基于matlab的小型电力系统的建模与仿真

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1、基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真中南大学自动化0606班李珲内容提要利用Matlab/Simulink/SimPowerSystems建立电力系统三相短路和单相接地短路模型，通过短路故障进行设计、仿真、分析，加深对工厂供电和电力系统知识的了解，并学会使用MATLAB电力系统仿真工具。关键词电力系统短路故障MATLAB建模与仿真随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。在这种情况下，许多大型的电力科研实验很难进行，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可

2、少。而在众多的仿真工具中，Matlab以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能，以及其带有的功能强大的Simulink仿真，越来越受到使用者的青睐。1、MATLABPSB简介MatlabPSB(SimPowerSystems)以Simulink为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科中常用的基本元件和系统仿真模型，它主要由6个子模块库组成。(1)电源模块库：包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源、可控电流源、三相电源、三相可编程电压源；(2)基本元件模块库：串联(并联)RLC/负载/支路、变压器(单相、三相等)、断路器和

3、三相故障部分；(3)电力电子模块库：二极管、晶闸管、GTO、IGBT、MOSFET、理想开关以及各种电力电子控制模块；(4)电机模块库：励磁装置、异步电动机、同步电动机、直流电动机以及配套的电机测量部件；(5)测量仪器库：电流测量和电压测量等；通过以上模块可以完成各种基本的电力电子电路、电力系统电路和电气传动电路，还可以通过其他模块的配合完成更高层次的建模，如风力发电系统、机器人控制系统等等。2、仿真模型的设计和实现在三相电力系统中，大多数故障都是由于短路故障引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，产生复杂的暂态现象。在三

4、相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。下图为理想情况下小型电力系统的模型。图1小型电力系统模型模型中主要模块的选择和参数：(1)电源模块：理想三相电压源元件(3-PhaseSource)，相电压有效值：25e3V；A相相角：0°；频率：60Hz；内部连接方式：Y型(表示三相电源Y型连接，中性点不接地)；三相电源电阻：0.321欧姆；三相电源电感：6.63e-3H；(2)输电线路模块：输电线路元件(DistributedParametersLine)：Line1、Line2，线路相数：3；频率：60Hz；单位长度电阻：

5、[0.012730.3864]；单位长度电感：[0.9377e-34.1264e-3]；单位长度电容：[12.74e-97.751e-9]；线路长度：100km；测量：选择不测量电气量；(3)故障模块：三相电路短路故障发生器元件(3-PhaseFault)，故障点电阻：0.001欧姆；故障点接地电阻：0.001欧姆；转换状态:[10]；转换时间[0.010.04]；内部计时器的采样时间：0；缓冲电阻：1e6；缓冲电容：inf；测量：选择测量故障点支路电压和支路电流；(4)显示模块：从SIMULINK元件库SINKS目录下选择示波器(SCOPE)，分别改名

6、为，V-I：用于电压源出口处三相电流和电压的显示，输入轴为2；Vf-If：用于故障点三相电流和电压的显示。输入轴为1；A-PhaseSequence：用于故障点A相电流和电压的正序、负序和零序显示，输入轴为2；(5)测量模块：从电路测量一起哭中选择万用表元件(MULTIMETER)和三相序分量分析(3-PhaseSequenceAnalyzer)，万用表元件：将相应待测量加入万用表的测量量中；三相序分量分析：基频频率：60Hz；谐波次数：1(基频)；序量选择：所有序分量(Positive，NegativeandZero)；(6)其他模块：相应的接地元件、

7、节点等，以及电力系统分析工具。(7)仿真参数设置：当电路图设计完成后，对其进行仿真，以达到观察短路接地电路中暂态变化情况，开始时间：0s；停止时间：0.06s；求解程序类型选项：可变步长，ode15s(stiff/NDF)；最大步长、最小步长、初始步长：auto；相对容差：1e-3；绝对容差：auto；3、仿真结果及波形分析(1)三相短路：将三相电路短路故障发生器中的故障相选择三相故障都选择，并选择故障相接地选项，万用表中选择A相、B相和C相电流作为测量电气量，激活仿真按钮。仿真波形如下图：(途中，A相电流—黄色、B相电流—粉色、C相电流—蓝色；横坐标表

8、示时间(单位s)；纵坐标表示电流(单位A)，所有图都是相同表示。)图2故障点发生