仿真电力系统短路故障分析

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；Matlab

ABSTRACT

This 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。当发生短路时,其短路电流可达数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破环。为此，当发生短路时，继电保护装置必须迅速切除故障线路，以避免故障部分继续遭受危害，并使非故障部分从不正常运行情况下解脱出来,这要求电气设备必须有足够的机械强度和热稳定度，开关电气设备必须具备足够的开断能力，即必须经得起可能最大短路的侵扰而不致损坏。因此,电力系统短路电流计算是电力系统运行分析，设计计算的重要环节，许多电业设计单位和个人倾注极大精力从事这一工作的研究。由于电力系统结构复杂，随着生产发展，技术进步系统日趋扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增大，采用计算机辅助计算势在并行。

通过运用MATLAB软件进行的仿真，了解在输电线路上发生各种故障时的系统变化情况。有针对性的改善输电线路所装设的保护装置，使其能够在线路出现故障时迅速做出反应，保证线路安全运行，同时运行人员也可以根据保护装置动作情况很快地判断出故障点所处位置，为线路检修争取宝贵时间并减少因故障而带来的巨大损失。

安置在输电线路上的保护装置，当被保护的元件发生故障时，能自动、迅速、有选择的将故障从电力系统中切除，以保证其余部分恢复正常运行，并使故障元件免于继续受伤害。当被保护元件发生异常运行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

电力系统市场发展中的自动控制技术趋向于控制策略的日益优化，呈现出适应性强、协调控制完善、智能优势明显、区域分布日益平衡的发展趋势。在设计层面电力自动化系统更注重对多机模型的问题处理，且广泛借助现代控制理论及工具实现综合高效的控制。在实践控制手段的运用中合理引入了大量的计算机、