电力系统建模仿真作业1

无穷大功率电源供电系统仿真

假设无穷大功率电源供电系统，在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。线路参数L=50km，x1=0.4Ω/km，r1=0.17Ω/km；变压器Sn=20MV·A，短路电压Us%=10.5，短路损耗ΔPs=135kw，空载损耗ΔP0=22kw，空载电流I0%=0.8，变比kT=110/11，高低压绕组均为Y行联接；并设供电点电压为110KV。其对应的Simulink仿真模型如图1-1所示。

图1-1 无穷大功率电源供电系统的Simulink仿真图

表1-1 图1-1仿真电路中各模块名称及提取路径

模块名提取路径

无穷大功率电源Three-Phase Source SimPowerSystems/Eletrical Sources

三相并联RLC负荷模块5MW SimPowerSystems/Elements

串联RLC支路Three-phaseParallelRLCBranch SimPowerSystems/Elements

三相故障模块Three-phase-Fault SimPowerSystems/Elements

三相电压电流测量模块V-I-M SimPowerSystems/Measurements

示波器模块Scope Simulink/Sinks

电力系统图形用户界面Poweigui SimPowerSystems

双绕组变压器模块Three-PhaseTransformer SimPowerSystems/Elements

图1-2 电源模块的参数设置

变压器T 采用“Three-PhaseTransformer （Two Windings ）”模型。根据给定的数据，计算折算到110kv 侧的参数如下：

变压器的电阻为

22

33221351101010 4.0820000

s N T N PU R S ∆⨯=⨯=⨯Ω=Ω 变压器的电抗为

22

332%10.5110101063.5310010020000

s N T N U U X S ⨯=⨯=⨯Ω=Ω⨯ 变压器的漏感：

63.53/(2)0.2022 3.1450

T T L X f H H π==

=⨯⨯

变压器的励磁电阻为

22

33301101010 5.51022

N m U R P =⨯=⨯Ω=⨯Ω∆ 变压器的励磁电抗为

22

330100100110101075625%0.820000

N m N U X I S ⨯=⨯=⨯Ω=Ω⨯ 变压器的励磁电感为

75625/(2)240.82 3.1450

m m L X f H H π===⨯⨯

变压器模块中的参数采用有名值则设置如图1-3所示

图1-3采用有名值时变压器模块的参数设置

如果要采用标幺值，则在Similink 的三相变压器模型中，一次、二次绕组漏感和电阻的标幺值以额定功率和一次、二次侧各自的额定线电压为基准值，励磁电阻和励磁电感以额定功率和一次额定线电压为基准值。

则一次侧的基准值为

221111060520

n base N U R S ⋅==Ω=Ω 2211110 1.9272202 3.1450

n base

N U L H H S f π⋅===⨯⨯⨯⨯ 二次侧的基准值为 22

2211 6.0520n base

N U R S ⋅==Ω=Ω 2222110.019272202 3.1450

n base N U L H H S f π⋅===⨯⨯⨯⨯ 因此，一次绕组漏感和电阻的标幺值为

11110.50.50.5 4.080.50.2020.0033,0.052605 1.927

T T base base R L R L R L ⋅⋅⋅⋅⨯⨯⨯⨯====== 同理，220.0033,0.052,909.09,106.3,m m R L R R ⋅⋅⋅⋅====则变压器的参数设置如图1-5所示

图1-5 采用标幺值时变压器模块的参数设置

输电线路L 采用“Three-phaseParallelRLCBranch ”模型。根据给定的参数计算可得，

0.17508.5L I R r l =⨯=⨯Ω=Ω

200.45020,/20.0642 3.1450

L I L L X X l L X f H π=⨯=⨯Ω=Ω==

=⨯⨯ 输电线路模块的参数设置如图1-6所示

图1-6 输电线路模块的参数设置

三相电压电流测量模块“Three-PhaseV-I Measurement ”将在变压器低压侧测量到的电压电流信号转变成Simulink 信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如图1-7所示。

图1-7 三相电压电流测量模块

仿真时，故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three-Phase Fault ”来设置，如图1-8所示。

图1-8 三相线路故障模块参数设置

仿真结果及分析

得到以上的电力系统参数后，可以首先计算出在变压器低压母线发生三相短路故障时短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。

短路电流周期分量的幅值为

22222110/31010.63()()(4.088.5)(63.520)m t

m T L T L U k I A kA R R X X ⋅⨯⨯===++++++

时间常数为

()0.2020.0640.02114.088.5

T L a T L L L T s s R R ++===++