电力系统仿真实例设计.doc

电力系统仿真实例设计 电控学院 目录1 引言………………………………………………………………………21.1 电力系统故障分析的基本知识…………………………………………22 仿真目的…………………………………………………………………33 仿真模型………………………………………………………34 模型描述……………………………………………………44.1 理想三相电压源元件………………………………………………44.2分布参数输电线路元件………………………………………………44.3 三相电路短路故障发生器元件………………………………………54.4万用表元件…………………………………………………………64.5三相序分量分析元件……………………………………………64.6仿真参数设置…………………………………………………………65 仿真结果与结论…………………………………………65．1三相短路分析……………………………………………………………65.2两相短路接地分析…………………………………………115.3两相短路分析………………………………………………186 设计心得………………………………………………………………251.引言1.1电力系统故障分析的基本知识1.1.1故障概述短路是电力系统的严重故障。

所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍大容量电力系统中，短路电流可达数万安这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件1.1.2故障类型三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路表1-1给出这几种短路的简略记号表1-1 短路的简略记号 短路类型示意图代表符号三相短路二相短路单相短路二相短路接地1.1.3 故障概率运行经验指出，架空输电线是电力系统中比较薄弱的环节，发生短路的几率最高，我图某电力系统多年统计出在不同范围内发生短路故障的相对次数列出如表1-2。

表1-2 不同范围能发生短路故障几率 线路范围发生几率在110kV线路上容量为600kW以上的发电机110kV变压器110kV母线78.0%7.5%6.5%8.0%表1-3 110kV线路上各种类型短路故障几率短路类型发生几率三相短路二相短路二相短路接地单相短路5%4%8%83% 从表1-3中的数字中可以看出单相短路几率占压倒性多数，图外的运行经验也证明了这一点三相短路的几率是很小的，但这并不说明三相短路无关紧要，相反对三相短路应该加以重视，因为三相短路的情况最严重，有时为了最后论断电力系统在短路情况下工作的可能性，他起着决定性的作用此外，研究三相短路之所以重要，还由于我们在分析计算不对称短路时，往往把不对称短路看成某种假定的三相短路来处理2.仿真目的电力系统仿真主要是对短路类型中的三相短路、两相短路和单相接地短路的电流、电压波形进行分析利用Matlab软件中的电力系统元件库，建立了恒定电压源电路模型，使用理想三相电压源作为电路的供给电源，它对恒定电压源电路发生的短路类型进行描述分别研究不同情况下电气量的变化特点，作为故障选线的判据它对电力系统设备的设计和选用有一定的参考价值。

同时电压电流波形可以直观的了解，便于建立系统的观念3.仿真模型 恒定电压源电路模型如图1-1所示，使用理想三相电压源作为电路的供给电源;使用分布参数输电线路(Distributed Parameter Line)作为输电线路，输电线路Linel的长度为100k，输电线路Line2的长度为100km；使用三相电路短路故障发生器进行不同类型的短路电压源为Y接类型，输电线路Line2端为中性点接地图3-1 恒定电压源电路短路模型4．模型描述4.1理想三相电压源元件在理想三相电压源元件参数对话框中进行如下设置：Phase-to-phase rms voltage：25e3Phase angle of phase A：0FrequenCy：60Internal ConneCtion：Y型，中性点不接地SourCe resistanCe：0SourCe induCtanCe：663e-34.2分布参数输电线路元件在分布参数输电线路元件参数对话框中进行如下设置：Number of phase N(线路相数)：3FrequenCy used for R L C speCifiCation(用于电阻、电感和电容的频率)：60。

ResistanCe per unit length(单位长度电阻)：[0.01273 03864]InduCtanCe per unit length(单位长度电感)：[09377e-3 41264e-3]CapaCitanCe per unit length(单位长度电容)：[1274e-9 7751e-9]Line Length(线路参数)：100Measurements：None Line1、Line2参数设置相同图4-1 分布参数输电线路原件参数对话框4.3三相电路短路故障发生器元件在三相电路短路故障发生器元件参数对话框中进行如下设置：Fault resistanCes Ron：0.001Ground resistanCe Rg：0.001Transition status：[1 0]Transition times：[0.01 0.04]Sample time of the internal timer：0Snubber resistanCe Rp：1e6Snubber CapaCitanCe：infMeasurements：Fault voltages and Currents。

图4-2 三相电路故障发生器原件对话框4.4万用表元件万用表元件M1，用于A相正序、负序和零序分量的显示万用表元件M2，用于A相正序、负序和零序分量的显示4.5三相序分量分析元件在三相序分量分析元件参数对话框中进行如下设置：Fundamental frequenCe：60HarmoniC n：1(基频)SequenCe：Positive Negative Zero4.6仿真参数设置当电路图设计完成后，对其进行仿真，以达到观察短路接地电路中哲态变化情况根据对暂态过程时间的估算，对仿真参数进行如下设置：Start time：0Stop time：0.1 Type：Variable-step，odel5s(stiff/NDF) Max step size：auto Min step size：auto Intial step size：auto Relative toleranCe：le-3Absolute toleranCe: auto图4-3 仿真参数设置对话框5．仿真结果与结论5.1三相短路分析在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障同时选中，并选择故障相接地选项。

5.1.1故障点电流波形图在万用表元件M1中选择故障点A相电流作为测量电气量激活仿真按钮，则故障点A相电流波形图如图5-1所示由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点A相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，故障点A相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而故障点A相电流波形下移在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障此时故障点A相电流迅速下降为0A在万用表元件M1中选择故障点B相电流作为测量电气量激活仿真按钮，则故障点B相电流波形如图5-2所示由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点B相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，故障点B相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而故障点B相电流波形上移在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障此时故障点B相电流迅速上升为0A 图5-1 故障点A相电流波形图 图5-2故障点B相电流波形图在万用表元件M1中选择故障点C相电流作为测量电气量。

激活仿真按钮，则故障点C相电流波形图如图5-3所示由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点C相电流由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0A在0.01s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，故障点C相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而故障点C相电流波形上移在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障此时故障点C相电流迅速下降为0A在万用表元件M1中选择故障点A相电流、故障点B相电流和故障点C相电流作为测量电气量激活仿真按钮，则故障点三相电流波形图如图5-4所示图5-3故障点C相电流波形图 图5-4故障点三相电流波形图 5.1.2故障点电压波形图在万用表元件M1中选择故障点A相电压、故障点B相电压和故障点C相电压作为测量量激活仿真按钮，则故障点三相电压波形图如图5-5所示由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障点三相电压由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而三相电压实际上是加载在输电线Line2上的电压在0.0ls时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，故障点三相电压由于发生三相接地短路，因而电压均为0。

在0.04s时，三相电路短路故障发生器打开，相当于排除故障此时三相电压实际上是加载在输电线Line2上的电压，发生暂态波动5.1.3电源端电流波形图在电源端输出的电流信号，使用矢量选择器选择A相电流作为测量电气量激活仿真按钮，则A相电流波形图如图5-6所示由图形可以得出以下结论：在稳态时，A相电流由于三相电路短。