张王飞--211408020021-无穷大功率电源供电系统三相短路分析

无限供电系统三相短路分析1.电力系统故障分析的意义在电力系统运行过程中，故障经常发生，其中大部分是短路故障。所谓短路是指所有异常相之间或相与地之间出现系统路径(对于中性点接地系统)。在电力系统运行过程中，相与相之间或相与地(或零线)之间发生异常连接(即短路)时的电流。其值可能远远大于额定电流，并取决于短路点与电源的电气距离。例如，当发电机端发生短路时，流经发电机的短路电流的最大瞬时值可达到额定电流的10-15倍。在大容量电力系统中，短路电流可以达到数万安培。这将对电力系统的正常运行产生严重的影响和后果。在发电厂、变电站和整个电力系统的设计中，必须提前进行短路计算，作为合理选择电气线路、选择具有足够热稳定性和动态稳定性的电气设备和载流导体、确定限制短路电流的措施、合理配置各种继电保护及其参数的重要依据。因此，故障计算对电力系统的设计和安全运行具有重要意义。2电力系统故障分析与计算本文对无限电源中的三相短路进行了分析。也就是说，假设在该电路中，电源电压的幅度和频率都是恒定的。图2.1无限高电源供电的三相电路突然短路假设无限供电系统如图2.2所示，变压器低压子母线在0.02秒发生三相短路故障，模拟短路电流周期分量的幅值和冲击电流的幅值。线路参数为：变压器的额定容量、短路电压、短路损耗、空载损耗、空载电流、变压器比、负载及高低压绕组均为Y型连接。并将电源点电压设置为110千伏。图2.2无限电源系统计算：变压器测试采用“三相变压器”模式。根据给定的数据：变压器的电阻为：变压器的电抗是：变压器的漏电感：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：传输线l采用“三相串联rlcband”模型。根据给定的参数，在获得上述电力系统参数后，当变压器的低压母线发生三相短路故障时，可以首先计算出短路电流周期分量的幅值和浪涌电流的幅值。短路电流的周期分量的幅度为：时间常数为：短路冲击电流为：3电力系统故障模拟3.1三相短路系统仿真模型及各模块参数设置图3.1电力系统三相短路系统仿真模型(1)三相电源模块三相电源是电力系统设计中最常见的电路元件，也是最重要的元件。它的运行特性对电力系统的运行状态起着决定性的作用。原来的三相电源提供了一个三相电源与串联的RL分支。三相电源模块的参数设置包括7个选项，即相间均方根电压，代表三相电源的A相、B相和C相的相电压；相位的相位角，单位为度；频率；内部连接；短路阻抗值(使用短路电平的特定阻抗)，用于设置短路时的阻抗值；源电阻)；三相电源；三相电源的电感；其中，内部接线方式有三种，即：Y型，即中性点不接地；Yn型，即中性点接地电阻或消弧线圈接地；Yg型意味着中性点直接接地。图3.2三相电源模块参数(2)并联RLC加载模块并联RLC负载模块提供由电阻器、电感器和电容器con组成的功能模块(4)三相变压器模块(1)变压器模块变压器模块是一种转换交流电压、电流和阻抗的装置。当交流电流通过初级绕组时，在铁芯(或磁芯)中产生交流磁通量，从而在次级绕组中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和绕组组成。绕组有两个或多个绕组。中间电源的绕组称为初级绕组，其余称为次级绕组。根据供电相数，变压器分为单相、三相和多相。他的重要特征参数包括：工作频率：变压器铁心损耗与频率有很大的关系，因此应根据工作频率来设计和使用，称为工作频率。(2)额定频率：在规定的频率和电压下，变压器能长时间工作而不超过规定的温升输出功率。(3)额定电压：指允许施加在变压器绕组上的电压，在运行过程中不得大于该电压。电压比：指变压器一次电压与二次电压之比，空载电压比与负载电压比之差。空载电流：当变压器二次侧开路时，一次侧仍有一定的电流，称为空载电流。空载损耗：指变压器二次侧开路时在一次侧测得的功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是由初级绕组的铜祖先上的空载电流引起的损耗(铜损耗)，该损耗非常小。效率：指二次功率与一次功率之比的百分比。通常，变压器的额定功率越高，效率越高。(2)标准单元参数系统介绍为了便于工业应用，标称值通常转换为标称值，这需要知道相应绕组的额定功率(p，单位va)、额定电压(v，单位v)和额定频率(f，单位Hz)。对于每个绕组，其电阻和电抗的标称值定义如下：(3-1)(3-2)(3- 3)(3-4)式中：V、P和F分别为一次绕组的额定电压、额定功率和额定频率。(3)双绕组三相变压器双绕组三相变压器的两个绕组可以以各种形式连接，例如星形Y、带中性线的星形Yn、星形接地Yg、三角形(前导星形30)，它们可以通过功能模块。图3.5变压器模块参数(5)三相电压和电流测量模块三相电压和电流测量模块“三相电压-电流测量”将在变压器低压侧测量的电压和电流信号转换为Simulink信号，这相当于电压和电流变压器的功能。图3.6三相电压电流测量模块参数(6)三相故障模块三相故障模块提供可编程的相间和相间接地故障断路器。三相故障模块使用三个独立的断路器来模拟各种接地或相间故障模型。三相故障模块中断路器的打开和闭合时间可由Simulink外部信号(外部控制模式)或内部控制定时器(内部控制模式)控制。如果未设计接地故障，接地电阻Rg将自动设置为10。例如：在设置a相和b相短路故障模型时，只需要设置a相故障和b相故障的属性参数；在设置单相接地故障模型时，只需要同时设置单相故障和接地故障的属性参数，并且需要指定一个小的接地电阻值。应该指出的是：如果三相故障模块设置为外部控制模式，控制输入将出现在模块的封装图中。连接到该输入的控制信号必须是脉冲信号，如0或1(其中0表示断开断路器，1表示闭合断路器)。(2)当三相故障模块设置为内部控制模式时，其切换次数和切换状态在模块的属性参数对话框中设置。3.2模拟结果分析对供电系统中变压器低压侧电路的短路进行了分析，主要分析了单相接地短路、两相接地短路、两相短路和三相短路时电压和电流的变化。(a)三相短路分析三相短路故障发生器元件(三相故障)中的“故障选相”的A、B、C三相故障均被选择，在转换期间转换时间被设置为0.020.1，相应的状态转换转换状态被设置为10，其中1表示关闭，0表示打开；在三相电压和电流测量模块(三相电压-电流测量)中，选择相电压和电流作为测量电量。在运行仿真中，双击示波器，得到高压供电系统变压器低压侧母线的三相短路故障电压波形，如图所示。从图3.8可以看出，系统在时间0.02之前和时间0.1之后处于稳定状态，并且各相的电压非常大。在0.02发生短路故障后，所有相的电压迅速下降。这符合实际电力系统短路故障电压降低的特点。运行模拟后，双击Scope1，得到高压供电系统变压器低压侧母线的三相短路故障电流波形，如图3.9所示。从图中可以得出以下结论：在稳态下，由于三相短路故障，供电系统的相电流为0A。0.02时，高压供电系统的变压器低压侧电路发生三相短路故障，三相电流甲、乙、丙均发生剧烈变化。由于三相电路的相电流之间的相位差，故障点的每个相电流的波形会上升或下降。在时间0.1，三相短路故障消除，三相电流迅速衰减至0A，最终处于稳定状态。为了在仿真图中获得准确的数值，以三相短路的a相为例，可以在MATLAB的主命令窗口中输入以下命令来显示故障相的当前数据。从获得的大量A相电流数据中，我们可以发现短路电流周期