电力系统继电保护及仿真说明书

青岛理工大学琴岛学院

课程设计说明书

课题名称：电力系统继电保护及仿真系部：机电工程系

专业班级：

学号：

学生：

指导老师：

青岛理工大学琴岛学院教务处

2017年11月20日

目录

1引言 (1)

1.1故障概述 (1)

1.2故障类型 (1)

2电力系统模型 (2)

3电力系统仿真模型的建立与分析 (3)

3.1电力系统仿真模型 (3)

3.2仿真参数设置 (4)

3.3仿真结果分析 (4)

结论 (12)

致谢 (13)

参考文献 (14)

1 引言

1.1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。

1.2故障类型

三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地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，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短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来完成。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。

2 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

图2-1电力网示意图

3 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

题目要求：发电机G：50MW、13.8kV，保持恒定，Y连接；变压器T-1：13.8/220kv；线路L：100km，负荷LD：5MV A 。

图3-1发电机电路

系统仿真模型如下：

图3-2系统仿真模型

3.2仿真参数设置

各元件参数设置如下：

3.2.1发电机参数设置

发电机额定容量为50MV A,额定电压为13.8KV，额定频率为60Hz，Yg连接，其它采用默认值。

3.2.2三相变压器参数设置

额定频率为60Hz，一次侧电压13.8KV，二次侧电压220KV。其他采用默认值。

3.2.3三相输电线参数设置

线路长100Km。

3.2.4负荷参数设置

额定容量为50MV A。

3.2.4故障模块参数设置

短路故障是用三相故障元件来模拟的，故障时间段可通过Transition Times来设置，设置为0.01～0.05秒。其余的短路故障模型可以通过修改三相故障模块的参数设置来实现。

3.3仿真结果分析

3.3.1正常运行分析

图3-3正常运行时发电机输出端电压波形

图3-4故障时发电机输出端电压波形

分析：电力系统未发生短路故障时，发电机端的电压和电流均成正弦变化，三相交流电源的三相电压和电流之间相位不同，而幅值的大小是相同的。

3.3.2单相接地短路故障分析

将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A 相故障,并选择故障相接地选项,故障时间为0.01～0.05秒;在万用表元件中选择A 相、B 相和C 相电流作为测量电气量, 激活仿真按钮。（以A相接地短路为例）

图3-5 A相接地短路故障点三相电流

图3-6 A相接地短路故障点三相电压

分析：当A相发生接地短路时故障点A相电压降为零，、、非故障相即BC两相电压上升为线电压，其夹角为60°。故障切除后各相电压水平较原来升高，这是中性点电位升高导致的。

图3-7 A故障点各相电压

分析: 当输电线路发生A 相接地短路时,B 相、C 相电压没有变化。在正常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态,A相电压也不变,不为0. 在0. 01s 时,三相短路故障发生器闭合,此时A 相接地短路,其短路电压波形发生了剧烈的变化,电压降为0.在0. 05s 时,三相短路故障发生器打开,故障排除,此时故障点A 相电压迅速恢复。