基于simulink的配电网故障分析

基于simulink的配电网故障分析

【摘要】实际配电网运行情况，特别是故障情况下的建模仿真显得十分必要。本文就某一配电网，运用Matlab 的Simulink对系统进行了模型建立，并按照要求对系统中变压器、导线、断路器等模块进行参数设置，对变压器低压侧以及部分重要节点分别进行了电气分析，采集电压、电流并进行频谱分析，得到了完整节点动态运行下的参数。然后将原有Ag故障改为三相接地故障后，再次分析主变压器低压侧参数，发现故障后三相仍对称，但过电流严重；将故障位置改变至距671节点0.2km处，采集主变压器低压侧参数，发现故障位置对主变压器的影响。

【关键词】Matlab/Simulink；电力系统仿真；故障分析；频谱分析

现有配电网与其基本要求为：采样率为200kHz，仿真时间1s；控制断路器B1在0.4s断开、在0.5s闭合；线路684-671在0.6s、距671 0.8km处发生Ag故障。

本文的电网模型是基于Simulink搭建的仿真模型。在Matlab中新建一个modle，用其创建电路模型并保存。将所需模块从Simulink 库SimPowerSystems 中添加到创建窗口中。需的模块包括三相电源、三相变压器等。将模块拖入界面中，按照网络结构连接即可。在此模型中，220/10 kV 变压器接线方式为Y/Y，容量为100 MV A；10/0.4kV 。变压器接地方式也为Y/Y。

对于架空线，集中参数的数学模型可用型等效电路表示。单位长度的阻抗和对地导纳计算公式为：、在架空线长度小于100km的情况下，修正系数取值可简化。

双击已拖入的输电线模块，可输入所需参数。所有架空线的集中参数模型均相同，只需更改线路长度即可。对于电缆线，分布参数与架空线有所不同。因为电缆的导线之间距离比架空线路小的多，所以，对地电容电缆就更大，同时由于导线间的互感增大，同样长度的电缆比线路的电抗要低。

考虑到变压器漏抗，8096.1V在正常范围内。断开瞬间（0.40005s），产生50.683kv电压脉冲（C相），瞬时电压达到正常工作电压的6.3倍。发生AG故障后，A相电压降低为正常的20%，B相电压升高为正常的1.3倍，C相电压都升高为1.7倍。A相电流升高为正常负荷时的2.1倍，B相电流升高为正常负荷时的1.2倍，C相电流升高为正常负荷时的1.5倍。故障恢复后，电压和电流都恢复正常值。

然后做A相电压频谱分析。通过频谱分析得出结论：未发生故障时没有谐波，0.4s断路器断开后，产生较大的高次谐波，THD为13.1%；0.5断路器闭合时，THD为6.2%。0.6s发生AG故障，THD为20.2%；0.9s线路恢复正常负荷后，THD近似于0。

对于684节点，采用同样的测量方法，得结论如下。

0.6s时发生A相接地故障后，684节点A相电压几乎为零，B相电压变为原来的1.4倍，C相电压变为原来的1.7倍，过电流情况比较严重。电流有所减少，但是变化不大；AG故障恢复瞬间，线路THD为14.24%.故障恢复后，第0.9s 时，频谱分析显示谐波几乎消失，THD=0.03%。

改变故障类型Ag为三相接地，采集主变压器低压侧电气参数，结论如下：

三相电压均将为正常的31.7%；A电流上升为正常的16倍，B相升为13倍，C相升为1.9倍，过电流非常严重。0.65s故障恢复是，THD值很高，谐波非常严重。与Ag故障相比，三相接地后，网络仍处于对称状态，但过电流很严重。

最后将改变故障地点到距671节点0.2km，结论如下：

由此可以看出，故障地点距离主变压器越近，对主变压器的影响越大。

本文基于Matlab/simulink搭建了配电网模型，完成了模型搭建、参数设置、规定采样频率和仿真时间，对包括主变压器低压侧以及部分重要节点在内的多节点参数采集。除采集相电压、相电流外，还进行了频谱分析，得到故障发生前后不同节点谐波的情况。最后还改变了故障类型、地点，进行对比分析。

参考文献

[1]韩祯祥.电力系统分析[M].浙江大学出版社，2005.

[2]王晓茹，电力系统分析[M].高等教育出版社，2011.

[3]于群.电力系统建模与仿真[M].机械工业出版社，2011.