【正文】 最后還要對電氣 xx 班的全體同學表示感謝，四年來在學習、工作和生活中給予我的諸多幫助。 x 老師在理論分析和工作經(jīng)驗方面給了我諸多指導性的建議，她淵博的知識和對學科發(fā)展獨到的見解，不但給與我一盞明亮的指路之燈，幫助 我完成了復雜的畢業(yè)設計，更使我今后的工作道路歸入正途。 通過這次論文的撰寫，我對電力系統(tǒng)故障以及 Matlab 軟件有了更深的認識。高效的數(shù)據(jù)仿真分析，特別是信號處理和直觀的圖形顯示功能，且 Matlab/simulink 環(huán)境下的 SimPowerSystems模型庫及 Simulink 強大的二次開發(fā)功能和豐富的工具箱，能快速而準確的對電路及更復雜的電力系統(tǒng)進行仿真、計算。 圖 三相故障模塊參數(shù)（單相接地短路） 北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 27 圖 A 相接地短路電壓 圖 A 相接地短路電流 北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 28 5 結論 本 論文 介 紹了電力系統(tǒng)故障和 Matlab/Simulink 的基本特點，探索了電力系統(tǒng)故障中最常見的短路計算一些常用的計算方 法，和 Matlab 應用的基本方法和步驟，在 Matlab 軟件中電力系統(tǒng)仿真如何應用 SimPowerSystems 模塊庫構建電力系統(tǒng)故障的仿真模型并對其仿真結果進行分析，得出一下結果： 應用 Matlab/simulink進行仿真分析的結果和理論計算的結果相差不大， Matlab 仿真工具是一種很實用的工具。 運行仿真， 雙擊 Scope1 可以得到高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓 側母線的單相接地故障電流波形如圖 所示。 運行仿真，雙擊 Scope 可以得到高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓側母線的單相接地故障電壓波形如圖 所示。 從圖中 可以發(fā)現(xiàn)， 在 時刻之前， 系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)， A、 B、 C 三相電流 波形穩(wěn)定且均勻變化 ；在 秒時刻發(fā)生兩相短路故障， A、 B 兩相電流發(fā)生激增， C 相電流快速衰減為 0, 在 時刻切除故障， 系統(tǒng)又恢復到穩(wěn)態(tài)。 從圖中可以看出，在 時刻之前，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 時刻發(fā)生 A 、 B 兩相 短路故障， A 、 B 相電壓變?yōu)樵瓉淼亩种?，且電壓幅值反向；? 時刻切除接地短路故障， A、 B、 C 三相電壓又恢復到穩(wěn)態(tài)。 北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 22 圖 （兩相接地短路） 圖 AB兩相接地短路電壓 北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 23 圖 AB兩相接地短路電流 （三） 兩相短路 分析 將三相短路故障發(fā)生器元件 ( ThreePhaseFaul t ) 中 故障相選擇 的 A、 B、 C 三相故障選中 A、 B 相，轉換時間 Transitiontimes (s) 設置為 [ ] ，對應的狀 態(tài)轉換 Transitionstatus 設置為 [1 0] , 其中 1 表示閉合， 0 表示斷開；在三相電壓電流測量模塊 (ThreePhaseVIM easurement)中選擇相電壓和電流作為測量電氣量。 運行仿 真，雙擊 Scope1 可以得到兩相 接地 短路故障電流波形如圖 所示。 運行仿真，雙擊 Scope 可以得到 供電系統(tǒng)變壓器低壓側母線的兩相 接地 短路故障電壓波形如圖 所示。仿真波形的數(shù)值與理論計算值相比存在一 定的誤差，這主要是由電源模塊的內(nèi)阻造成的，可以通過更改電源模塊的內(nèi)阻值來縮小仿真值與理論值的誤差。 為了得到仿真圖中的準確數(shù)值，以三相短路的 A 相為例，可以在 MATLAB的主命令窗口中輸入下列命令來顯示故障相的電流數(shù)據(jù)。在 時刻，高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓側電路 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，因而故障點各相電流波形上升或者下降。 運行仿真后，雙擊 Scope1 可以得到高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓側母線的三相短路故障電流波形如 圖所示。 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。 (一 )三相 短路分析 將 三相短路故障發(fā)生器元件 (ThreePhaseFault)中 故障相選擇 的 A、 B、 C三相故障全部選中， 轉換時 Transitiontimes(s) 設置為 [ ] ，對應的狀態(tài)轉換 Transiti onst atus 設置為 [1 0] ,其中 1 表示閉合， 0 表示斷開；在三相電壓電流測量模塊 (ThreePhaseVIMeasurement)中選擇相電壓和電流作為測量電氣量。 ② 當三相故障模塊被設置為內(nèi)部控制模式 （ internal control mode） 時，其開關時間 （ switching times） 和開關狀態(tài)，均在該模塊的屬性參數(shù)對話框中進行設置。需要注意的是： ① 如果三相故障模塊被設置為外部控制 （ External control） 模式時，在模塊的封裝圖表中就會出現(xiàn)一個控制輸入端。 如果不設計接地故障，接地電阻 （ Ground resistance） Rg 自動被設置為 106 ? 。三相故障模塊使用了三個獨立的斷路器， 用來模擬各種對地或者相間故障模型。 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 變壓器低壓側測量到的電壓、電流信號轉變成 Simulink 信號，相當于電壓、電流互感器的作 用。 （ 3） 雙 繞組三相變壓器 雙繞組三相變壓器的兩個繞組可以接成多種形式，如星形 Y、帶中性線的星形 Yn、 星形接地 Yg、三角形 11D （超前星形 30176。 （ 2） 標么值參數(shù)系統(tǒng)介紹 為了便于工業(yè)應用，通常要將有名值轉換為標么值，而這需要知道相應繞組的額定功率 （ Pn ， 單位 VA） 、額定電壓（ Vn ,單位 V）以及額定頻率（ fn ,單位 Hz） 。 ⑦ 效率：指次級功率 2P 與初級功率 1P 比值的百分比。 ⑥ 空載損耗：指變壓器次級開路時在初級測得的功率損耗。 ④ 電壓比：指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區(qū)別。 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。按電源相數(shù)來分，變壓器單相、三相和多相幾種形式。 北京交通大學畢業(yè)設計（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 北京交通大學畢業(yè)設計（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，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。 三相電源模塊參數(shù)設置包含 7 個選項，分別是相電壓（ PhasetoPhase rms voltage），表征的是三相電源 A 相、 B 相和 C 相的相電壓 ； A 想相角（ phase angle of phase A），單位是度（ degrees）；頻率（ Frequency）；內(nèi)部連接方式（ Internal connection）；短路阻抗值（ Specity impedance using shortcircuit level），用來設定在短路情況下的阻抗數(shù)值；三相電源電阻（ Source resistance）；三相電源電感；其北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 14 中，內(nèi)部鏈接方式有 3 種，分別是： Y 型，表示中性點不接地； Yn 型，表示中性點接地電阻或消弧線圈接地； Yg 型，表示中性點直接接地。k??? ? ?????? ? ?（ ） （ ） （ ） （ ） 時間常數(shù) aT 為： aTT = ( 3 10 )L ) ) 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??? ? ? ?? ???????????????????????????????? 北京交通大學畢業(yè)設計（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。根據(jù)給定的參數(shù)計算可得 ， 1 0 . 1 7LR rl ?? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ???????????????????????????????????????????????? ? ? ?? ?? LL1 =X = = L H 4 H202 50LXX l ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ? ??? 得到以上的電力系統(tǒng)參數(shù)后，可以首先計算出在變壓器低壓母線發(fā)生三相短路故障時短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。 變 壓器 的額 定容量北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 11 20NS MV A??， 短路電壓 sU ??????，短路損耗 135sP kW?? ， 空載損耗 ?? ，空載電流 ?? ，變比 110 11Tk ??， 負載 5S MW? ， 高低壓繞組均為 Y 形聯(lián)接；并設供電點電壓為 110kV。 電力系統(tǒng)故障 分析 計算 算例 ：假設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。 短路電流計算的基本步驟 在進行短路電流計算前，應根據(jù)計算的目的搜集有關資料，如電力系統(tǒng)接線圖、運行方式、各元件的技術數(shù)據(jù)等。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。若發(fā)電機出口的兩相短路或中性點直接接地系統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相嚴重時，則應按嚴重情況計算。確定短路電流時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 10 式，而不應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)絡中應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響； （ 3）選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點應選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。電氣角； （ 4） 電力 系統(tǒng)中各原件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設備電抗值不隨電流大小變化； （ 5） 電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行，其中 50%負荷接在高壓母線上， 50%負荷接在系統(tǒng)側； （ 6） 同步電機都具有自動調整勵磁裝置（包括強行勵磁）； （ 7） 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間； （ 8） 不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流； （ 9） 除計算短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計； （ 10） 元件的計算參數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調整范圍； （ 11） 輸電線路的電容略去不計； （ 12） 用概率統(tǒng)計法制定短路電流運算曲線。 短路計算的目的是為了選擇導體和電器，并對其進行相關校驗。在標么值參數(shù)計算方面，在選取各級平均電壓做為基準電壓時，忽略各元件 (電抗器除外 )的額定電壓之比，即所有變壓器的標么變比都等于 1。在近似北京交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 計算中主要是對系統(tǒng)元件模型和標么值參數(shù)計算做了簡化處理。 短路計算的基本原則和規(guī)定 電力系 統(tǒng)三相短路計算主要是短路電流周期分量的計算，在給定電源電勢時，實際就是穩(wěn)態(tài)交流電路的求解。三相短路的幾率是很小的，但這并不說明三相短路無關緊要，相反對三相短路應該加以重視，因為三相短路的情況最嚴重，有時為了最后論