電力系統(tǒng)短路分析計(jì)算及仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) </p><p><b>　?。?009屆本科）</b></p><p>　　題 目： 電力系統(tǒng)短路分析計(jì)算及仿真 </p><p>　　學(xué) 院： 信 息 與 電 氣 工 程 學(xué) 院 </p><p>　　專 業(yè)： 農(nóng) 業(yè) 電 氣 化 與

2、自 動(dòng) 化 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： 2009年6月8日</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p&g

3、t;　　說明：此任務(wù)由指導(dǎo)教師填寫一式兩份，一份發(fā)給學(xué)生，一份發(fā)給指導(dǎo)教師留存。</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題審批表</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）考核表</p><p>　　論文題目：電力系統(tǒng)短路分析計(jì)算及仿真</p><p>　　姓名： 學(xué)號： 專業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化 </p>

4、<p>　　注：答辯委員會(huì)意見除填寫簡要評語、給出成績外，還要提出是否授予學(xué)位的建議</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要（關(guān)鍵詞）1</p><p>　　英文摘要（關(guān)鍵詞）2</p><p><b>　　前言3</b></p>

5、<p>　　1電力系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程5</p><p>　　1.1短路的一般概念5</p><p>　　1.1.1短路的原因、類型及后果5</p><p>　　1.1.2短路計(jì)算的目的及基本假設(shè)6</p><p>　　1.2恒定電勢源電路的三相短路7</p><p>　　1.2.1暫態(tài)過程7

6、</p><p>　　1.2.2短路沖擊電流9</p><p>　　1.2.3短路電流有效值10</p><p>　　1.2.4短路功率11</p><p>　　2 電力系統(tǒng)短路分析和計(jì)算12</p><p>　　2.1短路計(jì)算的基本假設(shè)12</p><p>　　2.2三相短路計(jì)算原理

7、12</p><p>　　2.3電力系統(tǒng)不對稱故障的分析和計(jì)算13</p><p>　　2.3.1不對稱三相量的分解13</p><p>　　2.3.2對稱分量法在不對稱短路計(jì)算中的應(yīng)用14</p><p>　　3 簡單不對稱短路的分析18</p><p>　　3.1單相（a相）接地短路18</p&g

8、t;<p>　　3.2兩相（b相和c相）短路19</p><p>　　3.3兩相（b相和c相）短路接地20</p><p>　　4 Matlab(Simulink)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用21</p><p>　　5 66KV平羅變電所仿真計(jì)算23</p><p>　　5.1平羅變電所總體說明23</p>&l

9、t;p>　　5.2短路電流計(jì)算25</p><p>　　5.2.1各點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的短路電流26</p><p>　　5.2.2各點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的最大沖擊電流和短路容量27</p><p>　　6 基于matlab的66kV平羅變電所短路電流計(jì)算仿真28</p><p>　　6.1 66kV平羅變電所數(shù)學(xué)模型的建立及仿真28&

10、lt;/p><p>　　6.2 66kV平羅變電所短路故障仿真32</p><p><b>　　7結(jié)論與展望39</b></p><p><b>　　7.1結(jié)論39</b></p><p><b>　　7.2展望39</b></p><p><

11、b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，時(shí)時(shí)刻刻都經(jīng)受著大大小小的擾動(dòng)。電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行條件和安全運(yùn)行要求使得仿真成為一種必不可少的手段。</p><

12、p>　　本文闡述了電力系統(tǒng)短路的產(chǎn)生的原因及危害，進(jìn)而分析了短路電流的暫態(tài)過程，介紹了三相短路中短路電流的計(jì)算原理，并對不對稱短路和故障的分析進(jìn)行了介紹。論文中還簡單介紹了Matlab軟件中的仿真工具Simulink，以及其中的Power System工具箱，并給出了簡歷系統(tǒng)模型的方法。</p><p>　　最后，以一座實(shí)際的66kV變電站主接線圖為基礎(chǔ)，利用MATLAB R2007b進(jìn)行了建模及仿真，得到

13、了穩(wěn)態(tài)是各母線電壓、電流隨時(shí)間變化的波形。此外，還在模型中設(shè)置了短路環(huán)節(jié)，得到了故障處短路電流的波形，并利用對稱分量法，在Matlab環(huán)境下編寫M文件將短路電流分解為正、負(fù)、零序電流，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。</p><p>　　通過Matlab對電力系統(tǒng)短路的仿真，進(jìn)一步證明仿真的必要性和可行性，證明了Matlab是實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的仿真工具，為今后對電力系統(tǒng)的深入研究打下基礎(chǔ)。</p><p

14、>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；短路電流；暫態(tài)過稱；建模仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　All kinds of disturbance always influence the practical power system. Practical conditions and safety running of power

15、 system request simulation to be a necessary tool.</p><p>　　This article analyzes the transient process of the fault circuit, introduces the computation theory of the three-phase default circuit. This paper

16、also introduces the simulation tools-simulink of MATLAB and its Power System blockset including the method of setting up system model in short.</p><p>　　Based on a fact 66kV transformer substation, this pape

17、r proposes a model. The Simulink tool of MATLAB simulates the model and the voltage and circuit of bus are received. Beside, a 3-phase fault blockset is added to get the fault circuit wave. Then, writing M file based on

18、symmetrical component method to get the positive sequence, negative sequence, zero sequencecircuit waves. Furthermore, analyze the result of the simulation.</p><p>　　Through the simulation of short circuit o

19、f the power system on Matlab, and further proof of the necessity and feasibility of simulation proved that the laboratory in the Matlab simulation tool indispensable for the future of power systems lay the foundation for

20、 in-depth study.</p><p>　　Keywords: Power system ; Fault circuit ; Transient process ; Modeling and Simulation</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)超高壓、大容量、跨區(qū)域的巨大聯(lián)

21、合動(dòng)力系統(tǒng)。同時(shí)，電力系統(tǒng)時(shí)刻經(jīng)受著各種連續(xù)或離散事件的干擾，如負(fù)荷的突然變化，投切系統(tǒng)的主要元件（如發(fā)電機(jī)、 變壓器），發(fā)生短路故障等。在這種現(xiàn)實(shí)情況下，實(shí)際條件和系統(tǒng)的安全不允許進(jìn)行大型的電力科研試驗(yàn)。 因此，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真已成為電力系統(tǒng)研究、規(guī)劃、運(yùn)行、設(shè)計(jì)等各個(gè)方面不可缺少的工具，特別是電力系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)研究、新裝置設(shè)計(jì)、參數(shù)確定更是需要仿真來進(jìn)行確認(rèn)。 Matlab語言提供的Simulink工具箱是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建

22、模、仿真和分析的軟件包。</p><p>　　另一方面，本人在對《電力系統(tǒng)分析》這一門課的學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)，對于相位、無功功率、視在功率、三相系統(tǒng)、序電壓、序電流等較抽象的概念比較難以理解。 不僅如此，還要經(jīng)過一些繁瑣的計(jì)算過程，才能得到一些系統(tǒng)中電壓、電流及功率分布的數(shù)據(jù)。這就要求在實(shí)際學(xué)習(xí)中引進(jìn)仿真，利用這種新的方法，就可以不必經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算過程，給研究人員一個(gè)直觀的模型及其計(jì)算結(jié)果了。</p>&l

23、t;p>　　目前常用的電力系統(tǒng)仿真軟件有EMTP、NETOMAC、PSASP等。1998年Mathworks公司推出Matlab Version 5.2，它增加的Power System Block (PSB)是針對電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真軟件。具有較強(qiáng)的開放性，功能也比較全面，目前許多電力系統(tǒng)的研究工作已經(jīng)開始用它作為仿真分析軟件。2000年后MATLB的不斷更新，使得PSB得到了越來越多的完善。在本文中，利用Matlab R2007

24、b對一座66kV的變電站進(jìn)行了數(shù)字仿真。</p><p>　　利用Matlab對電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真，在目前所能查到的各類文獻(xiàn)中，大多數(shù)是將電力系統(tǒng)的三相電路等效為一個(gè)單相電路，再搭建模型進(jìn)行仿真；或是直接給出仿真結(jié)果，沒有具體過程，當(dāng)我們想去仿真的時(shí)候，又往往得不出結(jié)果來，使得我們不利于著手進(jìn)行研究。</p><p>　　針對以上現(xiàn)狀，在本文中，利用Matlab R2007b對一座66kV的

25、變電站進(jìn)行數(shù)字仿真。就電力系統(tǒng)而言，在短路計(jì)算、潮流分布計(jì)算、穩(wěn)定分析計(jì)算這三大計(jì)算中，短路計(jì)算是最復(fù)雜及繁瑣的，它涉及到系統(tǒng)從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象，另外，對于不對稱的短路又涉及到先將三相不對稱電路參數(shù)轉(zhuǎn)化為某一相對的正、負(fù)、零序參數(shù)，計(jì)算出各序電壓、電流，再將各序的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為三相參數(shù)的過程。因此，在本文中，本人主要對66kV變電站進(jìn)行短路計(jì)算數(shù)字仿真。在仿真過程中，先利用Matlab中的Simulink搭建好變電站

26、的仿真模型，設(shè)置合適的參數(shù)，得出各母線電壓、電流波形。再在某一母線處設(shè)置一個(gè)短路模塊，分別將短路模塊設(shè)置為三相短路、兩相短路、兩相接地短路及單相接地短路，得出短路點(diǎn)處電壓、電流波形。最后，對不對稱的單相接地短路中的短路電流編寫M文件，將其轉(zhuǎn)化為A相的零序、正序、負(fù)序電流，并繪制各序電流波形。</p><p>　　在仿真過程中，力爭做到詳細(xì)準(zhǔn)確。電力系統(tǒng)模型在Simulink環(huán)境下直接搭建，充分發(fā)貨其仿真平臺(tái)的優(yōu)越

27、性。同時(shí)，利用Matlab強(qiáng)大的計(jì)算功能和編程技術(shù)，可以提高仿真技術(shù)的靈活性和效率，為仿真電力系統(tǒng)提供了一個(gè)新的手段。并為今后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　1電力系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程</p><p>　　在電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種故障中，對電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力設(shè)備安全危害最大，而且發(fā)生概率最大的是短路故障。發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)成一種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)

28、現(xiàn)象。并且各元件的電磁量以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等機(jī)械量都將發(fā)生變化，而且電磁量和機(jī)械量的變化是相互關(guān)聯(lián)的。下面重點(diǎn)討論突然短路時(shí)的電磁暫態(tài)現(xiàn)象，主要內(nèi)容有，恒電勢源電路的短路過程分析，同步發(fā)電機(jī)突然短路暫態(tài)過程的物理分析，以及同步電機(jī)常用的暫態(tài)參數(shù)的意義及其應(yīng)用[1]。</p><p>　　1.1短路的一般概念</p><p>　　1.1.1短路的原因、類型及后果</p><

29、;p>　　短路是電力系統(tǒng)中嚴(yán)重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況[2]。</p><p>　　發(fā)生短路的原因很多，主要有如下幾個(gè)方面：(1)元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路；(2)氣象條件惡化，例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；(3)人為事故，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉道

30、閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等。產(chǎn)生短路的原因有客觀的，也有主觀的。只要加強(qiáng)運(yùn)行人員的責(zé)任心，嚴(yán)格按規(guī)章制度辦事，就可把短路故障的發(fā)生控制在一個(gè)很低的限度內(nèi)[1,2]。</p><p>　　在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。后兩種發(fā)生在中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小阻抗接地的電力系統(tǒng)中。三相短路也稱對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣扔處于對稱狀態(tài)，其余類型的短路都是

31、不對稱短路。</p><p>　　電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會(huì)最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較為嚴(yán)重，應(yīng)給以足夠重視。況且，從短路計(jì)算方法來看，一切不對稱短路的計(jì)算，在采用對稱分量法后，都?xì)w結(jié)為對稱短路的計(jì)算。因此，三相短路研究是有其重要意義的。</p><p>　　短路的特征主要表現(xiàn)為短路電路中的電流急劇增大，系統(tǒng)中各段母線

32、電壓均有程度不同的降低。隨著短路類型、發(fā)生地點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間的不同。短路的后果可能只破換局部地區(qū)的正常供電，也可能威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。短路的危險(xiǎn)后果一般有一下的幾個(gè)方面：</p><p>　　(1)短路故障使短路點(diǎn)附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多(10-15)倍的電流，由于短路電流的點(diǎn)動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機(jī)械力。使導(dǎo)體的支架遭到破壞，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　　(2)當(dāng)短

33、路電流通過設(shè)備時(shí)，可使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞（熱影響和電動(dòng)力）。</p><p>　　(3)短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī)，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓平方成正比，電壓下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當(dāng)電壓大幅度下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報(bào)廢，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。</p><p>　　(4)當(dāng)短

34、路發(fā)生地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而且持續(xù)時(shí)間又比較長時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大片地區(qū)停電。這是短路故障的最嚴(yán)重后果。</p><p>　　(5)發(fā)生不對稱短路時(shí)，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在附近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的感應(yīng)電動(dòng)勢，這對于架設(shè)在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[3,4]。</p><p>　　1.1.2短路計(jì)算的目的及基本假設(shè)</p

35、><p>　　在電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，短路計(jì)算是解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本計(jì)算，這些問題主要是：</p><p>　　(1)選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，例如斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等，必須以短路計(jì)算作為依據(jù)。這里包擴(kuò)計(jì)算沖擊電流以校驗(yàn)設(shè)備的點(diǎn)動(dòng)力穩(wěn)定度計(jì)算若干時(shí)刻的短路電流有效值以校驗(yàn)斷路器的斷流能力。</p><p>　　(2

36、)為了合理的配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析。在這些計(jì)算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況。有時(shí)還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的電壓值。</p><p>　　(3)在設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線時(shí)，為了比較各種不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施等，都要進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。</p><p>

37、　　(4)進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短路對用戶工作的影響等，也包含有一部分短路計(jì)算的內(nèi)容。</p><p>　　在發(fā)電廠、變電所及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，選擇合理的電氣接線圖，選用配電設(shè)備和斷路器，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)以及選擇限制斷路電流措施等，此外，確定輸電電路對通訊的干擾，對已發(fā)生故障進(jìn)行分析，也必須進(jìn)行短路計(jì)算。</p><p>　　在實(shí)際工作中，根據(jù)一定的任務(wù)進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，必須首

38、先確定計(jì)算條件。所謂計(jì)算條件，一般包括：短路發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，短路的類型和發(fā)生地點(diǎn)，以及短路發(fā)生后所采取的措施等。從短路計(jì)算的角度看，系統(tǒng)運(yùn)行方式指的是系統(tǒng)中投入運(yùn)行的發(fā)電、變電、輸電、用電設(shè)備的多少以及它們之間相互聯(lián)結(jié)的情況，計(jì)算不對稱短路時(shí)，還應(yīng)包括中性點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。對于不同的計(jì)算目的，所采用的計(jì)算條件是不同的。</p><p>　　在一般情況下，對各種類型的短路和系統(tǒng)中的電氣元件，提出如下假設(shè)條件：&l

39、t;/p><p>　　(1)忽略發(fā)電機(jī)機(jī)電過程，即認(rèn)為短路過程中系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間無搖擺現(xiàn)象。對于短路點(diǎn)而言，計(jì)算所得的電流數(shù)值稍稍偏大。</p><p>　　(2)忽略磁路飽和現(xiàn)象，認(rèn)為在短路發(fā)生過程中，系統(tǒng)各元件的參數(shù)都是恒定的，系統(tǒng)仍具有線性特性，可用疊加定理。</p><p>　　(3)對于三相系統(tǒng)，除不對稱故障處出現(xiàn)局部的不對稱外，實(shí)際的電力系統(tǒng)可認(rèn)

40、為是對稱的，三相電勢也是對稱的。因此可做全相分析。</p><p>　　(4)一般情況下，忽略高壓輸電線路的電阻和電容，忽略變壓器的電阻和勵(lì)磁電流（三相三柱式變壓器的零序等值電路除外），這就是說，發(fā)電、輸電、變電、和用電的元件均用純電抗表示。加上所有發(fā)電機(jī)電勢都同相位條件。這就避免了復(fù)數(shù)運(yùn)算。</p><p>　　(5)只考慮金屬短路，即短路點(diǎn)處是導(dǎo)體金屬體的直接短路，忽略過度電阻。<

41、;/p><p>　　(6)負(fù)荷只作近似估計(jì)，或當(dāng)作恒定電抗，或當(dāng)作某種臨時(shí)附加電源[1]-[4]。</p><p>　　1.2恒定電勢源電路的三相短路</p><p><b>　　1.2.1暫態(tài)過程</b></p><p>　　首先分析簡單三相R-L電路對稱短路暫態(tài)過程。電路由恒定幅值和恒定頻率的三相對稱電勢原供電，電路圖示

42、于圖1-1</p><p>　　圖1-1 簡單三相電路短路</p><p>　　短路前電路處于穩(wěn)態(tài)，每相的電阻和電感分別為R+R＇ 和L+L＇ 。由于電路對稱，只寫出一相（a相）的電勢和電流如下：</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p><b>　　式中；</b></p

43、><p>　　當(dāng)f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，這個(gè)電路即被分成兩個(gè)獨(dú)立的電路，其中左邊的一個(gè)仍與電源相連接，而右邊的一個(gè)則變?yōu)闆]有電源的短接電路。在短接電路中，電流將從它發(fā)生短路瞬間的初始值衰減到零，在這一衰減過程中，該電路磁場中所儲(chǔ)藏的能量將全部轉(zhuǎn)化為電阻中所消耗的熱能。在與電源相連接的左側(cè)電路中，每相的電阻已變?yōu)?,其電流將要由短路前的數(shù)值逐漸變化到由阻抗 所決定的新穩(wěn)態(tài)值，短路電流計(jì)算主要是對這一電路進(jìn)行的。</

44、p><p>　　假定短路在t=0時(shí)刻發(fā)生，短路后左側(cè)電路仍然是對稱的，可以只研究其中的一相，例如a相。為此，我們寫出a相的微分方程如下</p><p><b>　　(1-2)</b></p><p>　　方程式(1-2)的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是方程式(1-2)的特接，它代表短路電流的周期分量；第二部分是方程式(1-2)的對應(yīng)

45、其次方程</p><p>　　的一般解，它代表短路電流的自由分量。</p><p>　　短路電流的強(qiáng)制分量與外加電源電勢有相同的變化規(guī)律，也是恒幅值的正弦交流，習(xí)慣上稱為周期分量，并記為ip ，它用下式表示：</p><p><b>　　(1-3)</b></p><p>　　式中 是短路電流周期分量的幅值； 是電路的阻

46、抗角；是電源電勢的初始角，即t=0時(shí)的相位角，亦稱合閘角。</p><p>　　短路電流的自由分量與外加電源無關(guān)，它是按指數(shù)規(guī)律衰減的直流，亦稱為非周期電流，記為</p><p><b>　　(1-4)</b></p><p>　　式中，Ta=L/R是特征方程是自由分量衰減快慢的時(shí)間常熟。</p><p>　　這樣，短路

47、的全電流可以表示為：</p><p><b>　　(1-5)</b></p><p>　　根據(jù)電路的開閉定律，電感中的電流不能突變，將t=0分別代入短路前和短路后的電流算式(1-1)和(1-5)，應(yīng)得</p><p><b>　　因此 </b></p><p>　　將此式代入(1-5)式，便得&l

48、t;/p><p><b>　　(1-6)</b></p><p>　　這就是a相短路電流的算式。如果用 或 去代替公式(1-6)中的，就可以得到b相或c相短路電流的算式。</p><p>　　短路電流各分量之間的關(guān)系也可以用相量圖表示（見圖1-2）。</p><p>　　圖1-2 簡單三相電路短路時(shí)的向量圖</p>

49、;<p>　　圖中旋轉(zhuǎn)相量 、 和 在靜止的時(shí)間軸t上的投影分別代表電源電勢，短路前電流和短路后周期電流的瞬時(shí)值。一般情況下，為了保持電感中的電流在短路前后瞬間不發(fā)生突變，電路中必須產(chǎn)生一個(gè)非周期自由分量，它的初值應(yīng)為 和 之差。在向量圖中短路發(fā)生瞬間相量差 在時(shí)間軸上的投影就等于用非周期電流的初值 。由此可見，非周期電流初值的大小同短路發(fā)生的時(shí)刻有關(guān)，亦即與短路發(fā)生時(shí)電源電勢的初始角（或合閘角） 有關(guān)。當(dāng)相量差 與時(shí)間軸

50、平行時(shí)， 之值最大；而當(dāng)它與時(shí)間軸垂直時(shí)， 。在后一情況下，自由分量不存在，在短路發(fā)生瞬間短路前電流的瞬時(shí)值剛好等于短路后強(qiáng)制電流的瞬時(shí)值，電路從一種穩(wěn)態(tài)直接進(jìn)入另一種穩(wěn)態(tài)，而不經(jīng)歷過度過程。以上所說是一般的情況，對另外兩相也可作類似的分析，當(dāng)然b相和c相的電流相量應(yīng)該分別落后與a相電流相量和 。三相短路時(shí)，只有短路電流的周期分量才是對稱的，而各相短路電流的非周期分量并不相等。可見，非周期分量有最大初值或零值的情況只可能在一相出現(xiàn)[8]

51、。</p><p>　　1.2.2短路沖擊電流</p><p>　　短路電流最大可能的瞬時(shí)值稱為短路沖擊電流，以 表示。當(dāng)電路的參數(shù)已知時(shí)，短路電流周期分量的幅值是一定得，而短路電流的非周期分量則是按指數(shù)規(guī)律單調(diào)衰減的直流，因此，非周期電流的初值越大，暫態(tài)過程中短路全電流的最大瞬時(shí)值也就越大。由前面的討論可知，使非周期電流有最大初值的條件應(yīng)為：（1）相量差有最大可能值；（2）相量差在t=0

52、時(shí)與時(shí)間軸平行。這就是說，非周期電流的初值既同短路前和短路后電路的情況有關(guān)，又同短路發(fā)生的時(shí)刻（或合閘角）有關(guān)。在電感性電路中，符合上述條件的情況是：電路原來處于空載狀態(tài)，短路恰好發(fā)生在短路周期電流取幅值的時(shí)刻。</p><p>　　如果短路回路得感抗比電阻大得多，就可以近似認(rèn)為，則上述情況相當(dāng)于短路發(fā)生在電源電勢剛好過零值，即的時(shí)候。</p><p>　　將，和代入公式（1-6），便得&

53、lt;/p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　短路電流的最大瞬時(shí)值在短路發(fā)生后約半個(gè)周期出現(xiàn)。若f=50Hz，這個(gè)時(shí)間約短路發(fā)生后0.01s。</p><p>　　由此可得沖擊電流的算式如下</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>

54、;　　式中稱為沖擊系數(shù)，它表示沖擊電流為短路電流周期分量幅值的多少倍。當(dāng)時(shí)間常熟的數(shù)值由零變到無限大時(shí)，沖擊系數(shù)的變化范圍是。在實(shí)用計(jì)算中，當(dāng)短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)電壓母線時(shí)，??；短路發(fā)生在發(fā)電廠高壓側(cè)母線時(shí)，取；在其他地點(diǎn)時(shí)，取。</p><p>　　沖擊電流主要用來校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的電動(dòng)力穩(wěn)定度[7]。</p><p>　　1.2.3短路電流有效值</p><p&g

55、t;　　在短路過程中，任一時(shí)刻t的短路電流有效值，是指以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值，即</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中，，和分別為t時(shí)刻的短路電流，它的周期分量和非周期分量的瞬時(shí)值。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，短路電流周期分量的幅值，只當(dāng)由無限大功率電源供電時(shí)才是恒定的，而在一般

56、情況下則是衰減的。利用公式（1-9）進(jìn)行計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的。為了簡化計(jì)算，通常假定：非周期電流在以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)恒定不變，因而它在時(shí)間t的有效值就等于它的瞬時(shí)值，即</p><p>　　對于周期電流，也認(rèn)為它所計(jì)算的周期內(nèi)是幅值恒定的，其數(shù)值即等于由周期電流包絡(luò)線所確定的t時(shí)刻的幅值。因此，t時(shí)刻的周期電流有效值應(yīng)為</p><p>　　根據(jù)上述假定條件，公式（1-9）就可以簡化為

57、</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　短路電流的最大有效值出現(xiàn)在短路后的一個(gè)周期。在最不利的情況下發(fā)生短路時(shí)，而第一個(gè)周期的中心為t=0.01s，這時(shí)非周期分量的有效值為</p><p>　　將這些關(guān)系代入公式（1-10），便得到短路電流最大有效值的計(jì)算公式為</p><p><b

58、>　?。?-11）</b></p><p>　　當(dāng)沖擊系數(shù)是時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。</p><p><b>　　1.2.4短路功率</b></p><p>　　有些情況下需要用到短路功率（亦稱短路容量）的概念。短路容量等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積，即</p><p>&l

59、t;b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　用標(biāo)么值表示時(shí)，有</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　短路容量主要用來校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力。把短路容量定義為短路電流和工作電壓的乘積，是因?yàn)橐环矫骈_關(guān)要能切斷這樣大的電流，另一方面，在開關(guān)斷流時(shí)其觸頭應(yīng)

60、經(jīng)受住工作電壓的作用。在短路的實(shí)用計(jì)算中，常只用周期分量的初始有效值來計(jì)算短路功率。</p><p>　　從上述分析可見，為了確定沖擊電流、短路電流非周期分量、短路電流的有效值以及短路功率等，都必須計(jì)算短路電流的周期分量。實(shí)際上，大多數(shù)情況下短路計(jì)算的任務(wù)也只是計(jì)算短路電流的周期分量。在給定電源電勢時(shí)，短路電流周期分量的計(jì)算只是一個(gè)求解穩(wěn)態(tài)正弦交流電的問題[1-4]。</p><p>　　

61、2 電力系統(tǒng)短路分析和計(jì)算</p><p>　　2.1短路計(jì)算的基本假設(shè)</p><p>　　在短路的實(shí)際計(jì)算中，為了簡化計(jì)算工作，常采取以下一些簡化假設(shè)：</p><p>　?。?）短路過程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機(jī)的電勢都同相位。對于短路而言，計(jì)算所得電流值稍稍偏大。</p><p>　?。?）負(fù)荷只作近似估計(jì)，或當(dāng)作恒定

62、電抗，或當(dāng)作某種臨時(shí)附加電源，視具體情況而定。</p><p>　　（3）不計(jì)磁路飽和。系統(tǒng)各元件的參數(shù)都是恒定的，可以應(yīng)用疊加原理。</p><p>　?。?）對稱三相系統(tǒng)，除不對稱故障處出現(xiàn)局部的不對稱以外，實(shí)際的電力系統(tǒng)通常都可以當(dāng)做是對稱的。</p><p>　?。?）忽略高壓輸電線的電阻和電容，忽略變壓器的電阻和勵(lì)磁電流（三相三柱式變壓器的零序等值電路除外

63、），這就是說，發(fā)電、輸電、變電和用電的元件均用純電抗表示。加上所有發(fā)電機(jī)電勢都同相位的條件，這就避免了復(fù)述運(yùn)算。</p><p>　?。?）金屬性短路。短路初相與相（或地）的接觸往往經(jīng)歷過一定得電阻，所謂金屬性短路，就是不計(jì)過度電阻的影響，即認(rèn)為過度電阻等于零的短路情況。</p><p>　　2.2三相短路計(jì)算原理</p><p>　　在圖2-1(a)的網(wǎng)絡(luò)中，假定

64、節(jié)點(diǎn)1，2，……，n為電源節(jié)點(diǎn)，電流以流入網(wǎng)絡(luò)為正。根據(jù)疊加原理，網(wǎng)絡(luò)中每一處的電流應(yīng)等于n個(gè)電勢源分別單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的n個(gè)分量的代數(shù)和。圖2-1(b)指出只有第i個(gè)電勢源單獨(dú)作用時(shí)的電流分布。</p><p>　　圖2-1 疊加原理的應(yīng)用</p><p>　　在圖2-1(a)中，如果所有電源的電勢都相等，即，只有短路點(diǎn)，可得</p><p><b>　

65、?。?-1）</b></p><p><b>　　以及</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　在此情況下，第i個(gè)電源送到短路點(diǎn)的電流也就等于該電源的電流，電流同短路電流之比</p><p><b>　?。?-3）</b><

66、/p><p>　　稱為第i個(gè)電源的電流分布系數(shù)，它等于短路點(diǎn)的輸入阻抗同該電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗之比。所有電源點(diǎn)的電流分布系數(shù)之和等于1，即</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　電流分布系數(shù)是說明網(wǎng)絡(luò)中電流分布情況的一種參數(shù)，它只同短路點(diǎn)的位置，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)。對于確定的短路點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的電流分布是完全確定的。不

67、僅電源點(diǎn)，而且網(wǎng)絡(luò)中所有支路都有確定的電流分布系數(shù)。若用短路電流去除各支路的電流，便得到各支路的電流分布系數(shù)。分布系數(shù)實(shí)際上是代表電流，它是有方向的，并且符合節(jié)點(diǎn)電流規(guī)律。只要求出各支路的電流分布系數(shù)，就可以方便的求出短路電流[8,15]。</p><p>　　2.3電力系統(tǒng)不對稱故障的分析和計(jì)算</p><p>　　對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法，根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三個(gè)相

68、量可以分為正序、負(fù)序和零序三組對稱的三相量。在不同序別的對稱分量作用下，電力系統(tǒng)各元件，可能呈現(xiàn)不同的特性。</p><p>　　2.3.1不對稱三相量的分解</p><p>　　在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相相量（電流或電壓），可以分解為三組三相對稱的相量，當(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)相時(shí)，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系（如電流）為</p><p><b>

69、;　　（2-5）</b></p><p>　　式中，運(yùn)算子，且有；，，分別為相電流的正序、負(fù)序、零序分量，并且有</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　由上式可以作出三相量的三組對稱分量如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 三相量的對稱分量</p><

70、;p>　　可以看到，正序分量的相序與正常對稱運(yùn)行下的相序相同，而且序分量的相序則與正序反相，零序分量則三相同相位。</p><p>　　將一組不對稱的三相量分解為三組對稱分量，這種分解，如同派克變換一樣，也是一種坐標(biāo)變換。把（2-5）改寫成</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　矩陣S稱為對稱分量變換矩陣。當(dāng)

71、已知三相不對稱的相量時(shí)，可由上式求得各序?qū)ΨQ分量。已知各序?qū)ΨQ分量時(shí)，也可以用反變化求出三相不對稱的相量，即</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　稱為對稱分

72、量反變換矩陣。</p><p>　　展開式（2-8）并計(jì)及式（2-6）有</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　電壓和電流具有同樣的變換和反變換矩陣[1]。</p><p>　　2.3.2對稱分量法在不對稱短路計(jì)算中的應(yīng)用</p><p>　　以圖2-3所示簡單電力

73、系統(tǒng)為例來說明應(yīng)用對稱分量法計(jì)算不對稱短路的一般原理。</p><p>　　圖2-3 簡單電力系統(tǒng)的單相電路</p><p>　　一臺(tái)發(fā)電機(jī)接于空載輸電線路，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗Zn接地。在線路某處發(fā)生單相短路，使故障點(diǎn)出現(xiàn)了不對稱的情況。a相對地阻抗為零。a相對地電壓，而b、c兩相的電壓，（見圖2-4）。此時(shí)，故障點(diǎn)以外的系統(tǒng)其余部分的參數(shù)（指阻抗）仍然是對稱的。因此，在計(jì)算不對稱短路時(shí)，

74、應(yīng)設(shè)法把故障點(diǎn)的不對稱轉(zhuǎn)化為對稱，使被短路破壞了對稱的三相電路轉(zhuǎn)化成對稱電路，然后就可以用單相電路進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　現(xiàn)在原短路點(diǎn)人為接入一組三相不對稱的電勢源，如圖2-4（b）所示這種情況與發(fā)生不對稱故障時(shí)等效的，也就是說，網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生不對稱故障，可以用在故障點(diǎn)接入一組不對稱的電勢源來代替。</p><p>　　應(yīng)用對稱分量法將這組不對稱電勢源分解成正序、負(fù)序和零序三組對稱分量

75、。（各序具有獨(dú)立性），如圖2-5（c）所示。根據(jù)疊加原理，圖2-5（c）所示的狀態(tài)，可以當(dāng)作是（d）、（e）、（f）三個(gè)圖所示狀態(tài)的疊加。</p><p>　　圖2-4（d）的電路稱為正序網(wǎng)絡(luò)，其中只有正序電勢在作用（包括發(fā)電機(jī)的電勢和故障點(diǎn)的正序分量電勢），網(wǎng)絡(luò)中只有正序電流，各元件呈現(xiàn)的阻抗就是正序阻抗。圖2-4（e）及（f）的電路分別稱為負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)只產(chǎn)生正序電勢，所以，在負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)中

76、，只有故障點(diǎn)的負(fù)序和零序分量電勢在作用，網(wǎng)絡(luò)中也只有同一序的電流，元件也只呈現(xiàn)同一序阻抗。</p><p>　　根據(jù)這三個(gè)電路，可以分別列出各序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程式。因?yàn)槊恳恍蚨际侨鄬ΨQ的，只需列出一相便可以了。正序網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)以a相為基準(zhǔn)相時(shí)，有</p><p>　　因?yàn)檎螂娏鞑涣鹘?jīng)中性線，中性點(diǎn)接地阻抗Zn上的電壓降為零，它在正序網(wǎng)絡(luò)中不起作用。這樣，正序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程可寫成</p

77、><p>　　圖2-4 對稱分量法的應(yīng)用</p><p><b>　　負(fù)序網(wǎng)絡(luò)電壓方程為</b></p><p>　　對于零序網(wǎng)絡(luò)，由于，在中性點(diǎn)接地阻抗中將通過三倍的零序電流產(chǎn)生電壓降?？紤]發(fā)電機(jī)的零序電勢為零，零序網(wǎng)絡(luò)的電壓方程為</p><p>　　根據(jù)以上所得的各序電壓方程式，可以繪出各序的一相等值網(wǎng)絡(luò)（見圖2-5）

78、。必須注意在一相的零序網(wǎng)絡(luò)中，中性點(diǎn)接地阻抗必須增大三倍。這是因?yàn)榻拥刈杩筞n上的電壓降是由三倍的一相零序電流產(chǎn)生的，從等值觀點(diǎn)上看，也可以認(rèn)為是一相零序電流在三倍中性點(diǎn)接地阻抗上產(chǎn)生的電壓降。</p><p>　　雖然實(shí)際的電力系統(tǒng)接線復(fù)雜，發(fā)電機(jī)的數(shù)目也很多，但是通過網(wǎng)絡(luò)化簡，仍然可以得到以上相似的各序電壓方程式</p><p><b>　?。?-11）</b>&

79、lt;/p><p>　　式中——正序網(wǎng)絡(luò)中相對短路點(diǎn)的戴維南等值電勢；，，——分別為正序，負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)中短路的輸入阻抗；，，——分別為短路點(diǎn)電流的正序，負(fù)序和零序分量。</p><p>　　圖2-5 正序（a）、負(fù)序（b）和零序（c）等值網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　方程式（2-11）又稱為序網(wǎng)方程，它對各種不同對稱短路都適用。它說明了各種不對稱短路時(shí)各序電流和同一序電壓

80、間的相互關(guān)系，表示了不對稱短路的共性。根據(jù)不對稱短路的類型可以得到三個(gè)說明短路性質(zhì)的補(bǔ)充條件，它們表示了個(gè)種不對稱短路的特性，通常稱為故障條件或邊界條件。</p><p>　　綜上所述，計(jì)算不對稱故障的基本原則就是，把故障處的三相阻抗及不對稱電壓和電流相量，借助于對稱分量法并利用三相阻抗對稱電路各序具有獨(dú)立性的特點(diǎn)，使系統(tǒng)其余部分保持為三相阻抗對稱的系統(tǒng)。這樣，分析計(jì)算就可得到簡化[15]。</p>

81、<p>　　3 簡單不對稱短路的分析</p><p>　　簡單故障是指電力系統(tǒng)的某處發(fā)生一種故障的情況，簡單不對稱故障包括單相接地短路、兩相短路、兩相短路接地、單相斷開和兩相斷開等。</p><p>　　應(yīng)用對稱分量法分析各種簡單不對稱短路時(shí)，都可以寫出各序網(wǎng)絡(luò)軟件故障點(diǎn)的電壓方程式。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的各元件都只用電抗表示時(shí)</p><p><b>　　

82、（3-1）</b></p><p>　　這三個(gè)方程式包含了6個(gè)未知量。因此，還須根據(jù)不對稱短路的具體邊界條件寫出另三個(gè)方程式，才能進(jìn)行求解。</p><p>　　3.1單相（a相）接地短路</p><p>　　單相接地短路時(shí)，故障處的三個(gè)邊界條件為</p><p><b>　　用對稱分量法表示為</b><

83、;/p><p>　　經(jīng)過整理后便得用序分量表示的邊界條件為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　聯(lián)立求解方程組（3-1）及（3-2）可得</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　公式（3-3）是單向短路計(jì)算的關(guān)鍵公式。短

84、路電流的正序分量一經(jīng)算出，根據(jù)邊界條件（3-2）和方程式（3-1），即能確定短路點(diǎn)電流和電壓各序分量</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　3.2兩相（b相和c相）短路</p><p>　　兩相短路時(shí)故障處的三個(gè)邊界條件為</p><p><b>　?。?-5）</b>

85、</p><p><b>　　用對稱分量表示為</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　整理后得</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　根據(jù)這些條件，

86、可用正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)組成兩相短路的復(fù)合序網(wǎng)。因此零序電流等于零，所以復(fù)合序網(wǎng)中沒有零序網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　利用這個(gè)復(fù)合序網(wǎng)可以求出</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p><b>　　以及</b></p><p><b>　?。?-9）</b>

87、</p><p>　　故障點(diǎn)故障相的電流為</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　兩相電流大小相等，方向相反。它們的絕對值為</p><p>　　短路點(diǎn)各相對地電壓為</p><p><b>　　（3-11）</b></p>&l

88、t;p>　　可見，兩相短路電流為正序電流的倍；短路點(diǎn)非故障相電壓為正序電壓的兩倍，而故障點(diǎn)電壓只有非故障相電壓的一半且方向相反。</p><p>　　3.3兩相（b相和c相）短路接地</p><p>　　兩相短路接地時(shí)故障處的三個(gè)接地條件為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　這些

89、條件同單相短路的條件極為相似，只要把單相短路邊界條件中的電流換為電壓，電壓換為電流就可以了。</p><p>　　用零序表示邊界條件為</p><p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　根據(jù)邊界條件組成兩相短路接地的復(fù)合序網(wǎng)。進(jìn)而可得，</p><p><b>　?。?-14）</b&

90、gt;</p><p><b>　　以及</b></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　短路點(diǎn)故障相的電流為</p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　根據(jù)上式可以求得兩相短路接地時(shí)故障電流的絕

91、對值為</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)非故障相電壓</b></p><p><b>　　（3-18）</b></p><p>　　4 Matlab(Simulink)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>

92、;　　MATLAB是美國MathWorks公司開發(fā)的大型數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，它提供了強(qiáng)大的矩陣處理和繪圖功能，可信度高，靈活性好，還帶有一些強(qiáng)大的具有特殊功能的工具箱（toolbox）。在電力系統(tǒng)仿真中應(yīng)用的工具箱為Power System Blockset，簡稱PSB[16]。</p><p>　　在工程實(shí)際中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準(zhǔn)確的把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計(jì)算機(jī)，

93、對其進(jìn)行一步的分析和仿真。1900年MathWorks軟件公司為Matlab提供了新的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具，并于1992年正式將該軟件命名為Simulink。表明該軟件的兩個(gè)主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用Simulink提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線性化分析[5]。</p><p>　　Simulink是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行

94、建模、仿真和分析的軟件包。它支持線性形和非線性形系統(tǒng)，連接和離散時(shí)間模型，或者是兩者的混合，系統(tǒng)還可以是多采樣率的，比如系統(tǒng)的不同部分擁有不用的采樣率[14]。</p><p>　　對于建模，Simulink提供了一個(gè)圖形化的用戶界面（GUI），可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖拉模塊的圖標(biāo)建模，通過圖形界面，可以像用鉛筆在紙上畫圖一樣畫模型圖。它與傳統(tǒng)的方針軟件包用差分方程和微分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的有點(diǎn)。這是

95、以前需要用編程語言明確的用公式表達(dá)微分方程的仿真軟件包遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能相比的。Simulink包括Sources（輸入源）、Sinks（輸出方式）、Discrete（離散時(shí)間模型）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connections（連接及接口）和Extras（其他環(huán)節(jié)）等子模型庫。當(dāng)然用戶也可以定制或創(chuàng)建用戶自己的模塊[9]。</p><p>　　所有模型是分級的，因此可以通過自上而下或

96、者自下而上的方法建立模型?？梢栽谧罡邔用嫔喜榭匆粋€(gè)系統(tǒng)，然后通過雙擊系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)入到系統(tǒng)的低一層面以查看到模塊的更多細(xì)節(jié)，這一方法提供了一個(gè)了解模型是如何組成以及它的各個(gè)部分是如何相互聯(lián)系的方法。</p><p>　　定義完一個(gè)模塊以后，就可以通過Simulink的菜單或者在Matlab的命令窗口輸入命令對它進(jìn)行仿真。菜單對于交互式工作是非常方便的，而命令行為方式對于處理成批的仿真比較有用，使用Scopes

97、或者其它的顯示模塊，可以在運(yùn)行仿真時(shí)觀察到仿真的結(jié)果。另外，還可以在仿真時(shí)改變參數(shù)并且立即就可看到有什么變化。仿真結(jié)果可以放在Matlab的工作區(qū)間（workspace）中以待進(jìn)一步的處理或者可視化。</p><p>　　模型分析可使用的工具包括可直接通過命令行方式調(diào)用的線性化和整理（trimming）工具，Matlab的其他各種工具，以及所有應(yīng)用程序工具箱。因?yàn)镸atlab和Simulink是集成在一起的，所以

98、用戶可以在任何環(huán)境下的任意點(diǎn)對用戶的模型進(jìn)行仿真、分析或修改[20,21]。</p><p>　　Simulink的模塊集與Matlab及其應(yīng)用工具箱相似，MathWorks公司為Simulink提供了模塊集。模塊集是Simulink模塊的集合，它們被分成不同的組。它包括DSP模塊集、定點(diǎn)運(yùn)算模塊集、非線性控制模塊集以及電源體統(tǒng)模塊集。對于同步機(jī)作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字仿真來說，電源系統(tǒng)模塊集中包含了我們所需的酥油模塊，

99、如：電機(jī)、電源、電力電子管等部件?？梢允刮覀兒啔v模型來仿真電源系統(tǒng)，該模塊用Simulink環(huán)境，可以通過點(diǎn)擊和拖拉來建立模型。不僅可以快速畫出電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還可以建立模型進(jìn)行各種參數(shù)的分析。</p><p>　　可以再Simulink中建立一個(gè)新的模型窗口，具體步驟如下：</p><p>　?、糯蜷_Matlab窗口，在其中輸入simulink后，打開各種Matlab元件庫；</p

100、><p>　　⑵在Simulink窗口的“File”中選擇新建模型，Simulink就可以給提供一個(gè)新建窗口。</p><p>　?、谴蜷_“Simulink”和“Power System Blockset”元件庫，從中選擇建立模型所需的器件。</p><p>　　從分析可知，要建立控制部分所需器件位于Simulink下的Sinks庫中用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中拖入模型窗口中；再在P

101、ower System中拖出變壓器；在Electrical Source中拖出所需電源；在Connectors中拖出“接地”后，按電路原理圖的控制部分連接起來。這樣，找出測量點(diǎn)和測量元件就可以進(jìn)行仿真[19]。</p><p>　　5 66KV平羅變電所仿真計(jì)算</p><p>　　5.1平羅變電所總體說明</p><p>　　平羅鄉(xiāng)位于東陵區(qū)北部，九龍河的東岸。目

102、前，這一地區(qū)韻用電設(shè)備為總?cè)萘繛?3,500千瓦，其中包括電井220眼，裝機(jī)容量5000千瓦；排水站13座，裝機(jī)容量1257千瓦，飼料加工35處，裝機(jī)容量1750千瓦，農(nóng)機(jī)修配5處，裝機(jī)容量300千瓦，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)40處，裝機(jī)容量為2100千瓦，脫谷用電120處，裝機(jī)容量2000千瓦。另外，該地區(qū)有51個(gè)村莊，大約14,000戶左右，每戶人口按第十次人口普查的每戶平均人口數(shù)計(jì)算，該地區(qū)常住人口有5萬余人，該地區(qū)照明用電及家用電器用電975干

103、瓦?？偢孛娣e155,000畝，其中水田34,300畝,旱田95,000畝,菜田25,700畝。農(nóng)產(chǎn)品主要以水稻、玉米、高梁、蔬菜為主，該地區(qū)主要產(chǎn)糧、產(chǎn)菜地區(qū)，每年糧食總產(chǎn)量為4,450萬斤，蔬菜總產(chǎn)量為25,500萬斤。新變電所的建成，可為平羅、造化、北陵三個(gè)鄉(xiāng)以及陵東鄉(xiāng)一部分地區(qū)提供電源。</p><p>　　目前這一地區(qū)由北陵、皇姑、范屯、光輝、新城子五座變電所供電，該地區(qū)絕大部分供電都在各個(gè)變電所的末端

104、，距北陵變電所26KM，距光輝變電所20KM，距范屯變電所16KM，其距離都已超出10KV配電線路供電半徑的要求，由于供電半徑過長，造成線路末端電壓低劣，配電變壓器二次線路電壓只有300V左右，特別是在灌溉和排水季節(jié)，對末端電壓質(zhì)量影響更為嚴(yán)重，配電變壓器二次線路電壓只能達(dá)到270V左右．使該地區(qū)12臺(tái)大型排水設(shè)備不能同時(shí)使用。由此，導(dǎo)致泵站用電設(shè)備效率大大降低，提水、排水得不到保證，糧食產(chǎn)量也就不能得到充分提高。</p>

105、<p>　　另外，該地區(qū)地勢東高西低，西部低洼地區(qū)每年雨季一到，便積水成災(zāi)，內(nèi)水不能自排，嚴(yán)重者便無收成，東部較高地區(qū)雨過地干。水源不足，旱情嚴(yán)重，要想改變該地區(qū)的抗災(zāi)能力，只有打電井建排水站，用電力來提水和排水，目前這一地區(qū)已建成排水站13座，打屯井220眼，但是由于電壓質(zhì)量低劣，限制了該地區(qū)糧食的增長，阻礙了這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。</p><p>　　而且，該地區(qū)正在進(jìn)行農(nóng)村產(chǎn)業(yè)改革，農(nóng)民們有強(qiáng)烈的

106、打電井種水稻的要求，該地區(qū)僅平羅一個(gè)鄉(xiāng)年開發(fā)水田2萬畝，打電井70眼，就現(xiàn)在電源情況看是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了農(nóng)民要求的，更繁榮不了該地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)。為此，區(qū)鄉(xiāng)兩級政府提出了建變電所的要求。</p><p>　　平羅變電所建成后，可響應(yīng)黨的十六大的號召，發(fā)展鄉(xiāng)村工業(yè)，預(yù)計(jì)鄉(xiāng)村工業(yè)三年內(nèi)可達(dá)1000千瓦，隨著家用電器的普及，預(yù)計(jì)三年內(nèi)可增加500千瓦，負(fù)荷可達(dá)9000千瓦。預(yù)計(jì)在三年內(nèi)要打水田井200眼，菜田電井100眼，還要

107、建中型排水站一座，預(yù)計(jì)裝機(jī)容量可達(dá)5500千瓦[10]。</p><p>　　新建變電所附近系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 平羅變電所供電區(qū)域負(fù)荷分布圖</p><p><b>　　工程概況：</b></p><p>　?、殴こ痰刂罚盒陆ㄗ冸娝?jì)劃在平羅村南，該地址在用電負(fù)荷中心，而且地勢平坦，

108、送電線路計(jì)劃在成民線路上“T”接，而且建設(shè)方便，10KV配電線走向方便合理，便于檢修維護(hù)。</p><p>　?、扑碗娋€工程：新建變電所66KV，送電距離6公里。</p><p>　?、亲冸姽こ蹋喊磧膳_(tái)容量為5000KVA和8000KVA的主變設(shè)計(jì)，暫設(shè)10KV配出線六回，變電所一次采用入口刀閘，兩臺(tái)主變66KV側(cè)設(shè)斷路器保護(hù)。</p><p>　　系統(tǒng)電氣主接線圖

109、見圖5-2。</p><p>　　圖5-2 系統(tǒng)電氣主接線圖</p><p>　　兩臺(tái)變壓器的參數(shù)見表5-1。</p><p>　　表5-1 主變壓器型號表</p><p><b>　　5.2短路電流計(jì)算</b></p><p>　　輸電電路和配電線路單位電抗均為0.4 /km。并選取基準(zhǔn)容量Sj

110、=100MVA，基準(zhǔn)電壓為各段的平均電壓Uj=Uav。系統(tǒng)的等值阻抗電路如圖5-3所示。根據(jù)系統(tǒng)等值電路圖畫出短路電流計(jì)算阻抗圖如圖5-4所示[6,11]。</p><p>　　圖5-3系統(tǒng)等值阻抗電路圖</p><p>　　圖5-4 短路電流計(jì)算阻抗圖</p><p>　　5.2.1各點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的短路電流</p><p>　　1.系統(tǒng)最大

111、運(yùn)行方式下的各點(diǎn)短路電流</p><p>　　系統(tǒng)電源電勢標(biāo)么值視為 </p><p><b>　　d1點(diǎn)短路時(shí)， </b></p><p><b>　　d2點(diǎn)短路時(shí)，</b></p><p>　　同理，，，，，，。 </p><p>　　將標(biāo)么值轉(zhuǎn)化成有名值</p&

112、gt;<p><b>　　同理，，，，，，，</b></p><p>　　2.系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的各點(diǎn)短路電流</p><p>　　同理， ，，，，，，。</p><p>　　將標(biāo)么值轉(zhuǎn)化成有名值。在短路故障中最小短路電流為兩相短路電流，若系統(tǒng)各元件正序電抗等于負(fù)序電抗時(shí)，兩相短路電流與三相短路電流有如下關(guān)系：</p>

113、<p>　　令本系統(tǒng)各元件正序電抗等于負(fù)序電抗，則各點(diǎn)的最小短路電流的有名值為</p><p>　　同理，，，，，，，，</p><p>　　5.2.2各點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的最大沖擊電流和短路容量</p><p>　　各點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的最大沖擊電流和短路容量可以按下式計(jì)算：</p><p><b>　　，，</b

114、></p><p>　　通過以上計(jì)算，短路電流計(jì)算結(jié)果見表5-2</p><p>　　表5-2 短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)表</p><p>　　6 基于Matlab的66kV平羅變電所短路電流計(jì)算仿真</p><p>　　6.1 66kV平羅變電所數(shù)學(xué)模型的建立及仿真</p><p>　　為方便計(jì)算，將66kV側(cè)電源考慮