Matlabsimulink在电力系统故障分析中的应用

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要.......................................................1前言.......................................................2第一章绪论................................................41.1课程设计的目的及意义.............................................41.2MATLAB软件简介....................................................41.3国内外研究现状...................................................51.4研究的主要内容及设计成果的应用价值...............................61.5本课题所作工作...................................................6第二章电力系统故障分析....................................72.1常见短路故障介绍.................................................72.2短路故障危害及分析内容...........................................82.3短路故障分析.....................................................92.3.1对称分量法...............................................................92.3.2关于复合序网............................................................112.3.3各类短路故障具体分析....................................................112.3.4正序等效定则............................................................182.4无穷大功率电源供电系统的设计....................................192.5无穷大功率电源供电系统故障分析计算..............................22第三章电力系统故障仿真...................................253.1三相短路系统仿真模型及各模块参数设置............................253.2仿真结果分析....................................................32第四章结论...............................................45致谢....................................................46参考文献..................................................47第1页共47页Matlab/simulink在电力系统故障分析中的应用学生：xxx指导老师：xxx（xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx）摘要：本设计分析了电力系统短路故障的电气特征，并利用Matlab/Simulink软件对其进行仿真，进一步研究短路故障的特点。通过算例对电力系统短路故障进行分析计算。然后运用Matlab/Simulink对算例进行电力系统短路故障仿真，得出仿真结果。并将电力系统短路故障的分析计算结果与Matlab仿真的分析结果进行比较，仿真结果正确。运用Matlab对电力系统短路故障进行分析与仿真，能够准确直观地考察电力系统短路故障的动态特性，验证了Matlab在电力系统仿真中的强大功能。关键词：电力系统；短路故障；SimulinkApplicationofMatlab/simulinkinpowersystemfaultanalysisAuthor：xxxxInstructor：xxxxxx（xxxxxxxxxxxxxxxx)Abstract：Thisintroductiontothepowersystemshort-circuitfaultanalysismethodandsimulationofMatlab/simulinkbasicfeatures.Firstanalysisandcalculationofpowersystemshort-circuitfault,andthenuseMatlab/simulinktopowersystemshort-circuitfaultsimulation,obtainsimulationresults.Comparepowersystemshort-circuitfaultanalysisandcalculationofresultswiththeresultsofMatlabsimulationandanalysissoastoarriveatconclusions.ItshowsthatusingMatlabpower第2页共49页systemshort-circuitfaultanalysisandsimulationcanaccuratelyandvisuallyinspectthedynamiccharacteristicsofpowersystemshort–circuitfaultanalysisandvisuallyinspectthedynamiccharacteristicsofpowersystemshort–circuitfaultandverifiedinpowersystemsimulationofMatlab.Keywords:PowerSystem；Faultanalysis;Simulink前言随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。目前常见的电力系统仿真软件有：EMTP/ATP，是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件，用于电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态过电压分析，暂态保护装置的综合选择等；PSCAD/EMTDC，为DennisWoodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律。PSASP，即《电力系统分析综合程序》(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP)其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有MathWorks公司开发的MATLAB软件，为本文介绍的主要内容[1-2]。在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。更重要的是，MATLAB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。本文主要研究探讨对电力系统的故障进行分析，并运用Matlab软件的Simulink工具搭建电力系统故障模型进行电力系统故障仿真，得出仿真结果，并将电力系统故障的分析计算结果与Matlab仿真的分析结果进行比较，从而得出是否具有一致性的结论，同时也验证Matlab在电力系统仿真中是否具有真正作用。在电力系统的故障中，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故障。它通常分为两类,一类叫横向不对称故障，包括两相短路，单相接地短路以及两相接地短路三种类型。这种故障发生在系统中某一点的一些相之间或相与地之间，是处于网络三相支路的横向，故称为横向不对称故障，其特点是由电力系统网络中的某一点（节点）和公共参考点（地接点）之间构成故障端口。该端口一个是高电位点，另一个是零电位点。另一类故障时发生在网络沿三相支路的纵向，叫纵向不对称故障，它包括一相断相和两相断相两种基本类型，其特点是第3页共49页由电力系统网络中的两个高电位之间构成故障端口。本文主要仿真模拟各类短路故障。在Simulink中的SimPowerSystems下选择各个电力模块组成所需电力系统网络，通过故障发生器模拟各种短路类型故障。通过示波器得到所需短路电压、电流，零序、负序、正序电压、电流波形，并与计算分析所得出的结论相比较，从而验证Matlab在电力系统仿真中是否具有真正作用。通过一段时间的掌握了解，在熟练掌握MATLAB软件的基础上，本文已对对电力系统的故障进行建模、仿真、分析，得出了相应的结论。虽不完善全面，但管中窥豹略见一斑，已证明Matlab在电力系统分析中确实有着很大的作用。第4页共49页第一章绪论1.1课程设计的目的及意义电力系统是一个大规模、时变的复杂系统,对国民经济起着非常重要的作用，而与之对应的问题即为保障电力系统的安全稳定运行。电力系统发生使对称结构遭受破坏的短路故障，由于短路会产生十分严重的后果，因而引起了高度重视。除尽量消除导致短路的原因外，还应在短路故障发生后及时采取措施，尽量减少短路造成的损失，如采用继电保护将故障隔离，在合适的地点装设电抗器以限制短路电流，采用自动重合闸消除瞬时故障使系统尽快恢复正常等。这些措施均须建立在故障计算的基础上。在发电厂、变电所以及整个电力系统的设计工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、合理配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。通过运用MATLAB软件进行的仿真，了解在输电线路上发生各种故障时的系统变化情况。有针对性的改善输电线路所装设的保护装置，使其能够在线路出现故障时迅速做出反应，保证线路安全运行，同时运行人员也可以根据保护装置动作情况很快地判断出故障点所处位置，为线路检修争取宝贵时间并减少因故障而带来的巨大损失。安置在输电线路上的保护装置，当被保护的元件发生故障时，能自动、迅速、有选择的将故障从电力系统中切除，以保证其余部分恢复正常运行，并使故障元件免于继续受伤害。当被保护元件发生异常运行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施[3]。1.2Matlab软件简介MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平