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基于matlab的電力系統(tǒng)故障分析與仿真畢業(yè)論文設(shè)計(jì)(參考版)

2025-06-29 17:45本頁面
  

【正文】 最后還要對電氣 xx 班的全體同學(xué)表示感謝,四年來在學(xué)習(xí)、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(yàn)方面給了我諸多指導(dǎo)性的建議,她淵博的知識和對學(xué)科發(fā)展獨(dú)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(fù)雜的畢業(yè)設(shè)計(jì),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(rèn)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(qiáng)大的二次開 發(fā)功能和豐富的工具箱,能快速而準(zhǔn)確的對電路及更復(fù)雜的電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真、 計(jì)算。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)30圖 三相故障模塊參數(shù)(單相接地短路)圖 A 相接地短路電壓北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)31圖 A 相接地短路電流北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)325 結(jié)論本論文介紹了電力系統(tǒng)故障和 Matlab/Simulink 的基本特點(diǎn),探索了電力系統(tǒng)故障中最常見的短路計(jì)算一些常用的計(jì)算方法,和 Matlab 應(yīng)用的基本方法和步驟,在 Matlab 軟件中 電力系統(tǒng) 仿真如何應(yīng)用 SimPowerSystems 模塊庫構(gòu)建電力系統(tǒng)故障的仿真模型并對其仿真結(jié)果進(jìn)行分析,得出一下結(jié)果:應(yīng)用 Matlab/simulink 進(jìn)行仿真分析的結(jié)果和理論計(jì)算的結(jié)果相差不大,Matlab 仿真工具是一種很實(shí)用的工具。運(yùn)行仿真, 雙擊 Scope1 可以得到高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)母線的單相接地故障電流波形如圖 所示。運(yùn)行仿真,雙擊 Scope 可以得到高壓供電系統(tǒng)變壓 器低壓側(cè)母線的單相接地故障電壓波形如圖 所示。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)27從圖中 可以發(fā)現(xiàn),在 時(shí)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(shí)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(shí)刻切除故障,系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。從圖中可以看出,在 時(shí)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(shí)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(shí)刻切除接地短路故障,A、B 、C 三相電壓又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)25圖 三相故障模塊參數(shù)(兩相接地短路)圖 AB 兩相接地短路 電壓北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)26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(zhuǎn)換時(shí)間 Transitiontimes (s) 設(shè)置為 [ ] ,對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 Transitionstatus 設(shè)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(yùn)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(yùn)行仿真,雙擊 Scope 可以得到供電系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)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(jì)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(zhǔn)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(shí)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,由于三相電路相電流之間存在相位差,因而故障點(diǎn)各相電流波形上升或者下降。運(yùn)行仿真后,雙擊 Scope1 可以得到高壓供電系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)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(shí)刻之前, 時(shí)刻之后系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)下,各相電壓都很大;在 時(shí)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(zhuǎn)換時(shí) Transitiontimes(s) 設(shè)置為 [ ] ,對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換Transiti onst atus 設(shè)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(dāng)三相故障模塊被設(shè)置 為內(nèi)部控制模式(internal control mode)時(shí),其開關(guān)時(shí)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(jìn)行設(shè)置。需要注意的是:① 如果三相故障模塊被設(shè)置為外部控制(External control)模式時(shí),在模塊的封裝圖表中就會出現(xiàn)一個(gè)控制輸入端。如果不設(shè)計(jì)接地故障,接地電阻(Ground resistance)Rg 自動被設(shè)置為 10 。三相故障模塊使用了三個(gè)獨(dú)立的斷路器,用來模擬各種對地或者相間故障模型。1D圖 變壓器模塊的參數(shù)北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)20(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。n(3)雙繞組三相變壓器雙繞組三相變壓器的兩個(gè)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 (超前星形 30176。(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)繞組的北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)19額定功率( P ,單位 VA)、額定電壓(V ,單位 V)以及額定頻率(f ,單位 Hz)。⑦效率:指次級功率 與初級功率 比值的百分比。⑥空載損 耗:指 變壓器次級開路時(shí)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(fù)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)17圖 負(fù)載模塊的參數(shù)(三)三相線路模塊圖 三相線路模塊參數(shù)(四)三相變壓器模塊北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)18(1)變壓器模塊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(shí),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)。三相電源模塊參數(shù)設(shè)置包含 7 個(gè)選項(xiàng),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 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)16phase 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(shè)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;其中,內(nèi)部鏈接方式有 3 種,分別是:Y 型,表示中性點(diǎn)不接地;Yn 型,表示中性點(diǎn)接地 電阻或消弧線圈接地;Yg 型,表示中性點(diǎn)直接接地。? ????????( ) ( ) ( ) ( )時(shí)間常數(shù) 為:aT a= (310)))????? ????(北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)14則短路沖擊電流為: (31)().???? ?????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)154 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 電力系統(tǒng)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(jì)中最常見的電路原件,也是最重要的原件,其運(yùn)行特性對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)起到?jīng)Q定性的作用。根據(jù)給定的參數(shù)計(jì)算可得, ??????????????????? L=X= ?? ?????????得到以上的電力系統(tǒng)參數(shù)后,可以首先計(jì)算出在變壓器低壓母線發(fā)生三相短路故障時(shí)短電流周期分量幅值和沖擊電流的大小。 LSfad圖 計(jì)算:變壓器 T 采用“Threephrasetransformer(Two Windings)”模型。變壓 器的額定容量50LkM?????,短路電壓 ,短路損耗 ,空載損耗2NSVA?sU?????135sPkW??,空載電流 ,變比 ,負(fù)載 ,?.8oIT?S組均為 Y 形聯(lián)接;并設(shè)供電點(diǎn)電壓為 110kV。 電力系統(tǒng)故障分析計(jì)算算例:假設(shè)無窮大功率電源供電系統(tǒng)如圖 所示, 時(shí)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(jì)算的基本步驟北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)12在進(jìn)行短路電流計(jì)算前,應(yīng)根據(jù)計(jì)算的目的搜集有關(guān)資料,如電力系統(tǒng)接線圖、運(yùn)行方式、各元件的技術(shù)數(shù)據(jù)等。所選的短路點(diǎn)一定要是各種短路類型是最嚴(yán)重的情況,因?yàn)橹灰@樣才能得出變壓器中性點(diǎn)的最大入地電流,算出后才能進(jìn)行接地電阻允許值的計(jì)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路或中性點(diǎn)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(yán)重時(shí), 則應(yīng)按嚴(yán)重情況計(jì)算。確定短路 電流時(shí), 應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式,而不應(yīng)按僅在僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式;(2)在電氣網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱訖C(jī)的影響;(3)選擇導(dǎo)體和電器時(shí),對不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)。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(shè)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(fù)荷下運(yùn)行,其中 50%負(fù)荷接在高壓母線上,50%負(fù)荷接在系統(tǒng)側(cè);(6(同步電機(jī)都具有自動調(diào)整勵(lì)磁裝置(包括強(qiáng)行勵(lì)磁);(7(短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間;北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11(8(不考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流;(9(除計(jì)算短路電流的衰減時(shí)間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外,元件的電阻都略去不計(jì);(10(元件的計(jì)算參數(shù)均取其額定值,不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍;(11(輸電線路的電容略去不計(jì);(12(用概率統(tǒng)計(jì)法制定短路電流運(yùn)算曲線。短路計(jì)算的目的是為了選擇導(dǎo)體和電器,并對其進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)。在標(biāo)么值參數(shù)計(jì)算方面,在選取各 級平均電壓做為基準(zhǔn)電壓時(shí),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(biāo)么變比都等于 1。在近似計(jì)算中主要是對系統(tǒng)元件模型和標(biāo)么值參數(shù)計(jì)算做了簡化處理。]2[北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)10 短路計(jì)算的基本原則和規(guī)定電力系統(tǒng)三相短路計(jì)算主要是短路電流周期分量的計(jì)算,在給定電源電勢時(shí),實(shí)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(guān)緊要,相反對三相短路應(yīng)該加以重視,因?yàn)槿喽搪返那闆r最嚴(yán)重,有時(shí)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。表 短路的簡略記號 短路類型 示意圖 代表符號三相短路二相短路單相短路)3(F)2()1(北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9二相短路接地 )1.(F 故障概率運(yùn)行經(jīng)
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