基于Matlab的电力系统短路电流分析与仿真

1.引 言

随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大，对电力系统运行的安全与稳定性要求越来越高，然而实现的难度却越来越大。对于大型电力系统的研究，现场进行科研实验实现的难度大且危险性高。因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行工具就变得尤为重要。

2.系统总体设计

2.1系统设计

为了在仿真中得到理想旳数据及波形,本文选择了最具有代表性的典型的电力系统单机一无穷大系统。该系统认为功率无穷大,频率恒定,电压恒定,即对现实进行近似处理,以简化模型，更有利于得出结论,简化计算过程。系统模型如图所示:

图中，最左端是发电机组，中间是变压器和电力线路，最后是无穷大电源和负载。假设额定容量Sn＝200MVA，额定电压Vn＝13.8KV，额定频率fn = 60Hz ，变压器的变比k =13.8/230 ，U%=16.67，低压绕组采用三角形接法，高压绕组采用星型接地。电力线路阻抗为0.4，线路长为220km,无穷大电源电压Vs=230KV,功率容量为10000MVA。

2.2仿真电路图及其参数设计

根据仿真图，短路故障用三相故障元件来模拟的，在该模块的参数设置中选择三相以及接地故障，并将故障电阻和接地Ron电阻Rg都设为0.001(很小，但不能为零）。故障起始时间和切除时间分别为0.03s和0.06s,采用ode15tb或ode23tb算法，仿真停止时间设定为0.1s。

1）发电机组参数

2）变压器参数

3）电力线路参数

4）无穷大系统参数

3.计算与仿真分析

3.1计算

首先用标幺值换算到统一的基准值，首先选定基准容量Sb和基准电压Ub。这里取基准值Sb =1000MV A，Ub =230KV。根据之前设定的参数进行计算，这里主要针对三相短路电流进行计算。电路简化图下图所示：

因此，1)基准电流为：

3.2仿真分析

三相短路电流分析

分析：在稳态时，故障相各相电流由于三相故障发生器处于断开状态，所以电流为0。在0.03s时，三相故障发生器闭合，此时电源发生三相短路，故障点各相电流发生变化，故障点短路电流迅速增大，在0.06s时，三相故障发生器打开，相当于排除了故障，此时故障点电流迅速将为0。

三相短路电压分析

分析：在稳态时，故障相各相电压由于三相故障发生器处于断开状态，所以电压保持稳定，在0.03s时，三相故障发生器闭合，此时电源发生三相短路，故障点各相电压发生变化，立即降为0，在0.06s时，三相故障发生器打开，相当于排除了故障，此时故障点电压迅速恢复。

AB两相短路电流分析

分析：由电流的仿真图可以看出，非故障相的电压变为了0，而故障相电流峰值是三相短路电流的0.866倍，约为2800A，并且这两项的电流的和为0。

AB两相短路电压分析

分析：在ＡＢ两相发生短路故障时，非故障相Ｃ相电压波形幅值增大，Ａ相和Ｂ相电压降为0。

A相短路电流分析

分析：当Ａ相发生接地短路故障时，ＢＣ两项电流迅速变为零，这与理论分析的结果一致。发生两相短路时的理论计算：发生故障时非故障相的电流为零，另外两项的电流和为零，发生两相短路的电压相等。

A相短路电压分析

分析：当Ａ相发生接地短路故障时Ａ相电压降为零，非故障相即ＢＣ两项电压上升为线 电压，其夹角为6 0°，切除故障后各相电压水平较原来升高这是中性点电位升高导致的。

4.总结

通过一个简单的电力系统模型，利用Matlab进行建模仿真分析，仿真结果表明Matlab具有强大的仿真功能。它这种模块化的建模仿真分析方法避免了繁杂冗长的编程过程，且仿真结果逼近系统实际行为，是电力系统分析的理想工具。它方便、实用、灵活的特点为电力系统研究者提供了一个有效的研究平台。