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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第3l卷第5期2010年10月華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)JournalofNoAhChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerV01．31No．50ct．2010文章編號(hào)：1002—5634(2010)05—0093—04基于Matlab的電力系統(tǒng)短路故障分析與仿真常曉穎，吳茜瓊(洛陽(yáng)理工學(xué)院。河南洛陽(yáng)471023)摘要：介紹了Matlab／Simulink的基本特點(diǎn)及應(yīng)用Matlab進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真分析的基本方法和步驟．運(yùn)用Matlab電力系統(tǒng)仿真程
2、序simPowersystems構(gòu)建了一個(gè)單機(jī)一無(wú)窮大系統(tǒng)模型。并在此基礎(chǔ)上對(duì)電力系統(tǒng)的多種故障進(jìn)行了仿真，仿真波形與理論分析結(jié)果相符，說(shuō)明用Matlab對(duì)電力系統(tǒng)故障仿真的方法是可行的．關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；仿真；故障；Matlab中圖分類號(hào)：TP391．9；TM713文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的功能和質(zhì)量，在設(shè)計(jì)、分析和研究時(shí)必須保證系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性．由于在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)和研究較困難，因此借助各種電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究已成為有效途徑之一．電力系統(tǒng)仿真軟件有很多，當(dāng)今比較流行的主要有
3、EMTP(ElectromagneticTransientsProgram)仿真程序，美國(guó)電力公司(PTI)開(kāi)發(fā)的PSS／E(PowerSys-ternSimulatorforEngineering)，Mathworks公司開(kāi)發(fā)的Matlab中所包含的電力系統(tǒng)工具箱(PowerSys-ternToolbox)，以及中國(guó)電科院開(kāi)發(fā)的仿真軟件PSASP(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage)．其中Matlab以其強(qiáng)大的計(jì)算功能、良好的開(kāi)放性和擴(kuò)充性、友好的動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境和豐富的工具箱越來(lái)越
4、成為進(jìn)行包括電力網(wǎng)絡(luò)、電力電子和控制系統(tǒng)等的學(xué)習(xí)和研究的重要仿真工具¨。2J．文獻(xiàn)[3—5]采用Matlab的電力系統(tǒng)工具箱進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)分析．1Matlab的電力系統(tǒng)工具箱介紹Matlab是由美國(guó)Mathworks公司開(kāi)發(fā)的大型軟件，它以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合在一個(gè)交互的工作環(huán)境中，在此環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、建模和仿真、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等．Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(PowerSystemBlockset，簡(jiǎn)稱PSB)來(lái)完成．PSB程序庫(kù)含有
5、代表電力網(wǎng)絡(luò)中一般部件和設(shè)備的Simulink程序塊，通過(guò)PSB可以迅速建立模型，并立即仿真．PSB程序塊程序庫(kù)中的測(cè)量程序和控制源起到電信號(hào)與Simulink程序之間的連接作用¨1．畫國(guó)畫畫回ElectricalElementsPowerMachmes·}MeasurementsSourcesElectronics。曰日口圖1電力系統(tǒng)工具箱模塊庫(kù)收稿日期：2010—05—30作者簡(jiǎn)介：常曉穎(1982一)。女，河南洛陽(yáng)人，助教，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化方面的研究因纛萬(wàn)方數(shù)據(jù)華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)2010年
6、10月在Matlab命令窗口鍵入Simulink命令便打開(kāi)Simulink的庫(kù)瀏覽窗13，點(diǎn)擊SimPowerSystems，就進(jìn)入了電力系統(tǒng)工具箱．電力系統(tǒng)工具箱包括了電路、電力電子、電機(jī)等電氣工程學(xué)科中常用的元件模型，這些元件模型分布在7個(gè)模塊庫(kù)中，如圖1所示．每個(gè)模塊庫(kù)中包含各種基本元件模型，只需將這些庫(kù)模塊或其他庫(kù)模塊中的元件拖到Simulink窗口中，通過(guò)元件連接和參數(shù)設(shè)置就可以方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真【7o．2電力系統(tǒng)短路故障仿真分析電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的
7、整定、限制短路電流措施的確定都需要進(jìn)行短路故障分析和短路電流計(jì)算．電力系統(tǒng)短路分為對(duì)稱性短路和不對(duì)稱性短路2種類型．對(duì)稱短路也稱三相短路(K¨’)，不對(duì)稱短路指單相接地短路(K?)、兩相短路(K‘2’)和兩相接地短路(K¨‘¨)．其中三相短路出現(xiàn)的概率不高，卻是電力系統(tǒng)最危險(xiǎn)的故障，而最常見(jiàn)的故障是單相接地短路，約占短路總故障的65％一70％¨-9]．文中將對(duì)這兩種故障作為典型例子分別建模仿真，其他短路故障可通過(guò)在模型中改動(dòng)短路元件的參數(shù)來(lái)進(jìn)行仿真．2．1仿真模型建立為了在仿真中得到理想的數(shù)據(jù)及波形。文中選擇了最具
8、有代表性的典型的電力系統(tǒng)——單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)．該系統(tǒng)認(rèn)為功率無(wú)窮大，頻率恒定，電壓恒定，即對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行近似處理，以簡(jiǎn)化模型，更有利于得出結(jié)論，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，如圖2所示?．圖2單機(jī)一無(wú)窮大系統(tǒng)圖2中，最左端是發(fā)電機(jī)組，K是機(jī)端電壓，x，是變壓器的電抗，x副和x。：是線路電抗，E是無(wú)窮大電源電壓．假設(shè)額定容量P。=200MVA，額定電壓n=13．8kV，額定頻率正=
