动态电力系统大作业

动态电力系统大作业题目：基于Matlab的电力系统故障分析与仿真院系：自动化专业：电力电子及其电力传动学号：114110000915姓名：黄欢指导老师：张俊芳完成日期：2015.1.15目录1.摘要.............................................................................................................................32.电力系统短路故障的基本知识................................................................................32.1短路故障的概述..............................................................................................32.2短路故障类型和概率......................................................................................42.3短路故障分析与诊断技术..............................................................................43.仿真软件简介.............................................................................................................53.1Matlab的简介................................................53.2Simulink模块简介............................................64.对称分量法在短路分析（不对称）中的应用.........................................................64.1不对称三相量的分解...........................................64.2对称分量法在不对称短路计算中的应用..........................84.3简单不对称短路的分类与计算（解析法）.........................94.3.1单相接地短路.............................................104.3.2两相接地短路..............................................11五．算例分析..............................................................................................................145.1故障分析实例1..............................................145.2故障分析实例1..............................................195.3附加代码....................................................28六．总结......................................................................................................................33参考文献......................................................................................................................331.摘要随着电力事业的快速发展，由于技术、经济等方面的原因，和大量非线性元件的应用等，在电力系统的运行过程中,时常会发生故障,如短路故障、断线故障等。短路故障最为常见，短路问题也成为电力技术方面的基本问题。短路故障的原因主要有绝缘材料的自然老化、设备本身的缺陷，雷电、避雷针故障等气象条件，架空线路遇大风或导线覆冰引起电杆倒塌等，如运行人员带负荷拉刀闸或挖沟损伤电缆等违规操作。在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路分析与计算，以此作为合理选择电气接线、确定限制短路电流措施等的重要依据。故计算和分析短路时各参量（各相电流、电压等）的瞬时波形非常必要。对于短路故障的分析常采用基于对称分量法的基本理论，对称分量法采取的具体方法之一是解析法，即把该网络分解为正，负，零序三个对称序网，这三组对称序分量可分别按对称的三相电路分解。还可以编写计算机程序，通过计算机形成三个序网的节点导纳矩阵，然后利用高斯消去法通过相应公式对他们进行数据运算，即可求得故障端点的等值阻抗。最后根据故障类型选取相关公式计算故障处各序电流，电压，进而合成三相电流电压。在工程实际中，短路计算可根据热稳定性和动稳定性的要求，作为选择电气设备的依据，为选择可靠而精确的电气主接线方案提供依据，还可以为继电保护和整定计算提供依据，对邻近的通信系统是否产生干扰提供依据。关键词：电力系统；故障分析；对称分量；计算2.电力系统短路故障的基本知识2.1短路故障的概述在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。所谓短路：是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。依照短路发生的地点和持续时间，电网容量等不同，短路故障对电力系统产生的影响不同，可造成用户的供电情况部分地或全部地发生故障，用电负荷和发电出力减少，电网电压的大幅度下降，可能导致并行运行的发电机失去同步，或者导致电网枢纽点电压崩溃，严重时可引起电力系统瓦解而造成大面积的停电事故，这是最危险的后果。2.2短路故障类型和概率短路故障通常分为三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路。其中三相短路为对称短路，后三者为不对称短路。电力运行经验指出，单相接地短路占大多数，三项短路发生的危害最大。上述短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。2.3短路故障分析与诊断技术在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路故障分析是解决一系列技术问题所不可缺少的基本问题，比如在选择发电厂和电力系统的主接线时，为比较不同方案接图，分析电力系统暂态稳定性，研究短路对用户的影响。合理配置各种继电保护和自动装置，并正确整定其参数。早在1982年，美国电力研究所(EPRI)便开始了火电站设备故障检测的工作。在电站性能监测和诊断方面，EPRI一直处于领先地位。此外，美国西屋公司也在1976年开始了电站在线计算机诊断工作，并在1980年投入了一个小型的电机诊断系统，1981年进行电站人工智能故障诊断专家系统的研究，1984年应用于现场,到1990年己发展成为大型电站在线监测诊断系统(AID),即汽轮发电机组智能化故障诊断专家系统。我国在故障诊断技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪70年代末，第一阶段为起步阶段，从1979年至1990年大约用了10年时间。这个阶段的特点是认识设备诊断技术的重要性，其基础理论研究十分活跃，这个阶段以快速傅里叶变换、谱分析、信号处理等技术为基础，以设备状态监测为技术目标。第二阶段为发展阶段，从1991年开始至90年代末以我国工业的建设迅速发展为背景，出现了诊断技术迅速发展的局面。电力系统故障诊断是近年来十分活跃的研究课题。传统的研究是在建立被诊断系统网络拓扑结构模型的基础上，根据发生故障时系统结构和参数变化，导致系统潮流的变化，主要用数学方法，根据潮流计算的变化判断出故障，目前研究电力系统故障诊断的方法主要分三类：基于解析模型的方法，基于信号处理的方法，基于知识的诊断方法。基于解析模型的方法，要思想是通过构造观测器，估计出系统输出，然后将它与输出的测量值作比较，从中获得故障信息；基于信号处理，主要利用相关函数、频谱、小波变换等，直接分析可测信号，提取方差、幅值、频率等特征值，从而检测出故障；基于知识的诊断方法，不依赖于具体的数学模型，引入了诊断对象的许多信息，可发挥人类的推断能力，适合于各种场合的故障判别。随着电网建设的发展、计算机技术和网络技术以及数学和智能科学理论的发展，不断有新的电网故障诊断方法出现，电网故障诊断理论在不断实用化的过程中，必须充分重视信息的收集与整理工作，还应充分重视故障综合信息的预处理和诊断知识的提取。3.仿真软件简介3.1Matlab的简介Matlab与Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它以超强的数值计算能力在数学类科技应用软件中脱颖而出。它可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。Matlab的基本数据单位是矩阵，既能进行数值，符号计算，又能可视化编程和分析数据；它的语言简易，指令与教材中的数学表达式相近，使用户能轻松地编写代码，在复数域内实现各类矩阵运算；它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，同时它吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，Java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到Matlab函数库中方便自己以后调用，内置的一些经典程序，用户可以直接下载使用。Matlab有一些独特的优势：如高级语言可用于技术计算，可对代码、文件和数据进行管理，交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题，数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等、二维和三维图形函数可用于可视化数据、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面。它以友好的工作平台和编程环境，简单易用的程序语言,强大的科学计算机数据处理能力,出色的图形处理功能.成为数学，物理等科学领域的重要研究工具。3.2Simulink模块简介Simulink是Matlab最重要的模块之一，它是一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需编写大量程序，而只需要通过简单地搭建模型，就可构造出复杂的系统。Simulink用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真工具。对通讯、控制、信号处理、视频处理等各种时变系统，Simulink提供了交互式图形化环境可定制模块库来对其进行仿真和测试。它具有丰富的可扩充的预定义模块库，交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图，使用定步长或变步长运行仿真，可访问Matlab从而对结果进行分析与可视化；定制建模环境，定义信号参数和测试数据，通过分析和诊断工具来保证模型的一致性。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。4.对称分量法在短路分析（不对称）中的应用4.1不对称三相量的分解人们在长期的实践中发现，在三相电路中，任意一组不对称的三相相量（电压或电流），可以分解为三组三相对称的相量分量，式（4-1）。在线性电路中，可以用叠加原理对这三组对称分量按照三相电路去分解，然后用叠加原理将其结果叠加起来。就得到不对称三相电路的解，这个方法叫做对称分量法。设aF，bF，cF为三相系统中任意一组不对称的三相量，可以分解为三组对称的三