动态电力系统大作业

1、动态电力系统大作业题目：基于Matlab的电力系统故障分析与仿真院系：自动化专业：电力电子及其电力传动学号：114110000915姓名：黄欢指导老师：张俊芳完成日期：2015.1.15目录1 .摘要3.2 .电力系统短路故障的基本知识.32.1 短路故障的概述3.2。2短路故障类型和概率42。3短路故障分析与诊断技术4.3 .仿真软件简介5.3.1 Matlab的简介53.2 Simulink模块简介64。对称分量法在短路分析（不对称）中的应用.64。1不对称三相量的分解64.2 对称分量法在不对称短路计算中的应用84.3 简单不对称短路的分类与计算（解析法）94。3。1单相接地短路104。

2、3。2两相接地短路11五.算例分析145.1 故障分析实例1145.2 故障分析实例1195。3附加代码28六总结33参考文献331。摘要随着电力事业的快速发展，由于技术、经济等方面的原因，和大量非线性元件的应用等，在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，如短路故障、断线故障等。短路故障最为常见，短路问题也成为电力技术方面的基本问题.短路故障的原因主要有绝缘材料的自然老化、设备本身的缺陷，雷电、避雷针故障等气象条件，架空线路遇大风或导线覆冰引起电杆倒塌等，如运行人员带负荷拉刀闸或挖沟损伤电缆等违规操作。在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路分析与计算，以此作为合

3、理选择电气接线、确定限制短路电流措施等的重要依据。故计算和分析短路时各参量（各相电流、电压等）的瞬时波形非常必要。对于短路故障的分析常采用基于对称分量法的基本理论，对称分量法采取的具体方法之一是解析法，即把该网络分解为正，负，零序三个对称序网，这三组对称序分量可分别按对称的三相电路分解。还可以编写计算机程序，通过计算机形成三个序网的节点导纳矩阵，然后利用高斯消去法通过相应公式对他们进行数据运算，即可求得故障端点的等值阻抗。最后根据故障类型选取相关公式计算故障处各序电流，电压，进而合成三相电流电压。在工程实际中，短路计算可根据热稳定性和动稳定性的要求，作为选择电气设备的依据，为选择可靠而精确的电

4、气主接线方案提供依据，还可以为继电保护和整定计算提供依据，对邻近的通信系统是否产生干扰提供依据。关键词：电力系统；故障分析；对称分量；计算2 .电力系统短路故障的基本知识2.1 短路故障的概述在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。所谓短路：是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。依照短路发生的地点和持续时间，电网容量等不同，短路故障对电力系统产生的影响不同，可造成用户的供电情况部分地或全部地发生故障，用电负荷和发电出力减少，电网电压的大幅度下降，可能导致并行运行的发电机失去同步，或者导致电网枢纽点电压崩溃，严重时可引起电力系统瓦解而造成大面积

5、的停电事故，这是最危险的后果.2.2 短路故障类型和概率短路故障通常分为三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路。其中三相短路为对称短路，后三者为不对称短路。电力运行经验指出，单相接地短路占大多数，三项短路发生的危害最大。上述短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点接地短路。2.3 短路故障分析与诊断技术在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路故障分析是解决一系列技术问题所不可缺少的基本问题，比如在选择发电厂和电力系统的主接线时，为比较不同方案接图，分析电力系统暂态稳定性，研究短路对用户的影响.合理配置各种继电保护和自动装置，并正确整定其参数。早在

6、1982年，美国电力研究所（EPRI）便开始了火电站设备故障检测的工作。在电站性能监测和诊断方面，EPRI一直处于领先地位。此外，美国西屋公司也在1976年开始了电站在线计算机诊断工作，并在1980年投入了一个小型的电机诊断系统，1981年进行电站人工智能故障诊断专家系统的研究,1984年应用于现场，到1990年己发展成为大型电站在线监测诊断系统（AID）,即汽轮发电机组智能化故障诊断专家系统.我国在故障诊断技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪70年代末，第一阶段为起步阶段，从1979年至1990年大约用了10年时间。这个阶段的特点是认识设备诊断技术的重要性，其基础理论研究十分活跃，这个阶段

7、以快速傅里叶变换、谱分析、信号处理等技术为基础，以设备状态监测为技术目标。第二阶段为发展阶段，从1991年开始至90年代末以我国工业的建设迅速发展为背景，出现了诊断技术迅速发展的局面。电力系统故障诊断是近年来十分活跃的研究课题.传统的研究是在建立被诊断系统网络拓扑结构模型的基础上，根据发生故障时系统结构和参数变化，导致系统潮流的变化，主要用数学方法，根据潮流计算的变化判断出故障，目前研究电力系统故障诊断的方法主要分三类：基于解析模型的方法，基于信号处理的方法，基于知识的诊断方法。基于解析模型的方法，要思想是通过构造观测器，估计出系统输出，然后将它与输出的测量值作比较，从中获得故障信息；基于信号

8、处理，主要利用相关函数、频谱、小波变换等，直接分析可测信号，提取方差、幅值、频率等特征值，从而检测出故障；基于知识的诊断方法，不依赖于具体的数学模型，引入了诊断对象的许多信息，可发挥人类的推断能力，适合于各种场合的故障判别随着电网建设的发展、计算机技术和网络技术以及数学和智能科学理论的发展，不断有新的电网故障诊断方法出现，电网故障诊断理论在不断实用化的过程中，必须充分重视信息的收集与整理工作，还应充分重视故障综合信息的预处理和诊断知识的提取。3 .仿真软件简介3.1 Matlab的简介Matlab与Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它以超强的数值计算能力在数学类科技应用软件

9、中脱颖而出.它可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。Matlab的基本数据单位是矩阵，既能进行数值，符号计算，又能可视化编程和分析数据；它的语言简易，指令与教材中的数学表达式相近，使用户能轻松地编写代码，在复数域内实现各类矩阵运算；它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C,FORTRAN语言完成相同的事情简捷得多，同时它吸收了像Maple等软件的优点，使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRA

10、N,C+Java的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到Matlab函数库中方便自己以后调用，内置的一些经典程序，用户可以直接下载使用。Matlab有一些独特的优势：如高级语言可用于技术计算，可对代码、文件和数据进行管理，交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题，数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等、二维和三维图形函数可用于可视化数据、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面。它以友好的工作平台和编程环境，简单易用的程序语言，强大的科学计算机数据处理能力，出色的图形处理功能。成为数学，物理等科学领域的重要研究工具。3。2Simulink模块简

11、介Simulink是Matlab最重要的模块之一,它是一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需编写大量程序，而只需要通过简单地搭建模型，就可构造出复杂的系统。Simulink用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真工具。对通讯、控制、信号处理、视频处理等各种时变系统，Simulink提供了交互式图形化环境可定制模块库来对其进行仿真和测试.它具有丰富的可扩充的预定义模块库，交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图，使用定步长或变步长运行仿真，可访问Matlab从而对结果进行分析与可视化；定制建模环境，定义信号参数和测试数据，通过分析和诊断工具来保证模型的一致性.Simulink

12、具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。4。对称分量法在短路分析（不对称）中的应用4.1 不对称三相量的分解人们在长期的实践中发现，在三相电路中，任意一组不对称的三相相量（电压或电流），可以分解为三组三相对称的相量分量，式（4-1）o在线性电路中，可以用叠加原理对这三组对称分量按照三相电路去分解，然后用叠加原理将其结果叠加起来。就得到不对称三相电路的解，这个方法叫做对称分量法。设Fa?，F?,%?为三相系统中任意一

13、组不对称的三相量，可以分解为三组对称的三序分量如下：?FaFa1?FbFb1?FcFc1Fa2?Fb2?Fc2Fa0?Fb0?Fc0(4-1)三相序分量如图21所小:Ia(O)Ib(O)Ic(0)图4一1二序分量正序分量：F；.F京）F?i）三相的正序分量大小相等，彼此相位相差120,与系统正常对称运行对称运行方式下的相序相同，达到最大值abc,在电机内部产生正转磁场，这就是正序分量。此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：Fa?Fb?i）FC（1）0.负序分量：Fa?（2）.Fb?2）.Fc?（2）三相的负序分量大小相等，彼此相位相差120"与系统正常对称运行对称运行方式下的相序相反

14、，达到最大值acb,在电机内部产生反转磁场，这就是正序分量。此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：Fa%曝）F/2）0.零序分量：Fa?（0）.Fb?0）.F：0）三相的零序分量大小相等，相位相同，三相的零序分a'-*）（«）c（U）量同时达到最大值，在电机内部产生漏磁，其合成磁场为零，这就是零序分量.如果以A相为基准相，各序分量有如下关系：正序分量Fa?(1)Fb(1)2匚?aFa(1)Fc?(1)a2Fb?1)aFa(1)负序分量Fa?F?rb(2)aFa(2)Fc?(2)aFb(2)2l?aFa(2)零序分量1_?Fa(0)L?Fb(0)L?Fa(0)L?Fc(0)?F

15、a(0)表41各需分量之间的关系苴中：aej120-i遮a2ej2401i立aej,aei2222于是有:其逆关系式为:Fa?，FbFcFa?(1)2?aFa(1)aFa?(1)Fa(2)aF；a2FFFa(0)Fa(0)Fa(0)2)Faa(2)a(0)FaFbFca2a1FaFbFca(1)a(2)a(0)(4-3)(44)这样根据式（43）可以把三组三相对称向量合成三个不对称向量，而根据式（4-4）可以把二个不对称向量分解成二组对称相量。4.2 对称分量法在不对称短路计算中的应用电力系统的正常运行一般是对称的，它的三相电路的参数相同，各相的电流，电压对称，这就是说只有正序分量存在。当电力

16、系统的某一点发生了不对称故障时，三相对称电路就成为不对称的了。此时，可用对称分量法，将实际的故障系统变成三个互相独立的序分量系统，而每个序分量系统本身又是三相对称的，从而进行电路计算.图42简单系统单相接地故障图如图42所示的简单系统发生单相接地短路故障.应用对称分量法，可绘出三序网图（三序等值电路图）,如图23所示为最简化的三序网图，三序网的参数可分为正序，负序,零序。图中Z1,Z2,Z0分为正序阻抗，负序阻抗，零序阻抗。空K(0)零序图43简化三序网图?.？Ea1la1Z1Ual.?la2Z2Ua2(4-5)I?0ZQU?o由此可见，应用对称分量法进行不对称故障计算时，先求出各序网络中各主

17、要原件(发电机，变压器，线路等)的各序电抗值，然后根据短路的类型，边界条件等把各序网化成串，并联的形式，求出电流，电压的各序分量，再应用对称分量法求出各相电流和电压值.4.3 简单不对称短路的分类与计算(解析法)电力系统发生不对称故障时，无论是单相接地短路，还是两相短路，两相短路接地，只是短路点的电压，电流出现不对称，利用对称分量法将不对称的电流电压分解为三组对称的序分量，由于每一序系统中三相对称，则在选好一相为基准后，每一序只需要计算一相即可，用对称分量法计算电力系统的不对称故障。其大概步骤如下：(1)计算电力系统各个原件的序阻抗；(2)制定电力系统的各序网络；(3)由各序网络和故障列出对应

18、方程；(4)从联立方程组解出故障点电流和电压的各序分量，将相对应的各序分量相加，以求得故障点的各相电流和电压；(5)计算各序电流和各序电压在网络中的分布，进而求得各指定支路的各相电流和指定节点的各相电压.用流程图表示，得：计算各元件的序阻抗图4-4不对称短路故障计算流程4。3。1单相接地短路以a相为例，故障处的三相的边界条件：Ua0Ib0Ic0?Ua1Ua2Ua002I?.?,?八aaIa1aIa2Ia0。aIai2?aIa2Ia046即1a11a21ao3Ia单相接地短路的复序网Ia1Ua1U；oU；i图46单相接地短路时的复合序网_?E1a21a0Z一彳三EIalZiIaoZo_?_?_E

19、IaZ用对称分量法得到短路点的各相电流电压4.3。2两相接地短路两相短路的系统接线如图3-4所示，在k点发生b,c两相短路。短路点的边界条件：图4-7两相短路等值接线图Ia0UbUc0ac用对称分量表小为：1al1a21a0011?1(48)Ua1Ua2Ua0-Ui3(4-9)如图48所示,于是有：*11a21a00Ua1Ua2由(48)可以画出两相短路接地的复合序网图是三个序网并联,根据复合序网可求出电流，电压各序分量：Ia1Z1Z2/Z1231a2广Za1一一(410)Z2Z0Z2Ia0Ia1Z2Z。Z2ZoUa1Ua250.?20?.?1a1E1alz1Z2Z0用对称分量法合成各相电流电

20、压为:?2?IbaIa1(4-11)ala2,?2?IcalalaIa2Ia0?2Z2aZ°IalaZ2Z0?Z2a2Z0Iaia乙Z0UaUa1aa1?UbUcUa2Ua003Uai图49两相接地短路处的电压电流相量图五.算例分析5。1故障分析实例1电路模型如图所示.使用理想三相电压源作为电路的供电电源；使用分布参数输电线路作为输电线路，使用分布参数输电线作为输电线路，输电线linel和line2的长度均为100km，其中line2端中性点接地；使用三相短路故障发生器作为短路器件，可发生不同类型的短路.用三相的相序分析器从三相电压，电流中提取正序，负序，零序分量，并分析故障时相序的

21、情况；仿真的电力系统如图所示，使用理想三相电压源作为电路的电源，电压源为Y型连接，中性点不接地。主要分析单相和两相故障时，各电量（电压，电流等）的暂态变化情况SequenceAnalyzerCcntinuousSc-opeMuttiiTieter,1powergui图5.1故障分析模型1仿真参数设置：用matlab搭建好仿真模型后，仿真时间为00.1s,采用变步长算法，求解器用ode15s并设置各模块参数如下：三相电源：电压幅值25000V,初始相位为0濒率为50Hz,Y输电线路：线路长度100Km,其余参数保持为默认值不变。三相短路故障发生器：0.01跋生短路，0。04s排除故障。三相相序分

22、析器：频率50Hz,谐波次数为1,采样时间50us.1)A相接地短路A.相电流波形选用万用表M笄选择故障点A,B,C相电流，作为要测量的电气量图5。2故障相A和非故障相B,C的电流波形在A相发生单相短路时,A相电流突然增大，并上下震荡，故障点B相和C相电流没有变化，始终为0.Bo相电压波形选用万用表M笄选择故障点A,B,C相电压，作为要测量的电气量图5.3故障相A和非故障相B,C的电压波形在A相接地短路时,A相电压由正弦波形，突然降为0,其B、C两相的电压波形变化不大，但电压值瞬时增大；两相的电压波形相差一个相位。C.电源端电压、电流波形对电源端输出的三相信号，分别选择AB、C三相电压、电流作

23、为测量电气量，用示波器观测波形.图5。4电源端三相电压波形图5。5电源端三相电流波形在单相短时&过程中，电源端的三相电压波形出现了一些波动，幅值和相位稍有改变，但三相电流波形和正常状态相比，没有发生显著的变化。D.故障相的电流相序分量图图5。6A相电流的正序分量图图5。7A相电流的负序分量图图5。8A相电流的零序分量图在稳态时，故障点A相电流正序、负序和零序分量由于电路中的短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0,相角为0.在0。02s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A相单相接地故障，故障点A相电流正序、负序和零序幅值都缓慢上升，相角突变后，在大约90deg时稳定。在0。0

24、4s时，三相电路短路故障发生器断开，此时电路故障消除，故障点A相电流正序保持不变，负序分量的幅值呈缓慢地波动下降和零序分量先缓慢下降，到0.05s后，幅值下降速度加快，在0。06s左右时下降到0,并保持不变。图5。9A相电压的正序分量图图5。10A相电压的负序分量图图5。11A相电压的零序分量图在万用表M2中选择故障点A相,B相，C相电压作为电气测量量，进行仿真，则故障点A相电压各序分量波形如图所示.由图形可以得出以下结论：A相电压的各序分量与电流的各序分量相似：在稳态运行时，由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，故障点A相电压的各序（零序，正序，负序）分量的幅值和相角都为0。在0.02s时

25、，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A相单相接地故障，故障点A相电压正序分幅值极速上升，稳定至在大约9000V，相角大致在0deg和90deg之间波动变化.在0。04s时，三相短路故障器断开，排除故障。此后，A相电压正序分量的幅值呈小幅度波动，相角继续在0deg至90deg之间波动变化.负序分量由于三相电路短路故障发生器处于断开状态，因而幅值为0,相角为0。在0。02s时，三相电路短路故障发生器闭合，此时电路发生A相单相接地故障，故障点A相电压负序分量幅值从0.02s开始，逐步上升，到0004s为止，然后缓慢下降，到0.06s左右到0;而相角则从0002s开始发生缓慢波动，在0deg左右

26、成上下波动，幅度很小，到0.06s为止，此后相角发生突变，幅值大幅度波动。零序分量的分析与上面电流的负序分量类似，不再叙述。5.2 故障分析实例1在上例的基础上，我们引入发电机，Toworkplace,PSS（电力系统稳定器）,machinemeasurementDux,turbine&regulation,infinity,Discrete3phaseSequenceAnalyzer等模块，构成含同步发电机的三相电力系统。riftTi?Fn.rti.buEjjsCtrilbutedFjijf-icEe匕Km|riirrPhiMQuMMS-tUttdFngFEL曲唱产前k'!官

27、ml|hl|r*w44hffrnriuoiji?f口Mwlti川父:UuM-ntiChst=butcdFjmvietiecLineZ4IF"4口Direre-t3-二小占s去F»3ftl>C.-b9CU4irE-4Alifi-1%口已看诵汽ji"iHJmtterl>L弓匚占as图5。12电力系统三相短路模型同步发电机Area的子系统，PSS控制系统的子系统,无穷大子系统图5。13同步发电机Area的子系统国力图5.14PSS控制系统的子系统图5。15无穷大子系统主要参数：三相电压源：1200MVA220KV频率50Hz三项负载：有功500MW,标称相相

28、电压24KV发电机:900MVA,电压10000V,转子为凸极变压器：900MVA,一次侧电压10KV,二次侧220KV三相传输线模块：110km2,220km,频率50Hz三相故障发生器的故障时间：0.10。2s三相断路器的工作时间：8/60S10/60S三相负载：相-相电压额定值：24KV,频率50Hz,有功功率500KW三相相序分析器：频率50Hz,采样时间50uSo-Iln国Powergui参数：Pnrrfnit«ifirij1fitwttT,elqsnrlittlisflnxiJing?之帕5寸fdtfr曾!is百HE/!Elif1HSKIT'S:上以V-ZThee

29、eFhueV-lTljt-&a-TjA£a-V-3IiEEC-j'hlkSQV-JLIherwyhMeV-ITlj|f4£!-PllA£aV-ZAkfE£V1Ihrrp-PhiasuV-Ith七白口一工心3，V-2Thcce：rhu4v-jThu-V-ZFhi.uh-*-TIjmuV-"ITbrThrte-PhrteUt:tlkxw-?lkjix«mTMxCifl-fbac4lb?ntixe-*Phaseb.Tl.ieTiiH"KB：TXEhPgg口工xen-E!*ajitflnent/Ub.EfUF事自&#

30、163;工/172=皿dA0LUMl-Ud-M-.r-jr*ient1/Vb-HTAa.ixt4MdXjT1HTc=KtiS-lEiMeM/lfi»reniTit-/'Il?»必w白jlzFKc=LQM1/IS'HAMi'u.r»xar.±1/Us»ES-ricJ-.JJ.-JLUJkt1/EcFault;/PH.uJt>B3.1七七C,-rauJl?7ffLUlt鼻/上口】七七B-F«u1C/Flu1TtdF*O1T，1roiUl*七A=5.8J.J工:8+V-5,£111«4004

31、V-J5；.与UJjft+OMir4.3d3?ia4aa<iV*Mi的1樽MV3033a-iaU4ITU.Wi*b>elOQZAho.msiooeaS.9Ol<*4i：Cl2A"g；h*gEA1勺.0O±94口ZA-9.1Hg工K-.«.»11«4004V-：£.£111.41904Vi.1211440104V口.00口呢4口0口AQ.M口k0rgelg+3QQA应由2-10团口口帕#FEindi4$3&iCOrt(rMhj.*|图5.16SteadyStateEltagesandCurrents勺

32、参数Ini率1式中ior】/-N;1E'总FlQ，34皿，H诋DUe-jp|x*«：»_C；Il_jtL3L15e_A：HQkZQ.t:11一.IljshweJB;当母.甲.”6"-gC-DRyABl面”Krnt式itir甲1:Sl£.E7；t.tx1>967TMiuocMtm"H-f;1QCOWXPHia?r社IT.叩石Ue二匚3je：5二落工匚C？nd-6eCB_A!二EkTb：Bc_Cp_C.Tlc_C_jnrigESYStexl/ZlircE-n3ae思ultb产能atl/llus：d-"Mim«w肥f

33、L/THF"-Ph4PIEi_U>57；rSenLL7TTirw-FJiajeFI口片工-131T7AF.IBTTJAP.-ISTTZIH?ec&Lnbm?写SCT'LgLJ5寸9u：LQ1LLaLl*ionnigSeerIonLIJieIjuLUe斗4¥"hd，"hr，-Rh_aB>11Sbrt.izetiLin»CUb切fTYal/nifZ-fTL&WPIXGldtt11J14SuiwTfTS&X/T7ww?FIfQKl。、1-inq皿工/zhLFle"一"4品0UIAqctl

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35、cn.LushSLute>Li丽才iJL_七FcHaii0a_1_vxnd.-nq_Z:BuEayrtn-l.?7J.工MbWFAWlJi-/T1KDHVAZL_jeaast=i_pindxxkjZ:Evtt:fKcaili.二LM二Hur口二Lh：室tbffTfl.iniC'DWFA口Lt113fD_3_TriiiJiung_E:fSlibaj-istLEXil了J_ll_TimxtEfi_J_Li:MW+?M：rtfcin，二曲法rUUJIVXESKA灯心"Q审snoavxZSZJLf9EJL£10K7MdkA铝。ismziarar导nn7*TNP，

36、63;30£30>4.a：3034tiaKrgi丁”竺2图5。17InitialStatesSetting选项的参数IflcliineLnndFlowTool,：=rfinriuiTftfx图5.18LoadFlowandMachineInitialization选项的参数发生三相短路时，三相的故障发生器各相电流，电压波形:图5.19故障发生器波形以A相为例，在00.1s即故障发生以前，电压大致呈正弦波形，在0.1s发生故障，各相电压迅速减小，并在零附近上下波动，到0.2s为止，电压恢复正弦波形；而电流波形则相反，在00。1s时,未发生故障，电流保持零值，在0.1s时发生短路，

37、电流幅值发生突变，并迅速以正弦波形波变化，到0.2s为止,电流幅值回到00UI-.岁KN图5.21断路器各相电流波形|05由图可见，在8/60S时，断路器开始作用，A相电压逐渐下降至0,保持0数值到10/60S为止；到0.2s电路切除故障时，断路器的电压恢复原来的正弦波形；B相电压在001s开始，逐步减小，到10/60S左右变为零，保持零值到002s故障消失为止，后面恢复正弦波形；C相电压在0。1s发生故障时，幅值急速减小，呈锯齿状，在8/60s时变为0,在8/60s到10/60s这段时间保持零值不变，从10/60s到0.2s呈小幅度波动，0.2s后恢复正弦变化。图5.22机端电压，电流波形图

38、5。23负载处电压，电流波形(1)发生三相短路时，机端点仿真结果分析：发生三相短路时，电力系统在机端点的仿真结果如图4。24、图4。25,包含机端三相电压、电流波形，由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障相各相电流由于三相短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0,电压为稳定值，在0。1s时，三相短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，机端短路电流急剧增大；机端各相电压下降。在0.2s时，三相短路故障发生器打开，相当于排除故障，此时故障点各相电流迅速下降(2)发生三相短路时，故障点仿真结果分析发生三相短路时，电力系统在故障点的仿真结果如图4。26、图4。27,包含机端三相电压、电流波形，由图形

39、可以得出以下结论：在稳态时，故障相各相电流由于三相短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0,电压为稳定值，在0。1s时，三相短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，机端短路电流急剧增大；机端各相电压下降为零。在0.2s时，三相短路故障发生器打开，相当于排除故障，此时故障点各相电流迅速下降为0。(3)发生三相短路时，机端点和故障点仿真结果比较.电力系统在线路上发生三相短路故障时，由于短路故障发生器处于断开状态所以短路点电流是由零开始迅速增大，而机端电流由正弦波形变为0,直到故障解除，才恢复原来的波形；短路点电压下降为零，而由于机端与短路点之间存在阻抗，阻抗上有电压，故机端电压必定存在，所以机端

40、电压不会下降至零，而是下降到一个较小的数值。图5。24转子转速随时间变化图5。25转矩随时间的变化图5.26电磁功率随时间的变化由上图可见，在发生短路故障时（0。1s0o2s）发电机的转速，转矩幅值都有所减小，转速在断路器切除线路（0.16s）后恢复正常波动，转矩要在故障消失后才恢复正常；电磁功率在发生故障时，发生了瞬时突变，然后迅速下降，在零值附近小幅度波动，到故障消失，才恢复原来波形.图5。27发电机输出有功功率图5。28发电机输出无功功率由上图可以得到，发电机输出有功功率在0到0.1s时正常波动，只在某些时刻出现尖峰值；发生三相短路故障后，开始略有上升，然后迅速下降到0,并在0附近小幅度

41、波动，直到故障消失；输出的无功功率的绝对值，则开始呈正弦波动，在0。1s时发生突变，降为0后，稍有小幅度波动，在断路器切除线路以后保持零值，在故障消失后（0o2s）恢复正常波形。5.3 附加代码由于上述仿真中未涉及到功角特性，现再补充一段三个电机九节点系统中计算功角的程序：clc;clear;nr,nc=size(NODE);br,bc=size(B);e=0。001;Y=zeros(nr,nr);H=zeros(8,8);N=zeros(8,6);M=zeros(6,8);L=zeros(6,6);fori=1:brm=B(i,1);n=B(i,2);Y(m,n)=Y(m,n)-1/(B(i

42、,3)+1i*B(i,4)*B(i,6);Y(n,m)=Y(m,n);Y(m,m)=Y(m,m)+1/(B(i,3)+1i*B(i,4)+1i*B(i,5)/2;Y(n,n)=Y(n,n)+1/(B(i,3)+1i*B(i,4)+1i*B(i,5)/2;eNODEdisp('导纳矩阵Y=');YG=real(Y);B=imag(Y);disp('迭代过程：)；whilee>0.00000001forp=2:9sum1=0;forq=1:9a12=NODE(p,4)NODE(q,4);sum1=sum1+NODE(p,3)*NODE(q,3)*(G(p,q)*cos

43、(a12)+B(p,q)*sin(a12);eNODEF(p-1)=NODE(p,7)-NODE(p,5)-sum1;eNODEforp=4:9sum2=0;forq=1:9a12=NODE(p,4)-NODE(q,4);sum2=sum2+NODE(p,3)*NODE(q,3)*(G(p,q)*sin(a12)-B(p,q)*cos(a12);eNODEF(p+5)=NODE(p,8)-NODE(p,6)-sum2;eNODEforq=2:9ifp=qa12=NODE(p,4)NODE(q,4);M(p-3,q-1)=NODE(p,3)*NODE(q,3)*(G(p,q)*cos(a12)+

44、B(p,q)*sin(a12);elsesum2=0;fork=1:9a12=NODE(p,4)-NODE(k,4);sum2=sum2+NODE(p,3)*NODE(k,3)*(G(p,k)*cos(a12)+B(p,k)*sin(a12);eNODEM(p-3,p-3)=NODE(p,3)*NODE(p,3)*G(p,p)-sum2;eNODEeNODEeNODEsum3=sum3+NODE(p,3)*NODE(k,3)*(G(p,k)*sin(a12)B(p,k)*cos(a12);eNODEL(p-3,p3)=NODE(p,3)*NODE(p,3)*B(p,p)sum3;eNODEeN

45、ODEeNODEJGB=HN;ML;%disp('JGB矩阵JGB=');%disp(JGB);DX=inv(JGB)*FX;%*修正forp=2:9NODE(p,4)=NODE(p,4)+DX(p-1);eNODEforp=4:9NODE(p,3)=NODE(p,3)+DX(p+5)*NODE(p,3);eNODEe=abs(max(DX);eNODEdisp('雅克比矩阵：);JGB=HN;MLNODEI=zeros(1,3);E=zeros(1,3);fori=1:3I(1,i)=conj(NODE(i,7)+1i*NODE(i,8)/(NODE(i,3)*(co

46、s(NODE(i,4)-1i*sin(NODE(i,4);E(1,i)=NODE(i,3)*(cos(NODE(i,4)1i*sin(NODE(i,4)+1i*gen(i,6)*I(1,i)；eNODEYl=zeros(1,3);Yl(1,1)=(NODE(5,5)1i*NODE(5,6)/(NODE(5,3)*NODE(5,3)Yl(1,2)=(NODE(6,5)-1i*NODE(6,6)/(NODE(6,3)*NODE(6,3);Yl(1,3)=(NODE(8,5)-1i*NODE(8,6)/(NODE(8,3)*NODE(8,3);%修正Y矩阵，将负荷阻抗等效到Y中M3=zeros(3)

47、;M12=zeros(12);Y(5,5)=Y(5,5)+Yl(1,1);Y(6,6)=Y(6,6)+Yl(1,2);Y(8,8)=Y(8,8)+Yl(1,3);dispY负荷换算后导纳矩阵Y=');Yfori=1:3M3(i,i)=1/(1i*(gen(i,3)/10000);eNODEfori=1:12forj=1:12ifi=3&&j<=3M12(i,j)=M3(i,j);elseifi>3&&j3M12(i,j)=Y(i-3,j3);elseifi<=3&&j>3M12(i,i+3)=-M3(i,i);M1

48、2(i+3,i)=M12(i,i+3);eNODEeNODEeNODEeNODEeNODEfori=1:3M12(i+3,i+3)=0;forj=1:12ifi=(j-3)M12(i+3,i+3)=M12(i+3,i+3)-M12(i+3,j);eNODEeNODEdisp('故障后简化导纳矩阵Y=');Y33A=M3M39pf/M99pf*(M39pf。')delta=zeros(1,3);%发电机功角EG=zeros(1,3);%发电机电势PE=zeros(1,3);fori=1:3delta(1,i)=angle(NODE(i,3)+NODE(i,8)*gen(i,3)/(NODE(i,3)*10000)+1i*NODE(i,7)*gen(i,3)/(10000*NODE(i,3)+NODE(i,4);EG(1,i)=abs(NODE(i,3)+NODE(i,8)*gen(i,3)/(NODE(i,3)*10000)+1i*NODE(i,7)*gen(i,3)/(10000*NODE(i,3);eNODEEGdelta%计算正常时的PE