毕业论文-基于MATLAB的电力系统故障仿真与检测技术研究.doc

. . 山东农业大学毕 业 论 文基于MATLAB的电力系统故障仿真与检测技术研究 院 部： 机械与电子工程学院 专业班级：电气工程及其自动化4班 届 次： 2015届 学生姓名： 学 号： 指导教师： 二一五年五月二十八日装订线. . . 39目 录摘要IAbstractII1引言11.1研究背景和意义11.2本论文主要工作12电力系统故障类型及理论分析32.1电力系统的构成32.2故障概述32.3各种短路故障的理论分析42.3.1三相短路故障的分析42.3.2单相接地短路故障的分析72.3.3两相短路故障的分析92.3.4两相接地短路故障的分析112.4本章小结133基于MATLAB的故障仿真分析143.1 MATLAB简介143.1.1概述143.1.2 MATLAB的电力系统工具箱介绍143.2电力系统仿真模型的建立与仿真参数设置153.2.1电力系统仿真模型的建立163.2.2仿真参数设置173.3电力系统短路故障仿真结果及分析213.3.1三相短路故障仿真分析213.3.2 A相接地短路故障仿真分析233.3.3 BC两相短路故障仿真分析243.3.4 BC两相接地短路故障仿真分析263.3.5本章小结284基于序分量的短路电流检测技术的研究294.1短路电流检测技术概述294.2序分量检测技术的原理及实现294.3本章小结335结论与展望35参考文献36致谢38ContentsAbstractII1 Introduction11.1 The background and significance of research11.2 The paper work12 Electric power system and fault overview32.1 The composition of the power system32.2 Fault overview32.3 Theoretical analysis of various kinds of fault42.3.1 The analysis of the three-phase short circuit fault42.3.2 The analysis of the one-phase grounding short circuit fault72.3.3 The analysis of the two-phase short circuit fault92.3.4 The analysis of the two-phase grounding short circuit fault112.4 The summary of this chapter133 The fault simulation analysis based on MATLAB143.1 Brief introduction to MATLAB143.1.1 Summarization143.1.2 The introduce to the MATLAB toolbox power system143.2 The establishment of the power system simulation model and analysis153.2.1 Power system simulation model163.2.2 Simulation parameter settings173.3 The results and analysis of simulation213.3.1 The analysis and simulation of the three-phase short circuit fault213.3.2 The analysis and simulation of the A-phase grounding short circuit fault233.3.3 The analysis and simulation of the BC-phase short circuit fault243.3.4 The analysis and simulation of the BC-phase grounding short circuit fault263.3.5 The summary of this chapter284 Research on the detection of short circuit current based on the sequence component294.1 Overview of short circuit current detection294.2 The principle and Realization of sequence component detection technology294.3 The summary of this chapter335 Conclusion and Prospect35References36Acknowledgement38基于MATLAB的电力系统故障仿真与检测技术研究作者：孙丛丛 指导教师：宋成宝（山东农业大学 机械与电子工程学院 泰安 271018）摘要：电力系统是一个复杂的动态系统，在运行过程中，经常会发生故障。本论文针对电力系统常见的4种短路故障（三相短路、单相接地、两相短路、两相短路接地）进行了理论分析，并利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建出了仿真模型，仿真出了4种短路故障短路点的电压与电流波形，而且，利用三相序量分析器将短路点电压与电流分解得到了A相的正序、负序和零序分量，结果表明，仿真与理论分析相一致。通过比较不同故障短路点的电流波形可知，三相短路故障短路点电流最大，危害最严重；通过比较不同故障短路点的电压与电流序分量波形可知，单相接地短路故障和两相接地短路故障均含有正序、负序和零序分量；而两相短路故障只含有正序和负序分量。最后介绍了常用的短路电流检测方法，重点研究了利用负序和零序分量的短路电流检测方法，研究表明：以负序分量为特征量的检测方法在各种情况下，从反应程度和快速性上来说都十分理想。关键词: 电力系统 故障分析 MATLAB仿真 序分量 检测技术 Research on power system fault simulation and detection technology based on MATLABAuthor:Sun Congcong Supervisor:Song Chengbao(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)Abstract Power system is a complex dynamic system and in the running process, the fault often occurs. In this thesis, four kinds of power system short-circuit faults which contain three-phase short circuit, single-phase to ground, the two-phase short circuit and two-phase short circuit to ground are analyzed. And build a simulation model by MATLAB / Simulink simulation software, the simulation of the four kinds of short circuit fault plots the voltage and current waveforms and decomposed by a phase of positive sequence, negative sequence and zero sequence components of short-circuit voltage and current using three-phase sequence analyzer.As the result, theoretical analysis is Consistent with simulation. By comparing the current waveforms of different faults, the short-circuit point current of three-phase short-circuit fault is the maximum, and three-phase short-circuit fault the worst damage ; By comparing the sequence pomponent waveforms of different faults,single-phase to ground and two-phase short circuit to ground contain positive sequence, negative sequence and zero sequence components; two-phase short circuit contains only positive sequence and negative sequence components. At last, the common method of short circuit current detection is introduced, and the method of short circuit current detection using negative sequence and zero sequence component is studied. The research shows that the method of detecting negative sequence components is ideal for the degree and rapidity of the reaction.Keywords:Power system;Fault analysis;MATLAB simulation;Sequence component;Detection technology1 引言1.1研究背景和意义电力系统运行的基本要求就是：保证可靠地持续供电；保证良好的电能质量；保证系统运行的经济性1。然而随着社会的不断发展和生产力的不断提高，电能用户对电力系统运行的要求越来越高。电力系统中的事故将造成供电中断，而这些都是工作人员想不到的。形成事故的原因很多，包括设备原因、自然原因、人为原因等2。因故障造成的停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。所以，电力系统运行首先要满足可靠、持续供电的要求。2003年，美国、加拿大发生了停电事故，而且“美加大停电”是北美历史上最大范围的停电事故。很多人受到了影响，大约在加拿大有一千万（大约占总人口的三分之一），在美国大约有四千万。造成美国的八个州和加拿大的安大略省电力中断。估计受到影响的地区大约有9,300平方英里（24,000平方公里）。发电厂至少有21间在停电期间关闭。主要城市的受影响人数一览表如下：表1-1 “美加大停电”各个城市受影响人数城市纽约市多伦多底特律渥太华汉密尔顿克利夫兰托莱多温索尔受影响人数8,000,0005,600,000951,000820,000680,000478,000341,000208,000在我国也有很多像这样的停电事故，而且这些停电事故影响非常大。例如，1990年“9.20”事故在广东电网发生，是因为20kV线路短路故障引起的，7个发电厂因为此故障而解列，220kV的线路有13条跳闸，220kV的变电站有11个停电。1988年，“8.6”事故在贵州电网发生，因为双回220kV线路发生故障跳闸，从而造成了贵州电网互解和南部电网频率崩溃； 1993年，“4.24”事故在海南电网发生，一组站用变压器380V开关发生故障引发继电保护动作不正确，最后造成全网瓦解，大面积停电。虽然科学技术不断发展，电力系统的事故依旧是不可避免的，因此在这种背景下研究电力系统故障以及故障诊断技术有重要的理论意义和实际的应用价值。而且是为了保证电力系统运行的质量与功能。由于在实际上对电力系统进行试验和研究比较困难，因此需要利用各种电力系统动态仿真软件对电力系统进行设计和研究，而且仿真已成为对电力系统设计、研究的有效途径之一。MATLAB是当前国际认可的优秀科技软件之一，而且MATLAB在电力系统领域的应用也日趋完善。在MATLAB/Simulink仿真环境下，可以直接拖动SPS库中的元件搭建电力系统仿真模型，也可以将功能模块封装起来。因此，在进行电力系统设计、研究时更加方便。1.2本论文主要工作本论文简单介绍了电力系统常见的故障类型，在理论上对4种短路故障进行了分析以及借助MATLAB仿真软件对这4种故障进行了仿真。最后针对电力系统故障，对电力系统检测技术进行了研究，而且主要研究了应用负序、零序分量对短路故障的判断。 具体章节安排为：第一章介绍了本论文的研究背景和意义；第二章介绍了电力系统的构成、故障类型以及短路故障的原因、危害等，而且从理论上对4种短路故障进行了分析，主要包括三相短路故障的短路电流、冲击电流的计算，以及单相接地短路，两相短路，两相接地短路故障的短路点电流、电压的计算；第三章对三相短路，单相接地短路，两相短路，两相接地短路故障时的短路点的电流、电压进行MATLAB仿真，而且对A相的电流、电压各序分量进行了仿真，并对仿真结果进行分析，最后得出结论；第四章介绍了电力系统故障检测技术，现在的电流检测方法主要有基于傅里叶级数的实时检测法，基于瞬时无功功率理论的实时检测法等。而本章主要讲了应用负序、零序分量对短路故障的判断。通过三相序量分析器，将三相短路，单相接地短路，两相短路，两相接地短路故障的负序、零序的幅值波形仿真出来，并对波形进行分析总结得出结论；第五章对全文工作进行了总结。2 电力系统故障类型及理论分析2.1 电力系统的构成电力系统是指用不同电压等级的输电线路将发电厂、变电所以及电力负荷连接起来所组成的统一的、不可分割的人工系统。它主要包括发电厂、输电线路、变电所和电力负荷以及未示于图2-1中的测量、保护、控制装置乃至能量管理系统。电力系统中各主要环节相互间的联系如图2-1所示。其中，锅炉和反应堆分别将化学能和核能转化为热能，汽轮机又将热能转化为机械能，水轮机则直接将水能转化为机械能。发电机将机械能转化为电能。在这些设备中，电能又分别转化为机械能、热能、光能，等等1。图2-1 电力系统和电力网络示意图2.2 故障概述电力系统的故障类型较多，常见的而且对电力系统危害比较严重的有：短路、断路以及各种复杂故障等。电力系统常见的是短路故障，因此短路是本文重点研究的对象。 所谓短路，指电力系统的相与相之间或相与地（中性线）之间的低阻性连接。在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的，如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路故障2。（1）、短路的主要原因主要原因：电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被破坏。设备原因：由于电气设备有质量问题，电气设备绝缘材料用久了会自然老化、污秽或机械损伤等；自然原因：雷击引起的过电压，自然灾害引起的杆塔倒地或断线，鸟兽跨接导线引起的短路等；人为原因：运行人员有时候会误操作或带接地线合阐等等。（2）、短路的危害3短路会对电力系统的正常运行和电气设备造成很大的危害。具体有以下几点：当发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小和突然短路时的暂态过程，短路回路中电流会大大增加，有可能超过此回路额定电流的好多倍。当短路电流通过电气设备中的导体时，它的热效应就会引起导体或绝缘的损坏；而且，导体也会受到电动力的冲击，从而使导体变形，甚至损坏；短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏；短路相当于改变了电网结构，引起系统中功率分布的变化，发电机输出功率也相应地变化。严重时，可能引起并列运行的发电机失去同步，破坏系统的稳定，引起大片地区停电；不对称接地短路所引起的不平衡电流产生的不平衡磁通，会在邻近平行的通信线路上感应出相当大感应电动势，造成对通信系统的干扰，甚至危及人身和设备的安全。本论文重点研究短路故障。单相接地短路是电力系统中发生几率最大的一种故障。对于大电流接地系统，当发生单相接地时，必须迅速将故障部分从系统中切除，以免波及范围更大。对于中性点小电流接地系统，当发生单相接地时，允许短时间运行2小时，但是要求尽快寻找接地点，将故障部分从系统中切除。两相接地短路发生的几率一般低于10%，在大电流接地系统中，这种故障多在同一地点发生；在小电流接地系统中，这种故障往往是先在一处发生接地，此时，非故障相对地电压升高至线电压，易于在绝缘薄弱处将绝缘击穿，形成两相短路接地，这两个接地点往往是不在同一点。三相短路及两相短路故障发生的几率一般不会超过全部故障的5%，但三相短路故障比较严重，故障发生后要求更迅速的切除4。2.3 各种短路故障的理论分析电力系统运行经验表明，各种短路故障发生的几率不同，其中单相接地故障发生的几率最多，三相短路故障发生的几率最小，但其产生的后果最严重，同时三相短路又是分析不对称短路故障的基础。因此，先对无限大容量电源供电的三相短路故障进行研究。2.3.1 三相短路故障的分析（1）无限大容量电源无限大容量电源是指电源幅值和频率在故障短路的过程中保持恒定。数学描述为，即电源电动势标么值恒为1，系统内阻抗为0，短路时电源内部没有暂态过程。实际电力系统中真正的无限大容量电源是不存在的，只能是一个相对的概念，一般当以供电电源的额定值作为基准值时短路回路总电抗的标么值大于3，则可认为供电电源为无限大容量电源。（2）三相短路暂态过程的分析图2-2 无穷大功率电源供电的三相电路突然短路首先分析短路前稳态运行的情况。由于三相电源、三相负载对称，因此可以仅分析其中一相的电动势和电流表达式，（本论文采用A相的电动势和电流表达式）其它两相可对称写出。 （2-1） 式中 电源电动势幅值，为常数； 短路前电流幅值； 短路前电路阻抗角； 合闸相角。当电路中k点发生三相对称短路时，整个电路被分为两个独立的回路，其中左边的回路仍与电源连接，而右边的回路则变为没有电源的短接回路。在右边回路中，电流将从短路发生瞬间的初值按指数规律衰减到零。在这一衰减过程中，该回路磁场中所储藏的能量将全部转化为热能。在与电源连接的左边回路中，其阻抗由原来的 突然减小为。短路后的暂态过程分析如下：短路后的电路仍然是三相对称的，因此只需要分析其中一相（A相）的暂态过程。得出A相的微分方程为 （2-2）式（2-2）为一阶常系数非奇次的线性微分方程，其解为 （2-3） 式中 短路电流周期分量的幅值； 短路回路的阻抗角； 非周期分量电流衰减时间常数。由式（2-3）可知，短路电流在暂态过程中包含两个分量，一个是短路电流的周期分量 ，另一个是短路电流的非周期分量 。前者取决于电源电动势和短路回路的阻抗，其幅值在暂态过程中不变；后者是为了使电感回路中磁链和电流不突变而出现的，它的值在短路瞬间最大，而在暂态过程中以时间常数 按指数规律衰减，并最后衰减为零，表明短路暂态过渡过程结束进入短路稳态过程。式（2-3）中为积分常数，由初始条件决定，根据电路的开闭定律，电感电流不能突变，短路前瞬间电流 和短路后瞬间电流 应相等，即 （2-4）根据，可以解出积分常数为 （2-5）将式（2-5）代入式（2-3）可得短路电流为 （2-6）将以或代入式（2-6）中可以得出B相和C相的短路电流表达式为 （2-7） （2-8）短路电流最大可能的瞬时值称为短路电流冲击值，将在短路发生经半个周期（）时出现。所以冲击电流为 （2-9）式中称为冲击系数，它表示冲击电流为短路电流周期分量幅值的多少倍。当时间常数 数值由零变到无穷大时，冲击系数的变化范围为。在工程实用计算中，当短路发生在发电机母线上时，取；短路发生在发电厂高压母线侧时， ；短路发生在远离电源点时，取。短路冲击电流主要用来校验电气设备和载流导体的动稳定性，以保证设备在短路时不致因短路电流产生冲击力而发生变形或损坏。短路电流的最大有效值 是以最大瞬时值发生的时刻（即发生短路经历约半个周期）为中心的短路电流有效值。在发生最大冲击电流的情况下，有 （2-10）短路电流的最大有效值常用于校验电气设备的断流能力和耐力强度。2.3.2单相接地短路故障的分析假设系统发生单相接地短路故障，短路模拟图如下图2-3所示5。图2-3单相接地短路如图2-3所示当系统中的f点发生单相（A相）接地短路故障时，其短路点的边界条件A相在短路点f的对地电压为零，B相和C相从短路点流出的电流为零，即：， （2-11）将式子（2-11）转换成各个序分量之间的关系。对于，有如下关系： （2-12）根据 可以得出： （2-13）于是，单相短路接地时，用序分量表示的边界条件为： （2-14）由边界条件组成复合序网（复合序网是指在短路端口按照用序分量表示的边界条件，将正序、负序和零序三个序网相互连接而成的等值网络）从A相短路接地的序分量边界条件式（2-14）可见，它相当于三序网的端头进行串联，如图2-4所示图2-4单相接地短路复合序网复合序网直观地表达了不对称短路故障的地点和类型，对复合序网进行分析计算，可以解出短路点处的各序电压、电流分量，如下：（1）电流分量序电流分量为： （2-15）三相电流为： （2-16）（2）电压分量序电压分量为: （2-17）三相电压为： （2-18）2.3.3两相短路故障的分析图2-5两相短路故障如图2-5所示当系统中点发生两相（B、C相）短路时，该点三相对地电压及流出该点的相电流（短路电流）具有下列边界条件： （2-19）用对称分量表示为： （2-20）于是，两相短路时，用序分量表示的边界条件为：， ， （2-21）根据边界条件式（2-21）两相短路时复合序网如图2-6所示，即正序网络和负序网络在故障点并联，零序网络断开，两相短路时没有零序分量。图2-6 两相短路复合序网由复合序网可以推出短路点处的各序电压、电流分量，如下：（1）电流分量序电流分量为： （2-22）三相电流为： （2-23）（2）电压分量序电压分量为： （2-24）三相电压为： （2-25）可见，两相短路电流为正序电流的倍，短路点非故障相电压为正序电压的两倍，而故障相电压只有非故障相电压的一半且方向相反。2.3.4两相接地短路故障的分析图2-7两相接地短路故障如图2-7所示点发生两相（B、C相）短路接地，其边界条件显然是， （2-26）式（2-26）与单相短路接地很类似，只是电压和电流互换，因此其转换为对称分量的形式必为： （2-27）显然，满足此边界条件的复合序网如图 2-8 所示，即三个序网在故障点并联，图2-8两相接地短路复合序网 由复合序网可求得故障点处的各序电流和电压（1）电流分量序电流分量为： （2-28）三相电流为： （2-29）（2）电压分量序电压分量为： （2-30）三相电压为： （2-31）2.4 本章小结本章介绍了电力系统的故障类型，而且主要介绍了短路故障。并在对称分量法分析不对称故障的基础上，对各种不对称故障做了进一步分析。由各种短路故障（单相接地短路、两相短路、两相短路接地）的边界条件可以得出各自的复合序网，复合序网直观地表达了不对称短路故障的地点和类型，对复合序网进行分析计算就可以解得各短路故障的三相电流、电压以及各短路故障A相的各序电流、电压分量。从而使实际求解短路故障点的电流、电压更加方便。3 基于MATLAB的故障仿真分析3.1 MATLAB简介3.1.1 概述20世纪70年代，MATLAB最初是由美国新墨西哥大学的计算机系主任Cleve Moler教授为学生编写的接口程序，来减轻学生的负担。1984年，Little,Moler和Steve Bangert合作成立MathWorks公司，用C语言重写MATLAB软件。到90年代，MATLAB成为控制界公认的标准计算软件。MATLAB 是一个高精度的科学计算语言，它将计算、可视化和编程结合在一个容易使用的开发环境中，在这个环境中，用户能够把要解决的问题和解决问题的办法用熟悉的数学符号表示出来。同时，MATLAB也是一个交互式系统，它的基本数据单元是数组，这个数组不要求固定的大小，所以能够让用户解决许多工程技术上的数学问题。MATLAB的指令表达与数学、工程中常用的习惯形式十分相似，与C语言、Fortran等高级语言相比，MATLAB的语法规则更简单，表达更符合工程习惯。因此，MATLAB软件在国内外被广泛地应用于需要数值计算与仿真的场合，其准确度也被国际上认可。随着时间的推移，MATLAB的版本不断更新，功能不断完善。在本篇论文中使用的是MATLAB2012b版本。Simulink是基于MATLAB的图形化仿真设计环境，是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包。它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统、连续和离散混合系统，而且系统可以使多线程的。它使用图形化的系统模型对动态系统进行描述，并在此基础上利用MATLAB数值计算引擎对系统进行仿真。Simulink和MATLAB是高度集成在一起的，所以，它们之间可以进行方便的交互操作，例如可以将仿真得到的数据传递到Workspace中9。3.1.2 MATLAB的电力系统工具箱介绍使用MATLAB软件对电力系统建模和仿真时，主要使用的MATLAB/Simulink中的电力系统仿真模块（SimPowerSystems，简称SPS）。SimPowerSystems程序库含有代表电力系统的常用元件的Simulink程序块，通过SPS可以迅速建立模型和设置仿真参数，并立即仿真。SPS程序库中的测量程序和控制源起到电信号与Simulink程序之间的连接作用。在Command窗口输入simulink命令便打开simulink的库浏览窗口，点击SimPowerSystems就进入了电力系统工具箱。电力系统工具箱包括了电力电子、电路、电机等电气工程学科中常用的元件模型。这些元件模型分布在7个模块库中，如图3-1所示，每个模块库中包含多种基本元件模型，搭建仿真模型时，只需将这些库模块或其他库模块中的元件拖到新建的model文件中，然后按照仿真系统的要求将各个元件模型连接起来并设置好各个元件的参数，就可以方便、直观地运行仿真模型，得到仿真结果10。图3-1 电力系统工具箱模块库使用SimPowerSystems的仿真流程图14，如下图3-2所示。启动MATLAB/Simulink在Simulink下把相关电力系统元件模块拖入model文件中连接各模块并进行参数设置，SPS检查错误，若有则显示相关信息在电力系统分析Powergui模块下，设定参数在Simulink/Simulink Parameters对话框中设定合适的变步长积分方法仿真开始，SPS会进行检查模型，若通过，Simulink开始数值积分输出波形，仿真结果也可以用文件保存对本次仿真进行分析总结 图3-2 仿真流程图3.2 电力系统仿真模型的建立与仿真参数设置 图3-3无穷大功率电源供电系统假设无穷大功率电源供电系统如图3-3所示，线路参数为 , ,;变压器的额定容量 短路电压 短路损耗,空载电流 ,空载损耗，变比高低压绕组均为Y形联结；设供电点电压为110kV9。根据给定的数据，计算折算到110kV侧的参数如下：变压器的电阻为变压器的电抗为则变压器的漏感为变压器的励磁电阻为变压器的励磁电抗为变压器的励磁电感为输电线的电阻为输电线的电抗为则输电线的电感为短路电流周期分量的幅值为时间常数 为则短路冲击电流为 3.2.1 电力系统仿真模型的建立在MATLAB环境下，输入simulink命令后，打开Simpowersystems模型库，在新建model窗口中直接加入所需要的模块，在Simulink仿真图中各模块名称及提取路径如表3-1所示。表3-1 仿真电路中各模块名称及提取路径10模块名提取路径无穷大功率电源10000 ，SourceSimPowerSystems/ Eletrical Sources三相并联RLC负荷模块5MWSimPowerSystems/Elements三相分布参数线路模型Distributed Parameters LineSimPowerSystems/ Elements双绕组变压器模块Three-Phase Transformer(Two Winding)SimPowerSystems/ Elements三相故障模块Three-Phase FaultSimPowerSystems/ Elements三相电压电流测量模块Three-Phase V-I MeasurementSimPowerSystems/Measurements示波器模块ScopeSimulink/Sinks电力系统图形用户截面PowerguiSimPowerSystems三相序量分析器3-Phase Sequence AnalyzerSimPowerSystems/ Extra Library/Measurement经模块连接后得到如图3-4,3-5所示的无穷大功率电源供电系统的主回路模型和无穷大功率电源供电系统的测量回路模型。图3-4无穷大功率电源供电系统的主回路模型图3-5无穷大功率电源供电系统的测量回路模型3.2.2 仿真参数设置系统中元件的主要参数的设置将影响仿真结果的可靠性，主要参数设置如下：（1）三相电源参数设置如图3-6所示将系统电压设置为110kV，A相初相位为0，频率为50Hz。系统内部直接接地，由于无穷大功率电源的内阻抗为0，但是MATLAB/Simulink不能将系统内阻抗设置为0，所以在本算例仿真中将系统内阻抗设置为0.0000001。如图3-6所示 图3-6电源模块的参数设置 图3-7负荷模块参数设置（2）负荷参数设置如图3-7所示: 负荷额定电压设置为 110kV，有功功率5MW。（3）输电线路参数的设置输电线采用分布参数等值模块，因为分布参数等值模型更符合实际输电线，模块图标如下图3-8所示：图3-8三相分布参数模块示意图因为线路参数 ，所以线路正序电感为H,又因为 ,所以0.00384H。其他参数如下图3-9所示 图3-9输电线模块参数设置 图3-10变压器模块参数设置（4）变压器参数的设置如图3-10所示变压器采用Y-Y形联结，示意图如下图3-11所示图3-11双绕组变压器的模块图图3-12双绕组变压器的单相等值电路变压器二次侧电抗折算到一次侧的参数一般认为和一次侧的电抗相等，因为已计算出折算到一次侧的总电阻 ,H,所以变压器一次侧的电阻为2.04 ，电感为0.101H。二次侧的电阻为0.0204 ，电感为0.00101H。其他参数的设置如图3-10所示。（5）三相线路故障模块参数设置如图3-13所示仿真时，故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three-Phase Fault”来设置，如图3-13所示。该模块参数区域中的主要选项说明如下10：1）Phase A Fault、Phase B Fault和Phase C Fault用来选择短路故障相；2）Fault resistance 用来设置短路点的电阻，此值不能为零。3）Ground Fault 选项用来选择短路故障是否为短路接地故障；4）Ground resistance 当故障类型是短路接地故障时显示该项，用来设置接地故障时的大地电阻；5）External control of fault timing 可以添加控制信号来控制该模块故障的启动与停止；6） Transition status 与Transition times 用来设置转换状态及其对应的转换时间；其中，Transition status 表示故障发生的与否，通常用“1”表示发生故障，“0”表示故障解除；Transition times表示故障开关动作的时间；并且每个选项都有两个数值，而且它们是一一对应的。在本算例仿真中，将Transition status 的值设置为1 0，Transition times 的值设置为0.02 0.05，就表示时间为0.02s时线路发生故障，当运行时间到达0.05s时，线路故障接除，系统恢复正常运行。7）Snubbers resistance 与 Snubbers capacitance 用来设置并联缓冲电路中的过渡电阻和过渡电容；8）Measurement 用来选择需要测量的电气量。 图3-13三相线路故障模块参数的设置（6）万用表测短路点的电流和电压如图3-14所示图3-14万用表测量短路点的电流和电压（7）利用3-phase Sequence Analyzer模块获得各序分量，参数设置如图3-15所示 图3-15三相序量分析器参数设置3.3电力系统短路故障仿真结果及分析通过模型窗口菜单中的“SimulationConfiguration Parameters”命令打开设置仿真参数的对话框，选择可变步长的ode23t算法，仿真起始时间设置为0，终止时间设置为0.1s,其他参数采用默认设置。 3.3.1 三相短路故障仿真分析在三相故障模块中，勾选Phase A Fault, Phase B Fault, Phase C Fault选项即可实现三相短路模型，并设置当运行时间为0.02s时，变压器低压母线发生三相短路。三相短路故障下，短路点的三相电流波形和电压波形仿真结果如下图3-16，3-17所示。图3-16 ABC三相短路时故障点各相电流波形图3-17 ABC三相短路时故障点的各相电压波形由图3-16,3-17可知，发生三相短路故障之前，系统处于正常工作状态，三相电流、电压均对称。在0.02s发生三相短路故障之后，A相、B相、C相三相电流迅速上升为短路电流的最大值分别为,，三相短路故障稳定后三相电流对称；A相、B相、C相三相电压迅速下降为0V；由此可知，三相短路故障是对称性短路故障。故障解除后，三相电压、电流经过0.006s的过渡过程恢复到新的稳定状态，系统正常运行。而且由仿真图形可以看出三相短路时的冲击电流大约为17.4，理论计算值冲击电流为，两者相差不大；由仿真图形可以看出短路电流周期分量大约为10.65，理论计算值短路电流周期分量为，两者相比差别也不大，实际数值与理论计算值有一点差别，这是由于电源模块的内阻设置不同而造成的。3.3.2 A相接地短路故障仿真分析在三相故障模块中，勾选Phase A Fault,Ground Fault选项即可实现A相接地短路模型。A相接地短路故障下，短路点的三相电流波形和电压波形仿真结果如下图3-18,3-19所示。图3-18 A相接地短路时故障点的各相电流波形图3-19 A相接地短路时故障点的各相电压波形由图3-18,3-19可知，在稳态时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，所以故障点A相的电流幅值为0A.在0.02-0.05s时间内发生A相接地短路时，A相电流迅速增大为短路电流，B相和C相电流没有变化，始终为0A;A相对地电压迅速降为0V，B相和C相电压在故障期间稍微有点增大，这是由于发生A相接地短路故障时中性点发生位移或者输电线对地电容造成的。其仿真结果符合第三章的理论分析。A相接地短路故障下，短路点的A相各序电流波形和各序电压波形仿真结果如下图3-20,3-21所示。图3-20 A相接地短路时故障点的A相各序电流波形图3-21 A相接地短路时故障点的A相各序电压波形由图3-20,3-21可知，在0.02s发生A相短路接地故障时会经过短暂的过渡过程，当短路故障稳定后（如图中的0.040.05s之间），发生A相接地短路时故障点的A相各序电流 ；A相各序电压分别, ,，理论上有，二者相一致。3.3.3 BC两相短路故障仿真分析在三相故障模块中，勾选Phase B Fault,Phase C Fault选项即可实现BC两相短路模型。BC两相短路故障下，短路点的三相电流波形和电压波形仿真结果如下图3-22,3-23所示。图3-22 BC两相短路故障时的各相电流波形图3-23 BC两相短路故障时的各相电压波形由图3-22,3-23可知，在0.02-0.05s故障时间内，故障点B相、C相电流突然增大，且BC两相中的电流总是大小相等，方向相反，呈正弦波形变化。故障排除后B相，C相又恢复原来的状态；A相电压处于稳态，故障点B相、C相电压幅值突变为A相幅值的一半且相位与A相相反，故障消除后又恢复到原来的状态。仿真结果与第三章的理论分析相符合。BC两相短路故障下，短路点的A相各序电流波形和各序电压波形仿真结果如下图 3-24,3-25所示。图3-24 BC两相短路故障时的A相各序电流波形图3-25 BC两相短路故障时的A相各序电压波形由图3-24,3-25可知，在0.02s发生BC两相短路故障时会经过短暂的过渡过程，当短路故障稳定后（如图中的0.040.05s），A相各序电流 ,；A相各序电压满足。与第三章的理论分析相符合。 3.3.4 BC两相接地短路故障仿真分析在三相故障模块中，勾选Phase B Fault，Phase C Fault，Ground Fault选项即可实现BC两相接地短路模型。BC两相接地短路故障下，短路点的三相电流波形和电压波形仿真结果如下图3-26,3-27所示。图3-26 BC两相接地短路时故障点的各相电流波形图3-27 BC两相接地短路时故障点的各相电压波形由图3-26,3-27可知，在0.02-0.05s故障时间内，A相电流不变，BC两相电流突然增大且两相电流大小相等，方向相反；B,C两相电压突然变为0V故障消除后又恢复稳态，A相电压有点增大（这是由于发生两相接地短路故障时中性点发生位移或者输电线对地电容造成的）。仿真结果与第三章理论分析相符合。BC两相接地短路故障下，短路点的A相各序电流波形和各序电压波形仿真结果如下图3-28,3-29所示。图3-28 BC两相接地短路故障时的A相各序电流波形图3-29 BC两相接地短路故障时的A相各序电压波形由图3-28,3-29可知，在0.02s发生BC两相接地短路故障时会经过短暂的过渡过程，当短路故障稳定后（如图中0.040.05s），A相各序电流分别为 ， 理论上，二者稍微有点差别，这是由于电源模块的内阻设置不同而造成的；A相各序电压