高壓輸電線路故障仿真分析課程設(shè)計(jì)

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(lái)越大，電力系統(tǒng)的所有一次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中由于外力、絕緣老化、過(guò)電壓、誤操作、設(shè)計(jì)制造缺陷等原因會(huì)發(fā)生如短路、斷線等故障。最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障時(shí)發(fā)生各種類(lèi)型的短路。在發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下后果：</p><p>　　1.通過(guò)短路點(diǎn)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(guò)非故障元件，由于發(fā)熱和電動(dòng)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(yùn)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(shí)要不斷的實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)實(shí)設(shè)備中很難實(shí)現(xiàn)，一是實(shí)際的條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來(lái)講也是不允許進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的?？紤]這兩種情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開(kāi)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具，為解決具體的工程問(wèn)題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡(jiǎn)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(duì)MATLB和SIMULINK的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　在建立仿真模型的過(guò)程中我們使用MATLAB軟件中的Simulation工具，下面對(duì)它們作簡(jiǎn)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(jì)，都無(wú)法離

5、開(kāi)數(shù)學(xué)運(yùn)算。從最初一個(gè)新的設(shè)計(jì)構(gòu)思到通過(guò)軟件進(jìn)行實(shí)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(jì)算讓技術(shù)人員、科研人員費(fèi)勁心思。其工作量之大往往消耗了大量的精力，但也許因?yàn)橐粋€(gè)小小的計(jì)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(jì)算程序，但是浪費(fèi)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(jì)算方面，提供了矢量、矩陣、數(shù)組、線性代數(shù)、函數(shù)與多項(xiàng)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(gè)工程設(shè)計(jì)方面的另一個(gè)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(duì)于科學(xué)分析有著舉足輕重的作用。單憑數(shù)據(jù)的累計(jì)，技術(shù)人員和科研人員無(wú)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(duì)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(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開(kāi)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具。SIMULINK 專(zhuān)用元件庫(kù)包含以下一些子元件庫(kù)：Communications Blockset（通信元件庫(kù)）、DSP Blockset （數(shù)字信號(hào)處理元件庫(kù)）、SimPowerSystems（電

8、力系統(tǒng)元件庫(kù)）、Neural Network Blockset （神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)元件庫(kù)）等。這些元件庫(kù)為解決具體的工程問(wèn)題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡(jiǎn)潔的途徑，避免了用SIMULINK 提供的基本元件來(lái)構(gòu)造模型的繁瑣。</p><p>　　SimPowerSystems（電力系統(tǒng)元件庫(kù)）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(jī)元件），Connectors（連接器元件），Measurements（電路測(cè)量?jī)x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(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，大多數(shù)故障時(shí)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?cè)O(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(zhǎng)度為100km，輸電線路line2的長(zhǎng)度為100km；使用三相電路短路故障發(fā)生器進(jìn)行不

11、同類(lèi)型的短路。電壓源為Y接類(lèi)型，輸電線路line2端為中性點(diǎn)接地。在Simulation菜單中選擇需要的各種元件、節(jié)點(diǎn)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(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。</p>

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

13、估算，對(duì)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(duì)每個(gè)元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后才可以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。</p>

15、<p>　　第三章 簡(jiǎn)單不對(duì)稱(chēng)故障的分析計(jì)算</p><p>　　3.1 不對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)中的對(duì)稱(chēng)分量法</p><p>　　對(duì)稱(chēng)分量法：就是將一組不對(duì)稱(chēng)的三相相量分解為三組對(duì)稱(chēng)的三相相量，或者將三組對(duì)稱(chēng)的三相相量合成為一組不對(duì)稱(chēng)的三相相量的方法。對(duì)稱(chēng)分量法的實(shí)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(gè)多相系統(tǒng)

16、中，如果各相量的絕對(duì)值相等，且相鄰兩相間的相位差相等，這就構(gòu)成了一組對(duì)稱(chēng)的多相量。在三相系統(tǒng)中，任意不對(duì)稱(chēng)的三相量只可能分為三組對(duì)稱(chēng)分量，這三組對(duì)稱(chēng)分量分別為：</p><p>　?。?）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(duì)稱(chēng)運(yùn)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(dòng)勢(shì)、電壓和電流）。正序分量通常又稱(chēng)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(duì)稱(chēng)運(yùn)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(chēng)為逆序分量。</p><p>　?。?）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(duì)稱(chēng)相量所對(duì)應(yīng)的三組對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)故障的分析計(jì)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(duì)應(yīng)的三序等值網(wǎng)絡(luò)圖。由圖3-3寫(xiě)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(dòng)勢(shì)，其值為故障器前故障點(diǎn)的a相電壓。當(dāng)計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的電動(dòng)勢(shì)用穩(wěn)態(tài)電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)計(jì)算暫態(tài)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的電動(dòng)

21、勢(shì)用暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)或次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)。</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(jiǎn)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?yàn)橛呻娫粗赶蚨搪伏c(diǎn)，電壓的正方向則為故障點(diǎn)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(shí)故障

22、點(diǎn)的各序的電流、電壓分量以及各序的電流、電壓的計(jì)算方法及其向量圖的繪制。基于所選故障的具體情況，計(jì)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(shí)，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(duì)稱(chēng)分量關(guān)系：</p><p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　可見(jiàn)，單相接地短路時(shí)有零序電壓，同時(shí)也存在零序電流（在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中）。由式（3-7）可知，A相接地短路時(shí)選基準(zhǔn)相為a相，故障點(diǎn)b相和c相的序電壓、序電流就沒(méi)有式（3-7）的簡(jiǎn)單關(guān)系。同樣，b相接地時(shí)選基準(zhǔn)

24、相位b相，c相接地時(shí)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(shí)因?yàn)?，故三個(gè)序網(wǎng)串聯(lián)后應(yīng)短接，畫(huà)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(shí)的復(fù)合序網(wǎng)圖</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　?。?-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(duì)稱(chēng)分量的合成

26、公式，可得各相電流、電壓為：</p><p><b>　?。?-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(shuō)明，兩個(gè)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?yàn)榧冸娍梗?，由，可知，滯后的相位角為，滯后的相角為，又，作出故障點(diǎn)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(duì)應(yīng)的是的情況，根據(jù)式(3-13),此時(shí)。</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(shí)，假定在K點(diǎn)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(duì)稱(chēng)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(shí)選基準(zhǔn)相為a相，故障點(diǎn)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(méi)有這樣的關(guān)系。當(dāng)然ac相短路時(shí)選b相為基準(zhǔn)相，ab相短路時(shí)選c相為基準(zhǔn)相，其故障點(diǎn)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(diǎn)bc兩相短路時(shí)，因，故零序網(wǎng)絡(luò)開(kāi)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(shí)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(diǎn)的各序復(fù)數(shù)功率按下列式進(jìn)行計(jì)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(diǎn)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(jì)算得：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>

34、　　（3-23）</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，由式（3-20）可知，此時(shí)有：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p>　　式中為同一故障點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的A相短路電流，。式（3-24）說(shuō)明，如果故障點(diǎn)的（故障點(diǎn)遠(yuǎn)離電源），則兩側(cè)短路電流等于該點(diǎn)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(shí)，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(duì)稱(chēng)分量關(guān)系為： （3-26）</p><p>　　可

36、見(jiàn)，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(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中）。另外，bc相接地短路故障時(shí)選基準(zhǔn)相為a相，自然，ca相相接地短路故障時(shí)選基準(zhǔn)相為b相，ab相接地短路故障時(shí)選基準(zhǔn)相為c相，與兩相短路時(shí)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(shí)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>　?。╯=1,2,0） （3-29）</p><p>　　各序分量求出來(lái)以后，根

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

39、 （3-32）</p><p>　　兩相接地短路時(shí)，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?yàn)榧冸娍梗鶕?jù)，，可作出、相量；又因，故可作出相量，從而、可作出。同時(shí)，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(duì)應(yīng)的是的情況，此時(shí)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(shí)選中，并選擇故障相接地選項(xiàng)。</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>　　（1）故障點(diǎn)電流波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電流，故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)三相電流波形如圖4-1所示。</p&

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

43、相電流作為測(cè)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(shí)，三相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電流呈正弦變化。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)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(shí),三相電路短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)三相電流波動(dòng)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(shì)，C相電流呈整體上升趨勢(shì)，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(guò)程中，電源端的三相電壓只有一些波動(dòng)，但沒(méi)有發(fā)生顯著變化。&

45、lt;/p><p>　?。?）故障點(diǎn)A相電流序分量波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點(diǎn)A相電流正序分量為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí)故障點(diǎn)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(kāi)狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生三相短路。在故障點(diǎn)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(shí)穩(wěn)定，在0.04s三相電路短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障，此時(shí)故障點(diǎn)A相電流正序分量的幅值下降，至0.06s時(shí)幅值為0；故障點(diǎn)A相電流正序分量的相角繼續(xù)下降，至0.06s時(shí)降為大約-180deg，然后波動(dòng)穩(wěn)定到0。</p><p>　　圖4-5 故障點(diǎn)A相電流正序分量波形圖</p><p>　　圖4-6 故障點(diǎn)A相電

47、流負(fù)序分量波形圖</p><p>　　選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點(diǎn)A相電流負(fù)序分量為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí)故障點(diǎn)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(kāi)狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生三相短路。在故障點(diǎn)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(kāi),相當(dāng)于排除故障，此時(shí)故障點(diǎn)A相電流負(fù)序分量的幅值繼續(xù)變化，至0.06s時(shí)幅值為0；故障點(diǎn)A相電流負(fù)序分量的相角持續(xù)變化，在0.06s后波動(dòng)穩(wěn)定到0。</p><p>　　圖4-7 故障點(diǎn)A相電流零序分量波形圖</p><p>　　選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故

49、障點(diǎn)C相電流；使用矢量選擇器選擇故障點(diǎn)A相電流零序分量為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí)故障點(diǎn)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(kāi)狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生三相短路。在故障點(diǎn)A相電流零序分量沒(méi)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(kāi),相當(dāng)于排除故障，此時(shí)故障點(diǎn)A相電流零序分量

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

51、><p>　?。?）故障點(diǎn)A相電壓序分量波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電壓、故障點(diǎn)B相電壓和故障點(diǎn)C相電壓，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕,則故障點(diǎn)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(shí)，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(méi)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(xiàng)。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(diǎn)電流波形圖。 選擇故障點(diǎn)A相電流，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí),故障點(diǎn)A相電流沒(méi)有變化,始終為0。</p><p>　　圖4-10 故障點(diǎn)A相電流圖 圖4-11 故障點(diǎn)B相電流圖</p><p>　　圖4-12 故障點(diǎn)C相電流圖 圖4-13 故障點(diǎn)A相電壓圖</p><p>　　選擇故障點(diǎn)B相電流，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，

54、則故障點(diǎn)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(shí)，故障點(diǎn)B相電流由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電流為0A。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生B相和C相短路接地,故障點(diǎn)B相電流發(fā)生變化,由于閉合時(shí)由初始輸入量和初始狀態(tài)量，因而故障點(diǎn)B相電流波形上移，呈正弦波形變化。在0.04s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn)B相電流迅速上升為0A。</p>

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

56、下降為0A。</p><p>　?。?）故障點(diǎn)電壓波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電壓，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(diǎn)B相電壓，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí)，故障點(diǎn)B相電

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

58、;<p>　　選擇故障點(diǎn)C相電壓，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí)，故障點(diǎn)C相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電壓為正弦波形。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生B相和C相短路接地,故障點(diǎn)C相電壓發(fā)生變化,突變?yōu)?。在0.04s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn)C相電壓波動(dòng)恢復(fù)正弦波形。</

59、p><p>　?。?）故障點(diǎn)A相電流序分量波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流和故障點(diǎn)C相電流作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形如圖 4-16所示?？梢钥闯?，故障時(shí)，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(diǎn)A相電流正序、負(fù)序和零序分量波形圖</p><p>　?。?/p>

60、4）故障點(diǎn)A相電壓序分量波形圖。</p><p>　　選擇故障點(diǎn)A相電壓、故障點(diǎn)B相電壓和故障點(diǎn)C相電壓作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)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(xiàng)。 </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(diǎn)A相電流波形圖 圖4-19 單相故障點(diǎn)B相、C相電流波形圖</p

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

63、故障,此時(shí)故障點(diǎn)A相電流迅速下降為0A。</p><p>　?。?）故障點(diǎn)電壓波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電壓,作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕,則故障點(diǎn)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(shí)，故障點(diǎn)A相電壓由于三相電路短路故障發(fā)生器處于斷開(kāi)狀態(tài)，因而電壓為正弦波形。在0.01s時(shí),三相電路短路故障發(fā)生器閉合,此時(shí)電路發(fā)生A相接地短路,故障點(diǎn)A相電壓發(fā)生變化,突變?yōu)?。在0.04s時(shí),三相電路短路

64、故障發(fā)生器打開(kāi),相當(dāng)于排除故障,此時(shí)故障點(diǎn)A相電壓波動(dòng)恢復(fù)正弦波形。</p><p>　　圖4-20單相故障點(diǎn)A相電壓波形圖 圖4-21 單相故障點(diǎn)B相電壓波形圖</p><p>　　圖4-22 單相故障點(diǎn)C相電壓波形圖</p><p>　　選擇故障點(diǎn)B和C相電壓，作為測(cè)量電氣量。激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(duì)稱(chēng)波形使得B、C兩相的電壓波形疊加在一起時(shí)成一角度。</p><p>　?。?）故障點(diǎn)A相電流序分量波形圖。選擇故障點(diǎn)A相電流、故障點(diǎn)B相電流、故障點(diǎn)C相電流作為電氣測(cè)量量，激活仿真按鈕，則故障點(diǎn)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(diǎn)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(shí),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(shí)，故障點(diǎn)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(kāi)狀態(tài)，因而幅值為0，相角為0。在0.01s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器閉合，此時(shí)電路發(fā)生A相單相接地故障，故障點(diǎn)A相電流正序、負(fù)序和零序幅值緩慢波動(dòng)上升，相角突變后，在大約90deg時(shí)穩(wěn)定。在0.04s時(shí)，三相電路短路故障發(fā)生器打開(kāi)，此時(shí)電路排除故

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

68、序、零序分量波形圖</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</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(lái)越大，在這種情況下，許多大型的電力科研實(shí)驗(yàn)很難進(jìn)行，尤其是電力系統(tǒng)中對(duì)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(shí)要不斷的實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)實(shí)設(shè)備中很難實(shí)現(xiàn)，一是實(shí)際的條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來(lái)講也是不允許進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的?？?/p>

69、慮這兩種情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開(kāi)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具，為解決具體的工程問(wèn)題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡(jiǎn)潔的途徑。對(duì)故障模型進(jìn)行仿真的時(shí)候，可以體會(huì)到MATLAB強(qiáng)大的仿真能力，為電氣工作者提供了簡(jiǎn)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(guó)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(jì)與分析[M].北京：國(guó)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(guó)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(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M].北京：機(jī)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(hù)原理[

72、M]. 第一版.北京：中國(guó)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