【導(dǎo)讀】基于MATLAB的電力系統(tǒng)短路故障分析與仿真。院部機(jī)械與電子工程學(xué)院。專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化班

　　

【正文】 圖 46 單相短路故障處電壓波形 （ 2）電流分析 觀察圖 47，可以發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生時(shí)發(fā)電機(jī)端的電流 也無(wú)明顯 變化，所以可以得出結(jié)論，單相短路對(duì)發(fā)電機(jī)端電流 基本 沒(méi)有影響。 20 圖 47 單相短路發(fā)電機(jī)端電流波形 再來(lái)觀察一下故障點(diǎn)的三相電流，如圖 48 所示。故障發(fā)生前，電路處于開(kāi)路狀態(tài)，三相電流均為 0； 時(shí)刻發(fā)生單相接地短路故障， 非 故障處電流 依然等于 0，而 接地相即 A 相電流瞬間增大， 通過(guò)更改故障切除時(shí)間，可以發(fā)現(xiàn)， A 相的電流波形逐漸下移，最終會(huì)處于一個(gè)對(duì)稱(chēng)的狀態(tài) ； 故障切除后， A 相電流逐漸恢復(fù)至 0。 48 單相短路故障點(diǎn)的電流波形 在仿真模型中，我們用了三個(gè)相序分析儀，分別測(cè)量正序、負(fù)序、零序的幅值和相序，得到如圖 49 所示的波形。 21 （ a） 正序 （ b） 負(fù)序 (c) 零序 圖 49 單相短路故障處各序分量的電流波形 22 觀察圖像，很明顯三序分量的幅值波形完全相同，在 ～ 即故障發(fā)生期間，它們的相 位完全相同，由此我們可以驗(yàn)證結(jié)論，當(dāng)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，有 )0()2()1( fff III ??? ?? （ ） 兩相短路（以 A、 B相短路為例） （ 1） 電壓分析 勾選 “Phase A Fault”“Phase B Fault”選項(xiàng)，以此來(lái)模擬 A、 B 兩相短路的過(guò)程。先來(lái)看一下發(fā)電機(jī)端電壓波形，如圖 410。在 發(fā)生故障時(shí)， C 相電壓保持不變， A、 B 兩相 電壓瞬間降低 ， 隨后按正弦規(guī)律變化 ； 時(shí)刻故 障切除， C 相電壓依然不受影響，而 A、 B 兩相的變化規(guī)律相同，最終趨于穩(wěn)態(tài)，即恢復(fù)初始狀態(tài)。 410 兩相短路發(fā)電機(jī)端電壓波形 接著看故障點(diǎn)的電壓，如圖 411。故障發(fā)生前，三相電壓完全對(duì)稱(chēng)； 時(shí)刻故障發(fā)生， A、 B 兩相的電壓波形瞬間重合， 但是幅值較原來(lái)有所降低， 而非故障相即 C 相的電壓保持不變 ； 時(shí)刻故障切除， A、 B 兩相電壓 隨著直流分量的衰減逐步 恢復(fù)至初始狀態(tài)。 圖 411 兩相短路故障點(diǎn)的電壓波形 23 （ 2）電流分析 由圖 412 可以看出，在 以前，三相電流對(duì)稱(chēng)； 故障 發(fā)生時(shí)， A、 B 兩相的電流幅值明顯增大，相位不變， C 相電流幅值和相位均保持不變； 故障切除， A、 B兩相電流幅值迅速衰減，并且衰減頻率增大， 這是因?yàn)槌霈F(xiàn)了諧波， 經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的擺動(dòng)，三相電流又恢復(fù)初始狀態(tài)。 圖 412 兩相短路發(fā)電機(jī)端電流波形 下面來(lái)研究故障點(diǎn)的電流波形，如圖 413 所示。故障前， A、 B、 C 三相的電流均為0； 時(shí)觸發(fā)故障信號(hào)， A、 B 兩相電流迅速增加，且按正弦規(guī)律變化，兩個(gè)電流除了大小相等，方向相反， C 相電流依然為 0； 故障切除后， A、 B 兩相短路電流按正弦規(guī)律逐漸衰減至 0，三相系統(tǒng)又達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 圖 413 兩相短路故障點(diǎn)的電流波形 再來(lái)看一下故障點(diǎn)的三序電流分量波形，如圖 414?？梢园l(fā)現(xiàn)，正序與負(fù)序分量的波形完全相同，雖然零序的波形在故障期間有較大波動(dòng)，但是最大幅值才 ，即接近于 0，由此可以驗(yàn)證結(jié)論。當(dāng)發(fā)生兩相直接短路故障時(shí)，有 24 0)0( ?? fI （ ） 即不存在零序電流。 （ a） 正序 （ b) 負(fù)序 （ c）零序 圖 414 兩相短路故障處各序分量的電流波形 25 兩相接地短路（以 A、 B相短路為例） （ 1）電壓分析 勾選 “Phase A Fault”“Phase B Fault”“Ground Fault”選項(xiàng)，以此來(lái)模擬 A、 B 兩相接地短路的過(guò)程。先來(lái)看一下發(fā)電機(jī)端電壓波形，如圖 415。在 發(fā)生故障時(shí)， A、 B 兩相的電壓 幅值 降低， C 相電壓保持不變； 時(shí)刻故障切除， A、 B 兩相的電壓幅值升高，最終 電壓波形恢復(fù)至初始狀態(tài)。 415 兩相接地短路發(fā)電機(jī)端電壓波形 接著看故障點(diǎn)的電壓，如圖 416。故障發(fā)生前，三相電壓完全對(duì)稱(chēng)； 時(shí)刻故障發(fā)生， A、 B 兩相的電壓波形瞬間重合，即變?yōu)?0，而非故障相即 C 相的電壓波形幅值驟增，通過(guò)分析可知變?yōu)榫€電壓； 時(shí)刻故障切除， C 相電壓立即恢復(fù)至初始狀態(tài)，而A、 B 兩相電壓在小范圍波動(dòng)之后恢復(fù)至初始狀態(tài)。 圖 416 兩相接地短路故障點(diǎn)的電壓波形 （ 2）電流分析 由圖 417 可以看出，在 以前，三相電流對(duì)稱(chēng)； 故障發(fā)生時(shí)， A、 B 兩相的電流幅值明顯增大，相位不變， C 相電流幅值和相位均保持不變，并且 A、 B 兩相電流大小相等，方向相反； 故障切除， A、 B 兩相電流幅值迅速衰減，并且衰減頻率增大，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的擺動(dòng)，三相電流又恢復(fù)初始狀態(tài)。 26 圖 417 兩相接地短路發(fā)電機(jī)端電流波形 下面來(lái)研究故障點(diǎn)的電流波形，如圖 418 所示。故障前， A、 B、 C 三相的電流均為0； 時(shí)觸發(fā)故障信號(hào)， A、 B 兩相電流迅速增加，且按正弦規(guī)律變化，兩個(gè)電流除了大小相等，方向相反， C 相電流依然為 0； 故障切除后， A、 B 兩相短路電流按正弦規(guī)律逐漸衰減至 0，三相系統(tǒng)又達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 圖 418 兩相接地短路故障點(diǎn)的電流波形 以上所有分析，與兩相直接短 路時(shí)完全相同，下面來(lái)研究一下短路點(diǎn)的各序電流分量波形，如圖 419。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，正序與負(fù)序分量波形同兩相直接短路時(shí)相同，差別僅在于零序分量，最大幅值約為 20，即產(chǎn)生零序電流。 27 （ a） 正序 （ b） 負(fù)序 （ c） 零序 圖 419 兩相接地短路故障處各序分量的電流波形 28 5 結(jié)論 本文圍繞電力系統(tǒng)短路故障展開(kāi)研究，基于當(dāng)前故障試驗(yàn)的復(fù)雜程度，我們采用MATLAB 對(duì)其進(jìn)行仿真。通過(guò)仿真我們發(fā)現(xiàn)， MATLAB 中的電力系統(tǒng)仿真工具箱不僅可以迅速建立仿真模型，而且可以迅速得到結(jié)果。將所得到的波形與理 論波形對(duì)比，實(shí)際上是沒(méi)有差別的。同時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在診斷方法上，專(zhuān)家系統(tǒng)是比較常用的方法。由此我們可以得出結(jié)論， MATLAB 具有強(qiáng)大的仿真功能，在現(xiàn)實(shí)工程中有較大的實(shí)用意義和價(jià)值，應(yīng)該得以推廣和應(yīng)用。 6 前景與展望 MATLAB 仿真工具憑借其強(qiáng)大的功能已經(jīng)成功運(yùn)用于生產(chǎn)調(diào)度的一線，成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、控制與運(yùn)行的有效分析工具。電力系統(tǒng)設(shè)備、技術(shù)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)學(xué)方法的不斷創(chuàng)新，促進(jìn)了電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的不斷完善和更新。當(dāng)今國(guó)內(nèi)外一些大型電力系統(tǒng)仿真軟件正向著統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的多功能綜合 分析的方向發(fā)展，集成化程度越來(lái)越高，仿真能力將得到進(jìn)一步加強(qiáng)，并將具有更簡(jiǎn)潔的操作模式和更好的開(kāi)放性 [18]。可以預(yù)見(jiàn)，隨著一系列新技術(shù)、新方法的進(jìn)一步完善和應(yīng)用，電力系統(tǒng)仿真軟件必將迎來(lái)一個(gè)嶄新的發(fā)展空間。 29 參考文獻(xiàn) [1]黃揚(yáng)威，卑舒穎 .基于 MATLAB 的電力系統(tǒng)故障分析與仿真 [J].中國(guó)電力教育， 2020（ 15）： 160161. 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[19]呂濤 .電力系統(tǒng)仿真軟件的運(yùn)用與比較 [J].杭州 ：浙江大學(xué)， 2020. 30 致謝 時(shí)間過(guò)得真快，仿佛轉(zhuǎn)眼之間，大學(xué)四年的時(shí)光便與我們擦肩而過(guò)。四年之前，懷著無(wú)比激動(dòng)的心情， 我來(lái)到了夢(mèng)寐以求的大學(xué)；四年之后，滿(mǎn)載著知識(shí)和希望，又即將離開(kāi)這個(gè)神圣的地方。 回首大學(xué)四年的學(xué)習(xí)與生活，收獲頗多，需要感謝的人也 很多 ，故借此做畢業(yè)論文的機(jī)會(huì)對(duì)四年來(lái)給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示最誠(chéng)摯的謝意。 首先感謝我的導(dǎo)師劉雙喜，那位被我們親切地稱(chēng)之為 “喜哥 ”的老師。劉老師 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，講課風(fēng)格獨(dú)特，深受 同學(xué)們的歡迎。在做畢業(yè)論文期間，劉老師于百忙之中抽出時(shí)間來(lái)給我指導(dǎo)，為我指出其中的錯(cuò)誤和不足，所以我要借此機(jī)會(huì)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x 。 成為農(nóng)大的學(xué)生，是我的榮幸；而成為機(jī)電學(xué)院電氣專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，則是我的驕傲。農(nóng)大的老師，都是負(fù)責(zé)任的老師。大學(xué)四年課程全部通過(guò)，與你們的真心付出是分不開(kāi)的。在此，我要特別感謝電氣系的所有專(zhuān)業(yè)課老師以及所有的輔導(dǎo)員老師，是你們給了我學(xué)習(xí)的方向，傳授我知識(shí)，教會(huì)我做人的道理，我一定不會(huì)讓你們失望。 感謝四年來(lái)陪伴我的同學(xué)，大學(xué)里因?yàn)橛心銈儾抛兊镁省Ｌ貏e感謝在考研期間，一直支持和鼓 勵(lì)我的同學(xué)，才使我在考研的道路上不至于因?yàn)槊悦６鴣G失方向。 最應(yīng)該感謝的，是我的父母，感謝你們的真情付出，我會(huì)好好努力，用實(shí)際行動(dòng)來(lái)報(bào)答你們的養(yǎng)育之恩。 最后，祝愿母校越來(lái)越好 。 年月日