基于MATLAB同步发电机突然短路设计
基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真
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基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真
一、概述
电力系统短路分析是一种建立在电力系统的潮流计算基础上的,用于
分析电力系统在短路故障时的状态的技术.有鉴于此,它对设计、运营和
维护电力系统有重要的意义。
短路分析的重要性在于:1)在设计的时候,可以分析电网的抗冲击和抗短路能力,为电网设计提供参考;2)在运行中,可以评价电网工作安全性,诊断各线路的灵敏性、以及电网在短路状
态下的运行特性;3)在系统检修的时候,可以分析电网故障状态,以便
检修或改造系统。
电力系统短路分析可以用各种软件进行,如MATLAB。
MATLAB是一种
大型实用的软件,主要用来处理、分析和可视化复杂的数据,而近年来,
它也在进军电力系统仿真领域,为电力系统研究与仿真提供了更加可靠的
工具。
MATLAB的电力系统仿真平台可以进行短路分析、潮流计算、功率
自动稳定分析、功率调度和电力系统控制与仿真等,结果得到了进一步的
应用。
二、MATLAB电力系统短路分析仿真步骤
1)编写MATLAB电力系统仿真脚本:用户首先需要编写MATLAB脚本,输入系统参数信息,如电力系统结构,拓扑信息,支路数据(变压器,线路,电容器。
基于MATLAB的同步发电机突然短路设计
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第1章绪论电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行,由于电力系统是个复杂的系统,运行方式也十分复杂,因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大,也不直观。
随着电力工业的发展,电力系统的规模越来越大。
在这种情况下,许多大型的电力科研试验很难进行,一是实际的条件难以满足;二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。
因此,寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可少。
而在众多的仿真工具中,MATLAB以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能脱颖而出。
1.1设计目的让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱,建立电力系统仿真模型,对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析,加深对供电和电力系统知识的了解,并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。
1.2设计任务1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真,对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。
2.建立带励磁系统的发电机系统,通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。
1.3设计要求1.要求每个学生独立完成设计任务。
2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。
3.完成实训任务书。
4.要求提交成果:报告书一份。
第2章MATLAB语言的概述2.1 MATLAB简介MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台,所具有的程序设计灵活,直观,图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科,多平台的强大的大型软件。
MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
它提供了用方框图进行建模的接口,与传统的仿真建模相比,更加直观、灵活。
Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。
每个程序块由输入向量,输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。
在计算前,需要初始化并赋初值,程序块按照需要更新的次序分类。
基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究
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毕业设计(论文)题目基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究学院计算机与控制工程学院专业班级电气xxx学生姓名指导教师成绩2014 年6 月26 日摘要众所周知,同步发电机在电力系统中发挥着至关重要的作用,现代社会中使用的电能几乎由同步发电机所产生,同步发电机在人类社会的生活生产中占据着非常重要的地位。
为了更直观地了解同步发电机短路故障状态下的特性指标,尽量避免发生短路故障或及时对短路故障做出相应的正确措施,更合理选择保护装置,研究同步发电机的短路故障状态就成了当务之急的问题。
随着科技进步与自动化水平的提高,人们要求能够快速分析故障和解决故障,在电力系统中,因运行环境、可操作性问题的限制,现场对同步发电机测试不太现实,因此,利用软件仿真的方法对同步发电机进行仿真研究就显得极其重要。
本论文通过MATLAB软件建立同步发电机的仿真模型,对常见的短路故障进行仿真研究,以便更好地掌握同步发电机短路故障状态下的各特性,并设计了GUI 用户界面,更好的实现了人机交互。
文中对各短路故障进行了仿真实验,从仿真结果可以看出,本文所设计的仿真系统满足对同步发电机短路故障的研究需求,实现论文设计的目标。
关键词:同步发电机;短路故障;MATLAB;GUIIAbstractAs is known to all, synchronous generator plays an important role in power system. Now the electric power used in our society almost produce by synchronous generators.Synchronous generator occupies a very important position in human society.In order to learning the characteristic parameters of synchronous generator more intuitive in fault condition, and trying to avoid short circuit fault or to make corresponding measures to correct vision in time or to protect device in the method of reasonable, studying the synchronous generator fault status has become an urgent problems. With the progress of science and technology and the improvement of automation level, people require to be able to quickly analyze fault and solve the problem in the electric power system. With the limitation of the environment in running a synchronous generator, doing a test of generators directly is unlikely.Therefore, with the aid of MATLAB software powerful computing and graphics processing simulation to study the synchronous generator is extremely important.In this paper, a simulation model of the synchronous generator is established by MATLAB software in order to better grasp the performance index of synchronous generator in fault condition.And we also design the Graphical User Interface(GUI) for better realizing the human-computer interaction. Each short circuit fault simulation experiments was carried out in this paper, as can be seen from the simulation results, the simulation system is designed to satisfy demands for synchronous generator short circuit fault research, realizing the target of this paper.Key words: Synchronous generator;Short circuit fault;MATLAB;GUIII目录摘要 (I)Abstract ···································································································I I第1章绪论 (1)1.1论文的背景和意义 (1)1.2仿真技术的发展概况和趋势 (1)1.3本论文研究的主要内容 (2)第2章同步发电机的理论分析 (3)2.1同步发电机的主要结构 (3)2.1.1定子 (3)2.1.2转子 (3)2.2同步发电机的基本理论 (4)2.2.1同步发电机的基本工作原理 (4)2.2.2正方向的规定 (5)2.2.3同步发电机的基本方程 (5)2.2.4派克变换和dq0坐标系统 (7)dq 坐标系统 (10)2.2.5第3章同步发电机短路故障仿真研究系统 (12)3.1同步发电机的数学模型 (12)3.2M文件的编写 (13)3.3仿真界面设计 (16)3.3.1界面组件的选择和布局 (16)3.3.2编写回调函数 (17)第4章实例仿真与分析 (20)4.1三相突然短路仿真与分析 (20)4.2负载两相短路仿真与分析 (22)4.3负载单相短路仿真与分析 (24)4.4转子绕组短路仿真与分析 (26)结论 (30)参考文献 (31)附录 1 (32)附录 2 (34)致谢 (42)第1章绪论1.1 论文的背景和意义电能得到广泛的应用得益于电力系统的出现,进而推动了各个领域的社会生产的变化。
matlab实验 电力系统短路分析
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页脚内容- 9 -实验二 短路电流计算程序的实现一、三相短路电流计算程序计算短路电流周期分量,如I ''(I ')时,实际上就是求解交流电路的稳态电流,其数学模型也就是网络的线性代数方程,一般选用节点电压方程。
方程的系数矩阵是对称的。
在短路电流计算中变化的量往往是方程的常数项,需要多次求解线性方程组。
1.等值网络图2-1给出了不计负荷情况下计算短路电流I ''的等值网络。
在图2-1(a )中G 代表发电机端电压节点,发电机等值电势和电抗分别为E '' 和dx '',D 表示负荷节点,f 点为直接短路点。
应用叠加原理如图2-1所示。
正常运行方式为空载运行,网络中各点电压均为1;在故障分量网络中。
只需作故障分量的计算。
由图2-1的故障分量网络可见,这个网络与潮流计算的网络的差别在于发电机节点上多接了对地电抗dx ''。
当然如果短路计算中可以忽略线路电阻和电纳,而且不计变压器的实际变比,则短路计算网络较潮流计算网络简化,而且网络本身是纯感性的。
1E ''x1E '' x 1E '' x 1-=1=图2-1 在不计负荷情况下计算短路电流I ″的等值电路2. 用节电阻抗矩阵计算短路电流如果已经形成了故障分量网络的节点阻抗矩阵,则矩阵中的对角元素就是网络从f 点看进去的等值阻页脚内容- 10 -抗,又称为f 点的自阻抗。
fi Z 为f 点与i 点的互阻抗,均用大写Z 表示。
由节点方程中的第f 个方程:n fn f ff f f I Z I Z I Z U ++++=11。
ff Z 为其它节电电流为零时,节点f 的电压和电流之比,即网络对f 点的等值阻抗。
根据故障分量网络,直接应用戴维南定理可求得直接短路电流(由故障点流出)为fff ffz Z U I +=0(2-1)式中,f z 为接地阻抗;0f U 为f 点短路前的电压。
基于MATLAB的同步发电机突然三相短路的暂态过程仿真开题报告
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谢谢!
二.仿真方法:
1.仿真模型的建立 2.参数设置 3.得出仿真波形
三.对波形进行分析:
1.直流分量分析 2.交流分量分析:交流分量(基频下)的初始值,交流分量 (基频下)的稳态值 3.短路电流的计算 4.冲击电流的计算
小组分工:
(组长):主持小组会议讨论,参与实验仿真,总 结论文编写。 组员1:制作PPT,参与实验仿真与总结论文编写。 组员2:文献收集与整理,参与实验仿真与总结论文 编写。
当发电机突然短路时,定子各绕组电流将包 含基频分量,倍频分量和直流分量,到达稳 态后,定子电流起始值中的直流分量、倍频 分量将由其起始值衰减至零,其基频分量由 其起始值衰减至相应的稳态值。
本课程设计步骤: 一.数值计算:在已知发电机参数的情况下,利用MATLAB
对突然三相短路后的定子电流ia、转子电流暂态过程表达式 进行数值计算分析
基于MATLAB的同步发电机突然三 相短路的暂短路故障,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。
MATLABsimulink同步发电机短路的分析-PPT课件
![MATLABsimulink同步发电机短路的分析-PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/74ddd403cfc789eb162dc802.png)
Three -Phase Parallel RLC Load A B C
A Continuous powergui B C Three -Phase Fault
Mag abc Phase
三相序分量分析器参数设置
3-Phase Sequence Analyzer
三相序分量分析 器可以输出A相直 流、基频以及各 次谐波电流的正 序、负序或零序 分量的幅值和相 角。 本次仿真设置如 下: 输出基频分量, 选择将正序、负 序、零序同时输 出显示到示波器。
所需其他仿真元件,如放大器、示波器、各类积分微分元件可由 以下方式找到: 在指令窗口中输入simulink,回车,弹出仿真元件库对话框。从 中选择所需模块。
m Pm A
SSM
E
B C
从电机(machines)元件库中选择简 化的同步电机元件并在参数对话框中进行设 置。
sm
连接类型:Y
额定值: 额定功率、线电压、频 率
C
Three-Phase Fault
转换状态为[1 0]
转换时间为[0.05 0.4],即 0.05秒故障,0.4秒故障切 除
缓冲电阻和缓冲电容都取 无穷大
Three -Phase Parallel RLC Load A B C
从线路元件库中选择三相并联RLC负载元件 (3—Phase Parallel RLC Load) ,设置如下:
故障点A相基频电流各序分量幅值和 相角
将三相电路短路故障发生器中的 故障相选为B相和C相,进行相间 短路仿真,结果如下:
BC两相短路时A相电流波形
BC两相短路时B相电流波形
BC两相短路时C相电流波形
BC相短路时三相电压波形
BC短路时 A相电流基频序分量波形
基于Matlab的同步电机三相突然短路的仿真
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可方便实现了计算结果的可视化。
2 同步电机的状态方程
为了方便计算,我们做如下假定:①短路后过程速度仍为同步
速度,即p0=∞=蜘;②不计磁路饱和③励磁电压为常数(不考虑调
压器的作用)。在这样的假设下.建立起来的方程是线性的。以dqo
坐标系统和x一基值系统表示的三相同步电机(有阻尼绕组)的状
态方程(用标幺值表示)为:
【摘要】 本文从dqO坐标系统表示的三相同步电机的状态方程出发,利用Matlab工具并以 一个具体实例详细说明了三相突然短路的仿真步骤并给出分析,而且利用Matlab的GU]编辑一个人 机界面,可方便仿真各种条件下的短路过程。
【关键词】 同步电机短路 Matlab 仿真
1、Sl盲
同步电机的突然短路,是电力系统的最严重的故障。虽然短路
引证文献(1条)
1.黎瑜新.刘明明.秦雅 基于LabVIEW软件平台的同步发电机短路电流分析与研究[期刊论文]-装备制造技术
2009(11)
本文链接:/Periodical_fjdn200307015.aspx
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过程所经历的时间是极短的(通常约为0.1~O.3秒),但电抠短路 电流和转子电流的分析计算。却有着非常重要的意义。为了了保证 发电机、变压器、断路器、互感器等的可靠运行,必须计算短路电流 的最大瞬时值,为了决定继电保护装置的工作条件,需要知道短路
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万方数据
图2仿真界面 在励磁电压不变的前提下,以△U;(一岫 一岫0 0 0】7,以及短路后最初瞬间的电流增量Ale=【0 0 0 0 0】’ 代人,可解得各绕组电流增量:【△b △k △b △io △k】7
matlab仿真电力系统短路故障分析
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本科生毕业设计(论文)题目:运用Matlab仿真分析短路故障学生姓名:系别:机电系专业年级:电气工程及其自动化专业指导教师:2013年 6 月 20 日摘要本文先对电力系统的短路故障做了简要介绍,分析了线路运行的基本原理及其运行特点,并对短路故障的过程进行了理论分析。
在深入分析三相短路故障的稳态和暂态电气量的基础上,总结论述了当今三相短路的的各种流行方案,分别阐述了其基本原理和存在的局限性。
并运用派克变换及d.q.o坐标系统的发电机基本方程和拉氏运算等对其中的三相短路故障电流等做了详细的论述。
并且利用Matlab中的simulink仿真软件包,建立了短路系统的统一模型,通过设置统一的线路参数、仿真参数。
给出了仿真结果及线路各主要参数的波形图。
最后根据仿真结果,分析目前自动选线法存在的主要问题及以后的发展方向。
关键词:短路故障;派克变换;拉氏运算;MatlabABSTRACTThis paper first on the three-phase short circuit of electric power system is briefly introduced, analyzed the basic principle of operation of three-phase circuit and its operation characteristic, and the three-phase short circuit fault process undertook theoretical analysis. In depth analysis of three-phase short circuit fault of steady state and transient electrical quantities based on the summary, the three-phase short circuit of various popular programs, respectively, expounds its basic principles and limitations. And the use of Peck transform and d.q.o coordinate system of the generator basic equation and Laplace operator on the three-phase short-circuit current in detail. And the use of Matlab in the Simulink simulation software package, to establish a unified model of three-phase short-circuit system, by setting the unified circuit parameters, the simulation parameters. The simulation results are presented and the main parameters of the waveform of line. Finally, according to the simulation results, analysis of the current automatic line selection method the main existing problems and the future direction of development.Keywords:Short-circuit failure ;Peck transform;The Laplace operator;M atlab目录第一章序言 (1)1.1 短路故障研究依据 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 国外研究现状 (1)1.2.2 国内电力系统研究现状 (2)第二章电力系统对称短路分析 (5)2.1 电力系统中短路的基本概括 (5)2.1.1 短路的分类 (5)2.1.2 短路发生的原因 (6)2.1.3 短路发生的危害 (6)2.1.4 短路故障分析的内容和目的 (7)2.2 简单无穷大电源系统三相短路电流分析 (7)2.2.1 简单无穷大电源供电系统的三相短路暂态电流 (7)2.2.2 短路后的暂态过程分析 (8)2.2.3 短路冲击电流 (10)2.2.4最大有效值电流 (11)第三章电力系统短路电流的实用计算 (12)3.1 交流电流初始值的计算 (12)3.1.1计算的条件和近似 (12)3.2 简单系统''I计算 (14)第四章短路系统的调试与仿真 (17)4.1 仿真模型的设计与仿真 (17)4.1.1 实例分析 (17)4.1.2 仿真参数设置 (17)4.2 仿真结果分析 (18)4.2.1 单相短路故障波形 (18)4.2.2 相间短路故障波形 (19)4.2.3 三相短路故障波形 (21)4.3 仿真分析小结 (22)第五章结论与展望 (24)5.1 主要研究结论 (24)5.2 待解决的问题和展望 (24)参考文献 (26)致谢 (27)第一章序言1.1 短路故障研究依据电力系统的短路故障是严重的,而又是发生几率最多的故障,一般说来,最严重的短路是三相短路。
基于MATLABsimulink同步发电机突然三相短路仿真
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目录第一章绪论 (3)1.1超导体闭合回路磁链守恒原理以及同步电机电枢反应原理: 31.2等效阻尼绕组的电流 (4)1.3三相短路计算的简化假设 (5)1.4发生短路故障时可能产生以下后果: (5)第二章Matlab简介 (6)2.1 MATLAB (6)2.2SimPowerSystem介绍 (7)第三章同步发电机突然短路的暂态过程仿真 (7)3.1同步发电机突然三相短路暂态过程简介 (8)3.2同步发电机突然三相短路的暂态过程的数值计算与仿真方法10 第四章有关暂态仿真实验图示 (12)第一章绪论在电源电压的幅值和频率保持恒定的情况下,三相电路发生三项短路的情形。
实际上,发生短路时,作为电源的发电机的内部也发生暂态过程,并不能保持其端电压和频率不变,一般讲,由于发电机转子的惯性较大,在分析短路电流时可以近似地认为转子保持同步转速,即频率保持恒定,但通常应计及发电机的电磁暂态过程。
三项短路虽然很少发生,但情况比較严重,且三相短路时电力系统仍是对称的,称为对称故障,故本次分析三项短路故障。
1.1超导体闭合回路磁链守恒原理以及同步电机电枢反应原理:(1)电机转子在结构上对直轴和交轴完全对称,定子三相绕组完全对称,在空间互差120°电角度。
(2)定子电流在气隙中产生正弦分布的磁动势,转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。
(3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感,即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。
此外,假设:(1)在暂态过程期间同步发电机转子保持同步转速,即只考虑电磁暂态过程,而不计机械暂态过程。
(2)电机铁芯部分的导磁系数为常数,忽略磁路饱和的影响,在分析中可以应用叠加原理。
(3)发生短路后励磁电压始终保持不变,不考虑短路后发电机端电压降低引起的强行励磁。
(4)短路发生在发电机定子出线端口。
如果短路发生在出线端外,可以把外电路的阻抗合并至定子绕组的电阻和漏抗上,只要定子总回路的电阻交电抗仍小得多,则短路后的物理过程和出线端口短路是一样的。
基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真设计
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·……………………. ………………. …………………毕业论文基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真院部机械与电子工程学院专业班级电气工程及其自动化届次 2015届学生学号指导教师装订线……………….……. …………. …………. ………摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究的国外现状 (1)2 短路故障分析 (1)2.1 近年来短路故障 (1)2.2 短路的定义及其分类 (2)2.3 短路故障产生的原因及危害 (4)2.4 预防措施 (4)2.5 短路故障的分析诊断方法 (5)3 仿真与建模 (6)3.1 仿真工具简介 (6)3.1.1 MATLAB的特点 (7)3.1.2 Simulink简介 (7)3.1.3 SPS(SimPowerSystems) (8)3.1.4 GUI(图形用户界面) (8)3.2 模型的建立 (9)3.2.1 无限大电源系统短路故障仿真模型 (9)3.2.2 仿真参数的设置 (10)4 仿真结果分析 (16)4.1 三相短路分析 (16)4.2 单相短路分析(以A相短路为例) (18)4.3 两相短路(以A、B相短路为例) (22)4.4 两相接地短路(以A、B相短路为例) (25)5 结论 (28)6 前景与展望 (28)参考文献 (29)致 (30)Abstract .............................................................................. I I 1 Introduction.. (1)1.1 Project background to the study (1)1.2 The research situation at home and abroad (1)2 Analysis of short-circuit fault (1)2.1 Short-circuit fault in recent years (1)2.2 Definition and classification of short-circuit fault (2)2.3 Causes and damage of short-circuit fault (4)2.4 Precautionary measures (4)2.5 Method to analysis and diagnosis of short-circuit fault (5)3 Simulation and modeling (6)3.1 Introduction to simulation tools (6)3.1.1 Features of MATLAB (7)3.1.2 Introduction to simulink (7)3.1.3 SPS(SimPowerSystems) (8)3.1.4 GUI(Graphical User Interfaces) (8)3.2 Establishment of the model (9)3.2.1 Infinite power system short-circuit fault simulation model (9)3.2.2 Simulation parameter settings (10)4 Simulation analysis (16)4.1 Analysis of three-phase short-circuit (16)4.2 Analysis of single-phase short circuit (18)4.3 Analysis of two-phase short circuit (22)4.4 Analysis of two-phase short circuit to ground (25)5 Conclusions (28)6 Outlook and prospect (28)References (29)Acknowledgement (30)基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真继文(农业大学机械与电子工程学院 271018)摘要:短路是电力系统中最容易发生的故障,每年因短路而引发的电气事故不计其数。
基于MATLAB的电力系统短路故障的仿真报告
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《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告课题名称基于MATLAB的电力系统短路故障的仿真与分析姓名学号院系班级指导教师摘要基于Matlab最重要的组件之一Simulink中的电力元件库(SimPowerSystems)构建电力系统仿真模型,在Matlab的平台下仿真电力系统为工程设计和维修提供依据重要的依据,同时也为电力研究带来大大的便利,利用Simulink中的画图工具搭建电力系统模型也是进行电力系统故障分析的常用方法,它让电力研究者从大量繁琐的理论分析及复杂的矩阵计算中解脱出来,让庞大的电力系统很直观的呈现在研究者的面前,从而将庞大的电力网搬进了办公室,为研究带来了巨大的便利。
简要介绍了电力系统模型和MATLAB/ SIMULINK中SimPowerSystems (电力系统元件库) 的主要功能. SimPowerSystems 是专门为电力系统设计的仿真分析软件,在对其基本元件进行介绍后,在仿真平台上,通过对一个简单的电力系统输电线路的短路故障进行设计、仿真、分析,得到了理想的仿真效果.关键词: Matlab SimPowerSystems 短路电流计算仿真Simulation and Analysis of Power System Short Circuit FaultBased on MatlabZhang Jun-yueCollege of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No:070544037Tutor: Wu YanAbstract: The article describes the basic characteristics of Matlab /Simulink and the basic method and process of applying Matlab in the simulation of power system. Matlab SimPowerSystems Block set is used to build a model of single-machine infinity-bus system and simulate various fault of power system. The results show that the simulation waveform is in line with theoretical analysis and Matlab is a valid tool for the simulation of power system fault. By the contrast and analysis of different short circuit faults, we can obtain a result that the three-phase short circuit fault is the worst situation in the faults of power system. So this situation should be avoided as far as possible in manufacture. Also, by the contrast and analysis of the fault resolution time, we know that clearing the short circuit fault on a minimal time is one way to guarantee the power system running regularly and reduce the loss.摘要 (2)1 引言 (4)2 电力系统模型 (4)短路产生的原因有很多,主要有以下几个方面: (5)短路的危害 (5)短路故障分析的内容和目的 (6)3 电力系统仿真模型的建立与分析 (6)3.1 电力系统仿真模型 (7)3.2 仿真参数设置 (8)3.3 仿真结果分析 (11)3.3.1A.B.C三相短路 (11)3.3.2 A相接地短路 (14)3.3.3 A,B两相短路 (16)3.3.4 A,B 两相接地短路 (19)4 结论 (22)5 参考文献 (22)6 心得体会 (23)1 引言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。
基于MATLAB的电力系统短路故障的研究
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关键词 :电力系统;仿真 ;M a t l a b
一
、
引言
随 着 电力 工 业 的 发展 ,电力 系统 的规 模 越 来 越 大 ,对 电力 系 统 运行 的安 全 与 稳 定 性要 求越 来 越 高 ,然 而 实现 的难 度 却越 来越 大 。对 于 大型 电 力系 统 的研 究 ,现场 进 行科 研 实验 实现 的难 度 大 且危 险
利于得出结论 ,简化计算过程如图1 — 1 。
l 一
电 力 网
一l
动 力 网
圈1 — 1单 机一 无 穷 大 系 统
图1 — 1 中, 最 左 端是 发 电机 组 ,V t 是机 端 电压 ,X T 是 变压 器 的 电抗 , X L 1  ̄ E 1 X L 2 是线 路 电抗 ,V s 是 无
性 高 ” 一 [ 。 因此 ,寻 求一种最 接近 于 电 力系统 实际运 行 工具就 变得 尤 为重 要 。 二 、系统 总体设 计
( 一) 系统设计
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基 于MA T L A B 的电力 系统短路故 障的研 究
蔡
锐
( 东 北农 业大 学 实验 室管 理 处 ,黑龙 江哈 尔滨 ,1 5 0 0 3 0)
摘 要 :介 绍 了M a t l a b / S i m u ] i n k 的基 本 特 点及 应 用 M a t l a b 进 行 电力 系统 仿 真 分析 的基 本 方 法和 步 骤 。运用 M a t l a b 电力 系统 仿 真程 序S 1 m P 0 w e r s y s t e m s 构建 了一个 单 机一 无 穷大系 统模 型, 并在 此 基础 上对 电力 系统 的 多种故 障进 行 了仿 真 ,仿 真 波形 与理论 分 析结 果 相符 ,说 明用 M a t l a b 对 电力 系统 故 障仿 真
基于MATLAB-SIMULINK短路故障仿真及分析
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基于MATLAB/SIMULINK短路故障仿真及分析随着电力系统的规模不断增大,很多大型电力科研试验很难以进行。
采用传统的方法进行仿真计算工作量大也不直观。
MA TLAB具有强大的数值计算功能和开放灵活的可视化应用界面,在科学技术和工程的各个领域应用都非常的广泛。
因此MA TLAB的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。
电力系统仿真是将电力系统中的各环节组成部分等进行数字化建模,以达到模拟实际电力系统运行状况的目的。
本文对实例进行仿真,对结果进行分析,以期能够说明MA TLAB在电力系统仿真中的应用。
目录1 引言 (1)1.1 MATLAB/Simulink概述 (1)1.1.1 MATLAB简介及特点 (1)1.1.2 SIMULINK简介及特点 (3)1.2 电力系统仿真概述 (4)1.3 基于MATLAB/Simulink电力系统仿真的发展趋势 (7)2 三相短路故障仿真分析 (9)2.1 电力系统故障简述 (9)2.2 仿真实例 (11)2.2.1 实例仿真摘要 (11)2.2.2 仿真模型建立 (12)2.2.3 三相短路故障仿真及结论分析 (20)3 同步发电机机端短路故障仿真分析 (26)3.1 暂态过程仿真及分析 (26)3.2 其它故障仿真分析 (28)4 结束语 (29)1 引言MATLAB是当前国际认可的优秀科技应用软件之一,它以矩阵运算为基础,把计算可视化程序设计融合到交互的工作环境中,可实现工程计算,算法研究,建模和仿真,数据分析及可视化,科学和工程绘图,应用程序开发等功能。
Simulink是MATLAB所提供的一个集成环境,它是用来对动态系统进行建模,仿真和分析的。
它是一种结合了框图界面和交互仿真功能的,具有非线性动态系统仿真功能的出色工具[1]。
为支撑社会经济的不断发展,电力工业的发展也非常迅速,重要表现之一就是电力系统的规模不断扩大,这就大大增加了许多大型电力科研试验的进行。
电力系统短路故障分析的MATLAB辅助程序设计短路计算程序
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电力系统短路故障分析的MATLAB辅助程序设计电力系统短路故障可分为三相对称短路故障(three-phase balanced faults)和不对称短路故障(unbalanced faults )。
不对称短路故障又分为单相接地短路故障(single line-to-ground fault)、两相短路故障 (line-to-line fault)以及两相接地短路故障(double line-to-ground fault)。
根据故障分析结果可以对继电保护装置、自动装置进行整定计算,我们可以建立算法来形成节点阻抗矩阵,利用节点阻抗矩阵来计算短路故障情况下的节点电压和线路电流。
一、三相对称短路故障进行三相短路计算需要两个程序:zbuild /zbuildpi和symfault程序,zbuild、zbuildpi用来在MATLAB中形成节点阻抗矩阵,symfault用来计算三相对称故障。
Zbus=zbuild(zdata)这里的参数zdata是一个(e×4)阶矩阵,e是拓扑图的总支路数目。
第一列和第二列为元素两端的节点编号,第三列和第四列分别是线路的电阻、电抗的标幺值。
连接在0节点和发电机节点之间的发电机阻抗可能是次暂态电抗、暂态电抗或同步电抗,而且这个矩阵中还包含并联电抗器和负荷阻抗。
Zbus=zbuildpi(linedata,gendata,yload)这个函数与潮流计算程序是相容的,第一个参数linedat a与潮流计算程序中的文件是一致的。
第一列和第二列为节点编号;第三列到第五列分别是线路的电阻、电抗以及1/2线路电纳值,这三项都为在统一基准容量下的标幺值;最后一列是变压器分接头位置,对线路来说,必须输入1;线路无输入顺序。
发电机参数不包含在Linedata参数中,而是包含在第二个参数gendata中,gendata是一个g×4阶矩阵,g是发电机总数。
第一列和第二列为0节点、发电机节点编号,第三列和第四列为发电机的暂态电阻和暂态电抗。
同步发电机短路动态过程的Matlab仿真研究
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smuain m d lu i t bs u cin T esmuain suy o re h s n h s — -h s h r i lt o e sn mal - n t . h i lt td t e - a e a dp a et p aes o t o g a f o o f h p o cruts ns e . ev rei an a a tr h r—i ut n mip o esaervae iil b i iif i d T a it so m i r meesi s o t r id a c rc s r ee ldvv y y c h h i e f p n cc y d
0 引言
船 舶 同步 发 电机 是船 舶 电力 系 统 中 的重 要 设 备 ,其 容 量 往 往 与 船 舶 电 网 的容 量 可相 比拟 ,在 短 路 故 障 时所 产 生 的 冲击 电流 可 能 达 到 额 定 电流 的 十 几 倍 【 ,对 船 舶 电力 系 统 中 的各 设 备 都可 能 l J 产 生 严 重 的影 响 。此 外 ,短 路故 障 过 程 中 电机 内
ie l e y c r n u l r ao,ti p p ra a z s i te t q ain n uls a sf r d ai d sn ho o s at n tr hs a e n l e t mah mai e u t s a d b i ot e z e y s c o d wa
数 学状 态 方 程 ,建立 其 数 字 仿 真模 型 ,利 用 相 应 的数值 计 算 方 法 进行 仿 真 计 算 ,不 仅 计算 方 法 简 单 ,计 算 精 度 高 ,而且 能够 清 晰 直 观 的展 示 故 障
动 态 过程 。
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第1章绪论电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行,由于电力系统是个复杂的系统,运行方式也十分复杂,因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大,也不直观。
随着电力工业的发展,电力系统的规模越来越大。
在这种情况下,许多大型的电力科研试验很难进行,一是实际的条件难以满足;二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。
因此,寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可少。
而在众多的仿真工具中,MATLAB以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能脱颖而出。
1.1设计目的让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱,建立电力系统仿真模型,对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析,加深对供电和电力系统知识的了解,并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。
1.2设计任务1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真,对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。
2.建立带励磁系统的发电机系统,通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。
1.3设计要求1.要求每个学生独立完成设计任务。
2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。
3.完成实训任务书。
4.要求提交成果:报告书一份。
第2章MATLAB语言的概述2.1 MATLAB简介MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台,所具有的程序设计灵活,直观,图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科,多平台的强大的大型软件。
MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
它提供了用方框图进行建模的接口,与传统的仿真建模相比,更加直观、灵活。
Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。
每个程序块由输入向量,输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。
在计算前,需要初始化并赋初值,程序块按照需要更新的次序分类。
然后用 ODE计算程序通过数值积分来模拟系统。
MATLAN含有大量的 ODE计算程序,有固定步长的,有可变步长的为求解复杂的系统提供了方便。
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SimPowerSystem 来完成的。
由于电力系统是个复杂的系统,运行方式也十分复杂,因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大,也不直观。
MATLAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。
通过MATLAB 的 SimPowerSystem的模块对电力系统中的应用进行仿真,从而说明其在电力系统仿真中的运用电力系统的仿真可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况,通过故障仿真得出了相关的电压稳定性方面的结论,从而证明了这种仿真的正确性和在分析应用中的可行性。
2.2 Simulink简介Simulink是Matlab软件下的一个附加组件,是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。
支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统,同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。
由于 Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模型,评估不同算法和结构并验证系统性能,另外Simulink还可以与MATLAB中的DSP工具箱、信号处理工具箱以及通讯工具箱等联合使用,进而实现软硬件的接口,从而成为实用的控制软件。
在MATLAB命令窗口键入Simulink命令,或单击MATLAB工具栏中的Simulink 图标,则可以打开Simulink模型库窗口。
如图2-1所示。
这一模型库包括以下各个子模型库:Sources(输入源)、Siuk(输出方式)、Discrete(离散时间模型)、Function & Tables(功能列表)、Math(数学方法)、Signals&System(信号或系统)、Linear(线性环节)、Nonlinear(非线性环节)、Connections(连接及接口)等。
Simulink 基本模块简介,有信号源模块库(Source),输出模块库(Sinks),连续系统模块库(Continuous),离散系统模块库(Discrete),数学运算模块库(Math Operations),通用模块库(commonly used blocks),信号路径模块库(Signal Routing),电源模块库(Electrical Source),电器元件库(Elements),电机模块库(Machines),电力电子模块库(Power Electronics),电力电子模块库(Power Electronics),测量模块库(measurements)等等。
图2-1 Simulink模块库浏览器第3章电力系统运行故障分析3.1 短路的危害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。
3.2故障原因(1)元件损坏例如绝缘材料的自然老化,设计,安装维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等;(2)气象条件恶化例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作,架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌;(3)违规操作,例如运行人员带负荷拉刀闸,线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等;(4)其他,例如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
第4章基于MATLAB的单机-无穷大系统模型建立4.1系统模型的建立系统模型如图4-1所示:图4-1 单机-无穷大系统4.2基于S imulink的模型建立Simulink模型建立主要包括以下元件:简化发电机、电压-电流测量元件、断路器、变压器、输电线路、负载、短路故障发生器等,搭建仿真模型如图4-2所示:图4-2单机-无穷大系统仿真图4.3模块选择以及参数设定(1)从电机元件库中选择简化的同步电机元件如图4-3,复制后粘贴在电路图中。
设置参数如下:连接类型(connection type):[3-wire Y]电机额定参数(nominal power,L-Lvolt and freq):[1000e6 315e3 50] 机械参数(mechanical):[56290 0 2]内部电阻(Internal impedance):[1.9845, 263.15e-3]初始状态(Initial condition):[ 0 0 0 0 0 0 0 0 ]图4-3简化同步电机模型图设置施于简化的同步电机上的功率。
该机械功率使用一个常数发生器来设置,如图4-4所示。
双击常数发生器元件,在参数对话框中将数值设为700e6,作为机械功率值。
电压幅值使用一个常数发生器来设置,如图3-4所示,将常数发生器数值改为156e3作为电压幅值。
图4-4常数发生器元件图(2)从测量元件库中选择三相电压-电流测量(3-phase V-I Measurements)元件,复制后粘贴在电路图中,如图4-5所示,将三相电压-电流测量元件名称改为:发电机电压-电流值。
图4-5 三相电压-电流测量元件图双击三相电压-电流测量元件,在三相电压-电流测量元件参数对话框进行如下设置:电压测量选项中包括3个选项,分别是不测量电压(no)、测量相电压(phase-to-ground)和测量线电压(phase-to-phase)。
电流测量选项中有测量和不测量选项,在本例中选择测量相电压和测量电流选项。
单击OK按钮完成对电压-电流测量元件的参数设置。
(3)从线路元件库中选择三相电路短路故障发生器元件,复制后粘贴在电路图中,如图4-6所示。
图4-6 三相电路短路故障发生器参数设置如下:故障点电阻(Fault resistances Ron):0.001故障点接地电阻(Ground resietances Rg):0.001转换状态(Transition status):[ 1 0 ]转换时间(Transition times):[0.2 0.3]内部计时器的采样时间(Sample time of the Ts):0缓冲电阻(Snubber resistance Rp):1e6缓冲电容(Snubber Capacitance Cp):inf测量(Measurements):选择不测量选项单击OK按钮完成对三相电路短路故障发生器的设置。
(4)从线路元件库三相断路器元件,复制后粘贴在电路图中,如图4-7所示。
图4-7 三相断路器三相断路器的参数设置如下:初始状态(Initial status of breakers):故障相选择(Switching of A、B、C):A、B、C三相都选择转换时间(Transition time):[0.01]内部计时器的采样时间(Sample time of the Ts):0外部控制时间(Extarnal control of switching times):不选择断路器电阻(Breakers resistance Ron):0.001迟滞电阻(Snubbers resistance Rp):1e6迟滞电容(snubbers capacitance Cp):inf测量(Measurements):选择不测量选项单击OK按钮完成对三相短路器的设置。
(5)从线路元件库中选择三相变压器元件,复制后粘贴在电路图中,如图4-8所示。
图4-8 三相变压器变压器参数设置如下:额定功率和频率(Nominal power and frequency):[250e6 50]原边绕组接法(winding1 connaction):Y原边绕组参数(winding parancters):[ 424.35e3,0.002,0.08 ]副边绕组接法(winding2 connaction):Delta(D11)副边绕组参数(winding parancters):[ 315e3,0.002,0.08]磁阻(Magnetiration resistance Rm):500磁感(Magnetiration reactance Lm):500测量(Measurements):选择不测量选项单击OK按钮完成对三相变压器的设置。