基于matlab實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)短路故障的仿真分析

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1、基于matlab實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)短路故障的仿真分析基于matlab實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)短路故障的仿真分析［摘要］短路是電力系統(tǒng)中最常發(fā)生的一種故障，電網(wǎng)正常運(yùn)行的破壞大多數(shù)是由短路故障引起的，危害很大。短路過程是一種暫態(tài)過程，在發(fā)生短路故障的情況下，電力系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇烈變化到另外一種狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象。由于暫態(tài)過程比較短暫，為了便于觀察分析短路過程中電流、電壓波形的情況，該文運(yùn)用MATLAB對(duì)電力系統(tǒng)短路故障進(jìn)行仿真，并對(duì)其暫態(tài)過程進(jìn)行分析。［關(guān)鍵詞］短路故障；MATLAB仿真；暫態(tài)過程分析中圖分類號(hào)：TP391.9；TM713文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009

2、-914X(2014)07-0345-021.刖吞眾所周知，短路故障是電力系統(tǒng)中最常見的一種故障。造成短路故障的原因有很多，其中電氣設(shè)備載流部分絕緣的損壞是形成短路的主要原因。由于過電壓、機(jī)械力拉傷以及時(shí)間長(zhǎng)而老化都是導(dǎo)致絕緣層加速老化的原因，但也不乏人為和自然的因素。另一方面，在短路故障發(fā)生后，短路電流瞬時(shí)增大到正常運(yùn)行電流的幾十倍其至更高,瞬間增大的電流將會(huì)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的后果，危及整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。更嚴(yán)重的將會(huì)引起系統(tǒng)的崩潰，造成大面積的停電，影響整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鑒于短路故障的易發(fā)性及其危害的嚴(yán)重性，為了保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在設(shè)計(jì)和

3、選擇電氣設(shè)備的時(shí)候都要對(duì)電氣設(shè)備的最大短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，同時(shí)在線路上加裝繼電保護(hù)裝置。為了便于直觀的觀察和分析故障點(diǎn)的電流和電壓在故障前后的變化情況，本文采用MATLAB軟件對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障進(jìn)行仿真。2.MATLAB軟件簡(jiǎn)介MATLAB是一種而向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語言，它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理等學(xué)科的功能于一體，是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)。MATLAB提供的Simulink是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時(shí)間域、離散時(shí)間域或兩者混合的時(shí)間域里進(jìn)行建模。1.電路仿真模

4、型的建立3.1設(shè)計(jì)流程1)為了直觀的將復(fù)雜的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型展現(xiàn)出來在此我們選用理想的電壓源作為電路的供給電源，三相電壓源采用Y型連接，中性點(diǎn)不接地。參數(shù)設(shè)置如下：相電壓有效值(Phase-to-phasermsvoltage)：25e3VA相相角(PhaseangleofphaseA)：0頻率(Frequency)：60HZ內(nèi)部連接方式(Internalconnection)：Y三相電源電阻(Sourceresistance)：0.312三相電源電感(Sourceinductance)：6.63e~3H由于恒定電壓源為三相對(duì)稱正弦交流電壓源，其(A、B、

5、C)三和電壓表達(dá)式如下：2)從測(cè)量元件庫(kù)中選擇3-PhaseAequenceAnalyzer(三相序分量分析元件)在參數(shù)設(shè)置表中SequenceC序量選擇)選擇Positive、NegativeandZero(所有序分量)，然后從電路測(cè)量?jī)x器庫(kù)中選擇萬用表用于A相正序、負(fù)序和零序分量顯示。在電力系統(tǒng)中，常用對(duì)稱分量法來分析不對(duì)稱故障，即任何…組不對(duì)稱系統(tǒng)都可以分解成三組對(duì)稱分量的系統(tǒng)。其中正向旋轉(zhuǎn)是是正序分量，反向旋轉(zhuǎn)的一組是負(fù)序分量，相位相同的一組為零序分量。在這里選用A相作為基準(zhǔn)相，得出三相相量與對(duì)稱分量的電流和電壓關(guān)系分別為：3)使用分布參數(shù)輸電線路

6、(distributedparamenterline)作為輸電線路，采用三相故障發(fā)生器模擬不類型的短路，再?gòu)碾娏ο到y(tǒng)元件庫(kù)中選擇電力系統(tǒng)分析工具、節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行合理放置。對(duì)各個(gè)模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置:輸電線路元件Linel和Line2線路長(zhǎng)度均為lOOKMo3.2帶三相故障發(fā)生器的恒定電壓源電路仿真模型：4?仿真的實(shí)現(xiàn)以三和短路故障為例進(jìn)行分析，通過將三和故障發(fā)生器(three-phasefault)的轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)定為[1/1005/100]s、故障發(fā)生器中的故障相選擇三相故障都選，并選擇故障相接地選項(xiàng)。對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)定:開始時(shí)間為0秒，停止時(shí)間為0.1秒，可變步

7、長(zhǎng)odel5s(stiff/NDF),設(shè)置完電路圖和仿真參數(shù)后，下面進(jìn)行電路仿真。激活仿真按鈕，查看仿真波形如下圖所示：4?仿真結(jié)果分析由圖2可知，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)吋，故障點(diǎn)電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流為零。在0.01秒的吋候三和短路故障發(fā)綸器閉合，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量因而故障點(diǎn)A、B、C三相電流均發(fā)生顯著變化。在0.05秒的時(shí)候三相短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)與故障排除。此時(shí)故障點(diǎn)三相電流迅速下降為零。圖3表示的是故障點(diǎn)三相電壓波形圖的情況，當(dāng)三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)時(shí)，三相電壓實(shí)際上是加載在輸電線路上Line2上的電壓

8、。在0.01秒的吋候三相電壓發(fā)生接地短路，故電壓均為0V。在0.0