基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真

《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告课题名称基于MATLAB的电力系统短路故障的仿真与分析姓名学号院系班级指导教师摘要基于Matlab最重要的组件之一Simulink中的电力元件库（SimPowerSystems）构建电力系统仿真模型，在Matlab的平台下仿真电力系统为工程设计和维修提供依据重要的依据，同时也为电力研究带来大大的便利，利用Simulink中的画图工具搭建电力系统模型也是进行电力系统故障分析的常用方法，它让电力研究者从大量繁琐的理论分析及复杂的矩阵计算中解脱出来，让庞大的电力系统很直观的呈现在研究者的面前，从而将庞大的电力网搬进了办公室，为研究带来了巨大的便利。

简要介绍了电力系统模型和MATLAB/ SIMULINK中SimPowerSystems (电力系统元件库）的主要功能。

SimPowerSystems 是专门为电力系统设计的仿真分析软件,在对其基本元件进行介绍后,在仿真平台上,通过对一个简单的电力系统输电线路的短路故障进行设计、仿真、分析，得到了理想的仿真效果。

关键词： Matlab SimPowerSystems 短路电流计算仿真Simulation and Analysis of Power System Short Circuit FaultBased on MatlabZhang Jun—yueCollege of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No：070544037Tutor: Wu YanAbstract: The article describes the basic characteristics of Matlab /Simulink and the basic method and process of applying Matlab in the simulation of power system。

中国石油大学胜利学院本科生毕业设计( 论文)手册题目电力系统短路故障分析及仿真研究学生姓名梅西学号 201107013120 专业班级自动化一班指导教师马拉多纳2015 年6月10日目录本科生毕业设计（论文）任务书........................ 错误!未定义书签。

本科生毕业设计（论文）开题报告...................... 错误!未定义书签。

本科生毕业设计（论文）指导记录...................... 错误!未定义书签。

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本科生毕业设计（论文）答辩记录表.................... 错误!未定义书签。

本科生毕业设计（论文）专业答辩小组评语.............. 错误!未定义书签。

本科生毕业设计（论文）成绩汇总表.................... 错误!未定义书签。

本科生毕业设计（论文）任务书论文题目电力系统短路故障分析与仿真研究一、研究的主要内容1.电力系统故障分析主要研究电力系统故障（包括短路，断线和非正常操作）时，故障电流，电压及其在电网中的分布。

短路电流计算失效分析的主要内容。

的短路电流计算的目的是确定短路故障的严重程度，选择电气设备的参数。

调谐保护，负序和零序电流分布的分析系统，以确定它的电气设备和系统。

2. 本课题研究的目的及意义随工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。

系统中最常见的故障就是短路。

短路电流比正常电流要大得多，在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。

电力系统的短路故障是严重的，而又是发生几率最多的故障，一般来说，最严重的短路是三相短路。

当发生短路时，其短路电流可以达到数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破坏。

课程设计 ( 论文 )- 基于 MATLAB的电力系统单相短路故障分析与仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电力系统分析课程设计说明书题目：单相接地短路专业：电气工程及其自动化班级：电气 1307姓名：陈欢目录课程设计（论文）任务书 ----------------------- （1）引言 ------------------------------------------------------------------- （ 3）第一章．电力系统短路故障分析------------------------------- （ 4）第二章．电力系统单相短路计算-------------------- （ 5）2.1 简单不对称故障的分析计算---------------------- （ 5）2.1.1. 对称分量法 ------------------- （5）2.2 单相接地短路------------------------------ （ 6）2.2.1. 正序等效定则 ---------------------------- （6）2.2.2. 复合序网 --------------------------------- （6）2.2.3. 单相接地短路分析 --------------------------- （7）第三章．电力系统单相短路时域分析 ---------------- （ 10）3.1 仿真模型的设计与实现------------------------ （10）3.1.1. 实例分析 -------------------------------- （10）3.1.2. 仿真参数 ----------------------------- -- -- -- （11）3.2 仿真结果分析------------------------------- （13）结束语 ----------------------------------------- （ 18）参考文献 --------------------------------------- （ 18）课程设计任务书题目：单相接地短路要求：本课程设计主要是对单相接地短路进行分析计算，并利用Matlab/Simulink软件对其进行仿真，通过仿真结果与计算结果进行比较，进一步研究短路故障的特点。

基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真
一、概述
电力系统短路分析是一种建立在电力系统的潮流计算基础上的,用于
分析电力系统在短路故障时的状态的技术.有鉴于此，它对设计、运营和
维护电力系统有重要的意义。

短路分析的重要性在于：1）在设计的时候，可以分析电网的抗冲击和抗短路能力，为电网设计提供参考；2）在运行中，可以评价电网工作安全性，诊断各线路的灵敏性、以及电网在短路状
态下的运行特性；3）在系统检修的时候，可以分析电网故障状态，以便
检修或改造系统。

电力系统短路分析可以用各种软件进行，如MATLAB。

MATLAB是一种
大型实用的软件，主要用来处理、分析和可视化复杂的数据，而近年来，
它也在进军电力系统仿真领域，为电力系统研究与仿真提供了更加可靠的
工具。

MATLAB的电力系统仿真平台可以进行短路分析、潮流计算、功率
自动稳定分析、功率调度和电力系统控制与仿真等，结果得到了进一步的
应用。

二、MATLAB电力系统短路分析仿真步骤
1）编写MATLAB电力系统仿真脚本：用户首先需要编写MATLAB脚本，输入系统参数信息，如电力系统结构，拓扑信息，支路数据（变压器，线路，电容器。

基于MATLAB/Simulink电力系统短路故障分析与仿真摘要：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。

论文对电力系统的短路故障做了简要介绍并对短路故障的过程进行了理论分析和MATLAB软件在电力系统中的应用，介绍了Matlab／Simulink的基本特点及利用MATLAB进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤。

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。

关键词：MATLAB、短路故障、仿真、电力系统Abstract：MATLAB has powerful operation ability to draw, toolkit provides users with a variety of fields, and easy to learn programming grammar. Paper to give a brief introduction of fault of the power system and the process of fault are analyzed in theory and the application of MATLAB software in power system, this paper introduces the basic characteristics of MATLAB/Simulink and MATLAB power system simulation analysis of the basic methods and steps. On the simulation platform, with single - infinity system for modeling object, by selecting module, parameter Settings, as well as the attachment, a variety of fault simulation analysis of power system.Keyword:MATLAB;Fault analysis;Simulation;Power System;引言 (3)第一章：课程设计任务书 (3)1.1设计目的： (3)1.2原始资料： (4)1.3设计内容及要求： (4)第二章：电力系统短路故障仿真分析 (5)2.1元件参数标幺值计算： (5)2.2等值电路: (10)第三章：电力系统仿真模型的构建 (10)3.1MATLAB简介: (11)3.2电力元件设计: (11)3.2.1 三相电源: (11)3.2.2 变压器元件: (13)3.2.3输电线路: (14)3.3电力系统模型的搭建: (15)第四章：模型仿真运行 (21)4.1建立仿真模型： (21)4.2仿真结果与分析： (22)第五章: 总结 (25)参考文献 (25)附录：Simulink仿真模型 (26)引言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。

基于MATLAB/Simulink电力系统短路故障分析与仿真摘要：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。

论文对电力系统的短路故障做了简要介绍并对短路故障的过程进行了理论分析和MATLAB软件在电力系统中的应用，介绍了Matlab／Simulink的基本特点及利用MATLAB进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤。

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。

关键词：MATLAB、短路故障、仿真、电力系统Abstract：MATLAB has powerful operation ability to draw, toolkit provides users with a variety of fields, and easy to learn programming grammar. Paper to give a brief introduction of fault of the power system and the process of fault are analyzed in theory and the application of MATLAB software in power system, this paper introduces the basic characteristics of MATLAB/Simulink and MATLAB power system simulation analysis of the basic methods and steps. On the simulation platform, with single - infinity system for modeling object, by selecting module, parameter Settings, as well as the attachment, a variety of fault simulation analysis of power system.Keyword:MATLAB;Fault analysis;Simulation;Power System;引言 (3)第一章：课程设计任务书 (3)1.1设计目的： (3)1.2原始资料： (4)1.3设计内容及要求： (4)第二章：电力系统短路故障仿真分析 (5)2.1元件参数标幺值计算： (5)2.2等值电路: (10)第三章：电力系统仿真模型的构建 (10)3.1MATLAB简介: (11)3.2电力元件设计: (11)3.2.1 三相电源: (11)3.2.2 变压器元件: (13)3.2.3输电线路: (14)3.3电力系统模型的搭建: (15)第四章：模型仿真运行 (21)4.1建立仿真模型： (21)4.2仿真结果与分析： (22)第五章: 总结 (25)参考文献 (25)附录：Simulink仿真模型 (26)引言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。

基于matlab电力系统故障分析与仿真[精选五篇]第一篇：基于matlab电力系统故障分析与仿真课程设计说明书题目名称：基于Matlab的电力系统故障分析与仿真系部：电力工程系专业班级：电气工程学生姓名：学号指导教师：完成日期：2018年X月X日XX学院课程设计评定意见设计题目基于Matlab的电力系统故障分析与仿真系部电力工程系_________ 专业班级电气工程学生姓名______________ 学生学号评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日（此页背书）评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

XX学院电力工程系课程设计任务书2017-2018学年1 学期2018年 1月 X 日专业电气工程及其自动化班级电气工程1 课程名称电力系统仿真设计题目基于Matlab的电力系统故障分析与仿真指导教师起止时间 2018.1.8-2018.1.19 周数 2 设计地点实验楼设计目的：本次设计旨在学习和掌握电力系统仿真的基本方法。

通过MATLAB/SIMULINK仿真软件，使所学的专业知识和技能能够得到灵活运用，包括电力系统的建模，参数设置，短路故障设置或潮流计算，结果分析及波形调试等。

从建模与仿真、数据分析、工程系统分析等方面培养和提高解决实际电力系统的短路与潮流计算的能力以及电力系统综合分析的能力。

设计任务或主要技术指标：1、原始资料分析；2、通过MATLAB/SIMULINK软件建立电力系统仿真模型；3、参数、短路故障设置及仿真调试；4、观察不同短路点及短路类型时的电压和电流波形；5、潮流计算结果处理及功率损耗分析等。

设计进度与要求：第1天：资料分析及参考相关设计手册、规范及电力技术标准；第2-3天：根据实际电力系统建立仿真模型；第4-5天：各元件参数设置与调试；第6-7天：短路点及不同短路类型的设计；第8-9天：仿真调试运行及结果处理分析；第10-11天：各短路、短路类型情况下电压电流波形分析和潮流计算及其结果分析；第12-13天：设计说明书的撰写及修改完善；第14天：答辩，上交合格报告。

基于Matlab 的电力系统故障的仿真分析计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段,由于Matlab 具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析, 特别是信号处理和直观的图形显示功能,且Matlab/ Simulink 环境下的PSB 模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算. 因此,它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具.文章介绍了Matlab/ Simulink 的基本特点及应用Matlab 进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤,探讨了综合利用其Simulink 环境、电力系统模块库和相关工具进行电力系统的控制设计和仿真分析,通过对具有同步发电机光控励磁系统的电力系统故障仿真分析,说明了Matlab 在电力系统仿真中强大的功能.1 应用Matlab/ Simulink 进行电力系统仿真分析的基本方法1. 1 Simulink 环境下仿真工具图形编辑器( Power System Blockset 以下简称PSB) 是一个图形编辑器工具,在Simulink 环境下能建立电力系统原理并进行仿真计算. PSB 库提供了电力系统仿真通用的元件和装置,包括RLC支路和负载、变压器、传输线、避雷器、电机、电力电子装置等. 只需通过点击和拖放PSB 库内的模型即可建立用户所需要的电力系统仿真原理图,并利用模型元件的对话框来设置相关参数. 使用Simulink 提供的示波器模型,可显示观测点处的仿真结果及其波形.1. 2 模型库根据电力系统各种电气设备特性,可将PSB 库内的模型分为电源、元件、电力电子器件、电机、连接器和测量等部分. 元件包括单相RLC 支路和和负载模块、变压器、互感器、π型传输线、避雷器、断路器、n 相分布参数线路模型等. 利用Simulink 二次开发功能,可方便地编辑出更复杂的元件模型和集成参数对话框. 电力电子包括通用的半导体元件,每个元件(除二极管外) 都有门极控制输入端和Simulink 输出端,可显示开关的电压和电流值. 电机包括简化的和详细的同步电机、异步电机、励磁机、永磁同步电机和涡轮机等. 每个模块有一个Simu2link 输出来显示内部变量状态值.1. 3 仿真方法和步骤Matlab 实现对电力系统的仿真和分析至少有二种独立的方法.1) 传统的编程方法,即通过大量的代码来实现电力系统的建模、稳态计算和暂态分析等等;但由于Matlab 提供了用户可以直接调用已有的高性能数值计算. 如矩阵求逆、数值微积分等等,较使用C 或Fortran 语言开发其源程序却要简洁得多,可节省大量内存空间和开发时间.2) Simulink 平台上进行仿真分析,按建模方法分为器件级仿真(又称为物理建模) 和系统仿真(又称为数学建模) . 其中器件级仿真是利用Mat2lab 的PSB 中固有元件模型构建新元件的物理模型,该方法一般适用于探讨元件的内部性能;系统仿真是利用MatlabPSimulink 中的控制模块来构建新元件的数学模型,该方法是研究元件的外部特性. 在MatlabPSimulink 平台上,借助于鼠标点击和拖放以及一些必要的参数设置即可实现对电力系统的稳态和暂态分析,并可方便地研究各种先进的控制方法对电力系统的控制效果. 实际上,在实际应用中,特别是对复杂电力系统的仿真分析,两种方法通常交替融合使用.应用Matlab 进行电力系统仿真的主要步骤为:a 系统模型的建立;b 设置仿真参数和控制算法的实现;c 进_______行动态仿真(包括稳态分析和暂态仿真) ;d 结果分析.2 仿真实例使用Matlab6. 0 的Simulink 建立单机对无穷大系统的仿真模型如图(1) 所示.单机即光控励磁图1 光控励磁同步发电机系统故障模型系统同步发电机[1 ] ;无穷大系统模型,用powerlib中inductive source with neutral 模块表示;发电机模型(synchronous machine) 、变压器模型(linear trans2formerd ,yg) 以及调速系统模( hydraulic turbineand governor 即HTG) ;系统负荷10mV;故障时间由Timer 模块控制. powergui 模块中的machine loadflow ;Bus type 为pv generator ;仿真参数如下:同步发电机容量200MW ;UAB = 15. 75kV;变压器容量240MVA;电压变比15. 75kVP230kV.其仿真结果:当Fault 模块为单相故障时,模块内部构成如图2 (a) 所示,以A 相故障为例.其中负荷为10MW, 选择SimulationPStart 按钮,开始仿真. 在t = 1s 发生故障切除后母线电流、电压波形,用Matlab6. 0 中Subplot 及Plot 命令绘出仿真结果,如图3 (a) 所示.当Fault 模块为两相接地故障时,见图2 (b) ,以A、B 两相短路,测得A 相电压、电流波形,如图3 (b) 所示.当Fault 模块为三相接地故障时,见图2 (c) ,测得A 相电压、电流波形,如图3 (c) 所示.由上述三种短路故障时的仿真波形图可看出光控励磁系统同步电机- 无穷大系统在故障过程中的动态响应过程,恢复正常运行时的电压基准值相对稳定.图2 Fault 模块故障模型图3 故障电压波形图压力锅的强度就由该部位控制. 从计算结果可以看到,当锅内压力为80KPa 时,牙边缘处的应力是88. 7MPa ,而当锅内压力达到泄压压力160KPa 时,该处的应力达到177. 4MPa. 因此,如何降低锅牙处的应力成为压力锅设计与分析的一个焦点.3) 压力锅其余部位的应力在表1 中均不大.如,当锅内压力达到160KPa 时,锅底部分的应力是34. 3MPa ,牙槽部分是47. 4MPa ,离材料的极限应力较远,具有较多的安全储备. 但若考虑到压力锅长期使用下的疲劳以及锅底受热部分在高温下材料性质的降低,则该应力也就是恰当的应力水平了.4 结论利用有限元软件ANSYS 对压力锅进行了三维应力分析,部分数据与薄壁圆桶计算结果对比,本文计算结果是可靠的. 牙体及附近是压力锅的最大应力所在部位,其最大应力在报警压力时达到177MPa ,当锅内压力进一步增大时,该应力还将增加,直至达到屈服应力和破坏应力而造成压力锅“爆锅”. 因此,在压力锅设计时,应对牙部仔细分析,以降低牙部的应力,增加压力锅的安全性.参考文献:[1 ] GB13623～2003 ,铝压力锅安全及性能要求[ S] .[2 ] 王勖成,邵敏. 有限单元法基本原理和数值方法[M] 北京:清华大学出版社. 1997. 97～98.[3 ] 刘鸿文. 材料力学[M] . 北京:高等教育出版社,1992.285～289.[4 ] 龚曙光. ANSYS 工程应用实例解析[M] 北京:机械工业出版社,2003. 103～117.(上接第47 页)结论通过对整个系统的仿真,可以得到以下结论:1)Matlab6. 0 中的PSB 是一种专门应用于电力系统动态仿真的工具箱,其中的电力系统的元件模型相当丰富,模糊逻辑控制可通过工具箱中用户界面建立的模糊推理系统FIS(Fuzzy InferenceSystem) 来实现,用户还可以利用Matlab 本身的一些工具来建立自定义模型.2) 当改变元器件本身的参数,如电机的功率、转子和定子的电阻、电感,负载的功率、变压器的容量等,就能实现对电力系统不同工况下运行过程的仿真分析,便于对不同参数和负载情况进行比较.3) 利用Matlab 可以方便地进行电力系统潮流计算、稳态分析、暂态仿真和新元件的设计及测定. 界面灵活、开放直观、互动性强等优点.4) 由于PSB 简化了开关元件的处理,认为是理想模型,在提高仿真速度、简化电路设计的同时,对系统的暂态过程描述不够精确.参考文献:[1 ] 盛义发,邓国扬,王浩宇,等. 同步发电机新型励磁系统的研究[J ] . 南华大学学报,2002 (4) :24～27.[2 ] 邓国扬,盛义发. 基于MatlabPSimulink 的电力电子系统的建模与仿真[J ] . 南华大学学报,2003 (1) :1～6.[3 ] 清源计算机工作室.Matlab6. 0 基础及应用[M] . 北京:机械工业出版社,2001.[4 ] 何仰赞,温增银,汪馥英,等. 电力系统分析[M] . 武汉:华中理工大学出版社,1996.。

·……………………. ………………. …………………毕业论文基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真院部机械与电子工程学院专业班级电气工程及其自动化届次 2015届学生学号指导教师装订线……………….……. …………. …………. ………摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究的国外现状 (1)2 短路故障分析 (1)2.1 近年来短路故障 (1)2.2 短路的定义及其分类 (2)2.3 短路故障产生的原因及危害 (4)2.4 预防措施 (4)2.5 短路故障的分析诊断方法 (5)3 仿真与建模 (6)3.1 仿真工具简介 (6)3.1.1 MATLAB的特点 (7)3.1.2 Simulink简介 (7)3.1.3 SPS(SimPowerSystems) (8)3.1.4 GUI（图形用户界面） (8)3.2 模型的建立 (9)3.2.1 无限大电源系统短路故障仿真模型 (9)3.2.2 仿真参数的设置 (10)4 仿真结果分析 (16)4.1 三相短路分析 (16)4.2 单相短路分析（以A相短路为例） (18)4.3 两相短路（以A、B相短路为例） (22)4.4 两相接地短路（以A、B相短路为例） (25)5 结论 (28)6 前景与展望 (28)参考文献 (29)致 (30)Abstract .............................................................................. I I 1 Introduction.. (1)1.1 Project background to the study (1)1.2 The research situation at home and abroad (1)2 Analysis of short-circuit fault (1)2.1 Short-circuit fault in recent years (1)2.2 Definition and classification of short-circuit fault (2)2.3 Causes and damage of short-circuit fault (4)2.4 Precautionary measures (4)2.5 Method to analysis and diagnosis of short-circuit fault (5)3 Simulation and modeling (6)3.1 Introduction to simulation tools (6)3.1.1 Features of MATLAB (7)3.1.2 Introduction to simulink (7)3.1.3 SPS(SimPowerSystems) (8)3.1.4 GUI（Graphical User Interfaces） (8)3.2 Establishment of the model (9)3.2.1 Infinite power system short-circuit fault simulation model (9)3.2.2 Simulation parameter settings (10)4 Simulation analysis (16)4.1 Analysis of three-phase short-circuit (16)4.2 Analysis of single-phase short circuit (18)4.3 Analysis of two-phase short circuit (22)4.4 Analysis of two-phase short circuit to ground (25)5 Conclusions (28)6 Outlook and prospect (28)References (29)Acknowledgement (30)基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真继文（农业大学机械与电子工程学院 271018）摘要：短路是电力系统中最容易发生的故障，每年因短路而引发的电气事故不计其数。

matlab在电力系统短路故障仿真中的应用毕
业设计
《Matlab在电力系统短路故障仿真中的应用》
电力系统短路故障是电力系统运行中不可避免的问题，短路故障发生时可能造成严重影响，因
此对电力系统短路故障的仿真和分析显得尤为重要。

在此背景下，本文基于Matlab对电力系
统短路故障进行了仿真研究。

首先，本文对电力系统中常见的短路故障进行了分类和分析，包括单相短路、双相短路和三相
短路等类型。

然后，本文利用Matlab中的Simulink工具建立了电力系统短路故障的仿真模型，模拟了短路故障在电网中的传播和影响。

同时，本文还利用Matlab中的Power System Blockset 工具对电力系统的稳态和暂态运行进行了仿真分析，包括短路故障导致的电流、电压和功率等
参数变化。

接着，本文在仿真结果的基础上对电力系统短路故障的影响进行了分析和评估，包括对电力设
备的损坏程度、电网的安全稳定运行性能以及短路故障的扩散范围等方面进行了深入研究。

同时，本文还根据仿真结果提出了针对电力系统短路故障的应急措施和改进建议，旨在提高电力
系统的抗干扰能力和应对短路故障的能力。

最后，本文对Matlab在电力系统短路故障仿真中的应用进行了总结和展望，指出了目前研究
存在的不足和未来发展的方向，以及Matlab在电力系统短路故障相关研究中的重要价值和作用。

通过本文的研究，对提高电力系统的安全稳定运行和应对短路故障有着积极的促进作用。

基于Matlab/Simulink的电力系统故障仿真与分析112孙 浩 李 艳 张玉欣（1.吉林化工学院 信息与控制工程学院 电气工程系 吉林 吉林 132022；2.北华大学 电气信息工程学院 吉林 吉林 132021）摘 要： 以单机无穷大系统为例，研究系统发生短路故障后故障点的电压电流情况。

利用Matlab软件，在Simulink仿真平台上搭建短路故障模型进行仿真，仿真波形符合理论分析，表明Matlab具有强大的仿真功能，有助于提高电力系统研究和设计的效率和可信度。

关键词： 电力系统；短路故障；Simulink中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120023－02U S =220kV。

用三相故障元件来模拟短路故障，通过参数设置，该模0 引言块可以对相相和相地故障进行模拟。

通过Transition times可设置电力系统是一个大规模、时变的复杂系统，对国民经济起故障时间段，故障起始时间设为0.1s，切除时间设为0.25s。

其余着非常重要的作用。

随着电力工业的发展，在电力系统的研参数可用模块的默认值。

究、规划设计中，仿真软件的应用越来越广泛。

MATLAB仿真软件简单易学，使用方便，且提供了丰富的工具箱资源。

对于电力系统仿真，常用的模块库为标准SIMULINK模块库和电力系统模块库。

在Simulink仿真平台上搭建电力系统模型，若工具箱中现有元件模型达不到系统仿真的要求，可以建立子系统并进行封装[1]，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。

本文主要利用Matlab软件，在Simulik仿真平台搭建模型，设置参数，对系统短路故障进行仿真，仿真波形与理论分析相符。

1 电力系统短路故障仿真电力系统的故障可分为简单故障和复合故障。

简单故障指的是电力系统中某一处发生短路或断相故障的情况，而复合故障则是指两个以上简单故障的组合。

短路故障包括三相短路、图2 系统仿真模型单相接地短路、两相短路和两相短路接地；断相故障包括断一相、断两相故障。

研究生课程论文封面（2014—2015学年第1学期）课程名称： 电力系统运行与控制 课程类型： 选修课 授课教师：着重分结果 （1）元件损坏例如绝缘材料的自然老化，设计，安装维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶化例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌；（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；（4）其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

1.2短路故障分析的内容和目的报告题目：基于MATLAB 的电力系统单相短路故障分析与仿真姓名：短路故障分析的主要内容包括故障后电流的计算、短路容量的计算、故障后系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算，如故障时线路电流与电压之间的相位关系等。

短路电流计算与分析的主要目的在于应用这些计算结果进行继电保护设计和整定值计算，开关电器、串联电抗器、母线、绝缘子等电气设备的设计，制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。

1.3电力系统单相接地短路计算1.3.1正序等效定则在求解各种不对称故障时，故障支路的正序电流分量k a1n I ）（ 可用如下同式表示：∑=2Z ；∑）。

单相接地短路时的系统接线图如图1-1所示。

假定a 相接地短路，短路处以相量表示的边界条件方程为0U k a= ； 0I I k c k b == （1-3） 转换为对称分量关系⎪⎭⎪⎬⎫===+-==++=k a k a0k a2k a1k a0k a2k a1k a0k a2k a1k a I 31I I I )U U (U 0U U U U 或 （1-4）可见，单相接地短路时有零序电压，同时也存在零序电流（在中性点直接接地的系统中）。

由式（1-4）可知，A 相接地短路时选基准相为a 相，故障点b 相和c 相的序电压、序电流就没有式（1-4）的简单关系。

同样，b 相接地时选基准相位b 相，c 相接地时选基准相位c 相，基准相的序电压、序电流具有式（1-4）的关系。

基于MATLAB/SIMULINK短路故障仿真及分析随着电力系统的规模不断增大，很多大型电力科研试验很难以进行。

采用传统的方法进行仿真计算工作量大也不直观。

MA TLAB具有强大的数值计算功能和开放灵活的可视化应用界面，在科学技术和工程的各个领域应用都非常的广泛。

因此MA TLAB的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。

电力系统仿真是将电力系统中的各环节组成部分等进行数字化建模，以达到模拟实际电力系统运行状况的目的。

本文对实例进行仿真，对结果进行分析，以期能够说明MA TLAB在电力系统仿真中的应用。

目录1 引言 (1)1.1 MATLAB/Simulink概述 (1)1.1.1 MATLAB简介及特点 (1)1.1.2 SIMULINK简介及特点 (3)1.2 电力系统仿真概述 (4)1.3 基于MATLAB/Simulink电力系统仿真的发展趋势 (7)2 三相短路故障仿真分析 (9)2.1 电力系统故障简述 (9)2.2 仿真实例 (11)2.2.1 实例仿真摘要 (11)2.2.2 仿真模型建立 (12)2.2.3 三相短路故障仿真及结论分析 (20)3 同步发电机机端短路故障仿真分析 (26)3.1 暂态过程仿真及分析 (26)3.2 其它故障仿真分析 (28)4 结束语 (29)1 引言MATLAB是当前国际认可的优秀科技应用软件之一，它以矩阵运算为基础，把计算可视化程序设计融合到交互的工作环境中，可实现工程计算，算法研究，建模和仿真，数据分析及可视化，科学和工程绘图，应用程序开发等功能。

Simulink是MATLAB所提供的一个集成环境，它是用来对动态系统进行建模，仿真和分析的。

它是一种结合了框图界面和交互仿真功能的，具有非线性动态系统仿真功能的出色工具[1]。

为支撑社会经济的不断发展，电力工业的发展也非常迅速，重要表现之一就是电力系统的规模不断扩大，这就大大增加了许多大型电力科研试验的进行。

研究生课程论文封面（2014—2015学年第1学期）课程名称： 电力系统运行与控制课程类型： 选修课授课教师：学 时： 学 分： 2.0论文得分 批阅人签字批阅意见：理工大学研究生学处制报告题目：基于MATLAB 的电力系统单相短路故障分析与仿真 ：学号：年级：专业： 学院： 电气学院注意事项：1、 以上各项由研究生本人认真填写；2、 研究生课程论文应符合一般学术规范，具有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；3、 论文得分由批阅人填写，并签字确认；批阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见（原则上不少于50字）；4、 原则上要求所有课程论文均须用A4纸打印，加装本封面，左侧装订；5、 课程论文由学生所在学院（系）统一保存，以备查用。

本文介绍了MATLAB 软件在电力系统中的应用，以及动态仿真工具Simulink 。

的使用。

MATLAB 的 Simulink 的仿真环境中，利用Simpowersystems 中电气元件对电力系统发生单相短路时电路情况进行仿真与分析，着重分析了中性点不接地时电压电流的变化情况。

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。

1电力系统短路故障分析1.1短路故障原因短路产生的原因有很多，主要有以下几个方面：（1）元件损坏例如绝缘材料的自然老化，设计，安装维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶化例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌；（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；（4）其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

1.2短路故障分析的容和目的短路故障分析的主要容包括故障后电流的计算、短路容量的计算、故障后系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算，如故障时线路电流与电压之间的相位关系等。

基于 MATLAB 的电力系统短路故障分析电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，其重要性不言而喻。

因为电力系统中涉及到高压、大电流的电力传输，因此电力系统故障问题一直是一个备受关注的话题。

电力系统中最常见的故障就是电路短路，而由于电力系统的复杂性，短路故障对电力系统的影响也是非常大的。

因此，电力系统短路故障的分析和解决是电力工程领域中的一个重要课题。

近年来，随着计算机软件的发展，电力系统的短路故障分析也得到了很大的改善。

其中，MATLAB 是一款功能强大的科学计算软件，非常适合用于电力系统短路故障的分析。

下面将简要地介绍基于 MATLAB 的电力系统短路故障分析的相关内容。

1. 电力系统短路故障的原理电力系统是由发电机、变电站、输电线路和配电系统等构成的。

在电力系统运行中，如果电力系统中的设备、绝缘体或接触件出现损坏，会导致电路的短路。

短路的本质是电路中存在低阻值路径，通常都伴随着大电流流动，这些特点使得短路故障非常危险。

短路故障一般分为单相短路和三相短路两种类型，其中三相短路是最为常见和严重的，因此本文主要讨论三相短路的分析方法。

2. MATLAB 程序设计介绍MATLAB 是一种基于矩阵运算和数值计算的高级工具，是进行科学计算和工程仿真的重要环境。

该软件具有强大的计算功能和友好的交互式界面，可以帮助电力工程师进行复杂的计算和仿真，从而更好地分析电力系统的短路故障。

下面将介绍 MATLAB 中电力系统短路故障分析的实现方式。

3. 电路模型及参数定义在 MATLAB 中进行电力系统短路故障分析前，需要先定义电路模型，即将电力系统抽象为一个电路图。

在电路图中，每个设备用阻抗、电抗和电感等元器件来表示，这些元器件的参数需要根据实际电路的物理特性来确定。

例如，发电机可以表示为电压源模型，输电线路可以表示为电阻、电感和电容模型，而负荷则可以表示为电阻模型等。

将这些元器件通过连线连接起来，就可以得到电力系统的电路模型，从而进行短路故障分析。

基于Matlab的电力系统短路故障仿真摘要：本文介绍了Matlab/Simulink的基本特点及应用Matlab进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤。

运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems构建了一个单机——无穷大系统模型，并在此基础上对电力系统的多种故障进行了仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障仿真的有效性。

通过不同故障间的对比与分析可知，三相短路故障是电力系统中最为严重的故障，在实际生活中是要极力避免的。

同时，通过故障切除时间的对比与分析，得出故障发生后，在最短时间内切除故障是保证电力系统正常运行，减少经济损失的办法之一。

关键词：电力系统；仿真；故障；MatlabSimulation and Analysis of Power System Short Circuit FaultBased on MatlabZhang Jun-yueCollege of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No: 070544037Tutor: Wu Y anAbstract: The article describes the basic characteristics of Matlab /Simulink and the basic method and process of applying Matlab in the simulation of power system. Matlab SimPowerSystems Block set is used to build a model of single-machine infinity-bus system and simulate various fault of power system. Theresults show that the simulation waveform is in line with theoretical analysis and Matlab is a valid tool for1the simulation of power system fault. By the contrast and analysis of different short circuit faults, we can obtain a result that the three-phase short circuit fault is the worst situation in the faults of power system. So this situation should be avoided as far as possible in manufacture. Also, by the contrast and analysis of the fault resolution time, we know that clearing the short circuit fault on a minimal time is one way to guarantee the power system running regularly and reduce the loss.Key words: Power Systems; Simulation; Short circuit fault; Matlab2目录摘要： (1)1 引言 (5)2 MATLAB/SIMULIK基础知识 (5)2.1 MATLAB介绍 (5)2.2 SIMULINK仿真基础 (6)2.3 Matlab的电力系统工具箱介绍 (6)2.4 SIMULINK的仿真步骤 (6)2.4.1 进入Simulink仿真环境 (6)2.4.2 创建仿真模型 (6)2.4.4 运行仿真系统 (7)2.4.4.1 Solver选项页 (7)2.4.4.2 输出模式设置 (7)2.4.4.3 Workspace选项页 (7)2.4.4.4 启动仿真 (7)2.4.4.5 观测及修改仿真结果 (8)3 电力系统短路故障分析 (8)3.1 短路故障基础知识介绍 (8)3.2 单相接地短路故障分析 (8)3.3 三相短路故障分析 (11)3.3.1 短路电流计算 (11)3.3.2 短路冲击电流 (12)4 仿真模型建立 (13)4.1 单机无穷大系统介绍 (13)4.2构建模型 (14)4.3 模块参数设置 (15)5 仿真结果分析 (16)5.1 电力系统正常运行参数分析 (16)35.2 A相接地短路故障分析 (17)5.3 BC两相接地短路故障分析 (19)5.4 三相短路故障分析 (21)5.5 电压崩溃 (23)6 结语 (25)参考文献： (25)41引言为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须保证系统的静态和动态特性。