高壓輸電線路故障仿真分析課程設(shè)計

1、<p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，電力系統(tǒng)的所有一次設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計制造缺陷等原因會發(fā)生如短路、斷線等故障。最常見同時也是最危險的故障時發(fā)生各種類型的短路。在發(fā)生短路時可能產(chǎn)生以下后果：</p><p>　　1.通過短路點的很大短路電流和所燃起的

2、電弧，使故障元件損壞。</p><p>　　2.短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用使其損壞或縮短其使用壽命。</p><p>　　3.電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，使大量的電力用戶的正常工作遭到破壞或產(chǎn)生廢品。</p><p>　　4.破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至使系統(tǒng)瓦解。</p><p>

3、　　而在分析解決事故故障時要不斷的實驗，在現(xiàn)實設(shè)備中很難實現(xiàn)，一是實際的條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來講也是不允許進(jìn)行實驗的?？紤]這兩種情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實際運行狀況的數(shù)字仿真工具十分重要，而MATLAB軟件中的SIMULINK是用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開發(fā)環(huán)境，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，為解決具體的工程問題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡潔的途徑。 </p><

4、;p>　　第二章 高壓輸電線路短路故障模型建立</p><p>　　2.1對MATLB和SIMULINK的簡單介紹</p><p>　　在建立仿真模型的過程中我們使用MATLAB軟件中的Simulation工具，下面對它們作簡單介紹。</p><p>　　2.1.1 MATLAB軟件</p><p>　　任何科學(xué)研究和工程設(shè)計，都無法離

5、開數(shù)學(xué)運算。從最初一個新的設(shè)計構(gòu)思到通過軟件進(jìn)行實際情況的模擬，再到應(yīng)用到具體的工程之中，大量反復(fù)的數(shù)學(xué)計算讓技術(shù)人員、科研人員費勁心思。其工作量之大往往消耗了大量的精力，但也許因為一個小小的計算失誤而前功盡棄。因而科研人員根據(jù)自己的工程編制了不同的計算程序，但是浪費了大量的人力、物力。MATLAB就是基于這種需要誕生的。在MATLAB的數(shù)值計算方面，提供了矢量、矩陣、數(shù)組、線性代數(shù)、函數(shù)與多項式、微積分等各方面的內(nèi)容。不管是科學(xué)研究還

6、是工程技術(shù)所涉及到的數(shù)值處理技術(shù)，MATLAB都給出了完善的解決方案。</p><p>　　MATLAB在科學(xué)研究個工程設(shè)計方面的另一個重要內(nèi)容，是推出了與數(shù)值處理聯(lián)系緊密的圖形繪制功能。眾所周知，圖形的直觀表示對于科學(xué)分析有著舉足輕重的作用。單憑數(shù)據(jù)的累計，技術(shù)人員和科研人員無法從繁蕪的數(shù)據(jù)中提取重要的信息。MATLAB的圖形處理功能對此進(jìn)行了完美的解決。</p><p>　　2.1.2

7、 SIMULINK/SimPowerSystems介紹</p><p>　　MATLAB軟件中的SIMULINK是用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開發(fā)環(huán)境，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性動態(tài)系統(tǒng)仿真工具。SIMULINK 專用元件庫包含以下一些子元件庫：Communications Blockset（通信元件庫）、DSP Blockset （數(shù)字信號處理元件庫）、SimPowerSystems（電

8、力系統(tǒng)元件庫）、Neural Network Blockset （神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)元件庫）等。這些元件庫為解決具體的工程問題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡潔的途徑，避免了用SIMULINK 提供的基本元件來構(gòu)造模型的繁瑣。</p><p>　　SimPowerSystems（電力系統(tǒng)元件庫）涵蓋了電路分析、電力電子、電力系統(tǒng)等電氣工程學(xué)科中基本元件的仿真模型。它包括：Electrical Sources（電力元件），Eleme

9、nts（線路元件），Power Electronics（電力電子元件），Machines（電機元件），Connectors（連接器元件），Measurements（電路測量儀器），Extras（附加元件），Demos（演示教程）和Powergui（電力圖形用戶接口）等元件。</p><p>　　2.2仿真模型的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，大多數(shù)故障時由于短路故障引起的。在

10、發(fā)生短路故障的情況下，電力系統(tǒng)從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)，產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象。</p><p>　　在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生短路有三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。</p><p>　　我們設(shè)定仿真模型使用理想三相電壓源作為電路的供電電源，使用分布參數(shù)輸電線路作為輸電線路，輸電線line1的長度為100km，輸電線路line2的長度為100km；使用三相電路短路故障發(fā)生器進(jìn)行不

11、同類型的短路。電壓源為Y接類型，輸電線路line2端為中性點接地。在Simulation菜單中選擇需要的各種元件、節(jié)點等，進(jìn)行合理放置并連接如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 恒定電壓源電路短路模型</p><p><b>　　2.3仿真參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　當(dāng)電路圖設(shè)計完成后，對其進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。</p>

12、;<p>　　（1）在前面設(shè)置三相電路短路故障發(fā)生器時，將接地短路的時間設(shè)置為[0.01 0.04]。根據(jù)接地短路發(fā)生時間設(shè)置仿真參數(shù)。</p><p>　?。?）在電路圖的菜單選項中，選擇Simulation菜單，激活Configuration Parameters命令，彈出Configuration Parameters對話框。</p><p>　　根據(jù)對暫態(tài)過程時間的

13、估算，對仿真參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置：</p><p>　　Start time: 0;</p><p>　　Stop time: 0.1;</p><p>　　Type: Variable-step,ode15s(stiff/NDF);</p><p>　　Max step size: auto;</p><p>　　Min

14、 step size: auto;</p><p>　　Intial step size:auto;</p><p>　　Relative tolerance: le-3;</p><p>　　Absolute tolerance:auto。</p><p>　　結(jié)束后還要對每個元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后才可以進(jìn)行仿真實驗。</p>

15、<p>　　第三章 簡單不對稱故障的分析計算</p><p>　　3.1 不對稱三相系統(tǒng)中的對稱分量法</p><p>　　對稱分量法：就是將一組不對稱的三相相量分解為三組對稱的三相相量，或者將三組對稱的三相相量合成為一組不對稱的三相相量的方法。對稱分量法的實質(zhì)是疊加定理在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，因此只適用于線性系統(tǒng)的分析。</p><p>　　在一個多相系統(tǒng)

16、中，如果各相量的絕對值相等，且相鄰兩相間的相位差相等，這就構(gòu)成了一組對稱的多相量。在三相系統(tǒng)中，任意不對稱的三相量只可能分為三組對稱分量，這三組對稱分量分別為：</p><p>　　（1）正序分量：三相量的正序分量大小相等，彼此相位互差120°，且與系統(tǒng)在正常對稱運行方式下的相序相同，這就是正序分量。此正序分量為一平衡三相系統(tǒng)，如圖3-1（a）所示（圖中的 可以為電動勢、電壓和電流）。正序分量通常又稱為

17、順序分量。</p><p>　?。?）負(fù)序分量：三相量的負(fù)序分量大小相等，彼此相位互差120°，且與系統(tǒng)在正常對稱運行方式下的相序相反，這就是負(fù)序分量。負(fù)序分量亦為一平衡三相系統(tǒng)，如圖3-1（b）所示。負(fù)序分量通常又稱為逆序分量。</p><p>　　（3）零序分量：是由大小相等，而相位相同的相量組成，如圖3-1（c）所示。</p><p>　?。╝）正序

18、分量 （b）負(fù)序分量 （c）零序分量</p><p>　　圖3-1 三相不對稱相量所對應(yīng)的三組對稱分量</p><p>　　在正序分量中恒有下列關(guān)系：， （3-1）</p><p>　　式中： （3-2）<

19、/p><p><b>　　顯然存在：，</b></p><p>　　在負(fù)序分量中恒有下列關(guān)系：， （3-3）</p><p>　　在零序分量中有： （3-4）</p><p>　　3.2 橫向不對稱故障的分析計算</p>

20、<p>　　現(xiàn)在以圖3-2所示的系統(tǒng)接線為例進(jìn)行討論。圖3-3給出了與之對應(yīng)的三序等值網(wǎng)絡(luò)圖。由圖3-3寫出基本方程如下（下標(biāo)k表示短路處的量）。</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　為從正序網(wǎng)絡(luò)故障端口看進(jìn)去的戴維南等值電動勢，其值為故障器前故障點的a相電壓。當(dāng)計算穩(wěn)態(tài)時，網(wǎng)絡(luò)中的電動勢用穩(wěn)態(tài)電動勢；當(dāng)計算暫態(tài)時網(wǎng)絡(luò)中的電動

21、勢用暫態(tài)電動勢或次暫態(tài)電動勢。</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)接線圖 圖3-3 正、負(fù)、零序等值網(wǎng)絡(luò)圖</p><p>　　為了使分析簡單清楚，假定短路是發(fā)生在理想的阻抗等于零的引線上，電流的正方向為由電源指向短路點，電壓的正方向則為故障點的每相指向地。</p><p>　　本節(jié)將討論單相接地短路、兩相短路以及兩相接地短路時故障

22、點的各序的電流、電壓分量以及各序的電流、電壓的計算方法及其向量圖的繪制?；谒x故障的具體情況，計算中均以a相作為基準(zhǔn)相。</p><p>　　3.2.1 單相接地短路</p><p>　　單相接地短路時，假定a相接地短路，短路處以相量表示的邊界條件方程為：</p><p>　?。?

23、 （3-6）</p><p>　　轉(zhuǎn)換為對稱分量關(guān)系：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　可見，單相接地短路時有零序電壓，同時也存在零序電流（在中性點直接接地的系統(tǒng)中）。由式（3-7）可知，A相接地短路時選基準(zhǔn)相為a相，故障點b相和c相的序電壓、序電流就沒有式（3-7）的簡單關(guān)系。同樣，b相接地時選基準(zhǔn)

24、相位b相，c相接地時選基準(zhǔn)相位c相，基準(zhǔn)相的序電壓、序電流具有式（3-7）的關(guān)系。</p><p>　　故障處以序分量表示的邊界條件指明了三序網(wǎng)絡(luò)在故障端k處的聯(lián)接方式。分析式（3-7），由于，所以正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)、零序網(wǎng)應(yīng)串聯(lián)。</p><p>　　同時因為+，故三個序網(wǎng)串聯(lián)后應(yīng)短接，畫出復(fù)合序網(wǎng)如圖3-4所示。由復(fù)合序網(wǎng)可求出故障處的各序電流和電壓。</p><p&g

25、t;　　圖3-4單相接地短路時的復(fù)合序網(wǎng)圖</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　（3-9）</b></p><p>　　短路處的各序功率為： （s=1,2,0） (3-10)</p><p>　　根據(jù)對稱分量的合成

26、公式，可得各相電流、電壓為：</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　由式（3-12）可得：</p><p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　式（3-1

27、3）說明，兩個非故障相電壓的幅值比M與其間的相位差與的比值有關(guān)。</p><p>　　因，作出電流相量關(guān)系如圖3-5（b）所示。</p><p>　　假定和得阻抗角相等（或為純電抗），由，可知，滯后的相位角為，滯后的相角為，又，作出故障點電壓相量圖如圖3-5（a）所示。圖中示出的電壓相量關(guān)系對應(yīng)的是的情況，根據(jù)式(3-13),此時。</p><p>　　圖3-5 單

28、相接地故障處電壓、電流相量圖</p><p>　　3.2.2 兩相短路</p><p>　　兩相短路時，假定在K點發(fā)生bc兩相短路。這種情況下以相量表示的邊界條件方程如下：；； （3-14）</p><p><b>　　轉(zhuǎn)換為對稱分量：</b></p>&

29、lt;p>　　可得： ， （3-15） </p><p>　　即： （3-16）</p><p>　　于是，以序分量表示的bc相短路的邊界條件為：</p><p>　??；

30、； （3-17）</p><p>　　應(yīng)當(dāng)注意，bc相短路時選基準(zhǔn)相為a相，故障點基準(zhǔn)相的序電流、序電壓才有式（3-17）的關(guān)系，b相和c相的序電流、序電壓就沒有這樣的關(guān)系。當(dāng)然ac相短路時選b相為基準(zhǔn)相，ab相短路時選c相為基準(zhǔn)相，其故障點的序電流、序電壓同樣有這一關(guān)系。</p><p>　　圖3-6所示系統(tǒng)的各序等

31、值網(wǎng)絡(luò)。圖3-6中k點bc兩相短路時，因，故零序網(wǎng)絡(luò)開路；又、，所以復(fù)合序網(wǎng)是正序網(wǎng)和負(fù)序網(wǎng)并聯(lián)而成的，如圖3-6（b）所示。</p><p>　　圖3-6 兩相短路時的序網(wǎng)及復(fù)合序網(wǎng)圖</p><p>　　由復(fù)合序網(wǎng)可求得： （3-18）</p><p>　　與之間的相位差為：

32、 （3-19）</p><p>　　由此可知，等于系統(tǒng)負(fù)序阻抗的阻抗角。</p><p>　　短路點的各序復(fù)數(shù)功率按下列式進(jìn)行計算：</p><p>　　正序功率： （3-20）</p><p>　　負(fù)序功率：

33、 （3-21）</p><p>　　式中 、-------------短路點的正序及負(fù)序電流的共軛值。</p><p>　　故障處的各相電流、電壓有序分量計算得：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>

34、　　（3-23）</b></p><p>　　當(dāng)時，由式（3-20）可知，此時有：</p><p><b>　　（3-24）</b></p><p>　　式中為同一故障點發(fā)生三相短路時的A相短路電流，。式（3-24）說明，如果故障點的（故障點遠(yuǎn)離電源），則兩側(cè)短路電流等于該點三相短路電流的倍。</p><p>

35、;　　3.2.3 兩相接地短路</p><p>　　兩相接地短路時，假定bc兩相接地短路。短路處以向量表示的邊界條件為：</p><p>　　，， （3-25）</p><p>　　轉(zhuǎn)換成對稱分量關(guān)系為： （3-26）</p><p>　　可

36、見，與單相接地情況相同，具有零序電壓，也有零序電流（在中性點直接接地的系統(tǒng)中）。另外，bc相接地短路故障時選基準(zhǔn)相為a相，自然，ca相相接地短路故障時選基準(zhǔn)相為b相，ab相接地短路故障時選基準(zhǔn)相為c相，與兩相短路時的基準(zhǔn)相選擇完全相同。</p><p>　　根據(jù)式（3-26）作出bc相接地的短路時的復(fù)合序網(wǎng)如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 兩相接地短路復(fù)合序網(wǎng)圖</p&

37、gt;<p>　　由復(fù)合序網(wǎng)可求得非故障相各序的電氣量如下：</p><p>　?。?-27） （3-28）</p><p>　　（s=1,2,0） （3-29）</p><p>　　各序分量求出來以后，根

38、據(jù)對稱分量的合成公式可求出故障處的各相電氣量：</p><p><b>　　（3-30）</b></p><p>　　當(dāng)、、為純電抗時，兩故障相電流為：</p><p>　?。?（3-31）</p><p>　　將，代入式（2-31），并將對其兩端取絕對值，經(jīng)整理后得：

39、 （3-32）</p><p>　　兩相接地短路時，流入地中的電流為： （3-33）</p><p>　　故障處的各相電壓為： （3-34）</p><p>　　圖3-9 兩相短路接地故障處電壓、電流相量圖</p><p>　　由作出電壓相量，如圖3-9（a）所示。假定和的阻抗角相等

40、（或為純電抗），根據(jù)，，可作出、相量；又因，故可作出相量，從而、可作出。同時，接地電流 也可作出。電流相量關(guān)系如圖3-9（b）所示。另外，分析式（3-30）可知，兩故障相電流、的幅值之比及其相位差與、的比值有關(guān)。圖中示出的電流相量關(guān)系對應(yīng)的是的情況，此時與的相位差。</p><p>　　第四章 故障仿真的波形分析</p><p><b>　　4.1三相短路分析</b>

41、;</p><p>　　在三相電路短路故障發(fā)生器參數(shù)中將三相故障同時選中，并選擇故障相接地選項。</p><p>　　設(shè)置完電路圖和仿真參數(shù)后，下面進(jìn)行電路仿真。激活仿真按鈕，查看仿真波形。</p><p>　?。?）故障點電流波形圖。選擇故障點A相電流，故障點B相電流和故障點C相電流，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點三相電流波形如圖4-1所示。</p&

42、gt;<p>　　圖4-1 故障點三相電流波形圖</p><p>　?。?）故障點電壓波形圖。選擇故障點A相電壓，故障點B相電壓和故障點C相電壓，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點三相電壓波形如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 故障點三相電壓波形圖</p><p>　　（3）電源端電流波形圖。在電源端輸出的電流信號，分別選擇A、B、C三

43、相電流作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則電流波形圖如圖4-3所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時，三相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流呈正弦變化。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生三相短路, 電流發(fā)生變化,A相電流波形整體上移；B相電流波形整體上移；C相波形整體下移。在0.04s時,三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障,此時三相電流波動恢復(fù)正弦變化。在三相短路期間，三相電流的波形比較變化，

44、A相電流和B相電流呈整體下降趨勢，C相電流呈整體上升趨勢，三相電流的幅值增大。</p><p>　　圖4-3 電源端三相電流波形圖</p><p>　　圖4-4 電源端三相電壓波形圖</p><p>　　（4）電源端電壓波形圖。激活仿真按鈕，則電流波形圖如圖4-4所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在三相短路過程中，電源端的三相電壓只有一些波動，但沒有發(fā)生顯著變化。&

45、lt;/p><p>　?。?）故障點A相電流序分量波形圖。選擇故障點A相電流、故障點B相電流和故障點C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點A相電流正序分量為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流正序分量波形如圖 4-5所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時故障點A相電流正序分量由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生三相短路。在故障點A相

46、電流正序分量發(fā)生變化,幅值迅速上升，相角下降，至大約-90deg時穩(wěn)定，在0.04s三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障，此時故障點A相電流正序分量的幅值下降，至0.06s時幅值為0；故障點A相電流正序分量的相角繼續(xù)下降，至0.06s時降為大約-180deg，然后波動穩(wěn)定到0。</p><p>　　圖4-5 故障點A相電流正序分量波形圖</p><p>　　圖4-6 故障點A相電

47、流負(fù)序分量波形圖</p><p>　　選擇故障點A相電流、故障點B相電流和故障點C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點A相電流負(fù)序分量為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流負(fù)序分量波形如圖4-6所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時故障點A相電流負(fù)序分量由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生三相短路。在故障點A相電流負(fù)序分量發(fā)生變

48、化,幅值正弦變化，穩(wěn)定在20V，相角大約180deg至-180deg之間線性下降。在0.04s三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障，此時故障點A相電流負(fù)序分量的幅值繼續(xù)變化，至0.06s時幅值為0；故障點A相電流負(fù)序分量的相角持續(xù)變化，在0.06s后波動穩(wěn)定到0。</p><p>　　圖4-7 故障點A相電流零序分量波形圖</p><p>　　選擇故障點A相電流、故障點B相電流和故

49、障點C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點A相電流零序分量為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流零序分量波形如圖4-7所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時故障點A相電流零序分量由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生三相短路。在故障點A相電流零序分量沒有顯著變化,幅值為0。在0.04s三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障，此時故障點A相電流零序分量

50、產(chǎn)生波動，穩(wěn)定在0；幅角也產(chǎn)生一些波動,穩(wěn)定為0。</p><p>　　選擇故障點A相電流、故障點B相電流和故障點C相電流作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形圖如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形圖</p><p>　　圖4-9 故障點A相電壓正序、負(fù)序和零序分量波形圖</p

51、><p>　?。?）故障點A相電壓序分量波形圖。選擇故障點A相電壓、故障點B相電壓和故障點C相電壓，作為測量電氣量。激活仿真按鈕,則故障點A相電壓正序、負(fù)序、零序分量波形圖如圖4-9所示。由波形圖可以得出如下結(jié)論：在發(fā)生三相短路時，正序分量和負(fù)序分量發(fā)生較大的變化，而零序分量幾乎沒有變化。</p><p>　　4.2 兩相短路接地分析</p><p>　　將三相電路短路

52、故障發(fā)生器參數(shù)中選擇為B相和C相故障，并選擇故障相接地選項。即發(fā)生B相和C相兩相短路接地故障。</p><p>　　設(shè)置完電路圖和仿真參數(shù)后，下面進(jìn)行電路仿真。激活仿真按鈕，查看仿真波形圖。</p><p>　?。?）故障點電流波形圖。 選擇故障點A相電流，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流波形如圖4-10所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：由圖形可以得出以下結(jié)論:在B相和C相發(fā)生兩

53、相短路接地時,故障點A相電流沒有變化,始終為0。</p><p>　　圖4-10 故障點A相電流圖 圖4-11 故障點B相電流圖</p><p>　　圖4-12 故障點C相電流圖 圖4-13 故障點A相電壓圖</p><p>　　選擇故障點B相電流，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，

54、則故障點B相電流波形如圖4-11所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時，故障點B相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流為0A。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生B相和C相短路接地,故障點B相電流發(fā)生變化,由于閉合時由初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而故障點B相電流波形上移，呈正弦波形變化。在0.04s時,三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障,此時故障點B相電流迅速上升為0A。</p>

55、<p>　　選擇故障點C相電流，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點C相電流波形如圖4-12所示。在穩(wěn)態(tài)時，故障點C相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流為0A。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生B相和C相兩相短路接地,故障點C相電流發(fā)生變化，由于閉合時由初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而故障點C相電流波形下移。在0.04s時，三相電路短路故障發(fā)生器打開，相當(dāng)于排除故障，此時故障點C相電流迅速

56、下降為0A。</p><p>　?。?）故障點電壓波形圖。選擇故障點A相電壓，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電壓波形如圖4-13所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：A相為非故障相，其電壓波形僅在兩相短路期間發(fā)生震蕩，但是波形不變。</p><p>　　選擇故障點B相電壓，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點B相電壓波形如圖4-14所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時，故障點B相電

57、壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電壓為正弦變化。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生B相和C相短路接地,故障點B相電壓發(fā)生變化,突變?yōu)?。在0.04s時,三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障,此時故障點B相電壓波動恢復(fù)正弦波形。</p><p>　　圖4-14 故障點B相電壓圖 圖4-15 故障點C相電壓圖</p>

58、;<p>　　選擇故障點C相電壓，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點C相電壓波形如圖4-15所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時，故障點C相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電壓為正弦波形。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生B相和C相短路接地,故障點C相電壓發(fā)生變化,突變?yōu)?。在0.04s時,三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障,此時故障點C相電壓波動恢復(fù)正弦波形。</

59、p><p>　?。?）故障點A相電流序分量波形圖。選擇故障點A相電流、故障點B相電流和故障點C相電流作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形如圖 4-16所示。可以看出，故障時，A相電流正序分量、負(fù)序分量的幅值變化較大，零序分量突變后變化不大。</p><p>　　圖4-16 故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形圖</p><p>　　（

60、4）故障點A相電壓序分量波形圖。</p><p>　　選擇故障點A相電壓、故障點B相電壓和故障點C相電壓作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電壓正序、負(fù)序和零序分量波形如圖4-17所示。故障時，A相電壓正序、負(fù)序和零序分量的幅值相同為20000V左右。從相角上看，A相電壓正序、負(fù)序和零序相同。</p><p>　　圖4-17 故障點A相電壓正序、負(fù)序和零序分量波形圖 </p

61、><p>　　4.3 單相接地短路分析</p><p>　　將三相電路短路故障發(fā)生器中的故障相選擇為A相故障,并選擇故障相接地選項。 </p><p>　　設(shè)置完電路圖和仿真參數(shù)后，下面進(jìn)行電路仿真。激活仿真按鈕，查看仿真波形圖。</p><p>　　圖4-18 單相故障點A相電流波形圖 圖4-19 單相故障點B相、C相電流波形圖</p

62、><p>　　（1）故障點電流波形圖。選擇故障點A相電流，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點A相電流波形圖如圖4-18所示。在穩(wěn)態(tài)時，故障點A相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電流為0A。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生A相接地短路,故障點A相電流發(fā)生變化,由于閉合時由初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而故障點A相電流波形上移。在0.04s時,三相電路短路故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除

63、故障,此時故障點A相電流迅速下降為0A。</p><p>　?。?）故障點電壓波形圖。選擇故障點A相電壓,作為測量電氣量。激活仿真按鈕,則故障點A相電壓波形圖如圖4-20所示。由圖形可以得出以下結(jié)論：在穩(wěn)態(tài)時，故障點A相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而電壓為正弦波形。在0.01s時,三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生A相接地短路,故障點A相電壓發(fā)生變化,突變?yōu)?。在0.04s時,三相電路短路

64、故障發(fā)生器打開,相當(dāng)于排除故障,此時故障點A相電壓波動恢復(fù)正弦波形。</p><p>　　圖4-20單相故障點A相電壓波形圖 圖4-21 單相故障點B相電壓波形圖</p><p>　　圖4-22 單相故障點C相電壓波形圖</p><p>　　選擇故障點B和C相電壓，作為測量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點B相和C相電壓波形如圖4-21和圖4-22

65、所示。由圖形可以得出以下結(jié)論:在A相短路，其B、C兩相的電壓波形應(yīng)為一對稱波形使得B、C兩相的電壓波形疊加在一起時成一角度。</p><p>　?。?）故障點A相電流序分量波形圖。選擇故障點A相電流、故障點B相電流、故障點C相電流作為電氣測量量，激活仿真按鈕，則故障點A相電流正序、負(fù)序、零序分量波形如圖4-23所示。</p><p>　　圖4-23 故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形圖

66、</p><p>　　由圖形可以得出，故障時,A相電流正序、負(fù)序和零序的幅值和相角是相同的。在穩(wěn)態(tài)時，故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時電路發(fā)生A相單相接地故障，故障點A相電流正序、負(fù)序和零序幅值緩慢波動上升，相角突變后，在大約90deg時穩(wěn)定。在0.04s時，三相電路短路故障發(fā)生器打開，此時電路排除故

67、障，故障點A相電流正序、負(fù)序和零序分量的幅值緩慢波動下降，在0.06s時穩(wěn)定在0，相角至0.06s時突變?yōu)榇蠹s-180deg，然后波動穩(wěn)定到0。</p><p>　　故障點A相電壓序分量波形圖。選擇故障點A相電壓、故障點B相電壓、故障點C相電壓作為電氣測量量，激活仿真按鈕，則故障點A相電壓正序、負(fù)序、零序分量波形如圖4-24所示。</p><p>　　圖4-24 故障點A相電壓正序、負(fù)

68、序、零序分量波形圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，在這種情況下，許多大型的電力科研實驗很難進(jìn)行，尤其是電力系統(tǒng)中對設(shè)備和人員等危害最大的事故故障，尤其是短路故障，而在分析解決事故故障時要不斷的實驗，在現(xiàn)實設(shè)備中很難實現(xiàn)，一是實際的條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來講也是不允許進(jìn)行實驗的?？?/p>

69、慮這兩種情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實際運行狀況的數(shù)字仿真工具十分重要，而MATLAB軟件中的SIMULINK是用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開發(fā)環(huán)境，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，為解決具體的工程問題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡潔的途徑。對故障模型進(jìn)行仿真的時候，可以體會到MATLAB強大的仿真能力，為電氣工作者提供了簡便、直觀、有效地仿真研究方法。</p><p><b

70、>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[2] 韓禎祥,吳國炎.電力系統(tǒng)分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[3] 吳天明.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004</p>&

71、lt;p>　　[4] 于永源,楊綺文.電力系統(tǒng)分析[M].北京：中國電力出版社，2007</p><p>　　[5] 何仰贊.電力系統(tǒng)分析[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[6]洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[7] 李曉明.現(xiàn)代高壓電網(wǎng)繼電保護原理[

72、M]. 第一版.北京：中國電力出版社,2005</p><p>　　[8] Nagrath I J, Kothari D R. Modern Power System Analysis, New Delhi：Tata McGraw-Hill Publishing Company,1989</p><p>　　[9] Elgred 0 I .Electric Energy Sys