电力系统建模及仿真课程设计

某某大学

《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告

题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析

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摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。

电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。

关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the

zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect.

Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems

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目录

一、引言 ............................................ - 3 -

1、故障概述 (3)

2、故障类型 (3)

二、电力系统模型 .................................... - 4 -

三、电力系统仿真模型的建立与分析 ..................... - 4 -

3.1电力系统仿真模型 (5)

3.2仿真参数设置 (6)

3.3仿真结果分析 (8)

3.3.1正常运行分析 ................................ - 8 - 3.3.2单相接地短路故障分析 ........................ - 9 - 3.3.3两相短路故障分析 ........................... - 12 - 3.3.4两相接地短路故障分析 ....................... - 15 -

3.3.5三相短路故障分析 ........................... - 18 -

四、结论 ........................................... - 21 -

五、参考文献 ....................................... - 21 -

六、心得体会 ....................................... - 22 -

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一、引言

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[1]。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。

2、故障类型

4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地三相系统中发生的短路有

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

90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短短路故障最多，约占全部故障的

路故障主要是各种相间短路。

为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须保证系统的静态和动态特性。现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大的联合系统，电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大的特点，因而使得事后对故障原因分析、查找变得尤其困难。由于在实际系统上进行试验和研究比较困难，因此借助各种电力系统动态仿真软件电力系统的设计和研究已- 3 -

成为有效途径之一。

Matlab在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(Power

System Blockset简称PSB)来完成。Power System Block是由TEQSIM公司和魁北克水电站开发的。PSB是在Simulink环境下使用的模块,采用变步长积分法,

可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和开关发生时刻。PSB程序库涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。通过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。PSB程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与Simulink程序之间连接

作用。PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块，通

过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。

二、电力系统模型

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图

三、电力系统仿真模型的建立与分析

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、机端电压波形进行分析。利用Matlab软件中的电力系统模块库(PSB)，建- 4 -

立了模型，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。

3.1 电力系统仿真模型