基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真

目 录

摘要 I

Abstract II

1 引言 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 课题研究的国内外现状 1

2 短路故障分析 1

2.1 近年来短路故障 1

2.2 短路的定义及其分类 2

指导教师 2.3 短路故障产生的原因及危害 4 2.4 预防措施 4 2.5 短路故障的分析诊断方法 5 3 仿真与建模 6 3.1 仿真工具简介 6 3.1.1 MATLAB的特点 6 3.1.2 Simulink简介 7 3.1.3 SPS(SimPowerSystems) 8 3.1.4 GUI（图形用户界面） 8 3.2 模型的建立 8 3.2.1 无限大电源系统短路故障仿真模型 3.2.2 仿真参数的设置 9 4 仿真结果分析 16 4.1 三相短路分析 16 4.2 单相短路分析（以A相短路为例） 4.3 两相短路（以A、B相短路为例） 4.4 两相接地短路（以A、B相短路为例） 8 18 25

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5 结论 28 6 前景与展望 28 参考文献 29 致 谢 30 Contents Abstract II 1 Introduction 1 1.1 Project background to the study 1 1.2 The research situation at home and abroad 1 2 Analysis of short-circuit fault 1 2.1 Short-circuit fault in recent years 1 2.2 Definition and classification of short-circuit fault 2.3 Causes and damage of short-circuit fault 4 2.4 Precautionary measures 4 2.5 Method to analysis and diagnosis of short-circuit fault 3 Simulation and modeling 6

5

2

3.1 Introduction to simulation tools 6

3.1.1 Features of MATLAB 6

3.1.2 Introduction to simulink 7

3.1.3 SPS(SimPowerSystems) 8

3.1.4 GUI（Graphical User Interfaces） 8

3.2 Establishment of the model 8

3.2.1 Infinite power system short-circuit fault simulation model 8

3.2.2 Simulation parameter settings 9

4 Simulation analysis 16

4.1 Analysis of three-phase short-circuit 16

4.2 Analysis of single-phase short circuit 18

4.3 Analysis of two-phase short circuit 22

4.4 Analysis of two-phase short circuit to ground 25

5 Conclusions 28

6 Outlook and prospect 28

References 29

Acknowledgement 30

基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真

刘继文

（山东农业大学 机械与电子工程学院 泰安 271018）

摘要：短路是电力系统中最容易发生的故障，每年因短路而引发的电气事故不计其数。本文详细介绍了短路故障产生的原因以及危害等，并重点介绍了Simulink仿真工具在电力系统中的应用。利用电力系统工具箱SPS和Simulink模块可以对电力系统故障进行仿真。在仿真平台上，以无限大电源系统为建模对象，经过模块选择，连线，参数设置等步骤，对电力系统可能出现的三相短路、单相短路、两相短路以及两相接地短路几种故障进行仿真。仿真结果表明，波形与理论分析基本一致，由此说明MATLAB在电力系统仿真研究中具有重要的实用价值[1]。

关键词：短路 电力系统 MATLAB 故障 仿真

Analysis and Simulation of Short Circuit Fault in Power System Based on MATLAB

Jiwen Liu

(college of mechanical and electronic engineering , Shandong Agricultural University, Tai’an, 271018)

Abstract：Short circuit is most likely to occur in power system fault, there are countless electrical accidents each year due to short circuits . This paper expounds the causes of faults and hazards, and

focuses on the application of Simulink simulation tools in power system. PSB and Simulink Toolbox modules can use electric power system simulation for power system failures. On the simulation platform, with infinite power source system for modeling objects through module selection, connection, steps such as parameter settings, on possible three-phase short circuit, single-phase power system short circuit, two-phase short circuit fault simulation of two-phase short circuit to ground. Simulation results show that the waveform analysis are consistent with the theory that illustrate the MATLAB in simulation of power system is of significant practical value.

Keywords：short circuit; power system; MATLAB; fault; simulation

1 引言

1.1 课题研究的背景

随着电力工业的迅猛发展，电力系统的规模越来越大，如今已成为世界上覆盖面最广、结构最复杂的人造系统之一。众所周知，电能的生产、输送、分配和使用四个环节是同时进行的，即电能不能够被储存。因此，如何生产安全、优质、经济的电能以保证电力系统的安全可靠运行成了当今值得关注的课题。正是由于电力系统的特殊复杂性，许多电力系统故障也随之发生，其中以短路故障最为严重。最近几年，国内外发生了多次重大停电事故，由此造成了巨大的经济损失，同时也严重影响了人民的正常生产、生活秩序[2]。因此，研究电力系统中的短路故障问题，尤其是短路电流问题一直受到电力科技工作者的高度重视[3]。

1.2 课题研究的国内外现状

基于电力系统的复杂程度以及从安全性角度考虑，许多电力系统试验已无法在实验室中模拟进行。因此，国内外从上世纪80年始对电力系统故障分析做了大量的研究工作，并提出了许多故障诊断方法，但是实际上并没有得到有效的解决。考虑到电力系统的实际运行情况，从技术和安全角度来讲，已经无法进行科学的实验。所以，开展电力系统故障仿真就显得颇具现实意义和实用价值。借助于计算机，一系列的仿真软件开始诞生。当前，我们应用的电力系统仿真软件主要有：

（1）PSCAD/EMTDC程序：其功能是研究当电力系统遭受扰动或者参数发生变化时，观察参数随时间的变化规律[4]。

（2）EMTP程序：其功能是进行电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态保护装置的综合选择以及电力系统暂态过电压分析等[5]。

（3）PSASP程序：其功能是进行电力系统暂态分析、稳态分析以及故障分析等。

当然，除此之外还有MathWorks公司开发的MATLAB应用软件。由于MATLAB具有强大的计算功能、良好的动态仿真环境以及丰富的内置工具箱，因此逐渐成为电路、电力电子以及电力系统等模块的重要仿真工具。