课程设计说明书
题目名称：基Matlab电力系统障分析仿真
系 部： 电力工程系
专业班级： 电气工程
学生姓名：
学 号
指导教师：
完成日期： 2018年X月X日
XX学院
课程设计评定意见
设计题目 基Matlab电力系统障分析仿真
系 部 电力工程系_________ 专业班级 电气工程
学生姓名______________ 学生学号
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）： 年 月 日
（页背书）
评定意见参考提纲：
1学生完成工作量容否符合务书求
2学生勤勉态度
3设计说明书优缺点包括：学生理知识掌握程度实践工作力表现出创造性综合应力等
XX学院
电力工程 系课程设计务书
20172018学年 1 学期 2018年 1月 X 日
专业
电气工程动化
班级
电气工程1
课程名称
电力系统仿真
设计题目
基Matlab电力系统障分析仿真
指导教师
起止时间
201818
2018119
周数
2
设计点
实验楼
设计目：
次设计旨学掌握电力系统仿真基方法通MATLABSIMULINK仿真软件学专业知识技够灵活运包括电力系统建模参数设置短路障设置潮流计算结果分析波形调试等建模仿真数分析工程系统分析等方面培养提高解决实际电力系统短路潮流计算力电力系统综合分析力
设计务技术指标：
1 原始资料分析
2 通MATLABSIMULINK软件建立电力系统仿真模型
3 参数短路障设置仿真调试
4 观察短路点短路类型时电压电流波形
5 潮流计算结果处理功率损耗分析等
设计进度求：
第1天：资料分析参考相关设计手册规范电力技术标准
第23天：根实际电力系统建立仿真模型
第45天：元件参数设置调试
第67天：短路点短路类型设计
第89天：仿真调试运行结果处理分析
第1011天：短路短路类型情况电压电流波形分析潮流计算结果分析
第1213天：设计说明书撰写修改完善
第14天：答辩交合格报告
参考书参考资料：
[1] 群MATLABSimulink电力系统建模仿真[M]北京：机械工业出版社2011
[2] 梁志瑞电力系统课程设计参考资料[M]保定：华北电力学出版社2004
[3] 傅知兰电力系统电气设备选择计算[M]北京：中国电力出版社2004
[4] 熊信银发电厂电气部分[M]北京：中国电力出版社2009
[5] 李献MATLABSimulink系统仿真[M]北京：清华学出版社2017
教研室（签名） 系（部）（签名）
摘
次设计介绍电力系统障分析方法MatlabSimulink基特点通算例电力系统障进行分析计算然算例运MatlabSimulink进行电力系统障仿真出仿真结果电力系统障分析计算结果Matlab仿真分析结果进行较出结结果表明运Matlab电力系统障进行分析仿真够准确直观考察电力系统障动态特性验证Matlab电力系统仿真中强功
关键词：电力系统障Matlab仿真
目录
1 引言 1
11电力系统障分析基知识 1
111障概述 1
112障类型 1
113 障概率 1
12 电力系统障诊断技术 2
2 仿真软件 4
21 Matlab简介 4
（1）友工作台编程环境 4
（2）简单易程序语言 4
（3）强科学计算机数处理力 5
（4）出色图形处理功 5
（5）应广泛模块集合工具箱 5
（6）实程序接口发布台 5
（7）应软件开发（包括户界面） 6
22 Simulink简介 6
3 电力系统障计算基原理 8
31 短路计算基原规定 8
32 短路点选择原确定 9
321 短路点选择原 9
322 短路点选择 9
33短路电流计算 9
331计算基步骤 9
332短路计算 10
4 电力系统障仿真 12
41 概述 12
42 电力系统元件模型 12
421步发电机 12
422 三相π型线路功模块（3Phase PI Section） 13
423 联RLC负荷模块（Elements） 14
424 三相障模块（3phase Fault） 14
425 变压器模块 15
43 电力系统障仿真 16
431 算例图 16
432 模型建立步骤参数设置 17
44 仿真结果分析 27
441 仿真结果 27
442 结果分析 28
总 结 29
致 谢 30
参考文献 31
1 引言
11电力系统障分析基知识
111障概述
短路电力系统严重障谓短路指切正常相相间相（中性点接系统）发生系统通路情况
电力系统运行中相相间相（中性线）间发生非正常连接（短路）时流电流值远远额定电流取决短路点距电源电气距离例发电机端发生短路时流发电机短路电流瞬时值达额定电流10～15倍容量电力系统中短路电流达数万安会电力系统正常运行造成严重影响果
供电网络中发生短路时短路电流会电器设备热受电动力作遭损坏时网络电压降低破坏网络电设备正常工作消减轻短路果需计算短路电流正确选择电器设备设计继电保护选限制短路电流元件
112障类型
三相系统中发生短路 4 种基类型：三相短路两相短路单相短路两相短路中三相短路时三相回路旧称称称短路外余三类均属称短路中性点接电力网络中相短路障约占全部障90％中性点非直接接电力网络中短路障种相间短路表11出种短路简略记号
短路类型
示意图
代表符号
三相短路
二相短路
单相短路
二相短路接
表11 短路简略记号
113 障概率
运行验指出架空输电线电力系统中较薄弱环节发生短路率高国某电力系统年统计出范围发生短路障相次数列出表12
线路范围
发生率
110kV线路
容量6000kW发电机
110kV变压器
110kV母线
780
75
65
80
表12 范围发生短路障率
短路类型
发生率
三相短路
二相短路
二相短路接
单相短路
5
4
8
83
表13 110kV线路种类型短路障率
表13中数字中出单相短路率占压倒性数国外运行验证明点三相短路率说明三相短路关紧相反三相短路应该加重视三相短路情况严重时断电力系统短路情况工作性起着决定性作外研究三相短路重分析计算称短路时称短路成某种假定三相短路处理
12 电力系统障诊断技术
早 1982年 8月美国电力研究 (EPRI)便开始火电站设备早期障检测工作 10年努力电站性监测诊断方面 EPRI直处领先位外美国西屋公司 1976年开始电站线计算机诊断工作 1980年投入型电机诊断系统1981年进行电站工智障诊断专家系统研究1984年应现场1990年发展成型电站线监测诊断系统 (AID)汽轮发电机组智化障诊断专家系统国障诊断技术方面研究起步较晚开始20世纪70年代末落国外少 2030年历史基引进国外先进技术基础进行消化吸收发展起第阶段起步阶段 1979年 1990年约 10年时间阶段特点认识设备诊断技术重性设备诊断技术基础理研究十分活跃阶段快速傅里叶变换谱分析信号处理等技术基础设备状态监测技术目标第二阶段发展阶段 1991年开始 90年代末国工业建设迅速发展背景现代化理需前提出现诊断技术迅速发展局面阶段障分类模式识智化专家系统计算(障树计算模糊逻辑计算神网络计算基计算等 )基础全方位开展设备障诊断研究理生产应形成具国特点障诊断理研制出国际接轨型设备状态监测障诊断系统
电力系统障诊断年十分活跃研究课题传统型研究建立诊断系统网络拓扑结构模型基础根发生障时系统结构参数变化导致系统潮流变化进根潮流计算变化判断出障传统数学方法采单集中求解系统规模复杂程度确定素等限制难适应目前电力系统样日趋复杂分布式系统障诊断问题发展趋势系统障诊断难达理想效果目前研究电力系统障诊断方法采智化方法十年障诊断技术深入广泛研究提出众行方法概括起分三类：
基解析模型方法解诊断象数学模型基础定数学方法测信息进行处理判断分状态估计法等价空间法参数估计法等基解析模型障诊断方法早发展起思想通构造观测器估计出系统输出然输出测量值作较中获障信息建模困难模型身误差种预见素 (系统发生障时仅引起模型参数变化引起模型结构变化种变化确定 )影响诊断准确性
基信号处理方法利信号模型相关函数频谱回滑动均波变换等直接分析测信号提取诸方差幅值频率等特征值检测出障种方法需建立象解析数学模型实现简单工程具广泛应种方法障发展相程度影响外部特征时效障范围做出粗略判断数情况直接定位障
基知识诊断方法类方法优点赖具体数学模型克服基信号处理障诊断方法缺点引入诊断象许信息具较丰富灵活知识表达问题求解力充分发挥类专家诊断中根感觉知识验进行推理判断力适合种场合障判基知识障诊断方法身具优点已成障诊断领域中方法仅进行离线障诊断线障诊断障处理电力系统中类方法开发研究引瞩目类课题国外量文献介绍基知识诊断方法电网络障诊断中应年般报警信息处理常见简单障诊断问题已较解决
着电网建设发展计算机技术网络技术数学智科学理发展断新电网障诊断方法出现电力系统障诊断理方法研究应深度广度清晰研究停留理模型探索阶段基没非常成功成型实系统实化方面直未太发展发表文献电网障诊断系统托调度端变电站分利调度 SCADA系统实时信息站综合百动化系统收集信息实现着系统计算机网络技术发展障录波专网络建设发展基障录波信息障诊断系统系统建设障相关障信息例保护装置信息录波器信息雷电定位信息监控装置信息等进行采集传输存储处理电网障处理提供信息支持宝贵信息新电网障诊断方法提供基础拓展电网障诊断研究方电网障诊断理实化程中必须充分重视信息收集整理工作包括障诊断数仓库构建障综合信息预处理诊断知识提取等2 仿真软件
21 Matlab简介
MatlabMathematicaMaple称三数学软件数学类科技应软件中数值计算方面首屈指Matlab进行矩阵运算绘制函数数实现算法创建户界面连接编程语言程序等应工程计算控制设计信号处理通讯图处理信号检测金融建模设计分析等领域
Matlab基数单位矩阵指令表达式数学工程中常形式十分相似Matlab解算问题CFORTRAN等语言完成相事情简捷mathwork吸收Maple等软件优点Matlab成强数学软件新版中加入CFORTRANC++ Java支持直接调户编写实程序导入Matlab函数库中方便调外许Matlab爱者编写典程序户直接进行载
Matlab特点：
(1)高级语言技术计算
(2)开发环境代码文件数进行理
(3)交互式工具迭代方式探查设计求解问题
(4)数学函数线性代数统计傅立叶分析筛选优化数值积分等
(5)二维三维图形函数视化数
(6)种工具构建定义图形户界面
(7)种函数基Matlab算法外部应程序语言（ CC++FortranJavaCOM Microsoft Excel）集成[2]
(8)支持写输入核仅仅支持写
Matlab优势：
（1）工作台编程环境
Matlab系列工具组成工具方便户Matlab函数文件中许工具采图形户界面包括Matlab桌面命令窗口历史命令窗口编辑器调试器路径搜索户浏览帮助工作空间文件浏览器着Matlab商业化软件身断升级Matlab户界面越越精致更加接Windows标准界面机交互性更强操作更简单新版Matlab提供完整联机查询帮助系统极方便户简单编程环境提供较完备调试系统程序必编译直接运行够时报告出现错误进行出错原分析
（2）简单易程序语言
Matlab高级矩阵阵列语言包含控制语句函数数结构输入输出面象编程特点户命令窗口中输入语句执行命令步先编写较复杂应程序（M文件）起运行新版Matlab语言基流行C＋＋语言基础语法特征C＋＋语言极相似更加简单更加符合科技员数学表达式书写格式更利非计算机专业科技员种语言移植性拓展性极强Matlab够深入科学研究工程计算领域重原
（3）强科学计算机数处理力
Matlab包含量计算算法集合拥600工程中数学运算函数方便实现户需种计算功函数中算法科研工程计算中新研究成果前种优化容错处理通常情况代底层编程语言CC++ 计算求相情况Matlab编程工作量会减少Matlab函数集包括简单基函数诸矩阵特征量快速傅立叶变换复杂函数函数解决问题致包括矩阵运算线性方程组求解微分方程偏微分方程组求解符号运算傅立叶变换数统计分析工程中优化问题稀疏矩阵运算复数种运算三角函数初等数学运算维数组操作建模动态仿真等
（4）出色图形处理功
Matlab产生日起具方便数视化功量矩阵图形表现出图形进行标注印高层次作图包括二维三维视化图象处理动画表达式作图科学计算工程绘图新版Matlab整图形处理功作改进完善仅般数视化软件具功（例二维曲线三维曲面绘制处理等）方面更加完善软件没功（例图形光处理色度处理四维数表现等）Matlab样表现出色处理力时特殊视化求例图形话等Matlab相应功函数保证户层次求外新版Matlab着重图形户界面（GUI）制作作改善方面特殊求户满足
（5）应广泛模块集合工具箱
Matlab许专门领域开发功强模块集工具箱般说特定领域专家开发户直接工具箱学应评估方法需编写代码目前Matlab已工具箱延伸科学研究工程应诸领域诸数采集数库接口概率统计样条拟合优化算法偏微分方程求解神网络波分析信号处理图处理系统辨识控制系统设计LMI控制鲁棒控制模型预测模糊逻辑金融分析图工具非线性控制设计实时快速原型半物理仿真嵌入式系统开发定点仿真DSP通讯电力系统仿真等工具箱（Toolbox）家族中席
（6）实程序接口发布台
新版Matlab利Matlab编译器CC++数学库图形库Matlab程序动转换独立Matlab运行CC++代码允许户编写Matlab进行交互CC++语言程序外Matlab网页服务程序容许Web应中Matlab数学图形程序Matlab重特色具套程序扩展系统组称工具箱特殊应子程序工具箱Matlab函数子程序库工具箱某类学科专业应定制包括信号处理控制系统神网络模糊逻辑波分析系统仿真等方面应
（7）应软件开发（包括户界面）
开发环境中户更方便控制文件图形窗口编程方面支持函数嵌套条件中断等图形化方面更强图形标注处理功包括性起连接注释等输入输出方面直接ExcelHDF5进行连接
22 Simulink简介
SimulinkMatlab重组件提供动态系统建模仿真综合分析集成环境该环境中需量书写程序需通简单直观鼠标操作构造出复杂系统Simulink具适应面广结构流程清晰仿真精细贴实际效率高灵活等优点基优点Simulink已广泛应控制理数字信号处理复杂仿真设计时量第三方软件硬件应求应Simulink
SimulinkMatlab中种视化仿真工具 种基Matlab框图设计环境实现动态系统建模仿真分析软件包广泛应线性系统非线性系统数字控制数字信号处理建模仿真中Simulink连续采样时间离散采样时间两种混合采样时间进行建模支持速率系统系统中部分具采样速率创建动态系统模型Simulink提供建立模型方块图图形户接口(GUI) 创建程需单击拖动鼠标操作完成提供种更快捷直接明方式户立系统仿真结果
Simulink动态系统嵌入式系统领域仿真基模型设计工具种时变系统包括通讯控制信号处理视频处理图处理系统Simulink提供交互式图形化环境定制模块库进行设计仿真执行测试
构架Simulink基础产品扩展Simulink领域建模功提供设计执行验证确认务相应工具SimulinkMatlab 紧密集成直接访问Matlab量工具进行算法研发仿真分析视化批处理脚创建建模环境定制信号参数测试数定义
Simulink特点：
（1）丰富扩充预定义模块库
（2）交互式图形编辑器组合理直观模块图
（3）设计功层次性分割模型实现复杂设计理
（4）通Model Explorer 导航创建配置搜索模型中意信号参数属性生成模型代码
（5）提供API仿真程序连接手写代码集成
（6）Embedded Matlab™ 模块Simulink嵌入式系统执行中调Matlab算法
（7）定步长变步长运行仿真根仿真模式(NormalAcceleratorRapid Accelerator)决定解释性方式运行编译C代码形式运行模型
（8）图形化调试器剖析器检查仿真结果诊断设计性异常行
（9）访问Matlab结果进行分析视化定制建模环境定义信号参数测试数
3 电力系统障计算基原理
31 短路计算基原规定
电力系统三相短路计算短路电流周期分量计算定电源电势时实际稳态交流电路求解
电力系统短路电流工程计算中许实际问题解决（电网设计中电气设备选择）需十分精确结果产生似计算方法似计算中系统元件模型标值参数计算做简化处理元件模型方面忽略发电机变压器输电线路电阻计输电线路电容略变压器励磁电流（三相三柱式变压器零序等值电路外）负荷忽略计做似估计标值参数计算方面选取级均电压做基准电压时忽略元件(电抗器外)额定电压变压器标变等1外时假定发电机电势具相相位加元件仅电抗表示避免复数运算短路电流计算简化直流电路求解
短路计算目选择导体电器进行相关校验
基假定：短路电流实计算中采假设条件原：
正常工作时三相系统称运行
电源电动势相位角相
系统中步异步电机理想电机考虑电机饱磁滞涡流导体集肤效应等影响转子结构完全称定子三相绕组空间相差120°电气角
电力系统中原件磁路饱带铁芯电气设备电抗值电流变化
电力系统中电源额定负荷运行中50负荷接高压母线50负荷接系统侧
步电机具动调整励磁装置（包括强行励磁）
短路发生短路电流值瞬间
考虑短路点电弧阻抗变压器励磁电流
计算短路电流衰减时间常数低压网络短路电流外元件电阻略计
元件计算参数均取额定值考虑参数误差调整范围
输电线路电容略计
概率统计法制定短路电流运算曲线
般规定：
（1）验算导体电器动稳定热稳定电器开断电流短路电流应工程设计规划容量计算考虑电力系统远景发展规划（般期工程建成5～10年）确定短路电流时应发生短路电流正常接线方式应仅仅切换程中列运行接线方式
（2）电气网络中应考虑具反馈作异步电动机影响
（3）选择导体电器时带电抗器回路计算短路点应选择正常接线方式时短路电流点加装电抗器6～10KV出线厂分支线回路母线母线隔离开关间隔板前引线套计算短路点应选择电抗器前余导体电器计算短路点般选择电抗器
（4）导体电器动稳定热稳定电器开断电流般三相短路验算发电机出口两相短路中性点直接接系统耦变压器等回路中单相两相接短路较三相严重时应严重情况计算
32 短路点选择原确定
321 短路点选择原
短路计算点指正常接线方式时通电器设备短路电流点选短路点定种短路类型严重情况应样出变压器中性点入电流算出进行接电阻允许值计算般止选择短路点通常选择2～3分进行计算然计算结果进行较
322 短路点选择
该系统中选择220kV高压侧母线 220kV高压侧母线间（图31）
图 31 步发电机三相短路系统算例图
33短路电流计算
331计算基步骤
计算基程：
（1）选择短路点
（2）画出计算等值网络利标幺值计算：
①基准值选取
②种标幺值计算
③元件电抗编号
（3）网络化简求转移电抗
（4）求相应计算电抗Xjs （31）
（5） 求短路电流名值 （32）
332短路计算
（1）假设电力系统三相短路中已知参数：
（2）系统参数标幺值化：
图32 系统等值电路图
（3）该电路图三角星化图33：
图 33 网络三角化星图
中：
（4）星型图继续简化图34：
图34 化简合电路图
（5）计算短路电流：
4 电力系统障仿真
41 概述
电力系统仿真短路类型中三相短路两相短路单相接短路电流机端电压波形进行分析利Matlab软件中电力系统模块库(PSB)建立步发电机穷系统模型电力系统设备设计选定参考价值时电压电流波形直观解便建立系统观念
42 电力系统元件模型
421步发电机
（1）步发电机基方程参数等值电路
①．回路电压方程
定子回路： (41)
(42)
正电流产生负磁链
(43)
(44)
转子回路： （负载反电势） (45)
Ｄ绕组： (46)
Ｑ绕组： (47)
分块矩阵形式简写：
(48)
(49)
②．磁链方程
结：步发电机凸极气隙均匀转子步旋转Lss周期变化时变参数LSRLRS必然周期变化时变参数abc坐标制步发电机基方程时变系数微分方程
（2）步电机Simulink 模型
电机元件库中步电机模型五两简化模型实名制原理模型标值原理模型标值标准模型原理模型标准模型属性参数参数意义分讲述：
① Rotor type指转子绕组形式选凸极（salientpole）者隐极（round）
② Intial conditions 设置电机初始速度偏差转子电气角度线电流幅值相角初始励磁电压
③ Simulink saturation 确定转子电磁饱度定子铁芯饱参数果选择该项参数属性参数话框会增加栏Saturation parameters设置项
标准模型中两项拉选项d轴时间常数q轴时间常数分确定述时间常数转子短路时设置转子开路时设置步电机模型输入端包括两：
机械功率（Pm）发电机模式该输入正常数者参数者原动机模块输出电动模式该输入通常负常数者函数
二励磁电压（Vf）发电机模式般励磁调节器提供电动模式通常常量
步电机输出端包括三相输出端子（ABC）测量端子（m）通测量端子观测步电机电压电流功率转子等22物理变量值
422 三相π型线路功模块（3Phase PI Section）
三相π型线路构建电力系统模拟输电仿真模型时常功模块电阻电感电容构成参数设置类似串联RlC支路模块设置电阻电感电容值单位输电线长度时参数值π型线路功模块属性参数话框中需设置输电线路长度值
三相π型线路模块言电感电阻电容值属性参数设置框中包括：（1）频率（2）正序零序电阻值（3）正序零序电容值（4）输电线路长度值参数话框图41：
图 41 三相π型线路模块参数
423 联RLC负荷模块（Elements）
联RLC负荷模块（Parallel RLC Load）提供电阻电感电容联连接构成功模块通设置电阻电感电容具体值改变该支路等效阻抗参数话框图42示：
图 42 联RLC负荷模块参数
424 三相障模块（3phase Fault）
三相障模块提供种编程相间（phasetophase）（phasetoground）障断路器中三相障模块三独立断路器模拟种者相间障模型参数话框图43示：
图 43三相障模块参数
三相障模块中断路器开通关断时间Simulink 外部信号（外部控制模式）者部控制定时器（部控制模式）控制
果设计接障接电阻（Ground resistance）Rg动设置10举例说明：设置AB相间短路障模型时需设置A相障B相障属性参数设置A相接障模型时需时设置A相障接障属性参数指定接电阻值需注意：
① 果三相障模块设置外部控制（External control）模式时模块封装图表中会出现控制输入端连接输入端控制信号必须0者1类脉信号（中0表示断开断路器1表示闭合断路器）
② 三相障模块设置部控制模式（internal control mode）时开关时间（switching times）开关状态均该模块属性参数话框中进行设置
425 变压器模块
（1）变压器模块
变压器模块变换交流电压电流阻抗器件初级绕组中通交流电流时铁心（磁心）中便产生交流磁通次级线圈中感应出电压（电流）变压器铁心（磁心）绕组组成绕组两两绕组中介电源绕组初级绕组余绕组次级绕组电源相数分变压器单相三相相种形式重特性参数
①工作频率：变压器铁心损耗频率关系应根频率设计频率称工作频率
②额定频率：规定频率电压变压器长期工作超规定温升输出功率
③额定电压：指变压器绕组允许施加电压工作时该电压
④电压：指变压器初级电压次级电压值空载电压负载电压区
⑤空载电流：变压器次级开路时初级定电流部分电流称空载电流
⑥空载损耗：指变压器次级开路时初级测功率损耗损耗铁心损耗
次空载电流初级绕组铜祖产生损耗（铜损）部分消耗
⑦效率：指次级功率初级功率值百分通常变压器额定功率越效率越高
（2）标值参数系统介绍
便工业应通常名值转换标值需知道相应绕组额定功率（ P单位VA）额定电压（V单位V）额定频率（f单位Hz）绕组电阻电抗标值定义：
(411)
(412)
(413)
(414)
式中：VPf分次绕组额定电压额定功率额定频率
（3）双绕组三相变压器
双绕组三相变压器两绕组接成种形式星形Y带中性线星形Yn星形接Yg三角形（超前星形30°）通该功模块
双绕组三相变压器需设置参数：变压器额定功率频率绕组电压两绕组漏抗电阻激磁电感激磁电阻该功模块属性参数话框中否考虑铁芯饱情况选项Saturable core选项完成
选定Saturable core选项时该属性参数话框中便会动增加栏饱特性参数设置栏（saturation charateristic）设置该变压器模块饱特性时会出现两复选框Simulate hysteresisSpecify initial fluxes前者决定否进行磁滞饱仿真者设置初始磁通
43 电力系统障仿真
431 算例图
根电力系统典型接线建立含障电力系统算例图图31示
432 模型建立步骤参数设置
根含障电力系统算例图建立仿真模型图图44图45图46示：
图44 电力系统三相短路系统仿真
图45 步发电机Area子系统
图46 PSS控制系统子系统
图47穷子系统
（1）Simuink窗口File菜单中选择New命令创建untitled空白文件窗口
（2）开SimPowerSystems窗口Elements中ThreePhase Breaker该模块库中拷贝untitled窗口参数设置图48：
图48 ThreePhase Breaker参数
（3）模块拷贝untitled窗口中中Distributed Parameters Line Threephase参数分图49：
图49 Distributed Parameters Line Threephase参数
（4）建立含步发电机系统Area：
①创建untitled空白文件窗口
②SimPowerSystemsMachines中引入Machines Measurement Demux模块Steam Turbine and Governor模块Excitation System模块分命名Machine 1 Measurement DemuxSTGEXCITATION参数图410图411图412：
图410 Machines Measurement Demux模块参数 图411 Steam Turbine and Governor模块参数
图412 Excitation System模块参数
③SimPowerSystemsMachines中引入MultiBand Power System Stabilizer模块两Generic Power System Stabilizer分命名MBPSSDelta w PSS(Kundur)Delta Pa Pss参数图413图414：
④模块拷贝中连接入图46示：
⑤全部选中图示功模块鼠标右键点击选功模块中意功模块弹出话框→点击Create Subsystem（创建子系统）→点击该子系统模块名称Subsysterm重新命名M1：Turbine&Regulators
图413 MultiBand Power System Stabilizer模块参数
图414 Generic Power System Stabilizer模块参数
（5）M1：Turbine&Regulators系统复制命名M2Turbine&Regulators
（6）建立励磁发电机子系统
①创建空白文件窗口命名Area 1
②M1：Turbine&Regulators M2：Turbine&Regulators拷贝中
③SimPowerSystemsMachines中引入两Synchronous Machine分命名M1 900MVAM2 900MVA参数设置分图415：
图415 Synchronous Machine模块参数
④SimePowerSystemsElements中引入两ThreePhase Transformer模块分命名T1900MVA29kV230kVT2900MVA29kV 230kV参数设置图416：
图416 ThreePhase Transformer模块参数
⑤SimePowerSystemsElements中引入两ThreePhase PI Section Line模块分命名25km Area 110 km Area1参数设置图417：
⑥SimePowerSystemsElements中引入两ThreePhase Parallel RLC Load模块分命名967MW100MVAR187MVAR200MVAR参数分图418：
图417 ThreePhase PI Section Line模块参数
⑦模块引入建立图45模型：
⑧全部选中图示功模块鼠标右键点击选功模块中意功模块弹出话框→点击Create Subsystem（创建子系统）→点击该子系统模块名称Subsysterm重新命名Area
图418ThreePhase Parallel RLC Load模块参数
（7）建立穷电网模型
①SimPowSystems模块库Source中选3phase Source功模块命名12000MVA110kV关键参数设置方法图419示：
图419 3phase Source功模块参数
②SimPowerSystems模块库中开Element模块库选中3phase parallel RLC load功模块命名Load 500MW属性参数设置话框图420：
图420 3phase parallel RLC load功模块参数
③两模块图47连接模块封装成子系统命名infinity
（8）Area Infiniti两子系统拷入初建立untitled空白文件系统建立图3系统
（9）设置Powergui参数：
①Steady State Voltages and Currents参数设置图421：
图421Steady State Voltages and Currents参数
②Initial States Setting选项参数设置图422：
图422 Initial States Setting选项参数
③Load Flow and Machine Initialization选项参数设置图423：
图423 Load Flow and Machine Initialization选项参数
④设置均默认设置做改动
（10）该仿真模型文件保存lhymdl
44 仿真结果分析
441 仿真结果
建立图45示Simulink仿真模型仿真参数设置便执行仿真图422设置图424~图427出仿真波形
图424 发生三相障时机端电流波形
图425 发生三相障时机端电压波形
图426 发生三相障时短路点电流波形
图427 发生三相障时短路点电压波形
442 结果分析
（1）发生三相短路时机端点仿真结果分析
发生三相短路时电力系统机端点仿真结果图424图425包含机端三相电压电流波形图形出结：稳态时障相相电流三相短路障发生器处断开状态电流0电压稳定值005秒时三相短路障发生器闭合时电路发生三相短路机端短路电流急剧增机端相电压降01s时三相短路障发生器开相排障时障点相电流迅速降
（2）发生三相短路时障点仿真结果分析
发生三相短路时电力系统障点仿真结果图426图427包含机端三相电压电流波形图形出结：稳态时障相相电流三相短路障发生器处断开状态电流0电压稳定值005秒时三相短路障发生器闭合时电路发生三相短路机端短路电流急剧增机端相电压降零01s时三相短路障发生器开相排障时障点相电流迅速降0
（3） 发生三相短路时机端点障点仿真结果较
电力系统线路发生三相短路障时短路障发生器处断开状态短路点电流零开始迅速增机端电流稳定值急速增短路点电压降零机端电压机端短路点间存阻抗必定存压降机端电压会降零
（4） 仿真结果短路计算结果较
Matlab进行电力系统障仿真出短路点电流标幺值9短路点电压0短路计算电流波形值8929电压短路零两项结果出入相差验证Matlab软件仿真准确性
总结
文三相短路例介绍电力系统障MatlabSimulink基特点探索电力系统障中常见短路计算常计算方法Matlab应基方法步骤Matlab软件中电力系统仿真应SimPowerSystems模块库构建电力系统障仿真模型仿真结果进行分析出结果：
应Matlabsimulink进行仿真分析结果理计算结果相差Matlab仿真工具种实工具
着计算机仿真技术已成电力系统研究规划设计运行等方面重方法手段Matlab具良开发性高效数仿真分析特信号处理直观图形显示功Matlabsimulink环境SimPowerSystems模型库Simulink强二次开发功丰富工具箱快速准确电路更复杂电力系统进行仿真计算已成电力科研工作者工程技术员应进行电力系统关问题仿真分析辅助设计理想工具
通次文撰写电力系统障Matlab软件更深认识校期间学扎实实践验缺乏文肯定许足处恳切希老师予批评指正
致 谢
设计老师精心指导圆满完成开题报告资料查询文撰写XX老师耐心教导点出中错误老师理分析工作验方面诸指导性建议渊博知识学科发展独见解盏明亮指路灯帮助完成复杂毕业设计更工作道路入正途胡老师表示诚挚感谢
次学四年里学校位老师学生活关心支持厚爱令铭记心表示衷感谢位老师严谨治学态度踏踏实实做品质蔼亲作风私奉献精神留深刻印象终生受益
全体学表示感谢四年学工作生活中予诸帮助谢谢喝呢祝愿场宾朋友家庭幸福生活美满身体健康
参考文献
[1] 仰赞温增银电力系统分析（第三版）[M]武汉：华中科技学出版社2002（5）：9596
[2] 周荣光电力系统障分析[M]北京：清华学出版社1988(1)23
[3] 李维波Matlab电气工程中应[M]．北京：中国电力出版社2007(7)342343
[4] 钟麟王峰Matlab仿真技术应教程[M]北京：国防工业出版社2004(8)411412
[5] 韩祯祥吴国炎等电力系统分析（第二版）[M]北京：浙江学出版社1993
[6] 华智明岳湖山电力系统稳态计算[M]重庆：重庆学出版社1991
[7] 张钟俊电力系统电磁暂态程[M]北京：中国工业出版社1961
[8] 李光琦电力系统暂态分析（第二版）[M]北京：水利电力出版社1995
[9] 西安交通学西北电力设计院电力工业部西北勘测设计院短路电流实计算方法[M]北京：电力出版社1982
[10] 贺仁睦电力系统动态方正准确度研究[J]电网技术 2000（12）：1~4
[11] 盛义发邓国扬王浩宇等步发电机新型励磁系统研究[J]南华学学报2003(1)1~6
[12] 邓国扬盛义发基MatlabSimulink电力电子系统建模仿真[J]南华学学报2003(1）：1~6
[13] 西安交通学等六院校电力系统计算[M]北京：水利电力出版社1995
[14] 张森张正亮Matlab仿真技术导实例应教程[M]北京：机械工业出版社2004
[15] 张葛祥李娜Matlab仿真技术应教程[M]．北京：国防工业出版社2004
[16] 范影乐杨胜天Matlab仿真应详解[M]．北京：民邮电出版社2001
[17] 陆超唐义良谢荣等仿真软件MatlabPSB模型仿真分析[J]电力系统动化2000（9）：2326
[18] 薛定语陈阳泉基MatlabSimulink控制系统仿真[M]．北京：机械工业出版社2005
[19] 王正林等MatlabSimulink控制系统仿真[M]．北京：电子工业出版社2005
[20] 刘白雁等机电系统仿真：基MatlabSimulink[M]北京：机械工业出版社2005
[21] 陈桂明应Matlab建模仿真[M]北京：北京科学出版社2001
[22] Elgerd OIElectric Energy System TheoryAn Introduction[J]McGrawHill Book Co1982(4）：61~66
[23] Kundur P Power System Stabiliby and Control[J]New YorkMcgrawHill1994(2）：25~26
[24] Grainger J JStevenson W DPower System Analysis[J]New YorkMcgrawHill1994(4）：44~47
[25] Venikov V ATransient Processes in Electrical Power Systems[J]Mir Publishers1980(2）：12~13
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
课程设计说明书
题目名称：基Matlab电力系统障分析仿真
系 部： 电力工程系
专业班级： 电气工程
学生姓名：
学 号
指导教师：
完成日期： 2018年X月X日
XX学院
课程设计评定意见
设计题目 基Matlab电力系统障分析仿真
系 部 电力工程系_________ 专业班级 电气工程
学生姓名______________ 学生学号
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）： 年 月 日
（页背书）
评定意见参考提纲：
1学生完成工作量容否符合务书求
2学生勤勉态度
3设计说明书优缺点包括：学生理知识掌握程度实践工作力表现出创造性综合应力等
XX学院
电力工程 系课程设计务书
20172018学年 1 学期 2018年 1月 X 日
专业
电气工程动化
班级
电气工程1
课程名称
电力系统仿真
设计题目
基Matlab电力系统障分析仿真
指导教师
起止时间
201818
2018119
周数
2
设计点
实验楼
设计目：
次设计旨学掌握电力系统仿真基方法通MATLABSIMULINK仿真软件学专业知识技够灵活运包括电力系统建模参数设置短路障设置潮流计算结果分析波形调试等建模仿真数分析工程系统分析等方面培养提高解决实际电力系统短路潮流计算力电力系统综合分析力
设计务技术指标：
1 原始资料分析
2 通MATLABSIMULINK软件建立电力系统仿真模型
3 参数短路障设置仿真调试
4 观察短路点短路类型时电压电流波形
5 潮流计算结果处理功率损耗分析等
设计进度求：
第1天：资料分析参考相关设计手册规范电力技术标准
第23天：根实际电力系统建立仿真模型
第45天：元件参数设置调试
第67天：短路点短路类型设计
第89天：仿真调试运行结果处理分析
第1011天：短路短路类型情况电压电流波形分析潮流计算结果分析
第1213天：设计说明书撰写修改完善
第14天：答辩交合格报告
参考书参考资料：
[1] 群MATLABSimulink电力系统建模仿真[M]北京：机械工业出版社2011
[2] 梁志瑞电力系统课程设计参考资料[M]保定：华北电力学出版社2004
[3] 傅知兰电力系统电气设备选择计算[M]北京：中国电力出版社2004
[4] 熊信银发电厂电气部分[M]北京：中国电力出版社2009
[5] 李献MATLABSimulink系统仿真[M]北京：清华学出版社2017
教研室（签名） 系（部）（签名）
摘
次设计介绍电力系统障分析方法MatlabSimulink基特点通算例电力系统障进行分析计算然算例运MatlabSimulink进行电力系统障仿真出仿真结果电力系统障分析计算结果Matlab仿真分析结果进行较出结结果表明运Matlab电力系统障进行分析仿真够准确直观考察电力系统障动态特性验证Matlab电力系统仿真中强功
关键词：电力系统障Matlab仿真
目录
1 引言 1
11电力系统障分析基知识 1
111障概述 1
112障类型 1
113 障概率 1
12 电力系统障诊断技术 2
2 仿真软件 4
21 Matlab简介 4
（1）友工作台编程环境 4
（2）简单易程序语言 4
（3）强科学计算机数处理力 5
（4）出色图形处理功 5
（5）应广泛模块集合工具箱 5
（6）实程序接口发布台 5
（7）应软件开发（包括户界面） 6
22 Simulink简介 6
3 电力系统障计算基原理 8
31 短路计算基原规定 8
32 短路点选择原确定 9
321 短路点选择原 9
322 短路点选择 9
33短路电流计算 9
331计算基步骤 9
332短路计算 10
4 电力系统障仿真 12
41 概述 12
42 电力系统元件模型 12
421步发电机 12
422 三相π型线路功模块（3Phase PI Section） 13
423 联RLC负荷模块（Elements） 14
424 三相障模块（3phase Fault） 14
425 变压器模块 15
43 电力系统障仿真 16
431 算例图 16
432 模型建立步骤参数设置 17
44 仿真结果分析 27
441 仿真结果 27
442 结果分析 28
总 结 29
致 谢 30
参考文献 31
1 引言
11电力系统障分析基知识
111障概述
短路电力系统严重障谓短路指切正常相相间相（中性点接系统）发生系统通路情况
电力系统运行中相相间相（中性线）间发生非正常连接（短路）时流电流值远远额定电流取决短路点距电源电气距离例发电机端发生短路时流发电机短路电流瞬时值达额定电流10～15倍容量电力系统中短路电流达数万安会电力系统正常运行造成严重影响果
供电网络中发生短路时短路电流会电器设备热受电动力作遭损坏时网络电压降低破坏网络电设备正常工作消减轻短路果需计算短路电流正确选择电器设备设计继电保护选限制短路电流元件
112障类型
三相系统中发生短路 4 种基类型：三相短路两相短路单相短路两相短路中三相短路时三相回路旧称称称短路外余三类均属称短路中性点接电力网络中相短路障约占全部障90％中性点非直接接电力网络中短路障种相间短路表11出种短路简略记号
短路类型
示意图
代表符号
三相短路
二相短路
单相短路
二相短路接
表11 短路简略记号
113 障概率
运行验指出架空输电线电力系统中较薄弱环节发生短路率高国某电力系统年统计出范围发生短路障相次数列出表12
线路范围
发生率
110kV线路
容量6000kW发电机
110kV变压器
110kV母线
780
75
65
80
表12 范围发生短路障率
短路类型
发生率
三相短路
二相短路
二相短路接
单相短路
5
4
8
83
表13 110kV线路种类型短路障率
表13中数字中出单相短路率占压倒性数国外运行验证明点三相短路率说明三相短路关紧相反三相短路应该加重视三相短路情况严重时断电力系统短路情况工作性起着决定性作外研究三相短路重分析计算称短路时称短路成某种假定三相短路处理
12 电力系统障诊断技术
早 1982年 8月美国电力研究 (EPRI)便开始火电站设备早期障检测工作 10年努力电站性监测诊断方面 EPRI直处领先位外美国西屋公司 1976年开始电站线计算机诊断工作 1980年投入型电机诊断系统1981年进行电站工智障诊断专家系统研究1984年应现场1990年发展成型电站线监测诊断系统 (AID)汽轮发电机组智化障诊断专家系统国障诊断技术方面研究起步较晚开始20世纪70年代末落国外少 2030年历史基引进国外先进技术基础进行消化吸收发展起第阶段起步阶段 1979年 1990年约 10年时间阶段特点认识设备诊断技术重性设备诊断技术基础理研究十分活跃阶段快速傅里叶变换谱分析信号处理等技术基础设备状态监测技术目标第二阶段发展阶段 1991年开始 90年代末国工业建设迅速发展背景现代化理需前提出现诊断技术迅速发展局面阶段障分类模式识智化专家系统计算(障树计算模糊逻辑计算神网络计算基计算等 )基础全方位开展设备障诊断研究理生产应形成具国特点障诊断理研制出国际接轨型设备状态监测障诊断系统
电力系统障诊断年十分活跃研究课题传统型研究建立诊断系统网络拓扑结构模型基础根发生障时系统结构参数变化导致系统潮流变化进根潮流计算变化判断出障传统数学方法采单集中求解系统规模复杂程度确定素等限制难适应目前电力系统样日趋复杂分布式系统障诊断问题发展趋势系统障诊断难达理想效果目前研究电力系统障诊断方法采智化方法十年障诊断技术深入广泛研究提出众行方法概括起分三类：
基解析模型方法解诊断象数学模型基础定数学方法测信息进行处理判断分状态估计法等价空间法参数估计法等基解析模型障诊断方法早发展起思想通构造观测器估计出系统输出然输出测量值作较中获障信息建模困难模型身误差种预见素 (系统发生障时仅引起模型参数变化引起模型结构变化种变化确定 )影响诊断准确性
基信号处理方法利信号模型相关函数频谱回滑动均波变换等直接分析测信号提取诸方差幅值频率等特征值检测出障种方法需建立象解析数学模型实现简单工程具广泛应种方法障发展相程度影响外部特征时效障范围做出粗略判断数情况直接定位障
基知识诊断方法类方法优点赖具体数学模型克服基信号处理障诊断方法缺点引入诊断象许信息具较丰富灵活知识表达问题求解力充分发挥类专家诊断中根感觉知识验进行推理判断力适合种场合障判基知识障诊断方法身具优点已成障诊断领域中方法仅进行离线障诊断线障诊断障处理电力系统中类方法开发研究引瞩目类课题国外量文献介绍基知识诊断方法电网络障诊断中应年般报警信息处理常见简单障诊断问题已较解决
着电网建设发展计算机技术网络技术数学智科学理发展断新电网障诊断方法出现电力系统障诊断理方法研究应深度广度清晰研究停留理模型探索阶段基没非常成功成型实系统实化方面直未太发展发表文献电网障诊断系统托调度端变电站分利调度 SCADA系统实时信息站综合百动化系统收集信息实现着系统计算机网络技术发展障录波专网络建设发展基障录波信息障诊断系统系统建设障相关障信息例保护装置信息录波器信息雷电定位信息监控装置信息等进行采集传输存储处理电网障处理提供信息支持宝贵信息新电网障诊断方法提供基础拓展电网障诊断研究方电网障诊断理实化程中必须充分重视信息收集整理工作包括障诊断数仓库构建障综合信息预处理诊断知识提取等2 仿真软件
21 Matlab简介
MatlabMathematicaMaple称三数学软件数学类科技应软件中数值计算方面首屈指Matlab进行矩阵运算绘制函数数实现算法创建户界面连接编程语言程序等应工程计算控制设计信号处理通讯图处理信号检测金融建模设计分析等领域
Matlab基数单位矩阵指令表达式数学工程中常形式十分相似Matlab解算问题CFORTRAN等语言完成相事情简捷mathwork吸收Maple等软件优点Matlab成强数学软件新版中加入CFORTRANC++ Java支持直接调户编写实程序导入Matlab函数库中方便调外许Matlab爱者编写典程序户直接进行载
Matlab特点：
(1)高级语言技术计算
(2)开发环境代码文件数进行理
(3)交互式工具迭代方式探查设计求解问题
(4)数学函数线性代数统计傅立叶分析筛选优化数值积分等
(5)二维三维图形函数视化数
(6)种工具构建定义图形户界面
(7)种函数基Matlab算法外部应程序语言（ CC++FortranJavaCOM Microsoft Excel）集成[2]
(8)支持写输入核仅仅支持写
Matlab优势：
（1）工作台编程环境
Matlab系列工具组成工具方便户Matlab函数文件中许工具采图形户界面包括Matlab桌面命令窗口历史命令窗口编辑器调试器路径搜索户浏览帮助工作空间文件浏览器着Matlab商业化软件身断升级Matlab户界面越越精致更加接Windows标准界面机交互性更强操作更简单新版Matlab提供完整联机查询帮助系统极方便户简单编程环境提供较完备调试系统程序必编译直接运行够时报告出现错误进行出错原分析
（2）简单易程序语言
Matlab高级矩阵阵列语言包含控制语句函数数结构输入输出面象编程特点户命令窗口中输入语句执行命令步先编写较复杂应程序（M文件）起运行新版Matlab语言基流行C＋＋语言基础语法特征C＋＋语言极相似更加简单更加符合科技员数学表达式书写格式更利非计算机专业科技员种语言移植性拓展性极强Matlab够深入科学研究工程计算领域重原
（3）强科学计算机数处理力
Matlab包含量计算算法集合拥600工程中数学运算函数方便实现户需种计算功函数中算法科研工程计算中新研究成果前种优化容错处理通常情况代底层编程语言CC++ 计算求相情况Matlab编程工作量会减少Matlab函数集包括简单基函数诸矩阵特征量快速傅立叶变换复杂函数函数解决问题致包括矩阵运算线性方程组求解微分方程偏微分方程组求解符号运算傅立叶变换数统计分析工程中优化问题稀疏矩阵运算复数种运算三角函数初等数学运算维数组操作建模动态仿真等
（4）出色图形处理功
Matlab产生日起具方便数视化功量矩阵图形表现出图形进行标注印高层次作图包括二维三维视化图象处理动画表达式作图科学计算工程绘图新版Matlab整图形处理功作改进完善仅般数视化软件具功（例二维曲线三维曲面绘制处理等）方面更加完善软件没功（例图形光处理色度处理四维数表现等）Matlab样表现出色处理力时特殊视化求例图形话等Matlab相应功函数保证户层次求外新版Matlab着重图形户界面（GUI）制作作改善方面特殊求户满足
（5）应广泛模块集合工具箱
Matlab许专门领域开发功强模块集工具箱般说特定领域专家开发户直接工具箱学应评估方法需编写代码目前Matlab已工具箱延伸科学研究工程应诸领域诸数采集数库接口概率统计样条拟合优化算法偏微分方程求解神网络波分析信号处理图处理系统辨识控制系统设计LMI控制鲁棒控制模型预测模糊逻辑金融分析图工具非线性控制设计实时快速原型半物理仿真嵌入式系统开发定点仿真DSP通讯电力系统仿真等工具箱（Toolbox）家族中席
（6）实程序接口发布台
新版Matlab利Matlab编译器CC++数学库图形库Matlab程序动转换独立Matlab运行CC++代码允许户编写Matlab进行交互CC++语言程序外Matlab网页服务程序容许Web应中Matlab数学图形程序Matlab重特色具套程序扩展系统组称工具箱特殊应子程序工具箱Matlab函数子程序库工具箱某类学科专业应定制包括信号处理控制系统神网络模糊逻辑波分析系统仿真等方面应
（7）应软件开发（包括户界面）
开发环境中户更方便控制文件图形窗口编程方面支持函数嵌套条件中断等图形化方面更强图形标注处理功包括性起连接注释等输入输出方面直接ExcelHDF5进行连接
22 Simulink简介
SimulinkMatlab重组件提供动态系统建模仿真综合分析集成环境该环境中需量书写程序需通简单直观鼠标操作构造出复杂系统Simulink具适应面广结构流程清晰仿真精细贴实际效率高灵活等优点基优点Simulink已广泛应控制理数字信号处理复杂仿真设计时量第三方软件硬件应求应Simulink
SimulinkMatlab中种视化仿真工具 种基Matlab框图设计环境实现动态系统建模仿真分析软件包广泛应线性系统非线性系统数字控制数字信号处理建模仿真中Simulink连续采样时间离散采样时间两种混合采样时间进行建模支持速率系统系统中部分具采样速率创建动态系统模型Simulink提供建立模型方块图图形户接口(GUI) 创建程需单击拖动鼠标操作完成提供种更快捷直接明方式户立系统仿真结果
Simulink动态系统嵌入式系统领域仿真基模型设计工具种时变系统包括通讯控制信号处理视频处理图处理系统Simulink提供交互式图形化环境定制模块库进行设计仿真执行测试
构架Simulink基础产品扩展Simulink领域建模功提供设计执行验证确认务相应工具SimulinkMatlab 紧密集成直接访问Matlab量工具进行算法研发仿真分析视化批处理脚创建建模环境定制信号参数测试数定义
Simulink特点：
（1）丰富扩充预定义模块库
（2）交互式图形编辑器组合理直观模块图
（3）设计功层次性分割模型实现复杂设计理
（4）通Model Explorer 导航创建配置搜索模型中意信号参数属性生成模型代码
（5）提供API仿真程序连接手写代码集成
（6）Embedded Matlab™ 模块Simulink嵌入式系统执行中调Matlab算法
（7）定步长变步长运行仿真根仿真模式(NormalAcceleratorRapid Accelerator)决定解释性方式运行编译C代码形式运行模型
（8）图形化调试器剖析器检查仿真结果诊断设计性异常行
（9）访问Matlab结果进行分析视化定制建模环境定义信号参数测试数
3 电力系统障计算基原理
31 短路计算基原规定
电力系统三相短路计算短路电流周期分量计算定电源电势时实际稳态交流电路求解
电力系统短路电流工程计算中许实际问题解决（电网设计中电气设备选择）需十分精确结果产生似计算方法似计算中系统元件模型标值参数计算做简化处理元件模型方面忽略发电机变压器输电线路电阻计输电线路电容略变压器励磁电流（三相三柱式变压器零序等值电路外）负荷忽略计做似估计标值参数计算方面选取级均电压做基准电压时忽略元件(电抗器外)额定电压变压器标变等1外时假定发电机电势具相相位加元件仅电抗表示避免复数运算短路电流计算简化直流电路求解
短路计算目选择导体电器进行相关校验
基假定：短路电流实计算中采假设条件原：
正常工作时三相系统称运行
电源电动势相位角相
系统中步异步电机理想电机考虑电机饱磁滞涡流导体集肤效应等影响转子结构完全称定子三相绕组空间相差120°电气角
电力系统中原件磁路饱带铁芯电气设备电抗值电流变化
电力系统中电源额定负荷运行中50负荷接高压母线50负荷接系统侧
步电机具动调整励磁装置（包括强行励磁）
短路发生短路电流值瞬间
考虑短路点电弧阻抗变压器励磁电流
计算短路电流衰减时间常数低压网络短路电流外元件电阻略计
元件计算参数均取额定值考虑参数误差调整范围
输电线路电容略计
概率统计法制定短路电流运算曲线
般规定：
（1）验算导体电器动稳定热稳定电器开断电流短路电流应工程设计规划容量计算考虑电力系统远景发展规划（般期工程建成5～10年）确定短路电流时应发生短路电流正常接线方式应仅仅切换程中列运行接线方式
（2）电气网络中应考虑具反馈作异步电动机影响
（3）选择导体电器时带电抗器回路计算短路点应选择正常接线方式时短路电流点加装电抗器6～10KV出线厂分支线回路母线母线隔离开关间隔板前引线套计算短路点应选择电抗器前余导体电器计算短路点般选择电抗器
（4）导体电器动稳定热稳定电器开断电流般三相短路验算发电机出口两相短路中性点直接接系统耦变压器等回路中单相两相接短路较三相严重时应严重情况计算
32 短路点选择原确定
321 短路点选择原
短路计算点指正常接线方式时通电器设备短路电流点选短路点定种短路类型严重情况应样出变压器中性点入电流算出进行接电阻允许值计算般止选择短路点通常选择2～3分进行计算然计算结果进行较
322 短路点选择
该系统中选择220kV高压侧母线 220kV高压侧母线间（图31）
图 31 步发电机三相短路系统算例图
33短路电流计算
331计算基步骤
计算基程：
（1）选择短路点
（2）画出计算等值网络利标幺值计算：
①基准值选取
②种标幺值计算
③元件电抗编号
（3）网络化简求转移电抗
（4）求相应计算电抗Xjs （31）
（5） 求短路电流名值 （32）
332短路计算
（1）假设电力系统三相短路中已知参数：
（2）系统参数标幺值化：
图32 系统等值电路图
（3）该电路图三角星化图33：
图 33 网络三角化星图
中：
（4）星型图继续简化图34：
图34 化简合电路图
（5）计算短路电流：
4 电力系统障仿真
41 概述
电力系统仿真短路类型中三相短路两相短路单相接短路电流机端电压波形进行分析利Matlab软件中电力系统模块库(PSB)建立步发电机穷系统模型电力系统设备设计选定参考价值时电压电流波形直观解便建立系统观念
42 电力系统元件模型
421步发电机
（1）步发电机基方程参数等值电路
①．回路电压方程
定子回路： (41)
(42)
正电流产生负磁链
(43)
(44)
转子回路： （负载反电势） (45)
Ｄ绕组： (46)
Ｑ绕组： (47)
分块矩阵形式简写：
(48)
(49)
②．磁链方程
结：步发电机凸极气隙均匀转子步旋转Lss周期变化时变参数LSRLRS必然周期变化时变参数abc坐标制步发电机基方程时变系数微分方程
（2）步电机Simulink 模型
电机元件库中步电机模型五两简化模型实名制原理模型标值原理模型标值标准模型原理模型标准模型属性参数参数意义分讲述：
① Rotor type指转子绕组形式选凸极（salientpole）者隐极（round）
② Intial conditions 设置电机初始速度偏差转子电气角度线电流幅值相角初始励磁电压
③ Simulink saturation 确定转子电磁饱度定子铁芯饱参数果选择该项参数属性参数话框会增加栏Saturation parameters设置项
标准模型中两项拉选项d轴时间常数q轴时间常数分确定述时间常数转子短路时设置转子开路时设置步电机模型输入端包括两：
机械功率（Pm）发电机模式该输入正常数者参数者原动机模块输出电动模式该输入通常负常数者函数
二励磁电压（Vf）发电机模式般励磁调节器提供电动模式通常常量
步电机输出端包括三相输出端子（ABC）测量端子（m）通测量端子观测步电机电压电流功率转子等22物理变量值
422 三相π型线路功模块（3Phase PI Section）
三相π型线路构建电力系统模拟输电仿真模型时常功模块电阻电感电容构成参数设置类似串联RlC支路模块设置电阻电感电容值单位输电线长度时参数值π型线路功模块属性参数话框中需设置输电线路长度值
三相π型线路模块言电感电阻电容值属性参数设置框中包括：（1）频率（2）正序零序电阻值（3）正序零序电容值（4）输电线路长度值参数话框图41：
图 41 三相π型线路模块参数
423 联RLC负荷模块（Elements）
联RLC负荷模块（Parallel RLC Load）提供电阻电感电容联连接构成功模块通设置电阻电感电容具体值改变该支路等效阻抗参数话框图42示：
图 42 联RLC负荷模块参数
424 三相障模块（3phase Fault）
三相障模块提供种编程相间（phasetophase）（phasetoground）障断路器中三相障模块三独立断路器模拟种者相间障模型参数话框图43示：
图 43三相障模块参数
三相障模块中断路器开通关断时间Simulink 外部信号（外部控制模式）者部控制定时器（部控制模式）控制
果设计接障接电阻（Ground resistance）Rg动设置10举例说明：设置AB相间短路障模型时需设置A相障B相障属性参数设置A相接障模型时需时设置A相障接障属性参数指定接电阻值需注意：
① 果三相障模块设置外部控制（External control）模式时模块封装图表中会出现控制输入端连接输入端控制信号必须0者1类脉信号（中0表示断开断路器1表示闭合断路器）
② 三相障模块设置部控制模式（internal control mode）时开关时间（switching times）开关状态均该模块属性参数话框中进行设置
425 变压器模块
（1）变压器模块
变压器模块变换交流电压电流阻抗器件初级绕组中通交流电流时铁心（磁心）中便产生交流磁通次级线圈中感应出电压（电流）变压器铁心（磁心）绕组组成绕组两两绕组中介电源绕组初级绕组余绕组次级绕组电源相数分变压器单相三相相种形式重特性参数
①工作频率：变压器铁心损耗频率关系应根频率设计频率称工作频率
②额定频率：规定频率电压变压器长期工作超规定温升输出功率
③额定电压：指变压器绕组允许施加电压工作时该电压
④电压：指变压器初级电压次级电压值空载电压负载电压区
⑤空载电流：变压器次级开路时初级定电流部分电流称空载电流
⑥空载损耗：指变压器次级开路时初级测功率损耗损耗铁心损耗
次空载电流初级绕组铜祖产生损耗（铜损）部分消耗
⑦效率：指次级功率初级功率值百分通常变压器额定功率越效率越高
（2）标值参数系统介绍
便工业应通常名值转换标值需知道相应绕组额定功率（ P单位VA）额定电压（V单位V）额定频率（f单位Hz）绕组电阻电抗标值定义：
(411)
(412)
(413)
(414)
式中：VPf分次绕组额定电压额定功率额定频率
（3）双绕组三相变压器
双绕组三相变压器两绕组接成种形式星形Y带中性线星形Yn星形接Yg三角形（超前星形30°）通该功模块
双绕组三相变压器需设置参数：变压器额定功率频率绕组电压两绕组漏抗电阻激磁电感激磁电阻该功模块属性参数话框中否考虑铁芯饱情况选项Saturable core选项完成
选定Saturable core选项时该属性参数话框中便会动增加栏饱特性参数设置栏（saturation charateristic）设置该变压器模块饱特性时会出现两复选框Simulate hysteresisSpecify initial fluxes前者决定否进行磁滞饱仿真者设置初始磁通
43 电力系统障仿真
431 算例图
根电力系统典型接线建立含障电力系统算例图图31示
432 模型建立步骤参数设置
根含障电力系统算例图建立仿真模型图图44图45图46示：
图44 电力系统三相短路系统仿真
图45 步发电机Area子系统
图46 PSS控制系统子系统
图47穷子系统
（1）Simuink窗口File菜单中选择New命令创建untitled空白文件窗口
（2）开SimPowerSystems窗口Elements中ThreePhase Breaker该模块库中拷贝untitled窗口参数设置图48：
图48 ThreePhase Breaker参数
（3）模块拷贝untitled窗口中中Distributed Parameters Line Threephase参数分图49：
图49 Distributed Parameters Line Threephase参数
（4）建立含步发电机系统Area：
①创建untitled空白文件窗口
②SimPowerSystemsMachines中引入Machines Measurement Demux模块Steam Turbine and Governor模块Excitation System模块分命名Machine 1 Measurement DemuxSTGEXCITATION参数图410图411图412：
图410 Machines Measurement Demux模块参数 图411 Steam Turbine and Governor模块参数
图412 Excitation System模块参数
③SimPowerSystemsMachines中引入MultiBand Power System Stabilizer模块两Generic Power System Stabilizer分命名MBPSSDelta w PSS(Kundur)Delta Pa Pss参数图413图414：
④模块拷贝中连接入图46示：
⑤全部选中图示功模块鼠标右键点击选功模块中意功模块弹出话框→点击Create Subsystem（创建子系统）→点击该子系统模块名称Subsysterm重新命名M1：Turbine&Regulators
图413 MultiBand Power System Stabilizer模块参数
图414 Generic Power System Stabilizer模块参数
（5）M1：Turbine&Regulators系统复制命名M2Turbine&Regulators
（6）建立励磁发电机子系统
①创建空白文件窗口命名Area 1
②M1：Turbine&Regulators M2：Turbine&Regulators拷贝中
③SimPowerSystemsMachines中引入两Synchronous Machine分命名M1 900MVAM2 900MVA参数设置分图415：
图415 Synchronous Machine模块参数
④SimePowerSystemsElements中引入两ThreePhase Transformer模块分命名T1900MVA29kV230kVT2900MVA29kV 230kV参数设置图416：
图416 ThreePhase Transformer模块参数
⑤SimePowerSystemsElements中引入两ThreePhase PI Section Line模块分命名25km Area 110 km Area1参数设置图417：
⑥SimePowerSystemsElements中引入两ThreePhase Parallel RLC Load模块分命名967MW100MVAR187MVAR200MVAR参数分图418：
图417 ThreePhase PI Section Line模块参数
⑦模块引入建立图45模型：
⑧全部选中图示功模块鼠标右键点击选功模块中意功模块弹出话框→点击Create Subsystem（创建子系统）→点击该子系统模块名称Subsysterm重新命名Area
图418ThreePhase Parallel RLC Load模块参数
（7）建立穷电网模型
①SimPowSystems模块库Source中选3phase Source功模块命名12000MVA110kV关键参数设置方法图419示：
图419 3phase Source功模块参数
②SimPowerSystems模块库中开Element模块库选中3phase parallel RLC load功模块命名Load 500MW属性参数设置话框图420：
图420 3phase parallel RLC load功模块参数
③两模块图47连接模块封装成子系统命名infinity
（8）Area Infiniti两子系统拷入初建立untitled空白文件系统建立图3系统
（9）设置Powergui参数：
①Steady State Voltages and Currents参数设置图421：
图421Steady State Voltages and Currents参数
②Initial States Setting选项参数设置图422：
图422 Initial States Setting选项参数
③Load Flow and Machine Initialization选项参数设置图423：
图423 Load Flow and Machine Initialization选项参数
④设置均默认设置做改动
（10）该仿真模型文件保存lhymdl
44 仿真结果分析
441 仿真结果
建立图45示Simulink仿真模型仿真参数设置便执行仿真图422设置图424~图427出仿真波形
图424 发生三相障时机端电流波形
图425 发生三相障时机端电压波形
图426 发生三相障时短路点电流波形
图427 发生三相障时短路点电压波形
442 结果分析
（1）发生三相短路时机端点仿真结果分析
发生三相短路时电力系统机端点仿真结果图424图425包含机端三相电压电流波形图形出结：稳态时障相相电流三相短路障发生器处断开状态电流0电压稳定值005秒时三相短路障发生器闭合时电路发生三相短路机端短路电流急剧增机端相电压降01s时三相短路障发生器开相排障时障点相电流迅速降
（2）发生三相短路时障点仿真结果分析
发生三相短路时电力系统障点仿真结果图426图427包含机端三相电压电流波形图形出结：稳态时障相相电流三相短路障发生器处断开状态电流0电压稳定值005秒时三相短路障发生器闭合时电路发生三相短路机端短路电流急剧增机端相电压降零01s时三相短路障发生器开相排障时障点相电流迅速降0
（3） 发生三相短路时机端点障点仿真结果较
电力系统线路发生三相短路障时短路障发生器处断开状态短路点电流零开始迅速增机端电流稳定值急速增短路点电压降零机端电压机端短路点间存阻抗必定存压降机端电压会降零
（4） 仿真结果短路计算结果较
Matlab进行电力系统障仿真出短路点电流标幺值9短路点电压0短路计算电流波形值8929电压短路零两项结果出入相差验证Matlab软件仿真准确性
总结
文三相短路例介绍电力系统障MatlabSimulink基特点探索电力系统障中常见短路计算常计算方法Matlab应基方法步骤Matlab软件中电力系统仿真应SimPowerSystems模块库构建电力系统障仿真模型仿真结果进行分析出结果：
应Matlabsimulink进行仿真分析结果理计算结果相差Matlab仿真工具种实工具
着计算机仿真技术已成电力系统研究规划设计运行等方面重方法手段Matlab具良开发性高效数仿真分析特信号处理直观图形显示功Matlabsimulink环境SimPowerSystems模型库Simulink强二次开发功丰富工具箱快速准确电路更复杂电力系统进行仿真计算已成电力科研工作者工程技术员应进行电力系统关问题仿真分析辅助设计理想工具
通次文撰写电力系统障Matlab软件更深认识校期间学扎实实践验缺乏文肯定许足处恳切希老师予批评指正
致 谢
设计老师精心指导圆满完成开题报告资料查询文撰写XX老师耐心教导点出中错误老师理分析工作验方面诸指导性建议渊博知识学科发展独见解盏明亮指路灯帮助完成复杂毕业设计更工作道路入正途胡老师表示诚挚感谢
次学四年里学校位老师学生活关心支持厚爱令铭记心表示衷感谢位老师严谨治学态度踏踏实实做品质蔼亲作风私奉献精神留深刻印象终生受益
全体学表示感谢四年学工作生活中予诸帮助谢谢喝呢祝愿场宾朋友家庭幸福生活美满身体健康
参考文献
[1] 仰赞温增银电力系统分析（第三版）[M]武汉：华中科技学出版社2002（5）：9596
[2] 周荣光电力系统障分析[M]北京：清华学出版社1988(1)23
[3] 李维波Matlab电气工程中应[M]．北京：中国电力出版社2007(7)342343
[4] 钟麟王峰Matlab仿真技术应教程[M]北京：国防工业出版社2004(8)411412
[5] 韩祯祥吴国炎等电力系统分析（第二版）[M]北京：浙江学出版社1993
[6] 华智明岳湖山电力系统稳态计算[M]重庆：重庆学出版社1991
[7] 张钟俊电力系统电磁暂态程[M]北京：中国工业出版社1961
[8] 李光琦电力系统暂态分析（第二版）[M]北京：水利电力出版社1995
[9] 西安交通学西北电力设计院电力工业部西北勘测设计院短路电流实计算方法[M]北京：电力出版社1982
[10] 贺仁睦电力系统动态方正准确度研究[J]电网技术 2000（12）：1~4
[11] 盛义发邓国扬王浩宇等步发电机新型励磁系统研究[J]南华学学报2003(1)1~6
[12] 邓国扬盛义发基MatlabSimulink电力电子系统建模仿真[J]南华学学报2003(1）：1~6
[13] 西安交通学等六院校电力系统计算[M]北京：水利电力出版社1995
[14] 张森张正亮Matlab仿真技术导实例应教程[M]北京：机械工业出版社2004
[15] 张葛祥李娜Matlab仿真技术应教程[M]．北京：国防工业出版社2004
[16] 范影乐杨胜天Matlab仿真应详解[M]．北京：民邮电出版社2001
[17] 陆超唐义良谢荣等仿真软件MatlabPSB模型仿真分析[J]电力系统动化2000（9）：2326
[18] 薛定语陈阳泉基MatlabSimulink控制系统仿真[M]．北京：机械工业出版社2005
[19] 王正林等MatlabSimulink控制系统仿真[M]．北京：电子工业出版社2005
[20] 刘白雁等机电系统仿真：基MatlabSimulink[M]北京：机械工业出版社2005
[21] 陈桂明应Matlab建模仿真[M]北京：北京科学出版社2001
[22] Elgerd OIElectric Energy System TheoryAn Introduction[J]McGrawHill Book Co1982(4）：61~66
[23] Kundur P Power System Stabiliby and Control[J]New YorkMcgrawHill1994(2）：25~26
[24] Grainger J JStevenson W DPower System Analysis[J]New YorkMcgrawHill1994(4）：44~47
[25] Venikov V ATransient Processes in Electrical Power Systems[J]Mir Publishers1980(2）：12~13
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
