【《小电流接地系统MATLAB建模与分析案例》3000字】

小电流接地系统MATLAB建模与分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u827小电流接地系统MATLAB建模与分析案例 1284131.1MATLAB在电力系统中的应用 114281.2小电流系统模型构建 1266681.2.1系统原件介绍 1290571.2.2中性点不接地系统的仿真及计算 355261.2.3中性点经消弧线圈接地系统的仿真及计算 6119761.3仿真结果与分析 8168521.1.1中性点不接地系统的仿其结果与分析 8245671.1.2中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果与分析 121.1MATLAB在电力系统中的应用目前在电力系统分析中比较常见的仿真软件主要以PSASP和Matlab，PSASP主要应用于对暂态过程的分析，Matlab功能相对来说更加全面，而且我们这一次的仿真以稳态分析为主，因此我们利用Matlab进行分析更好。在Matlab中我们利用simulink可以建立仿真模型，通过设置各个参数可以模仿生活中的电力系统，同时通过示波器和变成可以得到我们所以要的各种参数。1984年，美国MathWorks软件公司对市场进行分析之后开发出Matlab，Matlab在经过了许多年的改变现在已经变成了十分全面的一款软件，经过不断地改进他现在可以进行数值处理、图像处理、文字处理、信号处理、符号处理等在仿真的方面也设计成了好用的动态分析仿真，更贴近日常的生活，至今应尽成为理工科必学必会的一款软件。Simulink为Matlab的一个十分重要的功能主要用于动态系统的仿真，里面的元件库几乎涉及了现在社会上所有的系统，因此是一个功能强大的模块，而且可以和Matlab进行数据交互方便我们处理数据与分析数据[13]。1.2小电流系统模型构建1.2.1系统原件介绍表3-2元件介绍对照表[14-16]元件名称元件介绍三项电压源三相电压源是电路设计中最常用的电路组件，位于电源库中。可以输出我们需要的电压。输电线原件传输线路组件位于线路组件库中。电力系统仿真中使用的传输线可以根据实际情况改变线路参数，以满足电路要求。三相负荷元件三相负载组件位于线路组件库中，可以将实际生活中的电路负载表示出来。三相电路短路故障发生元件三相电路短路故障组件位于电路组件库中。通过参数的设置可以对电路设置各种我们需要的故障类型。电路测量元件三相电压和电流测量组件位于电路测量仪器组件库中。用于测量在一个电路重的电压与电流信号，并将其进行转化，类似互感器的作用。万用表万用表组件位于电路测量仪器组件库中。可以测量电路中的任意位置电压电流等数据。1.2.2中性点不接地系统的仿真及计算如图3-1，我们通过Simulink利用上面的这些元件建立一个10kV的电力系统。图3-1中性点不接地系统仿真模型如图3-2所示，在我们建立的模型中，电源采用“Three-phasesource”电压源模型，输出电压为10.5kV，其内部连接设置为Y形，图3-2三相电压源参数设置如图3-3所示，我们设置的电力系统中共有四条线路，每一条都是10.5kV,在仿真时采用"Three-phasePISectionLine"线路模型:线路的长度我们设置为130km、175km、1km、150km四个长度，其它参数不变。图3-3输电线路参数设置在我们实际生活中，1010kV配电网系统的单回传输容量大多为0.2-2MVA，而且长度不易过程，在这里我们为了让实验结果更加的明显我们适当的增大了他的长度。如图3-4所示，本仿真中的三条线路均采用"Three-phaseSeriesRLCLoad"电路模型，其有功负荷分别设置为1MW、0.2MW、2MW，其它参数相同。图3-4线路负荷参数设置如图3-5所示，我们在电力系统中需要设置一个故障，我们将这个故障设置为单相接地故障，接地相为A相，故障发生在0.04s且整个过程中故障不清除，故障发生的位置在line3出段1km处。图3-5故障模块参数设如图3-6所示，在电力系统中的各个线路始端设置此模块，此“三相V-I测量模块”可以将测量到的电信号转化成我们需要的信号，以便分析处理，等效于电压和电流互感器。图3-6三相电压电流测量模块参数设置根据以上的数据设置可以进行简单计算求解短路时的零序电流有效值为： （1.1）同理可得接地点的电流为1.2.3中性点经消弧线圈接地系统的仿真及计算如图3-7，我们在已经建立好的电力系统的基础上，将电力系统的电源中性点通过消弧线圈接地，其它参数不变，即为经消弧线圈接地系统的仿真模型。图3-7中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型为了使电路可以满足全补偿，需要满足： （1.2）式中，为消弧线圈电感，为系统三相对地电容总和。根据我们设置的线路参数，可求得：因此我们可以计算出以下结果：由上面的分析我们可以发现想要避免谐振对电路的影响我们需要采用过补偿的方式设置消弧线圈的大小，这里我们设置过补偿的P=10%，通过计算我们可以得到消弧线圈的大小为：L=0.8697H。如图3-8所示，通过上面的说明，我们可以设置消弧线圈的参数。图3-8消弧线圈参数设置1.3仿真结果与分析我们对设置的电力系统进行仿真，设置离散型算法，仿真整体时间为0.2秒，设置采样0.0001秒，利用Powergui模块完成要求。在line3出口1km处设置A相接地故障，故障发生时间是0.04秒，假设继电保护装置不清除故障。1.1.1中性点不接地系统的仿其结果与分析运行中性点不接地故障并且测量各个参数可以得到以下分析结果图3-9AB线电压波形图图3-10BC线电压波形图图3-11CA线电压波形图首先我们测量故障线路AB、BC、CA相的线电压如图3-9、图3-10、图3-11所示；通过三个波形图我们可以发现在发生故障时线电压没有明显变化。所以我们可以得到结论，单相短路不会使线电压发生变化图3-12A相电压波形图图3-13B相电压波形图图3-14C相电压波形图我们又对故障线路的A、B、C三相相电压进行的检测分析，结果如图3-12、图3-13、图3-14所示。通过三相电压的波形图我们可以看到在0.04s发生A相接地故障后，A相对地电压变为零，B、C两相对地电压升高为之前的倍。由此我们可以得到相电压会发生变化，并且通过变化的大小就可以判断故障发生的地方。图3-15零序电压波形图电流（A）电流（A）图3-16Line3零序电流电流（A）电流（A）图3-17Line2零序电流电流（A）电流（A）图3-18Line1零序电流电流（A）电流（A）图3-19接地点电流通过观察波形图我们可以得到三条输电线路电流和对地电流：以这个数据与理论值进行比较我们可以发现误差在3%以内。根据中性点不接地仿真结果的波形图，可以看出，在系统发生单相接地故障之前，线路中没有零序电压和电流，零序电压和电流仅在故障发生后存在。零序电压是故障之前的相电压。发生故障后，相对于接地电压的故障为零，相对于接地电压的无故障上升至线电压。线路越长，对地电容越大，电容电抗越小，并且接地电流越大，从而导致非故障相的零序电流的幅度随线路长度的增加而增加。故障电路的零序电流等于非故障组件接地的总电容电流。1.1.2中性点经消弧线圈接地系统的仿真结果与分析在不改变任何参数的情况下对中性点经消弧线圈接地系统进行仿真分析，设置一样的仿真时间、采样时间和故障。对经消弧线圈接地系统仿真模型仿真之后，对其电压数据采集之后与中性点直接接地的数据对比我们发现其没有明显区别，线电压不变，故障相电压变为0，而其他两相电压增大，而零序电压我们通过对比也发现没有变化，在未发生故障时，零序电压没有，故障发生后会出现正弦波样式的零序电压。电流（A）电流（A）图3-20Line3零序电流电流（A）电流（A）图3-21Line2零序电流电流（A）图3-22Line1零序电流电流（A）电流（A）电流（A）图3-23经过消弧线圈的电流电流（A）电流（A）图3-24接地点电流从上述波形可以看出，在消弧线圈接地系统中发生单相接地故障后，由于消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，因此故障点处的接地电流大大减少了。无故障线路的零序电流仍然是其容性电流。零序电流比零序电压超前90°。电容性电流的实际方向是线路的母线，与中性点不接地系统相同。但是，故障线路的零序电流大于其电容电流，并且电容电流的实际方向是从总线到线路。在这种情况下，不能通过电流的方向来判断故障线，并且难以通过零序电流来