基于MATLAB的單機無窮大系統短路故障分析

山東科技大學 呂 鵬 鐘家成 紀妮妮 李漫漫

基于MATLAB的單機無窮大系統短路故障分析

山東科技大學 呂 鵬 鐘家成 紀妮妮 李漫漫

本文以MATLAB7.0軟件為平臺構建了一個單機無窮大系統的仿真模型，并以電力系統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，對研究電力系統的暫態過程打下基礎。

單機無窮大系統； MATLAB；暫態穩定

隨著電系統規模逐漸擴大，對電力系統的穩定性要求越來越高，然而電力系統運行中的各種短路故障、負荷的突變現象時候發生，這些擾動會對電力系統的穩定造成很大的影響。

我國電力工業參數高、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際，在對電力系統穩態分析中常采用單機對無窮大系統（SIMB），單機—無窮大系統認為電源的電壓幅值和頻率在系統發生故障時仍能保持恒定，通過這樣近似處理得到的仿真結果更貼近生產實際。

1.單機大無窮系統的原理分析

圖1是某單機無窮大系統的電路簡化模型，左側是模擬的無限個并聯運行的發電機組經過變壓器和雙回路輸電線路向無窮大母線VS供電。根據圖1基礎接下來用Simulink搭建上述電路模型并進行故障分析。

圖1 單機一無窮大系統電路簡化模型

2.單機無窮大系統的simulink建模

打開Simulink的擴展工具箱中電力系統模塊（SimPowerSystems），選擇合適的模塊建模[1]。使用同步發電機(Synchronous Machine pu Standard)，勵磁系統(Excitation System)和水輪機調速器(Hydraulic Turbine and Governor)來組成發電機組，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，轉子類型(Rotor type)：凸極（Salient—Pole）。三相變壓器聯結組為Yd11型，采輸電線路采用分布參數模型(Distributed Parameter Line)模擬220(KM)的高壓線。

圖2 單機一大無窮系統simulink仿真圖

圖3 單機大無窮系統A相短路時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項和接地故障(Ground Fault)，故障電阻和接地電阻都采用默認的0.001,在Transition times欄設置故障開始和結束時間段為[0.15 0.26]。另外由于此系統是帶發電機的非線性系統[2]，所以算法可以采ode23tb，仿真總時間設為0.5秒。

3.結果分析

分析圖3所示的波形，在前0.15s內系統處于正常運行狀態，電壓波保持標準正弦變化，0.15s時發生A相接地故障，可以觀察到A相對地電壓變為零，B、C兩非故障相電壓仍保持正弦波形不變，符合理論分析，說明仿真結果正確[3]。

圖4 單機無窮大系統A相短路時A、B、C三相對地電流波形

觀察圖4中的A、B、C三相的對地電流，在正常運行狀態下A、B、C三相的對地電流都為0，在0.15s 發生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對電力系統單機無窮大系統短路故障建模分析，分析了短路故障下系統電壓電流的影響，對進步一研究電力系統暫態穩定性和故障診斷奠定了良好的基礎。

[1]彭建飛,任岷,王樹錦.MATLAB在電力系統仿真研究中的應用[J].計算機仿真,2005(6)):193-196.

[2]李廣凱,李庚銀.電力系統仿真軟件綜述[J].電氣電子教學學報,2005(6):61-65.

[3]張少如,李志軍,吳永儉等.MATLAB與電力系統仿真[J].河北工業大學學報,2005(12):5-9.