動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)分析作業(yè)

1、動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)分析課程報(bào)告 基于Simulink的電力系統(tǒng)短路故障分析 院 系：能源與動(dòng)力工程學(xué)院專 業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 115108000887姓 名： 于杏日 期：2016.01.13目錄1. 緒論21.1電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)21.1.1電力系統(tǒng)故障分類21.1.2短路故障概述21.1.2不同類型短路故障概率22. 仿真模型32.1 仿真意義32.2 建立仿真模型42.2.1 模型參數(shù)53仿真結(jié)果與結(jié)論53.1故障點(diǎn)電流波形圖63.2故障點(diǎn)電壓波形圖73.3電源端電流波形圖83.4電源端電壓波形圖93.5故障點(diǎn)A相電流序分量波形圖103.6故障點(diǎn)A相電壓序分量波形圖124

2、總結(jié)121. 緒論1.1電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)1.1.1電力系統(tǒng)故障分類電力系統(tǒng)的故障總的來(lái)說(shuō)可以分為兩大類：橫向故障和縱向故障。縱向故障主要是指各種類型的斷線故障，包括單相斷線、兩相斷線和三相斷線。橫向故障是指各種類型的短路，包括三相短路、兩相短路、單相接地短路及兩相接地短路。三相短路時(shí)，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相電流和電壓仍是對(duì)稱的，又稱為對(duì)稱短路。其余幾種種類型的短路，因系統(tǒng)的三相對(duì)稱結(jié)構(gòu)遭到破壞，網(wǎng)絡(luò)中的三相電壓、電流不再對(duì)稱，故稱為不對(duì)稱短路。1.1.2短路故障概述短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。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

3、的情況。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。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。供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí),很大的短路電流會(huì)使電器設(shè)備過(guò)熱或受電動(dòng)力作用而遭到損壞,同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低,因而破壞了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用電設(shè)備的正常工作.為了消除或減輕短路的后果,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。1.1.3 不同類型短路故障概率運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)各種短路故障中，單相短路占大多數(shù)，高達(dá)總短路故障數(shù)的65%，而三相短路只占510%。三相短路故障發(fā)生的幾率雖然最小，但故障產(chǎn)生的后果最為嚴(yán)重，有

4、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，其起著決定性的作用。此外，研究三相短路之所以重要，還由于我們?cè)诜治鲇?jì)算不對(duì)稱短路時(shí)，往往把不對(duì)稱短路看成某種假定的三相短路來(lái)處理。2. 仿真模型2.1 仿真意義電力系統(tǒng)仿真主要是對(duì)短路類型中的三相短路、兩相短路和單相接地短路的電流、電壓波形進(jìn)行分析。本報(bào)告主要對(duì)三相短路故障進(jìn)行仿真分析。利用Matlab/Simulink軟件中的電力系統(tǒng)元件庫(kù)，建立了恒定電壓源電路模型，使用理想三相電壓源作為電路的供給電源，它對(duì)恒定電壓源電路發(fā)生的短路類型進(jìn)行描述。分別研究不同情況下電氣量的變化特點(diǎn)，作為故障選線的判據(jù)。它對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用有一定的參考價(jià)值

5、。同時(shí)電壓電流波形可以直觀的了解，便于建立系統(tǒng)的觀念。2.2 建立仿真模型 恒定電壓源電路模型如圖2-1所示，輸電線路Linel的長(zhǎng)度為100km，輸電線路Line2的長(zhǎng)度為100km；使用理想三相電壓源作為電路的供給電源;使用分布參數(shù)輸電線路作為輸電線路，使用三相電路短路故障發(fā)生器進(jìn)行不同類型的短路。電壓源為Y接類型，輸電線路Line2端為中性點(diǎn)接地。圖2-1 恒定電壓源電路短路模型2.2.1 模型參數(shù) （1）理想三相電壓源在理想三相電壓源元件參數(shù)對(duì)話框中進(jìn)行如下設(shè)置：Phase-to-phase rms voltage：25e3Phase angle of phase A：0Frequen

6、Cy：60Internal ConneCtion：Y型，中性點(diǎn)不接地SourCe resistanCe：0.311SourCe induCtanCe：6.64e-3（2）分布參數(shù)輸電線路元件Line1、Line2參數(shù)設(shè)置相同，參數(shù)設(shè)置如圖2.2所示。（3） 三相電路故障發(fā)生器 三相電路故障發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置如2.3所示。 圖2.2 分布參數(shù)輸電線路參數(shù) 圖2.3三相電路故障發(fā)生器參數(shù)（4） 仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置如圖2.4所示。圖2.4 仿真參數(shù)設(shè)置3仿真結(jié)果與結(jié)論3.1故障點(diǎn)電流波形圖在萬(wàn)用表元件M1中，我們選擇故障點(diǎn)A相電流作為測(cè)量電氣量，仿真得到其故波形圖如圖3.1所示?？梢钥吹?，在穩(wěn)態(tài)

7、時(shí)電流為0A，這是因?yàn)槿嚯娐范搪饭收习l(fā)生器此狀態(tài)處于斷開狀態(tài)；在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，繼而電路發(fā)生三相短路，如圖所示其相電流開始發(fā)生變化，由于閉合時(shí)有初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而波形下移；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，故障得到排除，所以有障點(diǎn)相電流迅速下降為0。 圖3.1 故障點(diǎn)A相電流波形圖 然后，選擇萬(wàn)用表元件M1中的障點(diǎn)B相電流，將其作為下一個(gè)測(cè)量電氣量。再次仿真，得到故障點(diǎn)B相電流波形，如圖3.2所示。觀察圖形可以看出，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)B相電流為0A，同樣也是因?yàn)槿嚯娐范搪饭收习l(fā)生器處于斷開狀態(tài)。類似的，在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，

8、此時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)B相電流發(fā)生變化，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)B相電流波形上移；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)故障點(diǎn)B相電流迅速上升為0A。 圖3.2故障點(diǎn)B相電流波形圖再選擇故障點(diǎn)C相電流作為萬(wàn)用表元件M1中的測(cè)量電氣量。仿真得到其相電流波形圖如圖3.3所示。類似圖形分析，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)C相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0A；在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)C相電流發(fā)生變化，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)C相電流波形上移；在0.04s時(shí)，三相電路短

9、路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)故障點(diǎn)C相電流迅速下降為0A。 圖3.3 故障點(diǎn)C相電流波形圖下面測(cè)三相電流，在萬(wàn)用表元件M1中同時(shí)選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，得到故障點(diǎn)三相電流波形圖如圖3.4。 圖3.4 故障點(diǎn)三相電流波形圖 3.2故障點(diǎn)電壓波形圖繼續(xù)在萬(wàn)用表元件M1中選擇故障點(diǎn)A相電壓、故障點(diǎn)B相電壓和故障點(diǎn)C相電壓作為測(cè)量量。仿真得到故障點(diǎn)三相電壓波形圖如圖3.5所示；在穩(wěn)態(tài)時(shí)，故障點(diǎn)三相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而三相電壓實(shí)際上是加載在輸電線Line2上的電壓；在0.0ls時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此

10、時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)三相電壓由于發(fā)生三相接地短路，因而電壓均為0；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障。 圖3.5 故障點(diǎn)三相電壓波形3.3電源端電流波形圖在電源端輸出的電流信號(hào)，使用矢量選擇器選擇A相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則A相電流波形圖如圖3.6所示。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，A相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A相電流呈正弦變化；在0.0ls時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，A相電流發(fā)生變化，波形整體上移；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障。此時(shí)A相電流波動(dòng)恢復(fù)正弦變化。 圖3.6 A相電流波形 在電源端

11、輸出的電流信號(hào)，使用矢量選擇器選擇B相電流作為測(cè)量電氣量。仿真得到其波形圖如圖3.7所示。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，B相電流由于三相障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而B相電流呈正弦變化；在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，A相電流發(fā)生變化，波形整體上移；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障，此時(shí)B相電流波動(dòng)恢復(fù)正弦變化。 圖3.7 B相電流波形 在電源端輸出的電流信號(hào)，使用矢量選擇器選擇C相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，得到波形圖如圖3.8所示。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，C相電流呈正弦變化，這是因?yàn)槿嚯娐范搪饭收习l(fā)生器處于斷開狀態(tài)；在0.0ls時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，

12、此時(shí)電路發(fā)生三相短路，C相電流發(fā)生變化，波形整體下移；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，排除故障得以排除，此時(shí)C相電流波動(dòng)恢復(fù)正弦變化。 圖3.8 C相電流波形 在電源端輸出的電流信號(hào)，使用矢量選擇器選擇三相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則三相電流波形圖如圖3.9所示，在三相短路期間，三相電流的波形比較變化，A相電流和B相電流呈整體下降趨勢(shì)，C相電流星整體上升趨勢(shì)。三相電流的幅值增大。 圖3.9 三相電流波形圖3.4電源端電壓波形圖在電源端輸出的電壓信號(hào)，使用矢量選擇器選擇三相電壓作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，得到三相電壓波形圖如圖3.10所示。在三相短路過(guò)程中，電源端的三相電壓

13、只有一些波動(dòng)，但是沒有發(fā)生顯著變化。 圖3.10 三相電壓波形圖3.5故障點(diǎn)A相電流序分量波形圖在萬(wàn)用表元件M2中選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點(diǎn)A相電流正序分量作為測(cè)量電氣量。仿真得到故障點(diǎn)A相電流正序分量波形圖如圖3.11所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)戀時(shí)，故障點(diǎn)A相電流正序分量由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0A，相角為0；在0.01s時(shí)。三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生三相短路，故障點(diǎn)A相電流正序分量發(fā)生變化，幅值迅速上升，相角下降，至大約-90時(shí)穩(wěn)定；在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障。

14、此時(shí)故障點(diǎn)A相電流正序分量的幅值下降，至0.06s時(shí)幅值為0A；故障點(diǎn)A相電流正序分量的相角繼續(xù)下降，至0.06s時(shí)降為大約-180，然后波動(dòng)穩(wěn)定到0。 圖3.11 故障點(diǎn)A相電流正序分量波形圖 在萬(wàn)用表元件M2中選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流，使用矢量選擇器選擇故障點(diǎn)A相電流負(fù)序分量作為測(cè)量電氣量。仿真得到故障點(diǎn)A相電流負(fù)序分量波形如圖3.12所示。 圖3.12 故障點(diǎn)A相電流負(fù)序分量波形圖在萬(wàn)用表元件M2中選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點(diǎn)A相電流零序分量作為測(cè)量電氣量。仿真得到故障點(diǎn)A相電流零序分量波形如圖3.13所示。 圖3.13 故障點(diǎn)A相電流零序分量波形圖在萬(wàn)用表元件M2中選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流作為測(cè)量電氣量，仿真得到故障點(diǎn)A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形圖如圖3.14所示。 圖3.14 故障點(diǎn)A相電流正負(fù)零序分量波形圖4 總結(jié) 在這門課程，張老師給我們