【正文】 ................................ 5 3 Simulation and modeling.............................................................................................................. 6 Introduction to simulation tools ............................................................................................. 6 Features of MATLAB...................................................................................................... 6 Introduction to simulink .................................................................................................. 7 SPS(SimPowerSystems).................................................................................................. 8 GUI（ Graphical User Interfaces） ................................................................................. 8 Establishment of the model.................................................................................................... 8 Infinite power system shortcircuit fault simulation model ............................................ 8 Simulation parameter settings ......................................................................................... 9 4 Simulation analysis......................................................................................................................16 Analysis of threephase shortcircuit ....................................................................................16 Analysis of singlephase short circuit ...................................................................................18 Analysis of twophase short circuit.......................................................................................22 Analysis of twophase short circuit to ground ......................................................................25 5 Conclusions .................................................................................................................................28 6 Outlook and prospect...................................................................................................................28 References ......................................................................................................................................29 Acknowledgement ..........................................................................................................................30 I 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)短路故障分析與仿真 （山東農(nóng)業(yè)大學 機械與電子工程學院） 摘要 ： 短路是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生的故障，每年因短路而引發(fā)的電氣事故不計其數(shù)。本文詳細介紹了短路故障產(chǎn)生的原因以及危害等，并重點介紹了 Simulink 仿真工具在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用電力系統(tǒng)工具箱 SPS 和 Simulink 模塊可以對電力系統(tǒng)故障進行仿真。在仿真平臺上， 以 無限大電源系統(tǒng) 為建模對象， 經(jīng)過 模塊 選擇 ，連線，參數(shù)設(shè)置 等步驟 ，對電力系統(tǒng) 可能出現(xiàn)的三相短路、單相短路、兩相短路以及兩相接地短路幾種 故障進行仿真。 仿真 結(jié)果表明，波形與理論分析基本一致，由此說明MATLAB 在電力系統(tǒng)仿真研究中具有重要的實用價值 [1]。 關(guān)鍵詞： 短路 電力系統(tǒng) MATLAB 故障 仿真 II Analysis and Simulation of Short Circuit Fault in Power System Based on MATLAB Jiwen Liu (college of mechanical and electronic engineering , Shandong Agricultural University, Tai’an, 271018) Abstract： Short circuit is most likely to occur in power system fault, there are countless electrical accidents each year due to short circuits . This paper expounds the causes of faults and hazards, and focuses on the application of Simulink simulation tools in power system. PSB and Simulink Toolbox modules can use electric power system simulation for power system failures. On the simulation platform, with infinite power source system for modeling objects through module selection, connection, steps such as parameter settings, on possible threephase short circuit, singlephase power system short circuit, twophase short circuit fault simulation of twophase short circuit to ground. Simulation results show that the waveform analysis are consistent with the theory that illustrate the MATLAB in simulation of power system is of significant practical value. Keywords： short circuit。 power system。 MATLAB。 fault。 simulation 1 1 引言 課題研究的背景 隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，如今已成為世界上覆蓋面 最廣、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的人造系統(tǒng)之一。眾所周知，電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用四個環(huán)節(jié)是同時進行的，即電能不能夠被儲存。因此，如何生產(chǎn)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的電能以保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行成了當今值得關(guān)注的課題。正是由于電力系統(tǒng)的特殊復(fù)雜性，許多電力系統(tǒng)故障也隨之發(fā)生，其中以短路故障最為嚴重。最近幾年 ， 國內(nèi)外發(fā)生了多次重大停電事故 ， 由此造成了巨大的經(jīng)濟損失 ， 同時也嚴重影響了人民的正常生產(chǎn)、生活秩序 [2]。因此，研究電力系統(tǒng)中的短路故障問題 ， 尤其是短路電流問題一直受到電力科技工作者的高度重視 [3]。 課題研究的國 內(nèi)外現(xiàn)狀 基于電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及從安全性角度考慮，許多電力系統(tǒng)試驗已無法在實驗室中模擬進行。因此，國內(nèi)外從上世紀 80 年代開始對電力系統(tǒng)故障分析做了大量的研究工作，并提出了許多故障診斷方法，但是實際上并沒有得到有效的解決。考慮到電力系統(tǒng)的實際運行情況，從技術(shù)和安全角度來講，已經(jīng)無法進行科學的實驗。所以，開展電力系統(tǒng)故障仿真就顯得頗具現(xiàn)實意義和實用價值。借助于計算機，一系列的仿真軟件開始誕生。當前，我們應(yīng)用的電力系統(tǒng)仿真軟件主要有： （ 1） PSCAD/EMTDC 程序：其功能是研究當電力系統(tǒng)遭受擾動或者參數(shù)發(fā)生變化時，觀察參數(shù)隨時間的變化規(guī)律 [4]。 （ 2） EMTP 程序：其功能是進行電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算，電力系統(tǒng)暫態(tài)保護裝置的綜合選擇以及電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓分析等 [5]。 （ 3） PSASP 程序：其功能是進行電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析以及故障分析等。 當然，除此之外還有 MathWorks 公司開發(fā)的 MATLAB 應(yīng)用軟件。由于 MATLAB 具有強大的計算功能、良好的動態(tài)仿真環(huán)境以及豐富的內(nèi)置工具箱，因此逐漸成為電路、電力電子以及電力系統(tǒng)等模塊的重要仿真工具。 2 短路故障分析 近年來短路故障 我們先來看幾組數(shù)據(jù)： 2020 年 12 月 25 日 21 時 35 分，河南省洛陽市老城區(qū)的東都商廈發(fā)生特大火災(zāi)，正在二、三樓施工的部分民工以及四樓歌舞廳內(nèi)的 200 多人被大火圍困。經(jīng)有關(guān)部門確認，火災(zāi)已造成 309 人死亡，此次火災(zāi)是由于線路老化而造成短路引起的災(zāi)難 [6]。 2020 年 11 月 27 日 21 時 22 分，黑龍江省龍煤礦業(yè)公司七臺河分公司東風煤礦發(fā)生特大事故，造成 171 人死亡， 48 人受傷，直接經(jīng)濟損失達 萬元。事故原因是采掘機電機短路引起火花，從而引發(fā)瓦斯爆炸。 2 2020 年 9 月 20 日 22 時 49 分，深圳龍崗區(qū)舞王俱樂部發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致 44人死 亡，64 人受傷，直接經(jīng)濟損失達七千萬。事故的直接原因是舞臺照明線路和施放焰火同時起火引發(fā)的。 2020 年 5 月 25 日 19 時 55 分，河南平頂山市魯山縣城西琴臺辦事處三里河村一老年康復(fù)中心發(fā)生火災(zāi)，經(jīng)過搶險人員全力搶救，共救出 44 人，其中： 38 人死亡、 4 人輕傷、2 人重傷，事故原因為線路老化。 以上報道，不是危言聳聽，都是發(fā)生的真實案例。據(jù)統(tǒng)計， 2020 年全國電氣火災(zāi)數(shù)量占總火災(zāi)比重為 %，但人員傷亡比重為 %，經(jīng)濟損失比重為 %。由此可見，電氣火災(zāi)事故往往會造成更高的人員傷亡和更大的經(jīng)濟損失。