【正文】 的電力系統(tǒng)故障分析與仿真題目性質(zhì) □ 設(shè)計(jì)； √ 論文題目來(lái)源 □ 教學(xué)； √ 科研；□ 生產(chǎn)； □ 其他指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 工作單位 備注教授 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 的內(nèi)容和要求： 內(nèi)容：本論文主要是對(duì)典型的電力系統(tǒng)故障進(jìn)行理論分析，分 為 三相短路， 單相接地短路，兩相短路，兩相接地短路四種我們熟知的短路情況，并且 對(duì)其模型 進(jìn)行仿真分析，MATLAB的功能很強(qiáng)大，大大節(jié)省了建模的 時(shí)間，因 為它軟件本身提供了一個(gè)三相短路故障器，可以設(shè)置短路的所有情況。第 5，6 周 完成四種短路情況的理 論分析，寫(xiě)出 論文第三章第 7，8，9 周 建立描述電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型；寫(xiě)出第四章部分初稿第 10，11 周 撰寫(xiě)畢業(yè)論文初稿。二．意義： 電力系統(tǒng)故障分析是關(guān)系到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外從 20 世紀(jì) 80年代起已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，提出了多種故障分析技 術(shù)和方法，但 實(shí)際系統(tǒng)中該問(wèn)題并未很好地解決。隨著 電力工業(yè)的發(fā) 展， 電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行和控制的復(fù)雜性亦日益增加，在電力系 統(tǒng)的生產(chǎn)和研究中，仿真 軟件的 應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。還 有 Math works 公司開(kāi)發(fā)的 MATlAB 軟件。在 該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜 的系統(tǒng)。并且在掌握 MATLAB 軟件的基礎(chǔ)上，對(duì)其相應(yīng)的電力系統(tǒng)故障進(jìn)行仿真分析,從而得出結(jié)論。3. 主要參考文獻(xiàn)：[1] 夏道止，電力系統(tǒng)分析（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2022.[2] 李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版）[M].北京：中國(guó)電 力出版社，2022（1）.[3] 王顯平，電力系統(tǒng)故障分析 [M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2022（5）[4] 于群，曹娜. MATLAB/Simulink 電力系統(tǒng)建模與仿真 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2022[5] 陳珩，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 [M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2022[6] 鄧國(guó)揚(yáng)， Matlab/Simulink 的電力電子系統(tǒng)的建模與仿真[J]. 南華大學(xué)學(xué)報(bào)， 2022(1）：1~6.4. 進(jìn)度安排：第 1，2 周 論文前期調(diào)研，借閱或下載與論文相關(guān)的資料，復(fù)習(xí)電力系統(tǒng)分析、 電力系統(tǒng)故障分析等專(zhuān)業(yè)知識(shí)。第 12 周 修改畢業(yè)論文?？梢蕴峤淮疝q。存在問(wèn)題是對(duì)存在問(wèn)題的探討還可進(jìn)一步深入，對(duì)存在問(wèn)題原因的分析 還可進(jìn)一步展開(kāi)。答辯組長(zhǎng)（簽名）： 年 月 日答辯成績(jī) 84畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指 導(dǎo)教師的指 導(dǎo)下，獨(dú)立 進(jìn)行研究工作所取得的成果，除了文中特別加以 標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含 為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。通 過(guò)算例 對(duì)電力系統(tǒng)短路故障進(jìn)行分析計(jì)算。關(guān)鍵詞：短路故障；Simulink 分析；短路電流計(jì)算IIAbstractThis introduction to the power syetem shortcircuit fault analysis method and simulation of Matlab/simulink basic analysis and calculation of power system shortcircuit fault,and then use Matlab/simulink to power system shortcircuit fault simulation ,obtain simulation power system shortcircuit fault analysis and calculation of results with the results of Matlab simulation and analysis so as to arrive at shows that using Matlab power system shortcircuit fault analysis and simulation can accurately and visually inspect the dynamic characteristics of power system short –circuit fault analysis and visually inspect the dynamic characteristics of power system short –circuit fault and verified in power system simulation of Matlab.Keywords: Fault analysis。在發(fā)電廠、 變電所以及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，都必 須事先進(jìn)行短路計(jì)算，以此作為合理選擇電氣接線、 選用有足夠熱穩(wěn)定度和動(dòng)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、合理配置各種繼電保護(hù)并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計(jì)算方面首屈一指?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶(hù)也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲?Matlab 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 Matlab 愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶(hù)可以直接進(jìn)行下載就可以用。隨著 Matlab 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，Matlab 的用戶(hù)界面也越來(lái)越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更 強(qiáng) ，操作更簡(jiǎn)單。用戶(hù)可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M 文件）后再一起運(yùn)行。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力Matlab 是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 Matlab 的編程工作量會(huì)大大減少。高 層 次的作圖包括二維和三維的可視化、圖 象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖。另外北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5新版本的 Matlab 還著重在圖形用戶(hù)界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶(hù)也可以得到滿(mǎn)足。（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)新版本的 Matlab 可以利用 Matlab 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的 Matlab 程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 Matlab 運(yùn)行的 C 和 C++代碼。工具箱是Matlab 函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系 統(tǒng)、神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯 、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 Simulink 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(shí)際、效率高、靈活等 優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink 與 Matlab 緊密集成，可以直接訪問(wèn) Matlab 大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)流過(guò)的電流。這會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果 。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。三相短路的幾率是很小的，但這并不 說(shuō)明三相短路無(wú)關(guān)緊要，相反對(duì)三相短路應(yīng)該加以重視，因?yàn)槿喽搪返那闆r最嚴(yán)重，有時(shí)為了最后論斷電力系統(tǒng)在短路情況下工作的可能性，他起著決定性的作用。在近似計(jì)算中主要是對(duì)系統(tǒng)元件模型和標(biāo)么值參數(shù)計(jì)算做了簡(jiǎn)化處理。短路計(jì)算的目的是為了選擇導(dǎo)體和電器，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)。確定短路 電流時(shí)， 應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在僅在切換過(guò)程中可能并列運(yùn)行的接線方式；（2）在電氣網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱?dòng)機(jī)的影響；（3）選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對(duì)不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)。所選的短路點(diǎn)一定要是各種短路類(lèi)型是最嚴(yán)重的情況，因?yàn)橹灰@樣才能得出變壓器中性點(diǎn)的最大入地電流，算出后才能進(jìn)行接地電阻允許值的計(jì)算。 電力系統(tǒng)故障分析計(jì)算算例：假設(shè)無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)如圖 所示， 時(shí)刻變壓器低壓分母線發(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。 LSfad圖 計(jì)算：變壓器 T 采用“Threephrasetransformer（Two Windings）”模型。? ????????（ ） （ ） （ ） （ ）時(shí)間常數(shù) 為：aT a= (310)))????? ????（北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14則短路沖擊電流為： (31)().???? ?????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）154 電力系統(tǒng)故障仿真 三相短路系統(tǒng)仿真模型及各模塊參數(shù)設(shè)置圖 電力系統(tǒng)三相短路系統(tǒng)仿真模型（一）三相電源模塊三相電源原件是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的電路原件，也是最重要的原件，其運(yùn)行特性對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)起到?jīng)Q定性的作用。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17圖 負(fù)載模塊的參數(shù)（三）三相線路模塊圖 三相線路模塊參數(shù)（四）三相變壓器模塊北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18（1）變壓器模塊變壓器模塊是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)繞組中通有交流電流時(shí)，鐵心（或磁心）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感 應(yīng)出電壓（或電流）。②額定 頻率：在 規(guī)定的頻率和電壓下， 變壓器能長(zhǎng)期工作，而不超過(guò)規(guī)定溫升的輸出功率。⑥空載損 耗：指 變壓器次級(jí)開(kāi)路時(shí)在初級(jí)測(cè)得的功率損耗。（2）標(biāo)么值參數(shù)系統(tǒng)介紹為了便于工業(yè)應(yīng)用，通常要將有名值轉(zhuǎn)換為標(biāo)么值，而這需要知道相應(yīng)繞組的北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19額定功率（ P ，單位 VA）、額定電壓（V ,單位 V）以及額定頻率（f ,單位 Hz）。1D圖 變壓器模塊的參數(shù)北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20（五）三相電壓電流測(cè)量模塊三相電壓電流測(cè)量模塊“ThreePhaseVI Measurement”將在變壓器低壓側(cè)測(cè)量到的電壓、 電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成 Simulink 信號(hào)，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作用。如果不設(shè)計(jì)接地故障，接地電阻（Ground resistance）Rg 自動(dòng)被設(shè)置為 10 。②當(dāng)三相故障模塊被設(shè)置 為內(nèi)部控制模式（internal control mode）時(shí)，其開(kāi)關(guān)時(shí)間（switching times）和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，均在該模塊的屬性參數(shù) 對(duì)話(huà)框中進(jìn)行設(shè)置。從圖 中可以看出，在 時(shí)刻之前， 時(shí)刻之后系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)下，各相電壓都很大；在 時(shí)刻 發(fā)生短路故障后，各相電壓均快速降低。在 時(shí)刻，高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)電路發(fā)生三相短路故障，A、 B、C 三相電流均發(fā)生劇烈變化，由于三相電路相電流之間存在相位差，因而故障點(diǎn)各相電流波形上升或者下降。仿真波形的數(shù)值與理論計(jì)算值相比存在一定的誤差，這主要是由 電源模塊的內(nèi)阻造成的，可以通過(guò)更改電源模塊的內(nèi)阻值來(lái)縮小仿真值與理論值的誤差。運(yùn)行仿真，雙擊 Scope1 可以得到兩相接地短路故障 電流波形如圖 所示。從圖中可以看出，在 時(shí)刻之前，系 統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，A、B、C 三相電壓波形穩(wěn)定且均勻變化；在 0. 02 時(shí)刻發(fā)生 A 、B 兩相短路