基于Matlab的电力系统故障分析与仿真

南阳理工学院本科生毕业设计(论文)学院：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生：指导教师：完成日期2014年5月南阳理工学院本科生毕业设计(论文）电力系统故障分析与仿真AnalysisandSimulationofPowerSystemFault总计：23页表格：3个插图：25幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）电力系统故障分析与仿真AnalysisandSimulationofPowerSystemFault学院（系）：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院NanyangInstituteofTechnology电力系统故障分析与仿真I电力系统故障分析与仿真[摘要]随着电力在国民生产各行各业中的广泛应用，电力得到了越来越多的重视，因而电力的安全性与稳定性也显得至关重要。电力系统的故障分析是解决电力问题，确保电力安全稳定运行的前提。通过算例对电力系统故障进行分析计算。借助于MATLAB这一功能强大的仿真软件对电力系统可能出现的三相短路，两相短路，两相接地短路，单相短路故障进行仿真，并针对得到的短路仿真电压，电流波形与实际计算值进行比较，分析。该方法运用于电力系统故障分析的诊断中，能快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。[关键词]电力系统；短路故障；Simulink分析；单一无穷大系统PowerSystemFaultAnalysisAndSimulationElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyWANGMin－jieAbstract:Withthewideapplicationofpowerinallwalksoflifeofnationalproduction,hasreceivedmoreandmoreattention,sothesecurityandstabilityofpowerarecrucial.Faultanalysisofpowersystemistosolvethepowerproblem,ensuringsafeandstableoperationofpower.Throughtheexampleofpowersystemfaultanalysis.Withthehelpofthethree-phaseshortcircuit,mayappearonthepowersystemsimulationsoftwareMATLABthispowerfultwo-phaseshortcircuit,twophasegroundingshortcircuit,singlephaseshortcircuitfaultsimulation,andthesimulationofshortcircuitvoltage,currentwaveformandthecalculatedvaluesarecompared,analysis.Themethodusingthediagnosisinpowersystemfaultanalysis,automaticdiagnosis,detectioncanquicklyrealizethefault,isveryimportanttoimprovethestabilityofpowersystemisofsignificance.Keywords:Powersystem；shortcircuitfault；Simulinkanalysis；singleinfinitebigsystem电力系统故障分析与仿真II目录1引言....................................................................11.1课题研究的目的和意义..............................................11.2本论文的主要工作..................................................12MATLAB/Simulink简介及其特点............................................22.1MATLAB简介........................................................22.2Simulink环境和模型库..............................................22.2.1Simulink的特点..............................................22.2.2仿真系统模型步骤.............................................33电力系统故障分析........................................................43.1故障概述..........................................................43.2短路故障类型及原因................................................43.3故障概率..........................................................53.4后果及其运行方式等比较............................................53.4.1短路的后果...................................................63.4.2中性点的运行方式比较.........................................63.4.3供电的可靠性比较.............................................63.5短路点选择原则....................................................73.6短路电流计算的基本步骤............................................83.7电力系统故障分析计算..............................................84.MATLAB的电力系统仿真..................................................94.1三相系统的仿真模型及各模型参数设置.................................94.2仿真结果分析.....................................................135结束语.................................................................21参考文献.................................................................22致谢.....................................................................23电力系统故障分析与仿真11引言1.1课题研究的目的和意义截至到2006年，以三峡工程为核心，以华中电网为依托，向东南西北四个方向辐射联网的输电线路已基本建成。“十一五”期间，除实施已经明确的三峡右岸至上海直流工程外，规划建设的主要工程还有西北至华北直流输电工程，西北与川渝联网工程，华中与华北背靠背联网工程，同时加大山西阳城送电华东的力度并实现华北与华东联网。“十一五”末期，配合三峡地下电站开发，建设向华北送电的支流输电工程，南北之间将形成以三峡为支撑的主干通道。我们知道，美国的电网是错综复杂的，以前曾经认为电网越复杂就越安全，可是美加大停电告诉我们事实并非如此。实际上，美国电网的每段输电线比较短，这就导致了有很多节点；另外，美国是个资本主义国家，电网在运行的时候考虑的更多的是经济因素，所以在美国电网中存在有比较破旧的设备。诸多因素导致了美加大停电，其实这也不是偶然现象了，在此之前美国已经出现过两次规模较大的停电了。印度电网，印度同中国一样都是大的发展中国家。印度的装机容量和电压水平发展的也很迅速，但和我国还有较大的差距。印度发电量世界排名第五，仅次于美国，中国，日本和俄罗斯，但印度的电力供应严重不足。电力作为一种在生活中越来越重要清洁能源，因其使用过程中的高效性，并且没有二次污染。电力系统的安全与稳定也关系到一个国家国民经济。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。因此故障计算对于电力系统的设计和安全运行具有十分重要的意义。1.2本论文的主要工作本文是典型的电力系统故障分析，根据需要，分为三相短路，单相接地短路，两相短路，两相短路接地模型进行仿真分析，而这是我们熟知的四种短路情况，而MATLAB/SIMULINK功能的强大，大大节省了建模的时间，因为软件本身提供了一个三相短路故障器，调整三相短路器故障器可以设置短路的所有情况，对上述这些情况进行相应的仿真分析。电力系统故障分析与仿真22MATLAB/Simulink简介及其特点2.1MATLAB简介1980年，美国的CleveMATLABolerbo博士在新密西格大学讲授线性代数课程时，发现采用高级语言编程极为不方便，于是建立了MATLABATLAB，即矩阵实验室，早期的开发MATLABATLAB是为了帮助老师和学生更好地授课和学习。1984年，由美国MATLABathWorks公司推出了商业版经过二十余年的不段升级，目前MATLABATLAB最新的版本为MATLABATLABR2010a。由于使用MATLAB编程运算与科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习Basic、Fortran和C语言等其他高级语言那么难以掌握，用MATLAB编写程序犹如在纸上排列公示与求解问题。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需列出简单的数学表达式，其结果便会由MATLAB以数值的形式显示出来。从MATLAB诞生以来，由于其高度的集成性和应用的方便性，以及它能非常快捷实现科研人员的设想并节省科研时间，在高校中得到广泛的应用与推广。它可以很方便的进行图形化的输入与输出，同时还具有丰富的函数库，极易实现各种不同专业的科学计算功能，这都进一步拓宽了它的应用的范围和使用的领域。在各大高等院校，MATLAB软件正在成为对数值、线性代数以及其他一些高等应用数学课程进行辅助教学的有力工具；在工程技术界，MATLAB软件也被用来构建与分析一些实际课题的数学模型，其典型的应用包括数值计算，算法预设计与验证，以及一些高等应用课程进行辅助教学的有力工具；在工程技术界，MATLAB件也被用来构建与分析一些实际课题的数学模型，其典型的应用包括数值计算、算法预估与验证，以及一些特殊矩阵的计算应用，如统计、图像处理、自动控制理论、数字信号处理、系统识别和神经网络等。它包括了被称作工具箱的各类应用问题的求解工具。工具箱实际上是对MATLAB软件进行扩展应用的一系列MATLAB函数