【正文】 的電力系統(tǒng)故障分析與仿真 學(xué) 號： 姓 名： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 系 別： 指導(dǎo)教師： 二〇一三年六月 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評議 題目： 基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)故障分析與仿真 系別： 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師建議成績： 84 評閱教師建議成績： 86 答辯小組建議成績： 82 總成績： 84 答辯委員會主席簽字： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 姓名 學(xué)號 專業(yè) 電氣工程及其自動化 設(shè)計（論文）題目 基于 MATLAb 的電力系統(tǒng)故障分析與 仿真 題目 性質(zhì) □ 設(shè)計； √ 論文 題目 來源 □ 教學(xué) ； √ 科研 ；□ 生產(chǎn) ； □ 其他 指導(dǎo)教師 職 稱 工作單位 備注 教授 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )的內(nèi)容和要求 ： 內(nèi)容： 本論文主要是對典型的電力系統(tǒng)故障進行理論分析，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，并且對其模型進行仿真分析， MATLAB的 功能很強大，大大節(jié)省了建模的時間，因為它軟件本身提供了一個三相短路故障器，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，寫出論文第三章 第 7， 8， 9 周 建立描述電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型； 寫出第四 章部分初稿 第 10， 11 周 撰寫畢業(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)定運行的重要問 題，國內(nèi)外從 20 世紀 80年代起已經(jīng)進行了大量的研究工作，提出了多種故障 分析 技術(shù)和方法，但實際系統(tǒng)中該問題并 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)用也越來越廣泛。還有 Math works 公司開發(fā)的 MATlAB 軟件。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(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，對其相應(yīng)的電力系統(tǒng)故障進行仿真分析 ,從而得出結(jié)論。 3. 主要參考文獻： [1] 夏道止，電力系統(tǒng)分析 （ 第二版 ） [M].北京：中國電力出版社， 2020. [2] 李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版） [M].北京： 中國電力出版社， 2020（ 1） . [3] 王顯平，電力系統(tǒng)故障分析 [M]. 北京：中國電力出版社， 2020（ 5） [4] 于群，曹娜 . MATLAB/Simulink 電力系統(tǒng)建模與仿真 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社 2020 [5] 陳珩，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 [M]. 北京：中國電力出版社， 2020 [6] 鄧國揚，盛義發(fā) .基于 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， 2020(1）： 1~6. 4. 進度安排： 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)故障分析等專業(yè)知識。 第 12 周 修改畢業(yè)論文?？梢蕴峤淮疝q。存在問題是對存在問題的探討還可進一步深入，對存在問題原因的分析還可進一步展開。 答辯組長（簽名）： 年 月 日 答辯成績 84 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明 本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo) 下，獨立進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（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。通過算例對電力系統(tǒng)短路故障進行分析計算。 關(guān)鍵詞： 短路故障； Simulink 分析 ； 短路電流計算 II Abstract This 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、變電所以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計工作中，都必須事先進行短路計 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并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計算 方面首屈一指?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?Matlab 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 Matlab 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。隨著 Matlab 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級， Matlab 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機交互性更強，操作更簡單。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可 以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運行。 （ 3）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力 Matlab 是一個包含大量計算算法的集合。在計算要求相同的情況下，使用 Matlab 的編程工作量會大大減少。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。另外新版本的 Matlab 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。 （ 6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 新版本的 Matlab 可以利用 Matlab 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的 Matlab 程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 Matlab 運行的 C 和 C++代碼。工具箱是 Matlab 函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、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、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。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建過北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 程只需單擊和拖動鼠標(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 Matlab 大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 電力系統(tǒng)在運行中，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）時流過的電流。 這會對電力系統(tǒng)的正常運行造成嚴重影響和后果 ]1[ 。在中性點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，但這并不說明三相短路無關(guān)緊要，相反對三相短路應(yīng)該加以重視，因為三相短路的情況最嚴重， 有時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。在近似北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 計算中主要 是對系統(tǒng)元件模型和標(biāo)么值參數(shù)計算做了簡化處理。 短路計算的目的是為了選擇導(dǎo)體和電器，并對其進 行相關(guān)校驗。確定短路電流時，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 式，而不應(yīng)按僅在僅在切換過程中可能并列 運行的接線方式； （ 2）在電氣網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響； （ 3）選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。所選的短路點一定要是各種短路類型是最嚴重的情況， 因為 只要這樣才能得出變壓器中性點的最大入地電流，算出后才能進行接地電阻允許值的計算。 電力系統(tǒng)故障 分析 計算 算例 ：假設(shè)無窮大功率電源供電系統(tǒng)如圖 所示， 時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。 LS TfLoad 圖 計算： 變壓器 T 采 用“ Threephrasetransformer（ Two Windings）”模型。k??? ? ? ????? ? ?（ ） （ ） （ ） （ ） 時間常數(shù) aT 為： aTT = ( 3 1 0 )L ) ) 0 . 2 0 2 0 . 0 6 44 . 0 8 8 . 5 0 .0 2 1 1L T LL R R s s? ? ?? ? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??? ?（ 則短路沖擊電流為： 0 .0 1 0 .0 2 1 1 ( 3 1 1 )()1 1 .6 2 2 5 1 7 .3im mmi e I I k A??? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 4 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 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)計中最常見的電路原 件，也是最重要的原件，其運行特性對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)起到?jīng)Q定性的作用。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 （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 （ 1） 變壓器模塊 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 變壓器模塊是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級繞組中通有交流電流時，鐵心（或磁心）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 ② 額定頻率：在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。 ⑥ 空載損耗：指變壓器次級開路時在初級測得的功率損耗。 （ 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)繞組的額定功率 （ Pn ， 單位 VA） 、額定電壓（ Vn ,單位 V）以及額定頻率（ fn ,單位 Hz） 。 圖 變壓器模塊的參數(shù) （五 ） 三相 電壓電流測量模塊 三相電壓電流測量 模塊“ ThreePhaseVI Measurement”將在 變壓器低壓側(cè)測量到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)變成 Simulink 信號，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作 用。 如果不設(shè)計接地故障，接地電阻 （ Ground resistance） Rg 自動被設(shè)置為 106 ? 。 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，其開關(guān)時間 （ switching times） 和開關(guān)狀態(tài)，均在該模塊的屬性參數(shù)對話框中進行設(shè)置。 從圖 中可以看出，在 時刻之前， 時刻之后系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)下，各相電壓都很大；在 時刻發(fā)生短路故障后，各相電壓均快速降低。在 時刻，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