基于MATLAB的電力系統(tǒng)單相短路故障分析與仿真

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1、研究生課程論文封面（2014—2015學(xué)年第1學(xué)期）報告題目：基于MATLAB的電力系統(tǒng)單相短路故障分析與仿真姓名：　　　　　　學(xué)號：　　　年級：專業(yè)：　　　　　　學(xué)院：　　電氣學(xué)院　　注意事項(xiàng)：1、以上各項(xiàng)由研究生本人認(rèn)真填寫；2、研究生課程論文應(yīng)符合一般學(xué)術(shù)規(guī)范，具有一定學(xué)術(shù)價值，嚴(yán)禁抄襲或應(yīng)付；凡學(xué)校檢查或抽查不合格者，一律取消該門課程成績和學(xué)分，并按有關(guān)規(guī)定追究相關(guān)人員責(zé)任；3、論文得分由批閱人填寫，并簽字確認(rèn)；批閱人應(yīng)根據(jù)作業(yè)質(zhì)量客觀、公正的簽寫批閱意見（原則上不少于50字）；4、原則上要求所有課程論文均須用A4紙打印，加裝本封面，左側(cè)裝訂；5、課程論文由學(xué)生所在學(xué)院（系）統(tǒng)

2、一保存，以備查用?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　≌n程名稱：　電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制課程類型：　選修課　　授課教師：學(xué)時：學(xué)分：2.0論文得分批閱人簽字　批閱意見：河南理工大學(xué)研究生學(xué)處制14本文介紹了MATLAB軟件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及動態(tài)仿真工具Simulink。的使用。MATLAB的Simulink的仿真環(huán)境中，利用Simpowersystems中電氣元件對電力系統(tǒng)發(fā)生單相短路時電路情況進(jìn)行仿真與分析，著重分析了中性點(diǎn)不接地時電壓電流的變化情況。結(jié)果表明，仿真波形基本符合理論分析，說明了MATLAB是電力系統(tǒng)仿真研究的有力工具。1電力系統(tǒng)短路故障分析1.1短路故障原

3、因短路產(chǎn)生的原因有很多，主要有以下幾個方面：（1）元件損壞例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)，安裝維護(hù)不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；（2）氣象條件惡化例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌；（3）違規(guī)操作，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；（4）其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。1.2短路故障分析的內(nèi)容和目的短路故障分析的主要內(nèi)容包括故障后電流的計(jì)算、短路容量的計(jì)算、故障后系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓的計(jì)算以及其他的一些分析和計(jì)算，如故障時線路電流與電壓之間的相位關(guān)系等。短路電流計(jì)算與分析的主要目的在于應(yīng)用這些計(jì)算

4、結(jié)果進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定值計(jì)算，開關(guān)電器、串聯(lián)電抗器、母線、絕緣子等電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)，制定限制短路電流的措施和穩(wěn)定性分析等。1.3電力系統(tǒng)單相接地短路計(jì)算1.3.1正序等效定則在求解各種不對稱故障時，故障支路的正序電流分量可用如下同式表示：（1-1）式中------故前故障點(diǎn)基準(zhǔn)相的運(yùn)行相電壓；------與短路故障類型有關(guān)的阻抗（三相短路時，14；兩相短路時，；兩相接地短路時，；單相接地短路時，）。由式（1-1）可見，不對稱短路故障時故障支路的正序分量電流，等于故障點(diǎn)每相加上一個附加阻抗后發(fā)生三相短路的電流。這就是正序等效定則。故障點(diǎn)故障相電流的絕對值與故障支路的正序分量電流成正比，

5、可表示為（1-2）式中為與短路類型有關(guān)的比例系數(shù)，其值見表1-1。表1-1不同短路故障類型的故障類型三相短路兩相短路兩相接地短路單相接地短路131.3.2單相接地短路分析單相接地短路時的系統(tǒng)接線圖如圖1-1所示。假定a相接地短路，短路處以相量表示的邊界條件方程為；（1-3）轉(zhuǎn)換為對稱分量關(guān)系（1-4）可見，單相接地短路時有零序電壓，同時也存在零序電流（在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中）。由式（1-4）可知，A相接地短路時選基準(zhǔn)相為a相，故障點(diǎn)b相和c相的序電壓、序電流就沒有式（1-4）的簡單關(guān)系。同樣，b相接地時選基準(zhǔn)相位b相，c相接地時選基準(zhǔn)相位c相，基準(zhǔn)相的序電壓、序電流具有式（1-4）的

6、關(guān)系。14故障處以序分量表示的邊界條件指明了三序網(wǎng)絡(luò)在故障端K處的聯(lián)接方式。分析式（1-4），由于，所以正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)、零序網(wǎng)應(yīng)串聯(lián)；同時因，故三個序網(wǎng)串聯(lián)后應(yīng)短接，畫出復(fù)合序網(wǎng)如圖1-2所示。由復(fù)合序網(wǎng)可求出故障處的各序電流和電壓（1-5）圖2-1單相接地短路時系統(tǒng)接線圖圖2-2單相接地短路時的復(fù)合序網(wǎng)圖（1-6）短路處的各序功率為（s=1,2,0）(1-7)根據(jù)對稱分量的合成公式，可得各相電流、電壓為（1-8）（1-9）由式（2-9）可得14（1-10）式（2-10）說明，兩個非故障相電壓的幅值比M與其間的相位差與的比值有關(guān)。因，作出電流相量關(guān)系如圖2-3（b）所示。假定和得阻抗角

7、相等（或?yàn)榧冸娍梗?，可知，滯后的相位角為，滯后的相角為，又，作出故障點(diǎn)電壓相量圖如圖2-3（a）所示。圖中示出的電壓相量關(guān)系對應(yīng)的是的情況，根據(jù)式(2-10),此時。圖2-3單相接地短路處的電壓電流相量圖從以上的分析計(jì)算可知，單相接地短路有以下一些基本特點(diǎn)：（1）短路處故障中的各序電流大小相等，方向相同，故障相中的電=3=3=3，而兩個非故障相中的電流均為零。（2）短路處正序電流的大小與在短路點(diǎn)原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個附加阻抗而發(fā)生三相短路時的