斷開(kāi)，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)，變壓器電流恢復(fù)正玄變化，發(fā)生暫態(tài)過(guò)程。圖3-33 變壓器三相電壓在萬(wàn)用表元件中選擇變壓器三相電壓作為測(cè)量電氣量，則變壓器電壓波形如圖3-34所示，由波形得出：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，變壓器電壓波形呈正玄變化，在0.2s時(shí)，發(fā)生三相短路，由于變壓器存在磁勢(shì)，電壓不能突變?yōu)榱?，而是趨于減小，最后變?yōu)榱?。?.3s時(shí)，三相短路故障器斷開(kāi)，排除故障，此時(shí)變壓器電壓恢復(fù)正常的正玄變化。圖3-34 變壓器三相電壓3.6.2 變壓器端發(fā)生短路仿真結(jié)果分析設(shè)置完電路圖后，將仿真參數(shù)中的開(kāi)始時(shí)間改為