山東科技大學(xué) 呂 鵬 鐘家成 紀(jì)妮妮 李漫漫

基于MATLAB的單機(jī)無窮大系統(tǒng)短路故障分析

山東科技大學(xué) 呂 鵬 鐘家成 紀(jì)妮妮 李漫漫

本文以MATLAB7.0軟件為平臺(tái)構(gòu)建了一個(gè)單機(jī)無窮大系統(tǒng)的仿真模型，并以電力系統(tǒng)中最常見的單相短路故障為例，分析了短路中的電壓電流波形，對(duì)研究電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程打下基礎(chǔ)。

單機(jī)無窮大系統(tǒng)； MATLAB；暫態(tài)穩(wěn)定

隨著電系統(tǒng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求越來越高，然而電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各種短路故障、負(fù)荷的突變現(xiàn)象時(shí)候發(fā)生，這些擾動(dòng)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定造成很大的影響。

我國電力工業(yè)參數(shù)高、容量大，為了排除一些因素的干擾，盡可能的使仿真模型貼近實(shí)際，在對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中常采用單機(jī)對(duì)無窮大系統(tǒng)（SIMB），單機(jī)—無窮大系統(tǒng)認(rèn)為電源的電壓幅值和頻率在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)仍能保持恒定，通過這樣近似處理得到的仿真結(jié)果更貼近生產(chǎn)實(shí)際。

1.單機(jī)大無窮系統(tǒng)的原理分析

圖1是某單機(jī)無窮大系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)化模型，左側(cè)是模擬的無限個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組經(jīng)過變壓器和雙回路輸電線路向無窮大母線VS供電。根據(jù)圖1基礎(chǔ)接下來用Simulink搭建上述電路模型并進(jìn)行故障分析。

圖1 單機(jī)一無窮大系統(tǒng)電路簡(jiǎn)化模型

2.單機(jī)無窮大系統(tǒng)的simulink建模

打開Simulink的擴(kuò)展工具箱中電力系統(tǒng)模塊（SimPowerSystems），選擇合適的模塊建模[1]。使用同步發(fā)電機(jī)(Synchronous Machine pu Standard)，勵(lì)磁系統(tǒng)(Excitation System)和水輪機(jī)調(diào)速器(Hydraulic Turbine and Governor)來組成發(fā)電機(jī)組，其中額定電壓Vt=13.8KV, 額定頻率fn=50Hz，額定容量Pn=300E6VA，無窮大電源電壓VS=220KV，轉(zhuǎn)子類型(Rotor type)：凸極（Salient—Pole）。三相變壓器聯(lián)結(jié)組為Yd11型，采輸電線路采用分布參數(shù)模型(Distributed Parameter Line)模擬220(KM)的高壓線。

圖2 單機(jī)一大無窮系統(tǒng)simulink仿真圖

圖3 單機(jī)大無窮系統(tǒng)A相短路時(shí)A、B、C三相電壓波形

具體Simulink仿真如圖2所示，在三相短路故障模塊選擇A項(xiàng)和接地故障(Ground Fault)，故障電阻和接地電阻都采用默認(rèn)的0.001,在Transition times欄設(shè)置故障開始和結(jié)束時(shí)間段為[0.15 0.26]。另外由于此系統(tǒng)是帶發(fā)電機(jī)的非線性系統(tǒng)[2]，所以算法可以采ode23tb，仿真總時(shí)間設(shè)為0.5秒。

3.結(jié)果分析

分析圖3所示的波形，在前0.15s內(nèi)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電壓波保持標(biāo)準(zhǔn)正弦變化，0.15s時(shí)發(fā)生A相接地故障，可以觀察到A相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖珺、C兩非故障相電壓仍保持正弦波形不變，符合理論分析，說明仿真結(jié)果正確[3]。

圖4 單機(jī)無窮大系統(tǒng)A相短路時(shí)A、B、C三相對(duì)地電流波形

觀察圖4中的A、B、C三相的對(duì)地電流，在正常運(yùn)行狀態(tài)下A、B、C三相的對(duì)地電流都為0，在0.15s 發(fā)生A相接地短路，A相電流迅速增大，其余兩相電流仍保持不變，經(jīng)過理論分析說明仿真波形圖是正確的。

4.未來展望

通過MATLAB對(duì)電力系統(tǒng)單機(jī)無窮大系統(tǒng)短路故障建模分析，分析了短路故障下系統(tǒng)電壓電流的影響，對(duì)進(jìn)步一研究電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和故障診斷奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]彭建飛,任岷,王樹錦.MATLAB在電力系統(tǒng)仿真研究中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真,2005(6)):193-196.

[2]李廣凱,李庚銀.電力系統(tǒng)仿真軟件綜述[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2005(6):61-65.

[3]張少如,李志軍,吳永儉等.MATLAB與電力系統(tǒng)仿真[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(12):5-9.