基于MATLAB的单机无穷大系统短路故障分析

山东科技大学 吕 鹏 钟家成 纪妮妮 李漫漫

基于MATLAB的单机无穷大系统短路故障分析

山东科技大学 吕 鹏 钟家成 纪妮妮 李漫漫

本文以MATLAB7.0软件为平台构建了一个单机无穷大系统的仿真模型，并以电力系统中最常见的单相短路故障为例，分析了短路中的电压电流波形，对研究电力系统的暂态过程打下基础。

单机无穷大系统； MATLAB；暂态稳定

随着电系统规模逐渐扩大，对电力系统的稳定性要求越来越高，然而电力系统运行中的各种短路故障、负荷的突变现象时候发生，这些扰动会对电力系统的稳定造成很大的影响。

我国电力工业参数高、容量大，为了排除一些因素的干扰，尽可能的使仿真模型贴近实际，在对电力系统稳态分析中常采用单机对无穷大系统（SIMB），单机—无穷大系统认为电源的电压幅值和频率在系统发生故障时仍能保持恒定，通过这样近似处理得到的仿真结果更贴近生产实际。

1.单机大无穷系统的原理分析

图1是某单机无穷大系统的电路简化模型，左侧是模拟的无限个并联运行的发电机组经过变压器和双回路输电线路向无穷大母线VS供电。根据图1基础接下来用Simulink搭建上述电路模型并进行故障分析。

图1 单机一无穷大系统电路简化模型

2.单机无穷大系统的simulink建模

打开Simulink的扩展工具箱中电力系统模块（SimPowerSystems），选择合适的模块建模[1]。使用同步发电机(Synchronous Machine pu Standard)，励磁系统(Excitation System)和水轮机调速器(Hydraulic Turbine and Governor)来组成发电机组，其中额定电压Vt=13.8KV, 额定频率fn=50Hz，额定容量Pn=300E6VA，无穷大电源电压VS=220KV，转子类型(Rotor type)：凸极（Salient—Pole）。三相变压器联结组为Yd11型，采输电线路采用分布参数模型(Distributed Parameter Line)模拟220(KM)的高压线。

图2 单机一大无穷系统simulink仿真图

图3 单机大无穷系统A相短路时A、B、C三相电压波形

具体Simulink仿真如图2所示，在三相短路故障模块选择A项和接地故障(Ground Fault)，故障电阻和接地电阻都采用默认的0.001,在Transition times栏设置故障开始和结束时间段为[0.15 0.26]。另外由于此系统是带发电机的非线性系统[2]，所以算法可以采ode23tb，仿真总时间设为0.5秒。

3.结果分析

分析图3所示的波形，在前0.15s内系统处于正常运行状态，电压波保持标准正弦变化，0.15s时发生A相接地故障，可以观察到A相对地电压变为零，B、C两非故障相电压仍保持正弦波形不变，符合理论分析，说明仿真结果正确[3]。

图4 单机无穷大系统A相短路时A、B、C三相对地电流波形

观察图4中的A、B、C三相的对地电流，在正常运行状态下A、B、C三相的对地电流都为0，在0.15s 发生A相接地短路，A相电流迅速增大，其余两相电流仍保持不变，经过理论分析说明仿真波形图是正确的。

4.未来展望

通过MATLAB对电力系统单机无穷大系统短路故障建模分析，分析了短路故障下系统电压电流的影响，对进步一研究电力系统暂态稳定性和故障诊断奠定了良好的基础。

[1]彭建飞,任岷,王树锦.MATLAB在电力系统仿真研究中的应用[J].计算机仿真,2005(6)):193-196.

[2]李广凯,李庚银.电力系统仿真软件综述[J].电气电子教学学报,2005(6):61-65.

[3]张少如,李志军,吴永俭等.MATLAB与电力系统仿真[J].河北工业大学学报,2005(12):5-9.