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《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。
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。
MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真实验报告姓名：******专业：电气工程及其自动化班级：*******************学号：*******************实验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真1.1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建运行MATLAB软件，点击Simulink模型构建，根据电路原理图，添加下列模块：（1）无穷大功率电源模块（Three-phase source）（2）三相并联RLC负荷模块（Three-Phase Parallel RLC Load）（3）三相串联RLC支路模块（Three-Phase Series RLC Branch）（4）三相双绕组变压器模块（Three-Phase Transformer (Two Windings)）（5）三相电压电流测量模块（Three-Phase V-I Measurement）（6）三相故障设置模块（Three-Phase Fault）（7）示波器模块（Scope）（8）电力系统图形用户界面（Powergui）按电路原理图连接线路得到仿真图如下：1.2 无穷大功率电源供电系统仿真参数设置1.2.1 电源模块设置三相电压110kV，相角0°，频率50Hz，接线方式为中性点接地的Y形接法，电源电阻0.00529Ω，电源电感0.000140H，参数设置如下图：1.2.2 变压器模块变压器模块参数采用标幺值设置，功率20MVA，频率50Hz，一次测采用Y型连接，一次测电压110kV，二次侧采用Y型连接，二次侧电压11kV，经过标幺值折算后的绕组电阻为0.0033，绕组漏感为0.052，励磁电阻为909.09，励磁电感为106.3，参数设置如下图：1.2.3 输电线路模块根据给定参数计算输电线路参数为：电阻8.5Ω，电感0.064L，参数设置如下图：1.2.4 三相电压电流测量模块此模块将在变压器低压侧测量得到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，勾选“使用标签（Use a label）”以便于示波器观察波形，设置电压标签“Vabc”，电流标签“Iabc”，参数设置如下图：1.2.5 故障设置模块勾选故障相A、B、C，设置短路电阻0.00001Ω，设置0.02s—0.2s发生短路故障，参数设置如下图：1.2.6 示波器模块为了得到仿真结果准确数值，可将示波器模块的“Data History”栏设置为下图所示：1.3 无穷大功率电源供电系统仿真结果及分析得到以上的电力系统参数后，可以首先计算出在变压器低压母线发生三相短路故障时短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小，短路电流周期分量的幅值为Im=10.63kA，时间常数Ta=0.0211s，则短路冲击电流为Iim=17.3kA。
第1章绪论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，由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。
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试验很难进行，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脱颖而出。
1.1设计目的让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱，建立电力系统仿真模型，对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析，加深对供电和电力系统知识的了解，并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。
1.2设计任务1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。
2.建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。
1.3设计要求1.要求每个学生独立完成设计任务。
2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。
3.完成实训任务书。
4.要求提交成果：报告书一份。
第2章MATLAB语言的概述2.1 MATLAB简介MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台，所具有的程序设计灵活，直观，图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科，多平台的强大的大型软件。
MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
它提供了用方框图进行建模的接口，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。
Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。
每个程序块由输入向量，输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。
在计算前，需要初始化并赋初值，程序块按照需要更新的次序分类。
毕业设计（论文）题目基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究学院计算机与控制工程学院专业班级电气xxx学生姓名指导教师成绩2014 年6 月26 日摘要众所周知，同步发电机在电力系统中发挥着至关重要的作用，现代社会中使用的电能几乎由同步发电机所产生，同步发电机在人类社会的生活生产中占据着非常重要的地位。
为了更直观地了解同步发电机短路故障状态下的特性指标，尽量避免发生短路故障或及时对短路故障做出相应的正确措施，更合理选择保护装置，研究同步发电机的短路故障状态就成了当务之急的问题。
随着科技进步与自动化水平的提高，人们要求能够快速分析故障和解决故障，在电力系统中，因运行环境、可操作性问题的限制，现场对同步发电机测试不太现实，因此，利用软件仿真的方法对同步发电机进行仿真研究就显得极其重要。
本论文通过MATLAB软件建立同步发电机的仿真模型，对常见的短路故障进行仿真研究，以便更好地掌握同步发电机短路故障状态下的各特性，并设计了GUI 用户界面，更好的实现了人机交互。
文中对各短路故障进行了仿真实验，从仿真结果可以看出，本文所设计的仿真系统满足对同步发电机短路故障的研究需求，实现论文设计的目标。
关键词：同步发电机；短路故障；MATLAB；GUIIAbstractAs is known to all, synchronous generator plays an important role in power system. Now the electric power used in our society almost produce by synchronous generators.Synchronous generator occupies a very important position in human society.In order to learning the characteristic parameters of synchronous generator more intuitive in fault condition, and trying to avoid short circuit fault or to make corresponding measures to correct vision in time or to protect device in the method of reasonable, studying the synchronous generator fault status has become an urgent problems. With the progress of science and technology and the improvement of automation level, people require to be able to quickly analyze fault and solve the problem in the electric power system. With the limitation of the environment in running a synchronous generator, doing a test of generators directly is unlikely.Therefore, with the aid of MATLAB software powerful computing and graphics processing simulation to study the synchronous generator is extremely important.In this paper, a simulation model of the synchronous generator is established by MATLAB software in order to better grasp the performance index of synchronous generator in fault condition.And we also design the Graphical User Interface(GUI) for better realizing the human-computer interaction. Each short circuit fault simulation experiments was carried out in this paper, as can be seen from the simulation results, the simulation system is designed to satisfy demands for synchronous generator short circuit fault research, realizing the target of this paper.Key words: Synchronous generator；Short circuit fault；MATLAB；GUIII目录摘要 (I)Abstract ···································································································I I第1章绪论 (1)1.1论文的背景和意义 (1)1.2仿真技术的发展概况和趋势 (1)1.3本论文研究的主要内容 (2)第2章同步发电机的理论分析 (3)2.1同步发电机的主要结构 (3)2.1.1定子 (3)2.1.2转子 (3)2.2同步发电机的基本理论 (4)2.2.1同步发电机的基本工作原理 (4)2.2.2正方向的规定 (5)2.2.3同步发电机的基本方程 (5)2.2.4派克变换和dq0坐标系统 (7)dq 坐标系统 (10)2.2.5第3章同步发电机短路故障仿真研究系统 (12)3.1同步发电机的数学模型 (12)3.2M文件的编写 (13)3.3仿真界面设计 (16)3.3.1界面组件的选择和布局 (16)3.3.2编写回调函数 (17)第4章实例仿真与分析 (20)4.1三相突然短路仿真与分析 (20)4.2负载两相短路仿真与分析 (22)4.3负载单相短路仿真与分析 (24)4.4转子绕组短路仿真与分析 (26)结论 (30)参考文献 (31)附录 1 (32)附录 2 (34)致谢 (42)第1章绪论1.1 论文的背景和意义电能得到广泛的应用得益于电力系统的出现，进而推动了各个领域的社会生产的变化。
基于MATLAB/Simulink的电力系统故障分析10kv系统三相短路分析三相短路（以中性点不接地系统模型为类）模块搭建：三相短路各元件参数设置如下：三相短路仿真波形如下：如图1——a、b、c三相短路电流仿真波形图分析：正常运行时，a、b、c三相大小相等，相位相差120度。
发生三相短路时，a、b、c三相电压全如图2——线路1的零序电流分析：在没有故障时，没有零序电流，突然出现故障时，零序电流为故障电流的3倍，为3I。
如图3——线路1的零序电压分析：在没有故障时，没有零序电压，突然出现故障时，零。
序电流为故障电压的3倍，为3U如图4——线路1的故障相电压如图5——线路3的零序电流如图6——线路3的短路电流如图7——三相对称电源电压如图8——线路2的零序电流分析：在没有故障时，没有零序电流，突然出现故障时，零序电流为故障电流的3倍，为3I0。
如图9——三相对称电源电流如图10——三相对称电源零序电压如图11——一相短路电流10kv系统两相短路分析仿真模块搭建同三相短路，只有三相故障模块参数改变如下：注：a、b两相短路分析：两相短路原理同三相短路，两相短路复合序网图是无零序并联网，短路两相电压相等，电流互为相反数，非故障相电流为零。
零点漂移轨迹的验证一理论分析对于以下简单的中性点不接地系统，当其发生单相接地故障时，各量之间满足以下关系：其中，分别表示A、B、C三相对O’点的导纳则用复数形式可表示为其相量关系如下图：则可得所以，可以推出中性点不接地系统发生单相接地故障后，不同接地电阻下，对应的零点漂移轨迹为接地相右半圆.二matalab仿真模型搭建类似单相短路电源参数设置消弧线圈参数设置其它参数设置类似单相接地短路短路，但是接下来不知该怎么把它的参数通过图形描述出来，以此证明中性点不接地系统发生单相接地故障后，不同接地电阻下，对应的零点漂移轨迹为接地相右半圆.如下图：。
基于MATLAB/Simulink 的电力系统故障分析10kv 系统三相短路分析三相短路（以中性点不接地系统模型为类）模块搭建：三相短路各元件参数设置如下：g BlOCk Parameters: Th「ee・P hase SoUrCeThree-Phase SOllrCe (nask} ζlink；7hrGG-phas≡ VOItaZG SoUrCG in SGrieK With RL bxanch.Par>∑n ∙t ∙rsPhase—tO-PhaSG τ≡s volta≡G (V):110. 5e3Phase anrl⅛ Gf chase A (degreGs):lθFrtQutncy (HX):InternaI Conn.action: ∣ Y厂SPeCifr iaped&nce USXnS Sh^Xt V CirCUit IeVeISoUree resistance (Oh=Si:I O. 009SoUrCe inductance (H):116. 58e-5APPIr JOK Cancel Helpt∣∣ BlOCk Parameters; Linel-Three-Phase PZ SeCtion Lin已□a5⅛) (Iink)ThiB block inpleaents a thr«t-phi.i∙ PI section lin∙ to XePreS∙nt a thiGG-phasG transaision line. Thig block iGDresents OnIy OnG Pl section. TO Inplenenteyou si□Dlr need to CanneCt COPiea Qf this block in2>ore that One PI secti∙onjsexies・ParaaQtQTS ---------------------------------------------------------------------FreQUenCy Ueecl for RLC specification (Hz):F5PoIitiVe- Ind z⅜ro-seau⅜nce resiβtances (Ohas/ka) [ K： RO ]:I [ 0.01273 O. 3SG4：Positive* and Zero e SGauenc© inductances ⅛∙,lαι) [ LI LO ]:IT O. 9327e-3 4. 1264e-3]PCSitiV⅛- and ∑4ro∙-ssau4nee ca-pacitanees (FJka；IeICOI :I [12. 74e-9 7. 751e-9ΓLine SeetiOn IGnSth (ka√ :1130OK CanCeI KeIP Apply■OK CanCaI I EelD 厂 删 FUnCtiOn BIOCk Parameters; AddlCu s Acld c ∙r subtract XnPUtS- S^CIfT Cne Oi the fol.ovιng:a. string COntaining ∙ or - for each InPLt port, for SPaCer tetτem PortS (e. c.—・Db) SCaIar >≡ 】・ A value > 1 SUal all inputs: 1 SUnI ∙lts ⅜nts Of a tingle InPLt v ,∙ctorMain ∣ SifnftI data typaκICOn sha□e: ∣ re:t&ngulax▼]LISt Of KXeni:I 4**SaSDle t-n≡ βl for IEherXted):∣∙χ X I Cancel I HeID I Appl ∙BJ c5s3βN∕MUItimeterlHdPAaIbb Q ∖te ∂⅛ufementsU ∆Λ r βbr. LCAd3 LO a ∙133 Uan: TTbri VCΛ Lc&d3i U H : Ub Tht*∙Pb ⅛m F ⅛JlCl/fault. B» α>: IhrCQ-Pbazc fαulτl∕iαu^r C_l Cb- IHLeC ?hase Γa^lvl∕FAulV AI AT. Lo AdiIbU Lcαd3ICn GOad3lb: Ib"Q ∙7hα" I>αultl/fault Blb: Ih^ec _?hasc F aulVl∕Γau2V CUC lb: IhtraA ・7乃a=a FArJItI/FAult A—Σ-J Cown IR«rf)ve*f -IUPMe ⅝⅛∣ SOUrCe BIQCk Parameters; FromF∑o□Keceive SiEnaIC frσ≡ the GOtO block Irith the SDeClfiGd :as ・ If the tae is definedas r scoped , in the GOtO block, then a GOtO TaE ViSlbility bl ∙ock aust te used to definethe VieibiIity Of tht tac ・ After ： UPdat ∙ DiaCraa I the block icon displays theSeleCted tag nase >Local taes are encIOSed in brackets. .], and SeODed tag na=es areSneIOSed in braees ; J).L ΦQ 43 Lθft<13 ≥p∣e 匚IEd MeaSU Ξ小 PIOt SdAe ⅛<igpαg Ie wI PiCX制SOUrCe BlOCk Parameters; FrOm4 「町〕一Fro□----------------------------R<c∙iv∙ SdKnalS froa the Goto bl>ck With the specified tar- If tht tae is d<ιfi∏4dseoped, in the Go∙tc Mcelt then a GOtO 7ar Vigibility blσek ≡ust be USGCl to definethe block icon displays the the Vigibility Of the tag. After , Update DiaeraID JISeIeCted tag nazιe (IOCaI tags are enclosed in brackets. and SCQPed tag nazes axeenclose! in braces：：｝〉・OK Cancel I Help FUnCtiOn BlOCk Parameters: DiSCrete 3・PhaSe SeqUeflCe AnalyZer三相短路仿真波形如下：如图1——a、b、c 三相短路电流仿真波形图分析：正常运行时，a、b、c 三相大小相等，相位相差120 度。
……………………. ………………. …………………山东农业大学 毕 业 论 文 基于MATLAB/SIMULINK 短路故障仿真及分析 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届 学生姓名 学 号 指导教师 二О**年六月六日装订线……………….……. …………. …………. ………摘要................................................................................................................................................. i i Abstract (II)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)参考文献 (30)致谢 (31)Summary ......................................................................................................................................... i i Abstract (II)1 Introduction (1)1.1 MATLAB/ Simulink Outline (1)1.1.1 MATLAB Introduction and Features (1)1.1.2 Simulink Introduction and Features (3)1.2 Overview of Power System Simulation (4)1.3 Based on the development trend of MATLAB / Simulink Power System Simulation (7)2 Simulation and Analysis (9)2.1 Power System Fault Description (9)2.2 Simulation examples (11)2.2.1 The simulation summary (11)2.2.2 Simulation Model (12)2.2.3 Phase short circuit fault simulation analysis and conclusions (20)3 Synchronous Generator short-circuit fault simulation (26)3.1 Transient Simulation and Analysis (26)3.2 Other fault simulation analysis (28)4 Conclusion (29)References (30)Acknowledgements (31)基于MATLAB/SIMULINK短路故障仿真及分析(山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018)摘要: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。
