【正文】 到 B 端時(shí)，實(shí)現(xiàn)永久性的故障控制。代碼塊主要分?jǐn)?shù)據(jù)定義、空間定義、子系統(tǒng)調(diào)用等幾部分。下面就元件內(nèi)部的設(shè)置做詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò) PSCAD/EMTDC 程序與 MATLAB 語(yǔ)言接口 以下稱(chēng) PSCADMATLAB 接口 ，用戶可以將 MATLAB 中的數(shù)學(xué)和控制功能模塊 包括各種工具箱 應(yīng)用到 PSCAD/ EMTDC 程序中。雖然 MATLAB 的故障也有外部定時(shí)控制，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，但是其故障類(lèi)型的改變必須經(jīng)過(guò)對(duì)框圖的參數(shù)修改方能完成，沒(méi)有可視化調(diào)節(jié)的功能。 a 變壓器模型 b 變壓器模型參數(shù)設(shè)置 圖 變壓器元件 3 輸電線元件 輸電線 TLine1 和 TLine2 都采用貝瑞隆模型 采用線路恒定頻率 ，并設(shè)置相應(yīng)的正 序和零序線路參數(shù)，線路長(zhǎng)度各為 100km，經(jīng)過(guò)計(jì)算正序線路阻抗約為 50Ω，零序值近似為 倍的正序值，根據(jù)要求再做相應(yīng)的標(biāo)幺值歸算，具體設(shè)置如圖 a 、 b 所示。仿真流程如圖 所示。 4 電機(jī)元件：包含了各種電機(jī)模型元件。 Data_Recorders_Readers：其它運(yùn)行信息或記錄的波形可以通過(guò)此輸入到當(dāng)前例中。 Sources：?jiǎn)蜗嗪腿嚯妷涸础㈦娏髟?、多相諧波源。 各種簡(jiǎn)單短路時(shí)的和列于表 ： 表 簡(jiǎn)單短路時(shí)的和 短路類(lèi)型 三相短路 0 1 兩相短路接地 兩相相間短路 單相接地短路 3 基于 PSCAD/EMTDC和 MATLAB 的電磁暫態(tài)仿真設(shè)計(jì) PSCAD/EMTDC 的工作環(huán)境介紹 PSCAD/EMTDC 主界面 PSCAD/EMTDC 主界面如圖 所示【 16】： 圖 PSCAD/EMTDC 主界面 菜單欄：包括文件、編輯、視圖、編譯、窗口、幫助選項(xiàng)。 （ 5）不對(duì)稱(chēng)短路包括單相短路和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變電磁場(chǎng)，對(duì)附近的通信設(shè)備、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使其發(fā)生誤動(dòng)作。 電力系統(tǒng)的故障分析 f 3 兩相短路 f 2 兩相短路接地 f 1,1 單相短路接地 f 1 電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各種類(lèi)型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會(huì)最少。研究仿真包括各種電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真軟件，如 EMTP和 BAP；培訓(xùn)仿真包括調(diào)度員培訓(xùn)仿真 DTS、變電站人員培訓(xùn)仿真器等。截止 2021 年底，裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 500GW，位居世界第二；至 2021 年底，已經(jīng)突破 600GW。 1996 年 5 月 28 日華北電網(wǎng)沙嶺子電廠事故，事故原因是沙嶺子電廠試驗(yàn)人員誤動(dòng)作造成保護(hù)動(dòng)作，使 3 條 500kV 線路相繼跳閘，引起張家口地區(qū)對(duì)主系統(tǒng)振蕩，造成沙嶺子電廠和下花園電廠全?！?3】。本文只引用介紹電磁暫態(tài)過(guò)程仿真。針對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，故障又可以分為單一故障和復(fù)雜故障。此時(shí)，故障點(diǎn)另外的其余部分的參數(shù)仍然是對(duì)稱(chēng)的。 狀態(tài)欄：顯示當(dāng)前例子狀態(tài)。 PI_sections：輸電線的型等值線路。在仿真進(jìn)行過(guò)程中，用戶可以通過(guò)輸入輸出元件庫(kù)的控制元件自由調(diào)整參數(shù)值，以便觀察系統(tǒng)某些動(dòng)態(tài)情況下的響應(yīng)特性。電力系統(tǒng)元件庫(kù)模型用來(lái)建立電力系統(tǒng)電路的等值仿真電力模型。 S1， S2： T1， T2： L1， L2： 討論各種故障條件下的故障相電流情況。該模型如圖 a 、 b 所示。兩種仿真環(huán)境下，仿真波形幾乎一致。 PSCAD/ EMTDCMATLAB 接口的界面如圖 所示，圖中假定有 m 個(gè)輸入量， n 個(gè)輸出量，通過(guò)接口中 MA TLAB 的 M 文件對(duì) m 個(gè)輸入量進(jìn)行處理 , 得到 n 個(gè)所需的輸出量。它提供該元件在使用時(shí)可修改參數(shù)的界面。 2. 元件選擇介紹 1 變壓器元件 該系統(tǒng)圖形交流部分的三個(gè)變壓器設(shè)置如圖 所示。其中模塊符號(hào)任意，根據(jù)用戶需要進(jìn)行個(gè)性化的繪制，參數(shù)和功能同樣根據(jù)用戶的仿真需求進(jìn)行不同的設(shè)置定義。下面就故障 1 處進(jìn)行無(wú)故障、單相接地短路、兩相相間短路、兩相接地短路和三相接地短路的相量圖繪制。 a MATLAB 繪制故障點(diǎn)三相電流相量圖 b PSCAD 繪制三相故障電流相量圖 圖 三相接地短路時(shí)的故障點(diǎn)三相電流相量圖 藍(lán)色為 a 相 ，綠色為 b 相，紅 褐 色為 c 相 綜上所述，基于 PSACDMATLAB 的接口仿真在五種條件下的仿真結(jié)果符合故障分析中的邊界條件；同時(shí)，由 MATLAB 繪制的相量圖與 PSCAD 的仿真結(jié)果幾乎一致。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。根據(jù)邊界條件 ，如圖 a 、 b 、 c 、 d 所示各個(gè)序分量相量圖，此時(shí)，三者相等滿足邊界條件。本文此處只畫(huà)出各個(gè)電量的基波頻率分量的相量圖。該 Fortran 子程序可以啟動(dòng) MATLAB 數(shù)據(jù)引擎并建立起 Fortran 子程序和MATLAB 數(shù)據(jù)引擎之間的通信管道，同時(shí)，含有 MATLAB 命令的 M 文件也傳到 MA TL AB 數(shù)據(jù)引擎中，這樣， PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 就緊密地結(jié)合了起來(lái) , 用戶可以根據(jù)需要編制 M 文件，實(shí)現(xiàn)所需的仿真。有 REAL、 INTEGER、LOGIGAL 和 COMPLE 四種，根據(jù)實(shí)際情況選用。在自定義元件上右鍵選擇Edit Definition 便自動(dòng)進(jìn)入 Graphic 界面。 另一方面， PSCADMATLAB 接口可以把 PSCAD/EMTDC 程序強(qiáng)大的電力系統(tǒng)分析功能和 MATLAB 語(yǔ)言高超的圖形可視化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng) PSCAD/ EMTDC 程序的圖形處理能力。在 時(shí)投入故障，在持續(xù)時(shí)間內(nèi)故障相 a 相的電流劇增至幅值近似 1kA，故障相電壓 a 相電壓近似為零。 a 測(cè)量計(jì)模型 b 測(cè)量計(jì)模型參數(shù)設(shè)置 圖 測(cè)量計(jì)元件 基于 MATLAB 交流電力網(wǎng)絡(luò)的模型建立 出于對(duì)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PSCADMATLAB 接口仿真準(zhǔn)備，現(xiàn)根據(jù)上一節(jié)圖 可以建立 MATLAB 環(huán)境下的電路模型，如圖 所示，其參數(shù)同上圖 設(shè)置。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。 7 附加元件：包含了三相模塊、特殊的測(cè)量設(shè)備以及控制模塊。 首先要在 PSCAD 圖形界面上選取元件庫(kù)中的適當(dāng)元件模塊搭建系統(tǒng)模型，并對(duì)照實(shí)際的物理結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)置模型元件中對(duì)應(yīng)的參數(shù)。 Transformers：?jiǎn)蜗嗷蛉啵詈匣蚶硐耄┳儔浩鳎p繞組和三繞組）。 主元件庫(kù)： Master Library 庫(kù)，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(kù)，從庫(kù)中選擇元件進(jìn)行建模。 對(duì)稱(chēng)分量法的應(yīng)用 現(xiàn)在以簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。因此，對(duì)三相短路的研究是有極其重要意義的【 14】。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)模總是有限的。 然而，早年相當(dāng)時(shí)間內(nèi)，我國(guó)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。國(guó)內(nèi)系統(tǒng)事故機(jī)器主要原因見(jiàn)表 【 2】所示： 表 國(guó)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(guó)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】。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。 電力系統(tǒng)的故障通?？煞譃閷?duì)稱(chēng)故障和不對(duì)稱(chēng)故障，或橫向故障和縱向故障。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。 項(xiàng)目窗口：包含所有加載進(jìn)來(lái)的庫(kù)和例子。 Breakers_ Faults：?jiǎn)蜗嗷蛉噙壿嬁刂茢嗦菲骱凸收夏Ｐ汀Ｔ谛枰^測(cè)變量處添加電表和輸出觀測(cè)點(diǎn)，以便于進(jìn)行仿真結(jié)果的查看、分析。 8 演示教程：包含了各種演示教程和學(xué)習(xí)實(shí)例。此外在運(yùn)用復(fù)雜環(huán)形網(wǎng)絡(luò)時(shí)， MATLAB 仿真速度過(guò)于緩慢，盡管使用可 變的仿真步長(zhǎng)，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)。 圖 基于 MATLAB 簡(jiǎn)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。通過(guò)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。雖然 PSCAD 圖形界面具有一定的圖形處理能力，但這是無(wú)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(duì)圖形進(jìn)行著色、消隱、光影處理、渲染及多視角處理等。雙擊綠色的節(jié)點(diǎn)，彈出 Connection對(duì)話框，在這里可以根據(jù)具體情況修 改輸入輸出性質(zhì)。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(huà)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。本文 M 文件實(shí)現(xiàn)的功能為繪制電壓或電流的相量圖。 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(chēng)便于輸入使用。 此時(shí)，其三者代數(shù)和為零也滿足邊界條件。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中給予了我很多素材，還在論文的撰寫(xiě)和排版過(guò)程中提供熱情的幫助。故此處只繪制故障電流相量圖，如圖 a 、 b 所示為故障點(diǎn)三相電流相量圖，其中電流的幅值為 左右。 a Vs1 各個(gè)分量輸入至接口 b I s1 各個(gè)分量輸入至接口 c If 各分量輸入至接口 圖 接口輸入示意 圖中的節(jié)點(diǎn) “ SCALE”表示圖像的坐標(biāo)顯示的大小，可以根據(jù)情況改變調(diào)節(jié)使得相量圖的顯示最佳。設(shè)置主要分三個(gè)部分：一是編輯模塊符號(hào)；二是模塊參數(shù)定義和設(shè)置；三是功能代碼描述。圖示的左方交流傳輸線路經(jīng)各自變壓器變換統(tǒng)一為110kV 電壓等級(jí)，傳輸?shù)木€路總長(zhǎng)為 400km；而右方直流傳輸線路經(jīng)過(guò)整流后為300kV 左右，直流線路電阻為 2Ω，電抗為 ，整流站和逆變站的無(wú)功補(bǔ)償電容各為 5uF。 2 Parameters Parameters 的作用是提供自定義元件的一些參數(shù)的設(shè)置。 接口技術(shù)原理及接口的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 【 24】 PSCAD/EMTDCMATLAB 接口需要特殊的編譯器，該接口與 EGCS/GNU Fortran 77 編譯器是不兼容的，本文采用了 Compaq Visual Fortran 編譯器。而故障期間的故障相電壓則相應(yīng)的有所下降，從附錄 A 中的圖 c 、 d 分析， b、 c 兩相電壓由幅值約 100kV 減小至 50kV，同時(shí) b、 c 兩相電壓在故障期間相等。 a 變壓器模型 b 變壓器參數(shù)設(shè)置 圖 變壓器元件 3 輸電線元件 輸電線 Line1 和 Line2