【正文】 故障進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真，并通過 PSCADMATLAB 接口模塊，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將 PSCAD的變量輸入至接口模塊，再由 MATLAB 語言引擎調(diào)用 M 文件實(shí)現(xiàn)在故障條件下對系統(tǒng)參數(shù)的相量圖繪制，并且利用 PSCAD 的相量圖顯示儀進(jìn)行比較，最終驗(yàn)證了接口環(huán)境下電磁暫態(tài)仿真的合理性和有效性。 此時(shí)，其三者代數(shù)和為零也滿足邊界條件。由不對稱故障的邊界條件可知， a 相接地時(shí)近似認(rèn)為 ， 。 a Vs1 傅里葉分解 b I s1 傅里葉 分解 c If 傅里葉分解 圖 電量傅里葉分解 其中，引腳“ Mag”代表相量的幅值，“ ph”代表相量的相位，由圖中所示分別定義節(jié)點(diǎn)名稱便于輸入使用。其中，單相故障和兩相接地故障情況的影響基本一致，而三相短路的影響顯得更為突出，換相失敗后電流上升且在故障期間出現(xiàn)嚴(yán)重的振蕩，故障切除后才穩(wěn)定在 4kA 左右，而電壓則降為零且在故障期間出現(xiàn)嚴(yán)重的振蕩過電壓，因而此時(shí)直流側(cè)換相失敗，即便在 時(shí)故障切除后也無法恢復(fù)，如圖 c 和 d 所示，詳見附錄 B。本文 M 文件實(shí)現(xiàn)的功能為繪制電壓或電流的相量圖。此時(shí)觸發(fā)角的參考量為 多種觸發(fā)角比較， 120176。至此，自定義元件的內(nèi)部設(shè)置已經(jīng)完成，可以回到 Circuit 畫布進(jìn)行 MATLAB 文件的路徑、文件名和接口調(diào)用頻率的設(shè)置了。前者用來設(shè)置 MATLAB 路徑和文件名，后者用來改變調(diào)用 MATLAB 文件的速度。雙擊綠色的節(jié)點(diǎn)，彈出 Connection對話框，在這里可以根據(jù)具體情況修 改輸入輸出性質(zhì)。同時(shí)，含有 MATLAB 命令的 M 文件也傳到 MATLAB 數(shù)據(jù)引擎中，這樣， PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 就緊密地結(jié)合了起來 , 用戶可以根據(jù)需要編制 M 文件，實(shí)現(xiàn)所需的仿真。雖然 PSCAD 圖形界面具有一定的圖形處理能力，但這是無法跟 MATLAB 相比的， MATLAB 的 圖形工具箱既能顯示二維圖形、三維圖形甚至四維表現(xiàn)圖，又能對圖形進(jìn)行著色、消隱、光影處理、渲染及多視角處理等。 PSCAD 圖形用戶界面 GUI 的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用 EMTDC 以進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真計(jì)算。通過附錄 A 中的圖 a 、 b 、 c 、 d 波形比較可知，兩種環(huán)境下的波形幾乎一致。此處設(shè)定系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間為 ，在 時(shí)投入故障，持續(xù)時(shí)間為 。 圖 基于 MATLAB 簡單雙端供電網(wǎng)絡(luò)模型圖 以下進(jìn)行 MATLAB 仿真環(huán)境下的元件選擇和參數(shù)設(shè)置詳細(xì)介紹： 1 電源元件 在 MATLAB 的 SimPowerSystems 工具箱中的 Electrical Sources 中選擇三相電源，并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，如圖 a 、 b 所示，其設(shè)置應(yīng)當(dāng)與前述 PSCAD中的設(shè)置基本一致， Source1 和 Source2 的電壓為 ，容量為 30MVA，內(nèi)阻，其他采用默認(rèn)設(shè)置。由正序等效定則， ， m ，故障相電流 4 三相短路 由正序定則： 由上面算例分析可知，三相故障的電流值最大。此外在運(yùn)用復(fù)雜環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時(shí)， MATLAB 仿真速度過于緩慢，盡管使用可 變的仿真步長，設(shè)定的仿真速率仍不能滿足要求，多次出現(xiàn)計(jì)算機(jī)死機(jī)現(xiàn)象和 MATLAB 的滯后響應(yīng)。元件的模型如圖 所示： 圖 電力系統(tǒng)分析元件模型 利用此分析工具進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的時(shí)域分析。 8 演示教程：包含了各種演示教程和學(xué)習(xí)實(shí)例。 圖 電力系統(tǒng)元件庫對話框 電力系統(tǒng)元件庫包括 10 類庫元件，分別是電源元件 Electrical Sources 、線路元件 Elements 、電力電子元件 Power Electronics 、電機(jī)元件 Machines 、連接元件 Connectors 、電路測量儀器 Measurements 、附加元件 Extras 、 演示教程 Demos 、電力圖形用戶接口 powergui 和電力系統(tǒng)元件庫模型 powerlib_models 。在需要觀測變量處添加電表和輸出觀測點(diǎn)，以便于進(jìn)行仿真結(jié)果的查看、分析。 Logical：邏輯電路庫，包含常見的邏輯控制 單元。 Breakers_ Faults：單相或三相邏輯控制斷路器和故障模型。 主工作區(qū)：在此繪制電力系統(tǒng)電氣連接圖，可以繪制成多層。 項(xiàng)目窗口：包含所有加載進(jìn)來的庫和例子。 在正序網(wǎng)絡(luò)中，以 a 相為基準(zhǔn)相時(shí)，有 23 因?yàn)?，正序電流不流?jīng)中性線，中性點(diǎn)接地阻抗上的電壓降為零，它在正序網(wǎng)絡(luò)中不起作用。一臺(tái)發(fā)電機(jī)接于空載輸電線路，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗 Zn 接地。 而短路的后果一般有以下幾個(gè)方面： （ 1）短路時(shí)要產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其它元件受到損害和破壞， 甚至引發(fā)火災(zāi)事故。 電力系統(tǒng)的故障通常可分為對稱故障和不對稱故障，或橫向故障和縱向故障。 本文主要工作 電磁暫態(tài)的研究主要是針對電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行分析，本文先進(jìn)行了 電力系統(tǒng)電磁暫態(tài) 故障分析 的初步理論研究，最后完成了如下仿真工作： 1 運(yùn)用電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD/EMTDC 在故障條件下對交流系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真分析。電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)和離線計(jì)算程序是相輔相成的，兩者還不能相互替代。繼電保護(hù)的潛在故障、機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)、受端的無功支持能力、低頻振蕩、功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定等因素 更增加了相繼故障演化為大停電的風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)系統(tǒng)事故機(jī)器主要原因見表 【 2】所示： 表 國內(nèi)系統(tǒng)事故機(jī)器主要原因 事故 原因 19811990 年 19911995 年 19962021 年 總次數(shù) 百分?jǐn)?shù) % 總次數(shù) 百分?jǐn)?shù) % 總次數(shù) 百分?jǐn)?shù) % 自然原因 25 6 4 設(shè)備損壞 20 10 6 人為錯(cuò)誤 16 16 12 事故 原因 19811990 年 19911995 年 19962021 年 總次數(shù) 百分?jǐn)?shù) % 總次數(shù) 百分?jǐn)?shù) % 總次數(shù) 百分?jǐn)?shù) % 繼保事故 9 0 0 4 不明原因 11 6 0 0 總計(jì) 81 100 38 100 26 100 以下是國內(nèi)系統(tǒng)事故列舉： 1990 年 9 月 20 日廣東電網(wǎng)大停電事故，事故起因是芳順縣遭受雷擊而芳順村變電站側(cè)的保護(hù)因失去直流電源而拒動(dòng)【 3】。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于 PSCAD 和 MATLAB 的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真研究 基于 PSCAD 和 MATLAB 的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真研究 摘 要 Abstract Electromagic transient research mainly aims at power system which for analysis of system parameters when it is malfunctioning. Based on the theory of fault analysis in power system, the usage of Power System Computer Aided Design/Electromagic Transients in DC system and Matrix Laboratory, as well as the model of twosource supply system, this paper mainly illustrates the simulation for electromagic transients through the application of a variety of faults, such as singlephase earth fault, interphase short circuit, and threephase grounding fault. By the parison of simulation outes, it showed that the simulation waveforms under two kinds of simulation environment does almost unanimously which is similar to the example of fault analysis, the two simulation environments are suitable for the research of electromagic transients in power system. But in fault setting, the setting of PSCAD is more agile and convenient . Meanwhile, it presented the implementation of the simulation study for electromagic transient with the basis of the principle of PSCADMATLAB interface techniques and the model established by PSCAD of a simple AC/DC transmission system, which has shown that the effectiveness of PSCADMATLAB interface techniques in the study of electromagic transients. Key words: electromagic transients。 然而，早年相當(dāng)時(shí)間內(nèi)，我國的電網(wǎng)一直較薄弱，加上運(yùn)行管理跟不上，曾經(jīng)發(fā)生不少嚴(yán)重系統(tǒng)事故。電力市場的開放突出了對優(yōu)化和協(xié)調(diào)的要求，增加了穩(wěn)定分析和控制的難度。電力 系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)受硬件規(guī)模的限制，一般所能夠模擬的電力系統(tǒng)規(guī)?？偸怯邢薜摹Ｄ壳捌毡椴捎玫碾姶艜簯B(tài)過程仿真軟件有電磁暫態(tài)程序【 9】 Electromagic Transient Program 簡稱 EMTP ，與其相似的程序還有加拿大 Manitoba 直流研究中心的 PSCAD/EMTDC【 10】、加拿大哥倫比亞大學(xué)的 Micro Tran、德國西門子的NETOMAC【 1112】等。因此，對三相短路的研究是有極其重要意義的【 14】。 （ 3）鳥獸（包括蛇、鼠等）跨越在裸露的相線之間或者相線與接地物體之間，或者咬壞設(shè)備和導(dǎo)線電纜的絕緣，也是導(dǎo)致短路的一個(gè)原因。 對稱分量法的應(yīng)用 現(xiàn)在以簡單電力系統(tǒng)為例來說明。因?yàn)槊恳恍蚨际侨鄬ΨQ的，只需列出一相就可以。 主元件庫： Master Library 庫，包含大量常用的元件模型，啟動(dòng) PSCAD/EMTDC軟件時(shí)會(huì)自動(dòng)加載這個(gè)庫，從庫中選擇元件進(jìn)行建模。 工作區(qū)窗口切換：使工作區(qū)在電氣連接圖、模塊結(jié)構(gòu)圖、參數(shù)、編程代碼等顯示界面切換。 Transformers：單相或三相（耦合或理想）變壓器（雙繞組和三繞組）。 Miscellaneous：雜項(xiàng)，包括數(shù)據(jù)標(biāo)簽、多維信號輸入、信號分離等。 首先要在 PSCAD 圖形界面上選取元件庫中的適當(dāng)元件模塊搭建系統(tǒng)模型，并對照實(shí)際的物理結(jié)構(gòu)來設(shè)置模型元件中對應(yīng)的參數(shù)。同時(shí)，MATLAB 提供了簡潔的工具，通過電力系統(tǒng)的電路圖繪制， 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)模型的時(shí)間【 19】。 7 附加元件：包含了三相模塊、特殊的測量設(shè)備以及控制模塊。 MATLAB 軟件提供了一個(gè)對電力系統(tǒng)和電路進(jìn)行分析的 Powergui（用戶界面）工具。因此，雙電源網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能介于單電源系統(tǒng)與環(huán)形系統(tǒng)之間，故以此為例兼顧兩種系統(tǒng)的研究更具代表性。由正序等效定則， ， m 故障相電流 3 兩相短路接地 以 b c 兩相為例。 a 測量計(jì)模型 b 測量計(jì)模型參數(shù)設(shè)置 圖 測量計(jì)元件 基于 MATLAB 交流電力網(wǎng)絡(luò)的模型建立 出于對基于 PSCAD 的電力系統(tǒng)的仿真校驗(yàn)的目的，也考慮到為后續(xù)章節(jié)的