【正文】 作用而遭到損壞,同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低,就需要計(jì)算短路電流,以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用限制短路電流的元件。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)數(shù)萬(wàn)安。其值可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流，并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生系統(tǒng)通路的情況。結(jié)果表明運(yùn)用Matlab對(duì)電力系統(tǒng)故障進(jìn)行分析與仿真，能夠準(zhǔn)確直觀地考察電力系統(tǒng)故障的動(dòng)態(tài)特性，驗(yàn)證了Matlab在電力系統(tǒng)仿真中的強(qiáng)大功能。然后對(duì)算例，運(yùn)用Matlab/Simulink進(jìn)行電力系統(tǒng)故障仿真，得出仿真結(jié)果。主要參考書(shū)及參考資料：[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.[2] [M].保定：華北電力大學(xué)出版社,2004.[3] [M].北京：中國(guó)電力出版社,2004.[4] [M].北京：中國(guó)電力出版社,2009.[5] [M].北京：清華大學(xué)出版社,（簽名）系（部）主任（簽名）摘 要 本次設(shè)計(jì)介紹了電力系統(tǒng)故障分析方法及Matlab/Simulink的基本特點(diǎn)。設(shè)計(jì)任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：原始資料分析；通過(guò)MATLAB/SIMULINK軟件建立電力系統(tǒng)仿真模型；參數(shù)、短路故障設(shè)置及仿真調(diào)試；觀察不同短路點(diǎn)及短路類型時(shí)的電壓和電流波形；潮流計(jì)算結(jié)果處理及功率損耗分析等。通過(guò)MATLAB/SIMULINK仿真軟件，使所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能能夠得到靈活運(yùn)用，包括電力系統(tǒng)的建模，參數(shù)設(shè)置，短路故障設(shè)置或潮流計(jì)算，結(jié)果分析及波形調(diào)試等。設(shè)計(jì)或說(shuō)明書(shū)的優(yōu)缺點(diǎn)，包括：學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度、實(shí)踐工作能力、表現(xiàn)出的創(chuàng)造性和綜合應(yīng)用能力等。第一篇：基于matlab電力系統(tǒng)故障分析與仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題目名稱：基于Matlab的電力系統(tǒng)故障分析與仿真 系 部：電力工程系 專業(yè)班級(jí)：電氣工程 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師：完成日期：2018年X月X日 XX學(xué)院 課程設(shè)計(jì)評(píng)定意見(jiàn) 設(shè)計(jì)題目 基于Matlab的電力系統(tǒng)故障分析與仿真 系 部 電力工程系_________ 專業(yè)班級(jí) 電氣工程 學(xué)生姓名______________ 學(xué)生學(xué)號(hào) 評(píng)定意見(jiàn)：評(píng)定成績(jī)：指導(dǎo)教師（簽名）：年 月 日（此頁(yè)背書(shū)）評(píng)定意見(jiàn)參考提綱：學(xué)生完成的工作量與內(nèi)容是否符合任務(wù)書(shū)的要求。學(xué)生的勤勉態(tài)度。XX學(xué)院 電力工程 系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 20172018學(xué)年 1 學(xué)期 2018年 1月 X 日 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí) 電氣工程1 課程名稱 電力系統(tǒng)仿真 設(shè)計(jì)題目 基于Matlab的電力系統(tǒng)故障分析與仿真 指導(dǎo)教師 起止時(shí)間 周數(shù) 2 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)樓 設(shè)計(jì)目的：本次設(shè)計(jì)旨在學(xué)習(xí)和掌握電力系統(tǒng)仿真的基本方法。從建模與仿真、數(shù)據(jù)分析、工程系統(tǒng)分析等方面培養(yǎng)和提高解決實(shí)際電力系統(tǒng)的短路與潮流計(jì)算的能力以及電力系統(tǒng)綜合分析的能力。設(shè)計(jì)進(jìn)度與要求：第1天：資料分析及參考相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、規(guī)范及電力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；第23天：根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)建立仿真模型；第45天：各元件參數(shù)設(shè)置與調(diào)試；第67天：短路點(diǎn)及不同短路類型的設(shè)計(jì)；第89天：仿真調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果處理分析；第1011天：各短路、短路類型情況下電壓電流波形分析和潮流計(jì)算及其結(jié)果分析；第1213天：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)及修改完善；第14天：答辯，上交合格報(bào)告。通過(guò)算例對(duì)電力系統(tǒng)故障進(jìn)行分析計(jì)算。并將電力系統(tǒng)故障的分析計(jì)算結(jié)果與Matlab仿真的分析結(jié)果進(jìn)行比較，從而得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；故障；Matlab；仿真 目錄 1 1 1 1 故障概率 1 電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù) 2 2 仿真軟件 4 Matlab的簡(jiǎn)介 4（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 4（2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言 4（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 5（4）出色的圖形處理功能 5（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 5（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 5（7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面）6 Simulink的簡(jiǎn)介 6 3 電力系統(tǒng)故障計(jì)算的基本原理 8 短路計(jì)算的基本原則和規(guī)定 8 短路點(diǎn)的選擇原則與確定 9 短路點(diǎn)選擇原則 9 短路點(diǎn)的選擇 9 9 9 10 4 電力系統(tǒng)故障仿真 12 概述 12 電力系統(tǒng)各元件主要模型 12 12 三相π型線路功能模塊（3Phase PI Section）13 并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊（Elements）14 三相故障模塊（3phase Fault）14 變壓器模塊 15 電力系統(tǒng)故障仿真 16 算例圖 16 模型建立步驟及其參數(shù)設(shè)置 17 仿真結(jié)果與分析 27 仿真結(jié)果 27 結(jié)果分析 28 總 結(jié) 29 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)流過(guò)的電流。例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的10～15倍。這會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果。 三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有 4 種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對(duì)地的短路故障最多，約占全部故障的90％。短路類型 示意圖 代表符號(hào) 三相短路 二相短路 單相短路 二相短路接地 短路的簡(jiǎn)略記號(hào) 故障概率 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出，架空輸電線是電力系統(tǒng)中比較薄弱的環(huán)節(jié)，發(fā)生短路的幾率最高。三相短路的幾率是很小的，但這并不說(shuō)明三相短路無(wú)關(guān)緊要，相反對(duì)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。 電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù) 早在 1982年 8月，美國(guó)電力研究所(EPRI)便開(kāi)始了火電站設(shè)備早期故障檢測(cè)的工作，經(jīng)過(guò)此后 10多年的努力，在電站性能監(jiān)測(cè)和診斷方面，EPRI一直處于領(lǐng)先地位。我國(guó)在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，開(kāi)始于20世紀(jì)70年代末，落后于國(guó)外至少 2030年的歷史，基本上是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行消化、吸收而發(fā)展起來(lái)的。這個(gè)階段的特點(diǎn)是認(rèn)識(shí)設(shè)備診斷技術(shù)的重要性，設(shè)備診斷技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究十分活躍，這個(gè)階段以快速傅里葉變換、譜分析、信號(hào)處理等技術(shù)為基礎(chǔ)，以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)為技術(shù)目標(biāo)。這個(gè)階段以故障分類、模式識(shí)別、智能化專家系統(tǒng)及其計(jì)算(故障樹(shù)計(jì)算、模糊邏輯計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、基因計(jì)算等)為基礎(chǔ)，全方位開(kāi)展了設(shè)備的故障診斷研究，從理論和生產(chǎn)應(yīng)用上形成了具有我國(guó)特點(diǎn)的故障診斷理論，研制出了可與國(guó)際接軌的大型設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。傳統(tǒng)型的研究是在建立被診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化，導(dǎo)致系統(tǒng)潮流的變化，進(jìn)而根據(jù)潮流計(jì)算的變化判斷出故障，多用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法，采用單一的集中求解，因系統(tǒng)規(guī)模、復(fù)雜程度和不確定因素等的限制難以適應(yīng)目前電力系統(tǒng)的這樣一個(gè)日趨復(fù)雜的分布式大系統(tǒng)的故障診斷問(wèn)題發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)故障診斷難以達(dá)到理想的效果。近幾十年來(lái)，故障診斷技術(shù)得到了深入廣泛的研究，提出了眾多可行的方法，概括起來(lái)即可可分為三大類：基于解析模型的方法，在了解診斷對(duì)象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，按一定的數(shù)學(xué)方法對(duì)被測(cè)信息進(jìn)行處理判斷，可分為狀態(tài)估計(jì)法、等價(jià)空間法和參數(shù)估計(jì)法等。由于建模的困難與模型本身的誤差以及各種不可預(yù)見(jiàn)的因素(如系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不僅可能引起模型參數(shù)的變化，還可能引起模型結(jié)構(gòu)的變化，而且這種變化是不確定的)，大大地影響了其診斷的準(zhǔn)確性。這種方法由于不需要建立對(duì)象的解析數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在工程上具有廣泛的應(yīng)用，但這種方法只有當(dāng)故障發(fā)展到相當(dāng)程度并影響到外部特征時(shí)才有效，而且只能對(duì)故障范圍做出粗略的判斷，大多數(shù)情況下不能直接定位故障。這類方法的主要優(yōu)點(diǎn)是不依賴于具體的數(shù)學(xué)模型，而且克服了基于信號(hào)處理故障診斷方法的缺點(diǎn)，引入了診斷對(duì)象的許多信息，具有較為豐富的、靈活的知識(shí)表達(dá)和問(wèn)題求解能力，它可以充分發(fā)揮人類專家在診斷中根據(jù)感覺(jué)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)所進(jìn)行的推理判斷的能力，并可適合于各種場(chǎng)合的故障判別。在電力系統(tǒng)中，這類方法的開(kāi)發(fā)研究也是最為引人矚目的一類課題，國(guó)內(nèi)外也有大量的文獻(xiàn)介紹基于知識(shí)的診斷方法在電網(wǎng)絡(luò)故障診斷中的應(yīng)用。隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)學(xué)和智能科學(xué)理論的發(fā)展，不斷有新的電網(wǎng)故障診斷方法出現(xiàn)，但是從電力系統(tǒng)故障診斷理論與方法研究和應(yīng)用的深度、廣度可以清晰地看到，其研究仍停留在理論和模型的探索階段，基本上沒(méi)有非常成功的成型實(shí)用系統(tǒng)，實(shí)用化方面一直未有太大的發(fā)展。此系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)故障后所有相關(guān)的故障信息，例如保護(hù)裝置信息、錄波器信息、雷電定位信息、監(jiān)控裝置信息等，進(jìn)行采集、傳輸、存儲(chǔ)和處理，為電網(wǎng)故障處理提供了信息支持。因此，在電網(wǎng)故障診斷理論的實(shí)用化過(guò)程中，必須充分重視信息的收集與整理工作，包括用于故障診斷的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)建、故障綜合信息的預(yù)處理和診斷知識(shí)的提取等。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。Matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使Matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組atlab函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的Matlab愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。這些工具方便用戶使用Matlab的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。隨著Matlab的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，Matlab的用戶界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 Matlab是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在計(jì)算要求相同的情況下，使用Matlab的編程工作量會(huì)大大減少。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖。新版本的Matlab對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如:圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），Matlab同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。另外新版本的Matlab還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 新版本的Matlab可以利用Matlab編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的Matlab程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于Matlab運(yùn)行的C和C++代碼。另外，Matlab網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的Matlab數(shù)學(xué)和圖形程序。工具箱是Matlab函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 Simulink的簡(jiǎn)介 Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。Simulink是Matlab中的一種可視化仿真工具，是一種基于Matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。Simulink與Matlab 緊密集成，可以直接訪問(wèn)Matlab大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。在電力系統(tǒng)短路電流的工程計(jì)算中，許多實(shí)際問(wèn)題的解決（如電網(wǎng)設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備選擇）并不需要十分精確的結(jié)果，于是產(chǎn)生了近似計(jì)算的方法。在元件模型方面，忽略發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路的電阻，不計(jì)輸電線路的電容，略去變壓器的勵(lì)磁電流（三相三柱式變壓器的零序等值電路除外），負(fù)荷忽略不計(jì)或只做近似估計(jì)。此外，有時(shí)還假定所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)具有相同的相位，加上所有元件僅用電抗表示，這就避免了復(fù)數(shù)運(yùn)算，把短路電流的計(jì)算簡(jiǎn)化為直流電路的求解?；炯俣ǎ憾搪冯娏鲗?shí)用計(jì)算中，采用以下假設(shè)條件和原則：正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同；系統(tǒng)中的同步和異步電機(jī)為理想電機(jī)，不考慮電機(jī)飽和、磁滯、渦流及導(dǎo)體集膚效應(yīng)等影響；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱；定子三相繞組空間相差120176。一般規(guī)定：（1）驗(yàn)算導(dǎo)體和電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開(kāi)斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成的5～10年）。對(duì)加裝電抗器的6～10KV出線與廠用分支線回路，除其母線和母線隔離開(kāi)關(guān)之間隔板前的引線和套管，計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇在電抗器前，其余導(dǎo)體和電器的計(jì)算短路點(diǎn)一般選擇在電抗器后；（4）導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和電器的開(kāi)斷電流，一般按三相短路驗(yàn)算。