电力系统故障分析与仿真(1)

摘 要

本次设计介绍了电力系统故障分析方法及Matlab/Simulink的基本特点。通过算例对电力系统故障进行分析计算。然后对算例，运用Matlab/Simulink进行电力系统故障仿真，得出仿真结果。并将电力系统故障的分析计算结果与Matlab仿真的分析结果进行比较，从而得出结论。结果表明运用Matlab对电力系统故障进行分析与仿真，能够准确直观地考察电力系统故障的动态特性，验证了Matlab在电力系统仿真中的强大功能。

关键词：电力系统；故障；Matlab；仿真

I

Abstract

This design for electric power system is introduced in fault analysis method and the basic characteristics of the Matlab/Simulink. Through an example of power system fault analysis. Then for example, using Matlab/Simulink power system fault simulation, simulation results. And will power system malfunction of the analysis and calculation of the results of the analysis and Matlab simulation results were compared, thus draws the conclusion. Results show that using Matlab for power system fault analysis and simulation, can accurate intuitively investigation power system malfunction of the dynamic characteristics and verified in power system simulation of Matlab.

Keywords: electric system; Fault; Matlab; Simulation

II

目 录

摘要????????????????????????????I Abstract???????????????????????????II 1 引言???????????????????????????1 1.1 电力系统故障分析的基本知识????????????????1 1.2 电力系统故障分析及诊断技术????????????????2 1.3 本论文的主要工作?????????????????????3 2 仿真软件?????????????????????????5 2.1 Matlab简介???????????????????????5 2.2 Simulink简介??????????????????????7 3 电力系统故障计算?????????????????????9 3.1 短路计算的基本原则和规定????????????????9 3.2 短路点的选择原则与确定?????????????????10 3.3 短路电流计算??????????????????????11 4 电力系统故障仿真????????????????????14 4.1 概述??????????????????????????14 4.2 电力系统各元件的仿真模型????????????????14 4.3 电力系统故障仿真????????????????????19 4.4 仿真结果分析??????????????????????29 5 结论??????????????????????????31 参考文献??????????????????????????33 致谢????????????????????????????34

1. 引言

1.1电力系统故障分析的基本知识

1.1.1故障概述

短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的

10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行

造成严重影响和后果[1]。

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。 1.1.2故障类型

三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。表1.1给出这几种短路的简略记号。

表1.1 短路的简略记号

短路类型

三相短路

二相短路

单相短路

二相短路接地

示意图 代表符号

F(3) F(2) F(1)

F(1.1)

1.1.3 故障概率

运行经验指出，架空输电线是电力系统中比较薄弱的环节，发生短路的几率最高，

1

我国某电力系统多年统计出在不同范围内发生短路故障的相对次数列出如表1.2。

表1.2 不同范围能发生短路故障几率

线路范围 在110kV线路上 容量为6000kW以上的发电机

110kV变压器 110kV母线

发生几率 78.0% 7.5% 6.5% 8.0%

表1.3 110kV线路上各种类型短路故障几率 短路类型 三相短路 二相短路 二相短路接地 单相短路

发生几率 5% 4% 8% 83%

从表1.3中的数字中可以看出单相短路几率占压倒性多数，国外的运行经验也证明了这一点。三相短路的几率是很小的，但这并不说明三相短路无关紧要，相反对三相短路应该加以重视，因为三相短路的情况最严重，有时为了最后论断电力系统在短路情况下工作的可能性，他起着决定性的作用。此外，研究三相短路之所以重要，还由于我们在分析计算不对称短路时，往往把不对称短路看成某种假定的三相短路来处理[2]。

1.2 电力系统故障诊断技术

早在 1982年 8月，美国电力研究所 (EPRI)便开始了火电站设备早期故障检测的工作，经过此后 10多年的努力，在电站性能监测和诊断方面， EPRI一直处于领先地位。此外，美国西屋公司也在 1976年开始了电站在线计算机诊断工作，并在 1980年投入了一个小型的电机诊断系统，1981年进行电站人工智能故障诊断专家系统的研究，1984年应用于现场,到1990年己发展成为大型电站在线监测诊断系统 (AID),即汽轮发电机组智能化故障诊断专家系统。我国在故障诊断技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪70年代末，落后于国外至少 20-30年的历史，基本上是在引进国外先进技术基础上进行消化、吸收而发展起来的。第一阶段为起步阶段，从 1979年至 1990年大约用了 10年时间。这个阶段的特点是认识设备诊断技术的重要性，设备诊断技术的基础理论研究十分活跃，这个阶段以快速傅里叶变换、谱分析、信号处理等技术为基础，以设备状态监测为技术目标。第二阶段为发展阶段，

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