【正文】 第二章 電力系統(tǒng)理論分析在電力系統(tǒng)的設計和運行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常運行情況，因為它們會破壞電氣設備的正常工作和影響對用戶的供電。2） 運用simulink建立簡單的單機無窮大系統(tǒng)進行仿真，對系統(tǒng)運行出現(xiàn)短路情況時的仿真結果進行詳細的分析。 本文的目的及主要內(nèi)容目前電力系統(tǒng)實驗技術尚未完善，通過運用MATLAB對電力系統(tǒng)進行仿真分析，分析結果證明仿真的有效性，從中得出仿真的方法和意義，從而將這種仿真運用到電力系統(tǒng)的各個方面?？紤]到以上情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實際運行狀況的數(shù)字仿真工具十分重要，目前比較流行的電力系統(tǒng)仿真工具由以下幾種：（1） 邦納維爾電力局開發(fā)的BPA程序和EMTP程序；（2）曼尼托巴高壓直流輸電研究中心開發(fā)的PSCAD/EMTDC程序；（3）德國西門子公司研制的電力系統(tǒng)仿真軟件NETOMAC；（4）中國電力科學研究院開發(fā)的電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP；（5）MathWorks公司開發(fā)的科學與工程計算軟件MTATLAB。自1981年中國的第一條 500kV 輸電線路投入運行以來，500kV的線路已逐步成為各大電力系統(tǒng)的骨架和跨省跨地區(qū)的聯(lián)絡線。大電網(wǎng)已覆蓋全部城市和大部分農(nóng)村；以三峽為中心的全國聯(lián)網(wǎng)工程開始啟動，我國電網(wǎng)進入了遠距離、超高壓、跨大地區(qū)輸電的新階段。國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國的電力工業(yè)得到相應的增長，逐步形成以大型發(fā)電廠和中心城市為核心、以不同電壓等級的輸電線路為骨架的各大區(qū)、省級和地區(qū)的電力系統(tǒng)。目前，我國正處于經(jīng)濟快速發(fā)展的時期，電力系統(tǒng)也步入了大電網(wǎng)、超高壓、大機組、遠距離的時代，但由于目前的經(jīng)濟發(fā)展速度遠遠超出了國家的預期，導致近些年來出現(xiàn)全國范圍內(nèi)電力建設落后于國民經(jīng)濟發(fā)展水平的局面，電力系統(tǒng)運行在接近電網(wǎng)極限輸送能力狀態(tài)的幾率大大增加，從而較大程度上存在著發(fā)生電壓崩潰事故的威脅。關鍵詞：電力系統(tǒng)；三相短路；故障分析；matlab仿真Electric Power System Simulation Base on MATLABAbstract： Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and longdistance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the various new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems’ delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, citycentered regional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system’ laod centers is growing faster and faster, and longdistance and heavyduty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in people’s lives and work, power system and stable operation of a direct impact on the people’s daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many puting and control of the power system increasingly plex issues, it is impossioble to take a direct This paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of threephase shortcircuit fault which happen in the main powersupply line and the fault automatic tripping isolation by the threephase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.Key words: Power system ；Threephase shortcircuit ；Fault analysis ；MATLAB simulation第一章 緒論 　我國電力系統(tǒng)情況簡介電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電力負荷組成的電能生產(chǎn)、傳輸和轉化的系統(tǒng)。本文根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，利用MATLAB的動態(tài)仿真軟件Simulink搭建了含發(fā)電機、變壓器、輸電線路、無窮大電源等的系統(tǒng)的仿真模型，得到了在該系統(tǒng)主供電線路電源端發(fā)生三相短路接地故障并由故障器自動跳閘隔離故障的仿真結果，并分析了這一暫態(tài)過程。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展和電網(wǎng)的日益擴大以及自動化程度的不斷提高，電力系統(tǒng)中許多計算和控制問題日益復雜，從技術和安全上考慮直接進行電力試驗可能性很小，因此迫切要求運用電力仿真來解決這些問題?；贛ATLAB的電力系統(tǒng)仿真基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真摘 要：目前，隨著科學技術的發(fā)展和電能需求量的日益增長，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，超高壓遠距離輸電、大容量發(fā)電機組、各種新型控制裝置得到了廣泛的應用，這對于合理利用能源，充分挖掘現(xiàn)有的輸電潛力和保護環(huán)境都有重要意義。另一方面，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，以城市為中心的區(qū)域性用電增長越來越快，大電網(wǎng)負荷中心的用電容量越來越大，長距離重負荷輸電的情況日益普遍，電力系統(tǒng)在人民的生活和工作中擔任重要角色，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響的人們的日常生活。電力系統(tǒng)仿真是將電力系統(tǒng)的模型化、數(shù)學化來模擬實際的電力系統(tǒng)的運行，可以幫助人們通過計算機手段分析實際電力系統(tǒng)的各種運行情況,從而有效了解電力系統(tǒng)概況。通過仿真結果說明MATIAB電力系統(tǒng)工具箱是分析電力系統(tǒng)的有效工具。而電力負荷則是該系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設備所消耗的電功率的總稱，有時也包括將這些用電設備連接起來的配電網(wǎng)。我國電力系統(tǒng)是隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展而逐步形成的。目前，全國電網(wǎng)已經(jīng)基本上形成了500 kV和 330 kV 的骨干網(wǎng)架。1987 年全國發(fā)電裝機容量躍上了1 億 kW的臺階；從 1978 年起到 1999年，我國裝機容量平均每年增加近 10GW，1997 年年底全國裝機容量達到了254GW的水平，年發(fā)電量也超過了1100TWh，成功地實現(xiàn)了持續(xù)高速增長。 本課題研究的前景和意義 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，在這種情況下，許多大型的電力科研實驗很難進行，一是條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來講也是不允許進行實驗的；三是最初的一個新的設計構思、到通過軟件進行實際情況的模擬、在應用到具體的工程中，其工作量往往消耗大量的財力物力和人力，其過程中稍有失誤都有可能前功盡棄。本文主要采用MTALTB進行電力系統(tǒng)的仿真，MATLAB是有效的電力系統(tǒng)仿真工具,它提供了簡潔的工具，通過電力系統(tǒng)電路圖的繪制，MATLAB自動生成數(shù)學模型，可以節(jié)省建立電力系統(tǒng)數(shù)學模型的建立。1） 首先理論分析電力系統(tǒng)運行中短路的危害和發(fā)生短路時電氣設備的狀況及系統(tǒng)的狀況，并建立發(fā)電機和變壓器的數(shù)學模型。3） 建立帶勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機系統(tǒng)，通過仿真結果分析帶上勵磁系統(tǒng)時電壓和電流的變化情況。運行經(jīng)驗指出，故障大多是由短路引起的。短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流比正常負荷電流大得多。2）短路時的電壓驟降，嚴重影響電氣設備的正常運行。由此可見，短路的后果十分嚴重，因此對于大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路的分析是必要的。用戶與發(fā)電廠的距離越來越遠，發(fā)電機三相突然短路的概率增大。同步發(fā)電機突然短路的暫態(tài)過程所產(chǎn)生的沖擊電流可能達到額定電流的十幾倍 ,對電機本身和相關的電氣設備都可能產(chǎn)生嚴重的影響 ,因此對同步發(fā)電機動態(tài)特性的研究歷來是電力系統(tǒng)中的重要課題之一 。 同步發(fā)電機的數(shù)學模型本文研究的是轉極式的凸極同步發(fā)電機，除a、b、c 三相定子繞組外還有轉子上的一個勵磁繞組和兩個阻尼繞組。發(fā)電機六個繞組存在相互的電磁耦合關系。圖21 同步發(fā)電機的d軸和q軸等值電路圖根據(jù)電路定律，發(fā)電機六個繞組可以建立六個回路電壓平衡方程，如下：根據(jù)六個繞組之間的磁鏈耦合關系，得到發(fā)電機模型dq0 坐標系中的磁鏈方程可表述為：其中： d、q——表示直軸和交軸分量； R、s——表示轉子和定子分量； l、m——表示漏抗和激磁電抗； f、k——勵磁繞組分量、阻尼繞組分量； ——表示軸定子繞組、軸定子繞組； —— 表示勵磁繞組的磁鏈。 同步發(fā)電機突然短路理論分析1. 定子電流的計算在分析突然三相短路時，可以利用疊加原理，認為不是發(fā)生了突然短路，而是在電機的端頭上突然加上了與疊加突然短路前的端電壓大小相等但方向相反的三相電壓。將電機突然三相短路后的定子電流分為兩部分來計算。2 轉子電流的計算突然三相短路后,電機轉子中的電流,也象計算定子電流一樣，可以分成兩部分來計算，即：①原來穩(wěn)態(tài)三相對稱運行時的轉子電流。將電機突然三相短路后的轉子電流分為兩部分來計算，將它們合并后，即得同步發(fā)電機突然三相短路后的實際電流為：① 當轉子上沒有阻尼繞組時，則： ②當轉子上有阻尼繞組時，則：阻尼繞組中的實際電流，在短路前，即穩(wěn)態(tài)對稱運行時，阻尼繞組的電流為零，因此，突然三相短路后的阻尼繞組的實際電流為：其中 ——d、q軸電樞反應電抗； ——勵磁繞組電阻； ——勵磁繞組電抗； ——d、q軸阻尼繞組電抗。然而，由于設計制造技術、工藝以及運行維護水平的限制 ,變壓器的故障還是時有發(fā)生 ，尤其是近年來逐步引起人們重視的變壓器近區(qū)或出口短路故障，大大影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此，采取切實有效措施提高低壓繞組強度，對確保變壓器的安全穩(wěn)定運行有重要的意義。繞組變形包括軸向和徑向尺寸的變化，器身位移，繞組扭曲、匝間短路等，是電力系統(tǒng)安全運行的一大隱患。由于短路的累積效應作用，當再次遭受短路電流沖擊時，將可能使繞組承受不住巨大電動力的作用而失穩(wěn)。一旦遭受過電壓，有可能發(fā)生繞組短路，致使變壓器絕緣被擊穿；或在正常運行工況下，因局部放電的持續(xù)作用，使已有的絕緣損傷逐漸加重，從而導致變壓器絕緣被擊穿。運行經(jīng)驗表明，運行變壓器一旦發(fā)生繞組變形，將導致累積效應，出現(xiàn)惡性循環(huán)。對繞組已產(chǎn)生變形但仍在運行的變壓器而言，雖然并不一定會立即發(fā)生絕緣擊穿事故，但當再遭受也許并不大的過電流或過電壓，甚至在正常運行的電磁動作用下，也可能導致變壓器絕緣擊穿。 變壓器數(shù)學模型建立電力系統(tǒng)中的變壓器通常是三相的，而三相變壓器的磁路結構型式、繞組接線方式（主要包括Y型和 D型）、中點接地與否等多種因素對勵磁涌流、每相輸出電流有著較大影響。1. 單相變壓器的數(shù)學模型1） 磁鏈方程 假定單相變壓器一、二次繞組匝數(shù)分別為和，考慮繞組漏磁通，一、二次繞組的磁通表示為： 式中 ——主磁通； ——分別是一、二次繞組的漏磁通。方程（3）的右端另作表示： 類似地，二次繞組磁鏈為： 則一、二次繞組關于繞組感應的表達式為：式中： ——分別一、二次繞組自感； ——分別為一、二次繞組互感。繞組端電壓為感應電壓和阻抗壓降之和，對于一次繞組，即類似地，二次繞組端電壓可以寫為：3） 連接關系方程 變壓器等效電路如圖22所示，一次側三相繞組相電壓可直接由輸入交流電壓計算得到：