基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真

1、電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目: 基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 班 級(jí): 13級(jí)電氣 1 班 姓 名: 田震 學(xué) 號(hào): 20131090124 日 期：2015年12月6日基于MATLAB的電力系統(tǒng)仿真 摘要：目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電能需求量的日益增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越龐大，超高壓遠(yuǎn)距離輸電、大容量發(fā)電機(jī)組、各種新型控制裝置得到了廣泛的應(yīng)用，這對(duì)于合理利用能源，充分挖掘現(xiàn)有的輸電潛力和保護(hù)環(huán)境都有重要意義。另一方面，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以城市為中心的區(qū)域性用電增長(zhǎng)越來(lái)越快，大電網(wǎng)負(fù)荷中心的用電容量越來(lái)越大，長(zhǎng)距離重負(fù)荷輸電的情況日益普遍，電力系統(tǒng)在人們的生

2、活和工作中擔(dān)任重要角色，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著人們的日常生活。從技術(shù)和安全上考慮直接進(jìn)行電力試驗(yàn)可能性很小，因此迫切要求運(yùn)用電力仿真來(lái)解決這些問(wèn)題。 電力系統(tǒng)仿真是將電力系統(tǒng)的模型化、數(shù)學(xué)化來(lái)模擬實(shí)際的電力系統(tǒng)的運(yùn)行，可以幫助人們通過(guò)計(jì)算機(jī)手段分析實(shí)際電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況，從而有效的了解電力系統(tǒng)概況。本文根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用MATLAB的動(dòng)態(tài)仿真軟件Simulink搭建了無(wú)窮大電源的系統(tǒng)仿真模型，得到了在該系統(tǒng)主供電線路電源端發(fā)生三相短路接地故障并由故障器自動(dòng)跳閘隔離故障的仿真結(jié)果，并分析了這一暫態(tài)過(guò)程。通過(guò)仿真結(jié)果說(shuō)明MATLAB電力系統(tǒng)工具箱是分析電力系統(tǒng)的有效工具。 關(guān)鍵詞：

3、電力系統(tǒng)；三相短路；故障分析；MATLAB仿真目錄一前言2二 無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建31.總電路圖的設(shè)計(jì)32.各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)定42.1供電模塊的參數(shù)設(shè)定42.2變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置42.3輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置52.4三相電壓電流測(cè)量模塊62.5三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置62.6三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊參數(shù)設(shè)置73.仿真結(jié)果7一前言：電力系統(tǒng)故障分析主要是研究電力系統(tǒng)中由于故障所引起的電磁暫態(tài)過(guò)程，搞清楚暫態(tài)發(fā)生的原因、發(fā)展過(guò)程及后果，從而為防止電力系統(tǒng)故障、減小故障損失提供必要的理論知識(shí)。電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障類(lèi)別比較多，一般可分為簡(jiǎn)單故障和復(fù)合故障。簡(jiǎn)單故障指的是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行

4、時(shí)某一處發(fā)生短路或斷相故障，而復(fù)合故障則是指兩個(gè)或兩個(gè)以上簡(jiǎn)單故障組合。在這些故障中，三相短路故障是電力系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的故障。本次通過(guò)對(duì)無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路仿真，來(lái)簡(jiǎn)要的介紹下MATLAB在電力系統(tǒng)故障分析中的應(yīng)用。短路問(wèn)題是電力技術(shù)方面的基本問(wèn)題之一。在發(fā)電廠、變電站以及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行工作中，都必須事先進(jìn)行短路計(jì)算和仿真，以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體、確定限制短路電流的措施、在電力系統(tǒng)中合理地配置各種繼電保護(hù)并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。為此，掌握短路發(fā)生以后的物理過(guò)程以及對(duì)短路過(guò)程的仿真計(jì)算方法是非常必要的。二 無(wú)窮大功率電源

5、供電系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建1.總電路圖的設(shè)計(jì)設(shè)線路參數(shù)為L(zhǎng)=50Km，；變壓器的額定容量,短路電壓，短路損耗,空載損耗，空載電流,變比,高低壓繞組均為Y形聯(lián)接；并設(shè)供電點(diǎn)電壓為110kV。其對(duì)應(yīng)的Simulink仿真模型如下：圖1 無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)的Simulink仿真圖表1 仿真電路中各模塊名稱(chēng)及提取路徑模塊名提取路徑無(wú)窮大功率電源10000MV/A，110kV SourceSimPowerSystems/Eletrical Sources三相并聯(lián)RLC負(fù)荷模塊5MWSimPowerSystems/Elements串聯(lián)RLC支路Three-PhaseSeries RLC BranchSimP

6、owerSystems/Elements雙繞組變壓器模塊Three-PhaseTransformerSimPowerSystems/Elements三相故障模塊 Three-Phase FaultSimPowerSystems/Elements三相電壓電流測(cè)量模塊 Three-Phase FaultSimPowerSystems/Measurements示波器模塊 ScopeSimulink/Sinks電力系統(tǒng)圖形用戶(hù)截面 PowerguiSimPowerSystems2.各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)定2.1供電模塊的參數(shù)設(shè)定圖2 供 圖2 供電模塊的參數(shù)設(shè)置2.2變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置變壓器T采用標(biāo)幺值，

7、則在Simulink的三相變壓器模型中，一次、二次繞組漏感和電阻的標(biāo)幺值以額定功率和一次、二次側(cè)各自的額定線電壓為基準(zhǔn)值，勵(lì)磁電阻和勵(lì)磁電感以額定功率和一次側(cè)額定線電壓為基準(zhǔn)值。 則一次側(cè)的基準(zhǔn)值為 二次側(cè)的基準(zhǔn)值為 因此，一次繞組漏感和電阻的標(biāo)幺值為 同理，,，,則變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置如下圖3所示： 圖3 采用標(biāo)幺值時(shí)變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置 2.3輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置輸電線路L采用“Three-Phase Series RLC Branch”模型。根據(jù)給定的參數(shù)計(jì)算可得： ， 輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置如下圖4所示：圖4 輸電線路模塊的參數(shù)設(shè)置2.4三相電壓電流測(cè)量模塊三相電壓電流測(cè)量模塊“Th

8、ree-PhaseV-1 Measurement”將在變壓器低壓側(cè)測(cè)量到的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成Simulink信號(hào)，相當(dāng)于電壓、電流互感器的作用，其參數(shù)設(shè)置如下圖5所示。 圖5 三相電壓電流測(cè)量模塊2.5三相線路故障模塊參數(shù)設(shè)置仿真時(shí)，故障點(diǎn)的故障類(lèi)型等參數(shù)采用三相線路故障模塊“Three-Phase Fault”來(lái)設(shè)置，如圖6所示。該模塊參數(shù)區(qū)域中的主要選項(xiàng)說(shuō)明如下： 1）Phase A Fault、Phase B Fault和Phase C Fault用來(lái)選擇短路故障相。 2）Fault resistaances 用來(lái)設(shè)置短路點(diǎn)的電阻，此值不能為零。 3）Ground Fault 選項(xiàng)用來(lái)

9、選擇短路故障是否為短路接地故障。 4）Ground resistances 當(dāng)故障類(lèi)型是短路接地故障時(shí)顯示該項(xiàng)，用來(lái)設(shè)置接地故障時(shí)的 大地電阻。 5）External control of fault timing可以添加控制信號(hào)來(lái)控制該模塊故障的啟動(dòng)和停止。 6）Transition status和Transition times用來(lái)設(shè)置轉(zhuǎn)換狀態(tài)和轉(zhuǎn)換時(shí)間；其中，Transition status表示故障開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，通常用“1”表示閉合，“0”表示斷開(kāi)；Transition times表示故障開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間；并且每個(gè)選項(xiàng)都有兩個(gè)數(shù)值，而且它們是一一對(duì)應(yīng)的。 7）Snubbers resistance和snubbers Capacitance用來(lái)設(shè)置并聯(lián)緩沖電路中的過(guò)渡電阻和過(guò)渡電容。 8）Measurements 用來(lái)選擇測(cè)量量。