基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真【精品毕设、无需降重】

基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真

内容提要利用Matlab/Simulink/SimPowerSystems建立电力.系统三相短路和单相按地

短路模型，通过短路故障进行设计、仿真、分析，加深对工)’供电和电力系统知识的了解，并学会使用MA TLAB电力系统仿一工具。

关键词电力系统短路故障MA TLAB 建模与仿真

随着电力一业的发展，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实验很难进行，一是实际的条件难以满足;一’一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刊一少。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，以及其带有的功能强大的Simulink仿真，越来越受到使用者的青睐。

1 、MATLAB PSB简介

Matlab PSB(SimPawerSystems)以simulink为运行环境，涵盖一J’电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科中常用的基本元件和系统仿真模型，它主要由6个子模块库组成。

(1)电源模块库:包括直流电托源、交流电凡源、交流电流源、可控电托源、可控电流源、三相电源、三相可编程电托源;

(2)基本元件模块库:串联(并联)RLC/负载/支路、变压器（单相、三相等)、断路器和三相故障部分;

(3)电力电子模块库:一极管、晶闸管、GTO、IGBT、MOSFET、理想开关以及各种电力电子控制模块;

(4）电机模块库:励磁装置、异步电动机、同步电动机、直流电动机以及配套的电机测量部件;

（5）测量仪器库:电流测量和电压测量等;

通过以上模块可以完成.各种基本的电力电子电路、电力系统电路和电气传动电路，还可以通过其他模块的配合完成更高层次的建模，如风.力发电系统、机器人控制系统等等。

2、仿真模型的设计和实现

在二相电力系统巾，大多数故障都是由于短路故障引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，产.生复杂的暂态现象。在三相系统中，可能发生的短路有:三相短路、两相短路、一相短路接地和.单相接地短路。下图为理想情况下小型电力系统的模型。

Continuous

pow ergui Vf-Lf V-I A B C Three-Phas e Source A

B

C Three-Phas e Fault

Vabc Iabc A

B

C a b c Three-Phas e

V-I Meas urement node 10node 10node 10

3

Multimeter1

3

Multimeter 3-phas e s equence abc Mag

Phase 3-Phas e

Sequence Analyzer

Line2

Line1

模型中主要模块的选择和参数:

(1)电源模块:理想三相电压源元件(3-Phase Source) ，相电压有效值:25e3V; A 相相.角:0;

频率:60Hz;

内部连接方式:Y 型(表示三相电源Y 型连接，中性点不接地);

三相电源电阻:0.321欧姆:

三相电源电感:6.63e 一3H;

(2)输电线路模块:输电线路元件(Distributed Parameters Line):Line1,Line2.

线路相数:3;

频率:60Hz;

单位长度电阻:[0.01273 0.3864];

单位长度电感:[0.9377c-3 4.1264c-3];

单位长度电容:[12.74e 一9 7.751e 一9];

线路长度:100 km ;

测量：选择不测量电气量；

(3)故障模块:三相电路短路故障发生器元件((3-Phase Fault),

故障点电阻:0.01欧姆;

故障点接地电阻:0.00 1欧姆;

转换状态:[l 0]；

转换时一间[0.01 0.04];

内部计时器的采样时间：0；

缓冲电阻:le6;

缓冲电容:inf;

测量:选抒测量故障点支路电压和支跻电流;

(4)显示模块:从SIMULINK 元件库SINKS 目录下选抒示波器(SCOPE)，分别改名为，

V- I:用于电少仪源出口处三相电流和电压的显示，输入轴为2;

V f-lf:用于故障点三相电流和电庄的显示。输入轴为1;

A 一Phaso Scqucncc:用于故障点A 相电流和电片的正序、负序和零序显示，输入轴为2;

(5)测量模块:从电路测量一起哭中选择万用表元件(MULTTMETER)和三相

序分量分析(3-Phase Sequence Analyzer）

万用表元件:将相应待测量加入万用表的测量量中:

三相序分量分析:基频频率:60Hz;谐波次数:1(基频);序量选择:所有序分量（Positive ,Negative and Zero）;

(6)其他模块:相应的接地元件、节点等，以及电力系统分析工具。

(7)仿真参数设置:一”电路图设计完成后，对其进行仿真，以达到观察短路接地电路中暂态变化情况，

开始时间：0s

停止时间：0.06s;

求解程序类型选项:可变步长，odel5s(stiff/NDF)

最大步长、最小步长、初始步长:auto ;

相对容差:1e-3;

绝对容差:auto;

3、仿真结果及波形分析

(l)三相短路:

将三相电路短路故障发生器中的故障相选抒三相故障都选抒，并选择故障相接地选项，万用表巾选择A相、B和和C和电流作为测量电气量，激活仿真按钮。仿真波形如下图:(途中，A相电流一黄色、B相电流一粉色、C相电流一蓝色;横坐标表示时问(单位S);纵坐标表示电流(单位A),所有图都是相同表示。)

由图2可以得出以下结论:在稳态时，故障利各相电流由于三利故障发生器处于断开状态，因而值都为0。在0.01s时，三相短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，故障点齐相电流发生变化，由于闭合时有初始输入量和初始状态量，因而故障点各相电流波形上升或者下降。在0.04s后，由于二相短路故障