基于H∞控制理论的电力系统稳定器(完整资料)

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基于H∞控制理论的电力系统稳定器基于H∞控制理论的电力系统稳定器(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）蔡超豪,王奇１引言ﻫ电力系统稳定器（PSS）作为一种附加的励磁控制装置对电力系统稳定性的改善具有重要作用。但由于它是在系统某典型运行点将电力系统模型线性化而设计的，当运行点发生变化时,PSＳ对振荡的抑制作用会有所减弱，必须仔细选择其参数才能使其具有较好的适应性。H∞控制理论是当代控制理论中一个引人注目的分支,它以某一闭环传递函数的Ｈ∞范数作为性能指标谋求最优控制,H∞控制理论可以解决具有建模误差、参数不确定和干扰频谱不固定系统的控制问题。将其应用于电力系统稳定器设计，可以将系统的非线性作为不确定因素计入设计方案，因而设计出的稳定器具有很好的鲁棒性。本文研究了H∞设计中权函数的选择方法,应用Matlab工具箱进行电力系统稳定器的设计。实例仿真表明,基于Ｈ∞控制理论的电力系统稳定器,配合PID电压调节器使用，具有良好的动态品质和调节精度，并能在较大的运行范围内抑制振荡，提高电力系统的动态稳定性。为了方便起见本文将常规的电力系统稳定器简称为CPＳS,而将按H∞控制理论设计的稳定器简称为HPSS。ﻫ2混合灵敏度问题

许多控制问题均可统一于标准H∞控制问题.在实际控制系统中,经常是干扰和受控对象的不确定性同时存在。同时抑制干扰和受控对象的不确定性称为H∞控制的混合灵敏度问题。以图1的反馈控制系统为例，G（s）为被控对象的传递函数,K（ｓ）为控制器，y为系统输出信号，u为控制输入，ｖ为对象输出,r为参考输入,e为控制误差,d为加权后的干扰输入。W1(s）、W２（s）、W３(s)、V（ｓ）为加权函数，w是加权前的干扰信号，ｚ1、z2、z3为加权后的输出.如果不考虑加权函数,干扰w到输出z１、z２、z3的闭环传递函数绝对值分别称为灵敏度函数S、输入灵敏度函数R和互补灵敏度函数T:

S=(I＋GK）—１

Ｒ＝Ｋ（I＋ＧＫ)－1＝KSＴ=GＫ（I＋GK）—1＝I－S

∥S∥∞是闭环系统对干扰抑制能力的度量，∥R∥∞是对加性摄动（中低频模型参数摄动）G+ΔG中允许摄动ΔG幅度大小的度量，而∥T∥∞是对乘性摄动(高频未建模不确定性）（I+Δ)G中允许摄动Δ幅度大小的度量.ﻫ干扰w到输出z1、z2、z3的传递函数阵为:混合灵敏度优化问题就是寻求真实有理函数控制器K，使得闭环系统稳定,且满足性能指标这样混合灵敏度问题就转化为一个标准H∞控制问题。由图1也可得出:ﻫ式中P称为增广被控对象。增广被控对象也可用状态方程来表示：求解H∞控制问题经常采用增广对象的状态空间表达式来进行。所以先在频率域内选择加权函数W1、W2、W3、Ｖ，使之满足闭环系统设计的多目标要求，然后转化成状态空间表达式,在时域内进行优化设计。Ｍatlａb鲁棒控制工具箱中提供了专门的函数来构造增广对象的状态空间表达式。由增广对象求控制器K，需要解２个黎卡提方程,Matlaｂ工具箱中也设置了专门的函数来求解。ﻫ３加权函数选择ﻫ３.１加权函数V（s)

V(ｓ)用来配置闭环控制系统的极点。如果控制对象的开环系统具有弱阻尼极点(离虚轴很近）的话，在构成控制器以后这些极点将作为闭环系统极点出现,使设计的控制系统不能取得满意的效果。为此采用部分极点配置技术，选择加权函数V=M／E，用Ｅ抵消控制对象的弱阻尼极点，用M来重新安排开环系统极点的位置,增大极点的实部,使阻尼比达0．3以上。

3．2加权函数W1(s）

W１（s）是灵敏度函数S的加权函数。由于干扰通常发生在低频范围，为了抑制干扰，期望Ｓ在低频段的增益尽量小,所以低频段的加权值应尽量大，故选W1(s)为具有低通性质的真实有理函数,即W1（s)反映了干扰的频谱特性.如低频干扰的频率宽度为ω1，取W1(s)的转折角频率ω′１≥ω1,若不能满足，则可将W1(s)取为二阶函数。

3．3加权函数W3(s）ﻫW3（ｓ）是互补灵敏度函数T的加权函数，为乘性摄动的范数上界，并且有S+T＝Ｉ。对于给定的频率ω,如果要求S的增益很小，那么T将近似为I，由性能指标看出Ｗ3必须很小,从而降低了系统的鲁棒稳定性。相反地，如果要求系统具有较强的鲁棒稳定性，则要降低Ｔ的增益，这样做势必引起S的增益变大。ﻫ这个矛盾的解决办法如下：通过选择加权函数，在低频段以减小灵敏度函数S的增益为主，而在高频段以减小互补灵敏度函数Ｔ的增益为主，将W3取为具有高通性质的有理函数。并且使Ｗ1（s)与W３(ｓ)的频带不重叠,即二者的剪切频率之间要有一定的距离.由于在工程中，干扰的频率成分多为低频信号，而未建模动态往往是高频特性,因此这种折衷设计思想是合理的。ﻫ3．４加权函数Ｗ2（s）ﻫW2（s）是输入灵敏度函数R的加权函数，为加性摄动（模型误差）的范数上界.

W2（ｓ)在控制器设计中起罚函数作用,较大的W2(s）值导致较小的控制器增益。此外,Ｗ２(ｓ)相位的合理选择将有助于控制器从正确方向对对象进行控制.如果控制对象具有滞后的相位，则选择W２（s)使控制器具有超前的相位以补偿控制对象的滞后，并使在自然振荡频率附近两者相位近乎抵消.所以视控制对象及控制信号的不同,W2（s)可取为一常数或其它实有理函数，经过试验确定。ﻫ4实例ﻫ图2(a）为一单机－无限大系统，1台600ＭW的汽轮发电机组经升压变压器、双回输电线与无限大系统并联,输出功率为额定功率的50％.发电机采用具有它励电源的晶闸管励磁系统，常规的励磁控制为比例、积分、微分(PID）励磁调节器，其结构如图2（b)所示.要求设计1台采用Δω反馈控制的基于H∞控制理论的HPＳS,其结构图如2(c)所示.ﻫ(1)构成单机－无限大系统的状态方程ﻫ将单机-无限大系统的基本方程线性化、偏差化，采用有关文献给出的单机－无限大系统模型，用状态方程表示为ﻫX＝AfX+BfUﻫY=CfX＋DｆU

式中状态变量X为有功功率增量ΔPｅ、转速增量Δω、发电机端电压增量ΔVｔ，控制量U为发电机励磁电压增量ΔVf。对于图2(a），当设计运行点为Ｐe０=0．5，δ０=７0°，由于PIＤ由ΔVt反馈控制，可得出模型的系数矩阵（2）将单机-无限大系统模型与ＰＩD调节器模型合并构成HＰＳS的控制对象GＯPID调节器的传递函数取为ﻫ利用Mａtlab控制系统工具箱中的tf２ｓs、seｒieｓ、feedbk等函数可得出G的系数矩阵状态变量为ΔＸ、ΔＰe、Δω、ΔVｔ,控制量仍为ΔVf。Ag的极点为－0．４20７±j5。1８23，－0。673８±j1．0508

（３）加权函数的选定

权函数Ｖ用以抵消控制对象G的弱阻尼选权函数Ｗ1为低通滤波器控制对象Ｇ输出为Δω时具有滞后的相位,为使HPSS具有超前的相位，并使在自然振荡频率ωn=5.2rad／s附近两者相位近乎抵消。因而取（4)应用鲁棒控制工具箱进行HPSS设计取W′1＝W1V,Ｗ′２＝W２V，W′3=W3V，连同Ag、Ｂg、Cg２、Ｄg2利用工具箱中函数aｕgss构成增广被控对象，然后应用函数ｈｉｎfopｔ求解控制器，得γ0=0．1１1.应用控制工具中的降阶函数baｌmｒ降阶,得有稳定极点和零点的三阶控制器，其传递函数为（5）仿真分析为了检验本文设计方法的有效性,对图２所示系统利用Mａtｌａb中的Sｉnｍlinｋ进行仿真分析，并将ＨPSS与CPSS、PＩD励磁控制器的控制效果进行了比较。详见图3、４。由图可以看出，PID励磁时摇摆大，振荡次数较多，衰减较慢；CPSS励磁时，摇摆虽仍较大，但振荡次数减少；而HPSS励磁有最好的阻尼特性,振荡次数很少，很快趋于稳定，具有良好的动态品质和调节性能。ﻫ５结论由于电力系统运行条件的改变，参数发生变化，模型的近似会导致实际控制对象模型的不确定性,基于H∞最优控制理论设计的电力系统稳定器HＰＳS将电力系统的非线性作为不确定性因素计入设计方案，因而具有很好的鲁棒性，可以改善电力系统的动态特性,提高系统的动态稳定性。《电力系统设计》报告题目：基于MATLAB的电力系统仿学院：电子信息与电气工程学院班级:13级电气1班姓名:田震学号：20131090124日期：2015年12月6日基于MATLAB的电力系统仿真摘要：目前,随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大,超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快,大电网负荷中心的用电容量越来越大,长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色,电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题.电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行,可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。关键词：电力系统；三相短路;故障分析；MATLAB仿真目录HYPERLINK\l”_Toc437449423"一．前言 2二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 3HYPERLINK\l”_Toc437449425"1.总电路图的设计 3HYPERLINK\l”_Toc437449426"2.各个元件的参数设定 42。1供电模块的参数设定 4_Toc437449429”2.3输电线路模块的参数设置 5_Toc437449431"2.5三相线路故障模块参数设置 6_Toc437449433"3。仿真结果 7一．前言：电力系统故障分析主要是研究电力系统中由于故障所引起的电磁暂态过程，搞清楚暂态发生的原因、发展过程及后果，从而为防止电力系统故障、减小故障损失提供必要的理论知识.电力系统可能发生的故障类别比较多，一般可分为简单故障和复合故障。简单故障指的是电力系统正常运行时某一处发生短路或断相故障，而复合故障则是指两个或两个以上简单故障组合。在这些故障中,三相短路故障是电力系统中危害最严重的故障.本次通过对无穷大功率电源供电系统三相短路仿真,来简要的介绍下MATLAB在电力系统故障分析中的应用。短路问题是电力技术方面的基本问题之一.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计算和仿真,以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。为此，掌握短路发生以后的物理过程以及对短路过程的仿真计算方法是非常必要的。二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建1.总电路图的设计设线路参数为L=50Km，,；变压器的额定容量，短路电压，短路损耗,空载损耗，空载电流,变比,高低压绕组均为Y形联接；并设供电点电压为110kV。其对应的Simulink仿真模型如下:图1无穷大功率电源供电系统的Simulink仿真图表1仿真电路中各模块名称及提取路径模块名提取路径无穷大功率电源10000MV/A，110kVSourceSimPowerSystems/EletricalSources三相并联RLC负荷模块5MWSimPowerSystems/Elements串联RLC支路Three-PhaseSeriesRLCBranchSimPowerSystems/Elements双绕组变压器模块Three-PhaseTransformerSimPowerSystems/Elements三相故障模块Three-PhaseFaultSimPowerSystems/Elements三相电压电流测量模块Three—PhaseFaultSimPowerSystems/Measurements示波器模块ScopeSimulink/Sinks电力系统图形用户截面PowerguiSimPowerSystems2。各个元件的参数设定2。1供电模块的参数设定图2供图2供电模块的参数设置2。2变压器模块的参数设置变压器T采用标幺值，则在Simulink的三相变压器模型中，一次、二次绕组漏感和电阻的标幺值以额定功率和一次、二次侧各自的额定线电压为基准值,励磁电阻和励磁电感以额定功率和一次侧额定线电压为基准值。则一次侧的基准值为二次侧的基准值为因此,一次绕组漏感和电阻的标幺值为同理，，，，，则变压器模块的参数设置如下图3所示：图3采用标幺值时变压器模块的参数设置2.3输电线路模块的参数设置输电线路L采用“Three—PhaseSeriesRLCBranch"模型。根据给定的参数计算可得:，输电线路模块的参数设置如下图4所示:图4输电线路模块的参数设置2。4三相电压电流测量模块三相电压电流测量模块“Three-PhaseV-1Measurement”将在变压器低压侧测量到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如下图5所示。图5三相电压电流测量模块2。5三相线路故障模块参数设置仿真时,故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three—PhaseFault”来设置，如图6所示.该模块参数区域中的主要选项说明如下：1）PhaseAFault、PhaseBFault和PhaseCFault用来选择短路故障相。2)Faultresistaances用来设置短路点的电阻,此值不能为零。3）GroundFault选项用来选择短路故障是否为短路接地故障。4）Groundresistances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）Externalcontroloffaulttiming可以添加控制信号来控制该模块故障的启动和停止.6）Transitionstatus和Transitiontimes用来设置转换状态和转换时间；其中，Transitionstatus表示故障开关的状态,通常用“1"表示闭合，“0”表示断开;Transitiontimes表示故障开关的动作时间；并且每个选项都有两个数值，而且它们是一一对应的.7)Snubbersresistance和snubbersCapacitance用来设置并联缓冲电路中的过渡电阻和过渡电容.8)Measurements用来选择测量量。6图6三相线路故障模块参数设置2。6三相并联RLC负荷模块参数设置图7三相并联RLC负荷模块参数设置3.仿真结果图中，黄色线电流数据，代表了“A"相闭合，“B、C”相断开；蓝色线电流数据，代表了“B"相闭合，“A、C”相断开；紫丝线电流数据,代表了“C”相闭合，“A、B”相断开。课程设计课程名称：电力系统分析设计题目：基于Ｍａtlab计算程序的电力系统运行分析学院：电力工程学院专业:电气工程自动化年级:学生姓名：指导教师:日期:教务处制目录前言··········································1参数计算·······························2一、目标电网接线图··································2二、电网模型的建立··································３第二章潮流计算·······························６一.系统参数的设置··································6二．程序的调试·····································7三、对运行结果的分析································13第三章短路故障的分析计算·····················15一、三相短路········································1５二、不对称短路······································１6三、由上面表对运行结果的分析及在短路中的一些问题····21心得体会·······································26参考文献·······································２7前言电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算.潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布,用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求,功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。在电力系统中可能发生的各种故障中,危害最大且发生概率较高的首推短路故障.产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏。短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路。短路故障大多数发生在架空输电线路.电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障的发生概率。短路计算可以为设备的选择提供原始数据。参数计算一、目标电网接线图系统参数表1。线路参数表4-5LGJ-240/301130．０4７0.4１。7８×4—6ＬＧJ—120/701200.0741．４７×5－7ＬＧＪ—１２0/251650．07９1．60×６-９LＧJ-95／551660.09２1.80×7—８ＬGJ-2４0/３0920.0471.78×8－9ＬGJ—2４0／3012２0．047１.78×说明：线路零序电抗为正序电抗3倍。表2.变压器参数表短路电压百分数（％）2-7SSＰＬ—22０000242±3×2.５%／2010。4３3-9SSPＬ-1２00０024２±3×2．5%／１55。８11—4SＳＰL—２40０002４2±3×2。５％／17．５１1。42说明:变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为Δ/Y0接法。表3．发电机参数表1发电机额定功率{MW}额定电压｛kＶ｝额定功率因数１20０16。5０。８5２１80１80。85３１001３。８０.8５表4.发电机参数表2发电机母线名（S)（Ｓ)（S）1147．２８00。３２0.1３０.210。2１8。96２2１２．8001．930。261.870.436。０00。5３５３36．0２０1。510.２１１．450。298．590。60表5.负荷数据表节点号有功负荷(MW）无功负荷（MVA）51355061003０88０３５二、电网模型的建立设计中,采用精确计算算法,选取=１00MVA，＝２２0KV，将所有支路的参数都折算到２20KV电压等级侧，计算过程及结果如下:１、系统参数的计算（1)线路参数计算公式如下:各条线路参数的结果:４－５：４—6:5-7：6—9:７－8：8-9：（2）变压器参数的计算：(3)发电机参数的计算：（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗,故只求出暂态电抗）(4)负荷节点的计算2．系统等值电路图的绘制根据以上计算结果,得到系统等值电路图如下:第二章潮流计算一.系统参数的设置设计中要求所有结点电压不得低于1。0p.u。,也不得高于1。05ｐ。u.，若电压不符合该条件，可采取下面的方法进行调压：改变发电机的机端电压改变变压器的变比（即改变分接头）改变发电机的出力在电压不符合要求的结点处增加无功补偿调压方式应属于逆调压。结点的分类：根据电力系统中各结点性质的不同，将结点分为三类：PQ结点、PV结点和平衡结点,在潮流计算中，大部分结点属于ＰQ结点，小部分结点属于PV结点,一般只设一个平衡结点。对于平衡结点，给定其电压的幅值和相位，整个系统的功率平衡由这一点承担.本设计中，选1号节点为平衡节点；2、３号节点为P、Ｕ节点；４、５、6、7、8、9号结点为P、Q节点。设计中，节点数:n=9，支路数：nl=９，平衡母线节点号:isｂ=1，误差精度：pｒ=0．00001。由支路参数形成的矩阵:B１＝［１４0.0576i010;２70．057４i010；390．0586i010;450．0１14＋0.093i0。194i１0；46０．０18+0。099i0。1７０i10570．027+0．1３６i０。０26ｉ106９0。０３２＋0.13７ｉ0．０2８i１07８0.04７+0.０７6ｉ０.1５8i10890．０１2+0。1０1i0。022i１0];％支路参数矩阵由各节点参数形成的矩阵:B2=[2+1。24i01101；1.８+1。12ｉ０110３；１+0．6２i01１03００1002；01.35+0．５i1０0201+0。３i１0020０１002０0.8+0.35ｉ１０020010０2］;％节点参数矩阵由节点号及其对地阻抗形成的矩阵:X=[１0；２0;30;40；50;６0；70;80;90]；二.程序的调试1。未调试前，原始参数运行结果如下：选用牛顿-拉夫逊法来进行潮流计算，计算结果如下所示:迭代次数4没有达到精度要求的个数１416１６0各节点的实际电压标幺值E为（节点号从小到大排列）：Cｏlumns1ｔhroｕgｈ41。000０0．975５＋0.２1９8i0.９903+0．１39０i0.９727-0。0252ｉColｕmns5tｈｒougｈ８0.9322—0。043５i0。９450—0。039４i0．9769+0。1142ｉ０。9474+０.061９ｉＣｏlumｎ9０。97５5＋0。０77７i各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列)：Ｃoluｍns1throｕgｈ７1。00001．00０01。00000.９7３0０．93320．94５8０.9８3５Columns８ｔｈrｏugｈ90.94９4０.9７86各节点的电压角O为（节点号从小到大排列):Colｕmnｓ1tｈｒｏｕgh7012．69９67。9８9１—1.4８63－2。6７2７—２.385１６。6６94Coｌuｍns8ｔhrougｈ93．7３584．5559各节点的功率S为（节点号从小到大排列)：Columns1thｒough４0.４３8２+０。4７42i1。80０0+０。3819ｉ1。000０+0.３9５7ｉ0．0000+0。0000iＣoｌuｍns５thrｏugh８－1。3500-0．5000i—１．0000—0.3000i－0.0００0＋0。00０0i—0.800０-0．３5０0iCｏｌｕmn90．０0０0+0.0000i各条支路的首段功率Sｉ为(顺序同您输入B1时一样）：０．４382+0。4７42i1．800０＋０。381９i１.０000+0。39５7i0．24９７+0．2９6４ｉ0．１884+0。1５３8ｉ—1。1028—0．04８２ｉ—0．8133+0。0０0８i０.６594—0。０2６９i-0。１６18—0.２637i各条支路的末段功率Ｓｊ为(顺序同您输入Ｂ１时一样)：—0．4３８2—０.450１i－１．8０００-0.1８7６i-1．0000-０.３2７９i—0．2472-0.4518i-０．１86７-０。3００8i1.1４０6+0.２145ｉ0．8３7０+0．0７46i—0.６382—0。０８６3ｉ０.1６30+0。２53４i各条支路的功率损耗DS为(顺序同您输入Ｂ１时一样）:0＋０。0240i0+0．19４3i-0.０000＋０。06７8i0.０026-0。1554i０．001７－0。147１i0．0378+0.1663i0.02３7+0.0754ｉ0.０2１２－０.11３3i0．0012-0。01０3i以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示)由运行结果可知，节点4、5、6、7、8、９电压均不满足要求.故需进行调试，以期各结点电压均满足要求.２．采用NL法进行潮流的计算和分析。1)第一次调试将1、2、3号变压器的变比初值1．００0均调为1.0250，则修改结果如下：运行结果如下:如上所示:节点4、５、6、8都不满足要在1。0０00~1。0５0０范围内的要求，再进行第二次调试。2）第二次调试①将１号变压器变比初值由１。02５改至1.050,则修改结果如下:运行结果如下:如上所示:节点5、6、8号节点的值仍不满足要求,进行第三次调试。3)第三次调试将5、6、８号节点的无功补偿的初值由0均改为0。１，则修改结果如下：运行结果如下:如上所示:节点５、6、8、的值,不满足要在1。０000~1.0５00范围内的要求.第四次调试将5、6、8号节点的无功补偿的初值由０。1均改为０.2，则修改结果如下:运行结果如下：如上所示:节点５的值，不满足要在１。００00~１.0５０0范围内的要求。第五次调试将5号节点的无功补偿的初值由0。２改为0.3，则修改结果如下:运行结果如下：满足要求,结果如下图所示：三、对运行结果的分析：１、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢?要考虑什么条件?各变量是如何划分的？哪些可调？哪些不可调?答：潮流计算时功率方程是非线性，多元的具有多解。初始条件给定后得到的结果不一定能满足约束条件要求,要进行调整初值后才能满足。其约束条件有:，，,.负荷的PＱ量为扰动变量,发电机的PＱ为控制变量，各节点的V为状态变量。扰动变量是不可控变量,因而也是不可调节的，状态变量是控制变量的函数，因而状态变量和控制变量是可以调节的。所以，计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流的.2、潮流控制的主要手段有哪些？答:潮流控制的主要手段有:（1)改变发电机的机端电压(2）改变变压器的变比（即改变分接头）(３)改变发电机的出力（4）在电压不符合要求的节点处增加无功补偿牛顿拉夫逊法与PQ分解法有哪些联系?有哪些区别?二者的计算性能如何？答：(1）联系:它们采用相同的数学模型和收敛判据.当电路的电抗远大于电阻时，可以简化牛顿拉夫逊极坐标的修正方程的系数矩阵得到PＱ分解法，且简化后并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。（2）区别：P-Q分解法的修正方程结构和牛顿拉夫逊的结构不同。pｑ分解法由于雅可比矩阵常数化，计算过程中减少了很大的计算量，而且有功和电压幅值,无功和电压相角的完全割裂也大大的对矩阵降维数,减少了一半的计算量，但是他雅克比矩阵常数化是经验值，丧失了一部分稳定收敛的特性，而且当支路电阻与电抗比值较大的时候收敛性也特别差，甚至不收敛（3）P－Ｑ法按几何级数收敛,牛顿拉夫逊法按平方收敛。ＰＱ分解法把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式,抓住主要矛盾，把有功功率误差作为修正电压幅值的依据,把有功功率和无功功率迭代分开进行。它密切地结合了电力系统的固有特点，无论是内存占用量还是计算速度方面都比牛顿-拉夫逊法有了较大的改进。选取PＱ分解法的数据来分析降低网损的方法:支路未调整前：调整后：支路首端功率支路末端功率支路功率损耗支路首端功率支路末端功率支路功率损耗１-４0.4３8２+０．4７42ｉ—0。4３82－０.450１ｉ0+0．0240i0。4272+0．2600i—0．42７2-0．2４56i0＋0.014４i2—７1.8０００＋0.3819i—1．８00０—0。１８７6i0＋0.1943ｉ1.8００0+0。０356i－１．800０—0。1504i0+0．0186０i4-51.０00０＋0．3９57i－1．0０00－0.３279i－0。0０00+0．0６78ｉ1.00０0—0.09３０i-1．０0００＋0．033９i０+0．05９1i3-90。2４９7+０．296４i-0。24７2—0。451８ｉ0。０026—0.１554i0.2343+０．1543ｉ—0。２３30—0。3463i0.00１３－0。1920i4—60。1８84+0.1５38i－０．18６７-0.3008ｉ0．００１7-0。14７1i0.1929+0。0913ｉ－0。1917４-０．2631i０.0012-0.1719i5—7-1。10２8-0.０４82i１.140６+0.2145i0.037８+０。16６3ｉ－1．1170-0．151８ｉ1．15０8+０。０0８４i０。０3３8+0.0１4３3ｉ６-９-０.813３-0．0008i0.８370+0。0７46i0.023７－0.0７５4ｉ—0.80８3—0。1687i0。8297-０。1０62i0．021４-0.0625ｉ7－80.659４+０.０269i-0。6382－0．０８63i0.021２—0。１133i0。6４92+0。1４２０i—0。６30３—０。00９３i0。０189-０。1327ｉ8－9—0.１6１8—0。２637ｉ0。1630＋０.253４ｉ０.001２－０．０103ｉ－0。1697－0。1５76i0.1703－0.１40１ｉ0．0006－0．0175i(1)提高机端电压电压和节点电压一定可以使有功损耗降低,但是对于无功损耗来说为正的是可以降低的，为负的则是提高了；(2)另外适当提高负荷的功率因数、改变电力网的运行方式，对原有电网进行技术改造都可以降低网损。发电机节点的注入无功为负值说明了什么?答:因为线路无功潮流最有可能的流向由电压的幅值大小决定：由幅值高的节点流向幅值低的节点。由此看出发电机的电压小于节点电压而无功功率的方向是从高电压到低电压,所以发电机的注入无功为负值。６、负荷功率因数对系统潮流有什么影响?答:负荷功率因数降低,无功功率就会增大，其输电线路的总电流就会相应增大,从而会造成电压损耗的升高，从而会改变无功功率潮流的大小,严重时甚至会改变方向;反之亦然。绘制潮流分布图第三章故障电流计算一.三相短路电流的计算利用结点阻抗矩阵和导纳矩阵都可以计算短路电流,其算法有所不同。利用结点阻抗阵时，只要形成了阻抗阵，计算网络中任意一点的对称短路电流和网络中电流、电压的分布非常方便,计算工作量小，但是，形成阻抗阵的工作量大，网络变化时的修改也比较麻烦,而且结点阻抗矩阵是满阵，需要计算机存储量较大.对称短路计算的正序等值网络图：计算程序的输入数据为：运用节点阻抗矩阵计算三相短路电流：7点短路时电流的标幺值Ｉf=1。2926-12。291９ｉ各节点的电压标幺值U为（节点号从小到大排）:０.7888+0。029０ｉ０.2395-０．00０0i0。5706+0。０3７8i０．6６03＋0。0514i０.３577+0.077０i０.57０１＋0．0７4０i00.1793+0。0470i0．4887+0。046９ｉ各支路短路电流的标幺值I为（顺序同您输入B时一样）：-0.５241+14.2６42i０。0000+１．950０i—0。2１19+3.19６7i-0。4１88—3。3５95ｉ—０.444４-0。2829ｉ—0．5４8０-0.2４５1ｉ—0．00０0－５。０５18ｉ－0．１269—0.１００3i—0.164０—1。9388ｉ—0.3０0５-3．5４34ｉ—0．2４99－0.9９4５i0。6１72－２．8665ｉ0．2161—0。6４9０i—0.6754+2.575５i0．０0１1+3。35６2i简单不对称故障短路电流的计算简单不对称故障（包括横向和纵向故障)与对称故障的计算步骤是一致的，首先算出故障口的电流,接着算出网络中个结点的电压，由结点电压即可确定支路电流，所不同的是，要分别按三个序进行。（1)系统三序等值网络图如下：正序网络图负序网络图零序网络图程序运行步骤及对所用变量的解释如下:表七：各种不对称短路情况下故障点和各支路各序电流标么值正序电流标么值负序电流标么值零序电流标么值单相接地短路短路点0．４484—４。9800i０。44８4—4。98０0i0。44８４—4．9８00i两相短路短路点0.646３-6.1459ｉ—0.６463+6.1459i０两相接地短路短路点0.8５81－９.3168ｉ

－0。4３45+2.9750i-0。4237＋6。3４１8i单相接地短路140。0１10—1.６307i０。0１00—１。4132i0２７－0。０5３6—4.1２1３i—0。0546-４。0396ｉ0３９—0。０2６３—0.7966i-０.02６3－０。9786i045０.0934—１。6３９7i0。０581—１.3385i－０．0560－０。70８9i46－０．019５-0.3086ｉ－0。048３-0。15２9i－0.033７—0。0414ｉ570。2633—1．１4６2i０.054３—0.1648i0。208４－0.8109ｉ６90.０320-0。0６７7i0．０6３8-０.0212i0．０20６—０.０587ｉ7８-0。249４+１。0１７9i－0。2656+1。１5５9ｉ－0．211６＋０.７044i８9—0.04３９+1。２3４0i—0.０２9０+1．1066ｉ0．0４34+０。636８ｉ两相短路14０.04９6—2.6８４８ｉ－０.０49６+2。46４3i０２７0-6。6706ｉ０+6。5９35i039－0。021３-1．４1５6ｉ0．021３＋1.５97６ｉ04５0．159７－2。48４3ｉ－0.1２4４+2．1831i046-０。０466－0．4０６3i0.０７5４+0．２506i０57０．4９４2-２.０3２6ｉ—0．546９+2。3002i06９０．0７０0—０．17０7i－0.0923+０.2６77i078－０.4428+1。７425i0．4589-1．8805i089－0．0867＋1.9３26i０.0717－1．80５3i0两相接地短路140。0462－3。38３3i—0．０5３0+1。7658i0

27—０.0467—8．５385i-０。0467＋4．725６i0

３9—０.03８7—1.86８１i0。0040+1.14５2i0

450.17９4—３．1037i—0.1046+1.5638i０。0594+0．6551i46—0.０697-0．４7６８i0．0523＋0．1801i0．03１６+０.03７９i５7０.６3２8-2。６88１i—0.４０８３+1。6447i－0.1841+0。7５23ｉ690.0942－0.2４７2i-0.0680+0.1９12ｉ－０．0184+0.05４5ｉ７8—0。5595+２．2７85i0。34２3—1.３445i0。18８2-0．6538i8９—0．09４２＋2。44４6i０.0６42—1．2９３４i-０．046９—0．5８86i表八：不对称短路情况下各条支路的相电流各支路Ａ相电流各支路B相电流各支路C相电流单相接地短路1４-0。070９－4．0007ｉ—0。291８+0.86０７i０。0９01＋０.8607i27—0.0０00—13。２６41i0．09７0—1。0297i0．230６—1．0２97i３9

—０.119１－2.3760i0.11７4＋0.2869ｉ—0。１９７8+0．2869i450．0９５5－3.６8７２i-0。3927+0.7497i0.１291＋0.8107i46—0．1０14-0.５0２9i-0。134７+0．1644ｉ0。1３50+0．2143ｉ570。７877－3。３7０９i０．1505+0。５147i—０.3131＋０．4234i6９０．106９-0．2９12i0.0615+0.07６9i-0．1067+０．０３83i７8－0．7266+2。8782i-0．0736-０。３９65i0.1654-０。3685i89-0．０29５+2.9774i0.1901－0。５２0６ｉ—0.0304-0。５464i两相短路140—0.2２05i－4.4５93+0。０243ｉ4。4５93+0.１962ｉ2７0－０。0７71i—11。4８7１+0.0385ｉ11。4871+0．０38５i390+０.182０i-2．6096—０．０54０ｉ2。6０９6-０。1280i４50。０353-0。３０12i-4．0５97－0。0954i4.0245＋０.３９６6i460.０288—0．１557i-0.５８３3+0。１83５i０.5５４５－0。0278i５7－0．05２7＋0．2６76i—３.72６0-１．０354i3.７787＋0．7678i69－0。0223＋0。０９7１i－０．３68５-0.1891ｉ0．3908＋０。0920i78０.0162—0。138０i3。１２95+0。8４99i－3。１457－０.7119i89—０．0149+0。127３i3．244６+0。0735i－3。2２９7-0．20０8i两相接地短路1４0.０85３—０。９１５７i—4。363８+1。４2４６ｉ４。５548+1.5９64i２７-0．1401+0.9127i—11.4871+6。63２1i11。487１+６。６3２1ｉ390．0３32-0.1680ｉ－２.524３+0．953３ｉ2．6９４8＋0。８794ｉ450.1３42-0.8848i－4。０2０１+1。1791i４.0６41+1.6７11i460.０142－0．2587i－0。5２8５+0。2９19ｉ0。6０92+0.0８06i５7０。０404—0．291１i-４.０488+０．3７24i３。4５6０+２.175６ｉ690.００78－0。0014i-0．41１２-0。０5８1ｉ０．3４82+0。2230i7８－0。02９0+0.280２ｉ3.4344－０．339９i-２．84０８－1。９017i89-0.0769+0.５6２7i3．2053－１.０270ｉ-３.269１-1。3014ｉ表九:不对称短路情况下各结点处的相电压A相电压Ｂ相电压Ｃ相电压单相接地短路１0．8２９５+０．0260i—0。4147－０。8790i－０．41４７+0.８531i20。3８４７+０．0096i—０。1924—0．870２i－0.1924+0．8618i30。6531＋0。03５8i—０.３265—0。8839i－0。３2６5＋０．8482ｉ40.７191+0。0４88i－0。379６－０。９164i—0.3７９6+0．8756i5０．3918+0.0８６7i—０.33２８-0。8924ｉ—０。3328+0。8５５3i６０．６4０７+0．0699i-0.3430—0.9060i-0.３43０+0。８501i7－0.0０00+0。０00０ｉ-0。2９46－0．9０９3i-０.２946+0。8719i80。２1３３＋０．053５ｉ—0。2928—0。888３i-0．2928＋0.8５12ｉ90．5735+0.0４56i－0．３129－0.905４i—0。312９+０．863４i两相短路１１．0000—0.４749—0．6831ｉ—0.5２5１＋０.６83１2１．0０00—０。5000-０.２０７4ｉ—0。5000+０。２074ｉ31。0００0－0.4672—0．4942i—０.53２8+０．４942i4１．0346-0。4７２8-0．571９i—0.5618+0.5７19i５1.００90—0.4378-0。３０98ｉ-0。５７12+0。3098i61．０1３９—0。4428-0.4938i-0．５711+０.4９38i７1．02８４-０.514２—0.5142８1．0０43－０．4６１4—0。15５2i—0．５429+0。１５５２i91.０212——0．4７00-０.4２3２i－0.５512+0．４23２ｉ两相接地短路1０。８9２0+0.019０i—0．42０９－0.６927ｉ-0.47１1+０。６736i２0.609２+０.０14３i—０.3046—0．21５４i－0.3046+0．199４i3０。780１+0.027８i—0。３５7３-0。５081i—0。4228+0．4８02i40.8602+0．029９i—０。３6０2-0。５925ｉ-0。449２+0。５512i5０.7914＋0。0286i－０．15５7－0.35９7i-０.2891＋0。2600i60.80６３+０.0４04i—０。3１05—0.5235ｉ－0.4３８７+0。4640i70.74９9＋0.030２i—０。0000-0．0000i—０。000０+0。0０00ｉ8０。7388+0。0297ｉ—0.092４-0．1859ｉ—0。１738+0。1245i９0.770６+０。0325i—０.３1１5—0.４425i-０.3927＋0。404０i表十:不对称短路情况下短路点处相电流标幺值单相接地短路两相短路两相接地短路故障点处A相电流1.５8３2－19。６６99i故障点处A相电流0故障点处A相电流0故障点处B相电流0故障点处B相电流-１8．5127－1。74２2i故障点处B相电流

－19.１４0４+7．363０i故障点处C相电流0故障点处C相电流18.5127＋1．７42２ｉ故障点处Ｃ相电流17.8850＋10.８4７4ｉ３。短路点故障电流有名值的计算：表十一：各种短路情况下短路点处序电流有名值(ＫA）正序电流有名值（KA)负序电流有名值（KA）零序电流有名值(KA）单相接地短路短路点０。13２5–1.645７ｉ０．1325–1.6457ｉ０．１3２5–１．6457i两相短路短路点０．25２5—2.6８2８i—０。2525+2.6８28i0两相接地短路短路点0.3０50-3.444６i

-0。１999+1。９２10i-0.１05０+10523６i表十二：各种短路情况下短路点处相电流有名值（KA)单相接地短路两相短路两相接地短路三相短路故障点处A相电流

0.39７4-４．937１i故障点处A相电流0故障点处A相电流0短路点7电流0.５04９－5.3６５５i故障点处B相电流0故障点处B相电流—4。６467–0。437３i故障点处B相电流—４．8０42＋1．８４81i故障点处C相电流0故障点处C相电流４.64６7＋0．4373i故障点处C相电流4。４89１＋2.７22７ｉ三。对运行结果的分析本设计中,在各种短路情况中:三相对称的短路的电流最大,标么值为13．74，其次分别是两相接地短路、两相短路、单相短路。同一个网络同一点发生短路时，三相短路的等效阻抗最小，所以其短路电流最大,单相接地、两相短路和两相接地短路是的复合序网分别为三序串联、正负序并联和三序并联，短路电流受到负序和零序阻抗的限制。两点接地短路时零序电流分量有通路；两相不接地短路时其零序电流没有通路,故而其值为0.源程序中,单相接地为A－Ｇ,短路点处Ａ相电流为:３．2693－４.342８i，短路点处B,Ｃ相的电流为０；两相短路为Ｂ—C两相短路，A相电流为0，短路点处B相电流—１0.9739-1。4９72i，C相电流与其方向相反;两相接地短路为B-C-G，Ａ相电流近似为0,B相电流为-12.1284－0.3112i，C相电流为9。8194+２.６８32ｉ，这反应了不同短路的特点。综合程序运行结果和以上分析，当发生接地短路时，短路点有零序分量的流通，零序电流参与合成相电流,非故障相的电流为零,故障相的电流很大；两相短路时,没有零序分量流入大地,非故障相的电流同样为零，两故障相电流大小相等,方向相反。三相短路时故障点处的短路电流最大,对系统的影响也最大，三相短路一般是由一相和两相短路发展而来的.所以当系统发生三相短路时应最大可能减小电流对系统的影响，在实际的电力系统中可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置，合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗,减少短路电流值,采用分裂低压绕阻变压器等；在电力系统中主要通过装设电抗器增大短路阻抗,限制短路电流,减小电压波动。第四章思考题1、牛顿拉夫逊法与PQ分解法有哪些联系？有哪些区别？二者的计算性能如何?答：(１）联系:它们采用相同的数学模型和收敛判据.当电路的电抗远大于电阻时,可以简化牛顿拉夫逊极坐标的修正方程的系数矩阵得到PQ分解法，且简化后并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。（2）区别:P—Ｑ分解法的修正方程结构和牛顿拉夫逊的结构不同。pq分解法由于雅可比矩阵常数化,计算过程中减少了很大的计算量，而且有功和电压幅值，无功和电压相角的完全割裂也大大的对矩阵降维数，减少了一半的计算量，但是他雅克比矩阵常数化是经验值,丧失了一部分稳定收敛的特性，而且当支路电阻与电抗比值较大的时候收敛性也特别差，甚至不收敛(３）P-Q法按几何级数收敛,牛顿拉夫逊法按平方收敛。PQ分解法把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式，抓住主要矛盾，把有功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功功率和无功功率迭代分开进行。它密切地结合了电力系统的固有特点，无论是内存占用量还是计算速度方面都比牛顿-拉夫逊法有了较大的改进。２、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流,而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢？要考虑什么条件?各变量是如何划分的？哪些可调？哪些不可调?答:潮流计算时功率方程是非线性,多元的具有多解.初始条件给定后得到的结果不一定能满足约束条件要求，要进行调整初值后才能满足.其约束条件有：，，,。负荷的PQ量为扰动变量，发电机的PQ为控制变量，各节点的Ｖ为状态变量。扰动变量是不可控变量，因而也是不可调节的,状态变量是控制变量的函数,因而状态变量和控制变量是可以调节的。3、发电机节点的注入无功为负值说明了什么？答：因为线路无功潮流最有可能的流向由电压的幅值大小决定：由幅值高的节点流向幅值低的节点。由此看出发电机的电压小于节点电压而无功功率的方向是从高电压到低电压，所以发电机的注入无功为负值.

４、线路有功潮流最有可能的流向是？线路无功潮流最有可能的流向是？答:线路无功潮流最有可能的流向由电压的幅值大小决定：由幅值高的节点流向幅值低的节点.线路有功潮流最有可能的流向由电压的相位角决定，由相位超前的节点流向相位滞后的节点。5、负荷功率因数对系统潮流有什么影响?答：负荷功率因数降低,无功功率就会增大,其输电线路的总电流就会相应增大,从而会造成电压损耗的升高，从而会改变无功功率潮流的大小，严重时甚至会改变方向；反之亦然.

６、潮流控制的主要手段有哪些?答:（1）主要手段为通过FACTS—柔性交流输电系统改变无功潮流的分布，能在较大范围内有效控制潮流,（2)改变发电机出力以改变有功(３）加设无功补偿装置（4)改变网络结构

7、如何降低系统网损？答：（1）提高负荷的功率因数;(2）提高电力网运行的电压水平;(3）改变电力网的运行方式；(4）对原有电网进行技术改造:①升压改造②简化网络结构，减少变电层次③提高电网调峰能力８、如何校验主设备的短路容量？答：（1）根据系统参数计算系统的短路电流，根据此值计算主设备安装处的短路容量(2）再与主设备的三相短路容量进行比较(３）若主设备安装处的短路容量小于主设备的三相短路容量，则校验合格。9、利用节点阻抗矩阵计算短路电流和利用导纳矩阵计算短路电流的算法有何异同？答：因为直接利用导纳矩阵的元素计算不方便，所以实际短路计算最终需要的是网络的节点阻抗矩阵来计算。由于导纳矩阵易于形成，而且是稀疏矩阵，所以占用计算机的内存容量少，因此常利用导纳矩阵来计算短路电流。导纳矩阵和阻抗矩阵都是为表示网络的结构。10、减小短路电流的措施有哪些?答:(1）是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。ﻭ（2)是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置,以便发生短路时,能快速切断短路电流,减少短路电流持续时间,减少短路所造成的损失。ﻭ(3)是在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器,减少雷击损害。ﻭ(4)是保证架空线路施工质量，加强线路维护,始终保持线路弧垂一致并符合规定。ﻭ(5）是带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作,在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施.

（6)是加强管理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。

（７）是及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备.ﻭ（８）是在电缆埋设处设置标记,有人在附近挖掘施工，要派专人看护,并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路.ﻭ（9)是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程,严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工,维护人员工作完毕，应立即拆除接地线.要经常对线路、设备进行巡视检查,及时发现缺陷，迅速进行检修。心得体会课程设计是将课本中所学的理论知识应用到实际中，是检验我们所学理论知识非常有用一种手段。在课程实际中，考验的不仅是个人完成否认能力,而且是团队协作的意识。在设计中。我们应善于发现问题,而且要寻找解决问题的方法，多与他人沟通，共同探讨。本次课程设计是根据电力系统分析基础和电力系统计算机辅助分析课程内容，结合实际工程和科研的电力系统网络进行系统的潮流和短路电流计算.具体内容包括：系统等值模型和参数的计算；利用现有的潮流和短路计算程序进行计算，或编制电力系统潮流和短路计算程序；计算结果分析。在本设计中,我学到了如何在模拟的情况下调整发电机的出力以满足在尽量不改变网络结构的情况下达到网损最小,以及在部分母线电压不能满足要求时如何通过一些技术手段来弥补.我更清楚的认识到了在网络模型的选取不同时，所得到的结果是有所不同的。如何使模拟的结果最接近实际的结果。在完成报告的过程中还用到了viｓio进行绘图以及用excle的函数计算,绘图非常简便,其次节省时间。在本次设计中，老师给予了我们很大的指导，并且有很多同学给了我很大的帮助，在此对各位老师以及同学表示衷心的感谢。参考文献［１]孟祥萍、高嬿.电力系统分析［M].武昌：华中科技大学出版社，1995

ﻩ[２]曹绳敏．电力系统课程设计及毕业设计参考资料［M]．北京：中国电力出版社199８。3

［３］纪雯.电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社，1998.6ﻭﻩ[4]戈东方.电力工程电气设计手册［M]．北京:中国电力出版社,1９98．12ﻭ ［5]王晶、张有兵．电力系统的ＭAＴLAB/ＳIMULINK仿真与应用[Ｍ］.西安:西安电子科技大学出版社,２008基于Matlab的电力系统故障分析与仿真摘要：本文介绍了MＡTLAB软件在电力系统中的应用，以及利用动态仿真工具Ｓiｍuliｎｋ和电力系统工具箱ＰSＤ进行仿真的基本方法。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象,通过选择模块,参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。结果表明,仿真波形基本符合理论分析，说明了MATＬAB是电力系统仿真研究的有力工具。关键词：电力系统；仿真；故障;ＭATLＡB;GUIAｂｓｔract：ThispａpｅriｎtroducｅstheapplｉcａtionsｏfMATLABｉｎpｏｗerｓystｅmaｎａlysis,ａndtheｂａsｉｃsiｍulatiｏnmeｔhodoｆｔaｋｉｎｇｕｓeofSimuliｎｋanｄPSD。OnMAＴLＡBsimulationplatfｏrｍ，ｔakeasinglemachｉne-infiｎitｅ-bussystｅｍasmodelingｏbjects，byselectiｎgtｈｅｍoduｌe,parameterｓｅttinｇｓ，andcoｎnｅctinｇmoduｌesｔosimuｌａtｅandanaｌysｅvarioｕsfaultoｆpoweｒsystem。Atthesameｔｉme,iｎｏrｄertofacｉlitatecomparisonaｎdaｎalｙsissimｕlationwaｖeｆorm，dｅsigｎaGUＩｆorshowingwavｅfoｒｍclearly.Ｔheresｕltsｓhowｔhaｔｔhｅｓiｍulaｔiｏｎwaveforminｌｉnewiｔhtheorｅticalａnalysis，indｉｃatesｔｈaｔMＡTLＡＢisaｐｏwerfultoｏlforreseａrchingsimulａtioｎoｆpowerｓysｔem。Kｅyworｄｓ：PowerSystem；Siｍulatｉoｎ;Fault；Mａtｌａb;ＧUI0前言[1,2]随着电力工业的发展,电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。现在,我们主要使用的电力系统仿真软件有：EMTP程序,用于电力系统电磁暂态计算,电力系统暂态过电压分析,暂态保护装置的综合选择等。PSCAD/EＭTDC程序，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律。PSAＳP，其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有MatｈWorｋs公司开发的MATＬAB软件。在MAＴＬAB中，电力系统模型可以在Simulｉnk环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。更重要的是,ＭATLＡB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性.本篇论文将在熟练掌握MＡTLAB软件的基础上,对电力系统的故障进行建模、仿真、分析，并且设计一个GUI图形用户界面来反映故障波形。1MATLAB简介[3］MＡTLAB有强大的运算绘图能力，给用户提供了各种领域的工具箱，而且编程语法简单易学。下面简单介绍一下本次仿真建模中需要用到的工具箱。1）Simｕlink基本库，为用户提供了多种基本模块。它有两个显著功能,即仿真与连接，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。2）PSB（ＰoｗerＳyｓteｍBloｃk)电力系统模块库，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型,为电力研究者带来了更大的便利。它由以下8个子模块库组成：电源模块库（EｌｅｃｔrｉcalSources）；基本元件模块库（Eｌemｅnts)；电力电子模块库(PowerElectronｉcs)；电机模块库（Maｃhｉnｅs)；连接模块库（Ｃoｎnectｏｒs)；测量模块库（Meａsuremｅnts)；附加模块（ExｔraLibｒａry)；电力图形用户接口（Powergui）.3）GUI（用户图形界面）是程序的图形化界面。组件、图象窗口以及回应是创建界面所必须的三个基本元素。它提供用户一个常见的界面，以及一些控件，例如,按钮,列表框,菜单等。通常,还可以通过编程来实现多种功能。２电力系统故障分析[４]2.1故障基础知识电力系统的故障一般分为简单故障和各种复杂故障。简单故障是指电力系统正常运行时某一处发生短路或断线故障的情况,其又可分为短路故障（横向故障）和断线故障（纵向故障），而复杂故障则是指两个或两个以上简单故障的组合。短路故障有4种类型：三相短路（）、两相短路(）、单相接地短路（)和两相短路接地（）；断线故障分为一相断线和两相断线.其中发生单相接地短路故障的概率最高,占6５％。在本次设计中,对这六种故障都进行了建模仿真,由于单相接地短路故障发生的几率最高，因此本文将该故障作为典型例子来分析建模仿真过程。２。2单相短路接地故障分析假设系统短路前空载，短路模拟图如图1所示.图１单相接地短路(1)当系统中的f点发生单相（A相）直接短路接地故障时，其短路点的边界条件为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：(1)将式子（１)转换成各个序分量之间的关系。对于，有如下关系：(2)(2)根据可以得出:于是,单相短路接地时，用序分量表示的边界条件为：(3)(3)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（3）可见，它相当于三序序网的端头进行串联，如图２所示图2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：(4)(4)三相电流为：(5)(5)(2）电压分量序电压分量为：(6)(6)三相电压为：(7)(7)3系统总体设计为了排除一些干扰，在仿真中得到理想的数据及波形，在本篇论文中，选择了最具有代表性的典型的电力系统——单机无穷大系统.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。如图3所示。图3单机—无穷大系统上图中，最左端是发电机组，是机端电压，是变压器的电抗，和是线路电抗，是无穷大电源电压.假设额定容量(VA）,额定电压(KV），额定频率Hｚ，变压器的变比，无穷大电源电压（KＶ）。在接下来的系统仿真模型中,以上图为基础,用Simuliｎk以及SimＰｏｗerSystems中的模块来连接组成所需要的系统，再进行故障分析.首先根据图3,分析知道需要组成系统的几个主要部分，分别是发电机组,三相变压器,输电线路，负载，故障元件，测量仪器以及标准电压源。在Simulink的扩展工具箱中找到SiｍPoweｒSyｓtems,或者直接