Matlab和PSCAD小电流接地系统故障仿真实例分析 苗全堂

小电流系统故障选线的MATLAB仿真【摘要】小电流接地系统单相接地故障选线问题是一个研究多年的老问题，以往的选线装置采用的是单一故障选线方法，只针对部分故障信息进行处理，选线的可靠性不高。

本文基于信息融合技术在MATLAB的SIMULINK仿真环境，对配电网小电流接地系统的单相接地故障进行仿真。

【关键词】小电流接地系统；故障选线；MATLAB0.引言当小电流接地系统发生单相接地故障时，其所表现出来的故障特征在大小及形式上都变化无常，故若只用某一方面的故障特征来构造选线判据定会具有片面性，且当该故障特征表现不明显时，可能会得出错误的选线结果，这就是小电流系统单相接地故障时不能正确选线的根本原因。

因此，使用多重判据来构成综合选线判据，利用各种选线判据在性能上的互补性提高选线结果的可靠性。

由于每种选线判据有着不同的适用条件，对于某个故障特征量，一种判据选线可能不满足要求，但另一种判据选线却有可能够满足，多重判据覆盖的总有效故障区域必然大于单个判据。

而且当一个故障特征量对所有的选线判据都不满足时，可以把多个判据不充分的选线结果进行融合，也能够得到比较可靠的选线结果[1][2]。

1.基于MATLAB的小电流接地系统仿真1.1建立仿真模型搭建一个小电流接地系统仿真模型如图 1.1所示，这是一个有 4 条10kV 出线的110kV \10kV 终端变电站，为忽略线路及负载对系统的影响，近似认为110kV \10kV变压器容量为无限大[5]。

模型仿真参数：解法：ode23t(Mod,stiff/Trapezoidal)、起始时间：0.0、结束时间：0.16；三相两绕组变压器：容量、频率：250e7V A、50Hz；一次侧接法，线电压、漏电阻漏电抗：Y,[110e3，0.02，0.08]；二次侧接法，线电压、漏电阻漏电抗：Y,[10e3，0.02，0.08]；励磁电阻、励磁电抗:[500,500]；消弧线圈：电阻（Ω）：0, 电感（H）：0.6，电容（F）：inf；输电线路：正序参数R1=0.173Ω/km；L1=1.2e-3H/km, C1=6.1e-8F/km；零序参数R0=0.23Ω/km、L0=3.46e-3H/km, C0=3.8e-8F/km；线路长度：Line1:25km, Line2:23km,Line3:36km ,Line4:20km+8km。

编号毕业设计（论文）题目基于PSCAD/EMTDC的小电流单相接地故障模型仿真二级学院电子信息与自动化学院专业电气工程及其自动化摘要第一小段，应该介绍一下你论文的意义。

然后下面再开始介绍你的工作建立了小电流接地系统的仿真模型，利用电磁暂态程序PSCAD/EMTDC全面仿真了不同故障情况对故障稳态和暂态电压、电流幅值特征和相位特征产生的影响,（这句话太拗口）并得到了相应的零序电压及零序电流的幅值、相位及波形。

通过对仿真数据及波形的进一步分析，得出了小电流接地系统发生单相接地故障时的运行特点,验证了小电流接地故障稳态和暂态分析理论的科学性、合理性。

为了提取配电网单相接地故障选线和故障测距的暂态故障特征量,基于PSCAD/EMTDC的仿真环境,搭建了小电流接地系统的配电网络仿真模型并综合考虑不同短路时刻、不同接地电弧电阻、不同故障距离和线路长度等多个因素,对配电网小电流接地系统的单相接地故障进行了大量仿真。

在配电网单相接地短路故障后的第1个工频周波(0~0.02 s)内故障线路的零序电流包络线的变化速度比非故障线路变化缓慢,包络面积大,但与非故障线路首半波极性相反。

仿真分析表明此暂态特性不受短路时刻、电弧电阻、故障距离和消弧线圈被偿度的影响,为单相接地故障选线和故障测距的研究提供了理论依据。

居然没有目录和参考文献，参考文献至少要30篇，最好超过40篇，要标注在论文里面，你的论文的整体结构还可以，也比较认真，再继续修改一下再拿来我看，要修改好的正式文档关键词：小电流接地系统；单相接地故障；故障选线；PSCAD/EMTDC仿真;选线原理;补偿度;故障相电压AbstractA simulation model of non-solidly grounded system is presented in the paper.Overall simulating of amplitude and phase characteristics of steady-state and transient fault voltage and current on diverse fault conditions is performed by using Electromagnetic Transient Program PSCAD/EMTDC.The amplitude,phase and waveform of the corresponding zero sequence voltage and current can be obtained by the designing program.By further analyzing the simulation date and waveform,the basic principles and characteristics of low-current grounding power systems were presented,verifying the analytical theories of the steady fault and transient fault about single Phase grounding scientific and reasonable.The transient characteristic of single-phase to ground fault is used for the fault line selection and fault distance detection in distribution network. The distribution network simulation model is established for the Neutral Uneffectual Grounded System (NUGS), Various factors, such as different short circuit time, arc-resistances, fault distances, line length and the compensation rates of arc-suppression coil,should be put into over all consideration.The single-phase to ground fault of the NUGS is simulated so as to research the transient characteristics of single-phase to ground fault in distribution network.Through analyzing these transient characteristics such as zero-sequence current and voltage, fault-phase voltage and current, it is concluded that these transient characteristics change with the different short circuit time, arc-resistances, fault distances and the compensation rates of arc-supperession coil, which provide a theory basis to study the fault line selection and fault distance detection for the single-phase to ground fault in distribution network.Key words:non-solidly grounded system;single-phase earth fault;faulty feeder selection;PSCAD/EMTDC simulation;option principle；compensation rate; voltage of fault-phase没有目录？第1章绪论1.1 课题研究的意义电力系统中，配电系统同电力用户的关系最密切，最直接，配电网量大面广，担负着直接为广大用户供电的任务，随着社会经济的发展，人们对电力的需求日益增长，同时对供电质量提出了更高的要求。

Xx学院课程设计说明书设计题目：小电流接地系统单相故障matlab仿真系（部）：机电工程系专业：自动化班级：姓名： x x x学号：20 12 年 12 月 12 日1目录第一章 3 ···············································matlab简介······第二章 4 ····················小电流接地系统单相故障matlab仿真...........2.1小电流接地系统单相故障特点简介. (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章16·································心得与体会····················参考文献16·······························································2Matlab简介一Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。

小电流接地系统单相接地故障分析与仿真兰州石化公司许志军摘要：本文结合石化厂内部电网中性点接地方式的优化改造，对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的单相接地故障进行了综述，并利用MATLAB软件对两种系统下的单相接地故障进行了仿真，得到了与理论分析相一致的结论，使的单相接地故障的分析更为直观。

关键词：小电流接地系统单相接地故障数值仿真消弧线圈接地中性点电力系统常用的接地方式有两种，即中性点有效接地系统和非有效接地系统，也称为大电流接地系统和小电流接地系统。

对于小电流接地系统，当发生单相接地故障时，只是非故障相对地电压升高√3倍，而线电压维持不变，故不影响三相设备的正常运行，当单相接地电容电流不大时，其所引起的热效应能为电网的各个元件的绝缘所承受，故规程允许电网带接地故障运行1～2小时。

但当接地电流较大时，产生的电弧不易熄灭，易损坏设备绝缘，造成相间短路，或发生间歇性弧光接地，造成弧光接地过电压，持续时间较长时，将对网络中的设备绝缘寿命产生不良影响。

兰州石化公司的6kV系统全部为小电流接地系统，建初因为电力系统较小，中性点全采用了不接地方式，其优点是单相接地电流小，系统带故障能继续运行，但随着公司生产规模的不断扩大，各电力网络也随着变大，单相接地电流增加，发生单相接地时极易引起弧光短路，造成整个电网电压波动，致使各套装置经常停车，设备损坏。

鉴于此，石化厂组织对本厂电力系统中性点运行方式进行了优化改造。

这里结合石化厂改造情况并利用MA TLAB 软件的电力系统仿真工具箱，对6kV电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地两种方式作一简析。

1 中性点不接地系统运行方式及分析1.1中性点不接地系统原理中性点不接地系统属小电流接地系统，图1.1为最简单的中性点不接地系统正常运行时图1.1 中性点不接地系统原理图a：接线简图 b：电流电压相量图电容电流的分布，三相对地集中电容相当于一个对称的星形负荷，其中性点电位与电源中性点电位相等，对地电位为零，故各相对地电压分别为各相的相电压，三相电容中的电流是对称的电容电流I CA，I CB，I CC,分别超前相应的相电压90°,三相对地电容电流之和为零，各相对地电容电流值为I=jU XωC0如图1.2a示，当A相直接接地故障时，A相对地电容被短接，相当于容抗为无穷大，A相对地电容电流为零，A相对地电压也为零，而其它两相对地电压则升高√3倍，其相量关系如图1.2b所示，A相接地后，各相间电压仍然是对称的，各相电压为图1.2 中性点不接地系统单相接地示意图a：接线简图b：电流电压相量图U AD=0U BD=E B-E A=E A exp(-j150°)U CD=E C-E A=E A exp(j150°)非故障相中流向故障点的对地电容电流I CB'=jU BDωC0I CC'=jU CDωC0故障点电流I d=I CB'+I CC'其有效值I d=3U XωC0，为正常运行时相对地电容电流的3倍，相位超前故障点电压U d0 90°，即I d=j3U d0ωC0如图1.3所示，假设系统中有ｍ条线路，每条各相对地电容分别为C１,C２,…,Cｍ,第ｉ条线路发生A相经电阻R接地，其接地电流为整个系统非故障相电容电流之和，故障线路零序电流为非故障线路电容电流之和减去故障线路电容电流。

基于Matlab和PSCAD的小电流接地系统故障仿真实例分析,苗全堂一用Matlab进行的仿真如下：1.用Matlab进行中性点不接地系统的仿真的的主要步骤如下：1.1进行模块连接和相关参数设置图1. 10kV中性点不接地系统仿真模型图2Line1的参数设置图3Load1参数设置图4 三相电压电流模块参数设置图5 故障模块参数设置图6系统的零序电压3U0及每线路始端零序电流3I0的获取方法图7故障点的接地电流获取方法1.2.进行仿真。

采用离散算法，仿真结束时间0.2秒，采样时间1*10-5s,系统在0.04s时，发生A相单相接地。

得出的相关波形如下列图示：图8系统三相对地电压波形图图9系统三相线电压波形图图10 系统零序电压3U0图11 3I01图12 3I03图13 Id1.3.结果分析：在中性点不接地系统中，当发生a相单相金属接地时，故障时间段为（0.04-0.2），A相对地电压变为0，BC相对地电压升高的3倍，但线电压仍保持对称故对负荷没有影响。

在中性点不接地方式下，非故障线路的零序电流为全系统非故障元件对地电容电流总和。

零序电流滞后零序电压90度。

故障线路的的零序电流和非故障线路的零序电流相位差为180度。

2用Matlab进行中性点经消弧线圈接地系统仿真2.1仿真电路及主要结果图14电路结构图图15接地电路Id图16消弧线圈电流IL 2.2结果分析在中性点经消弧线圈接地系统中，当发生a相接地(黄色线)时，故障时间段为（0.02-0.1），这一相直接经过接地点和导线对地电容接地形成短路，如图所示，在故障段非故障Ub、Uc非接地相电压变为原来的3倍（b 紫色线，c蓝色线），故障Ua突变为接近零。

由于消弧线圈的存在，通过接地处的电流是接地电容电流Ic和线圈电感电流Il的相量和，Ic与Il相位相反，在接地点相互补偿。

本系统采用了略过补偿，使流过接地短路电流的电流不超过就会使接地电流减小到小于发生电弧的最小生弧电流，电弧就不会产生，也就不会产生间歇过电压。

基于Matlab的小电流接地系统建模与仿真
白利华;王晓岩
【期刊名称】《科学之友》
【年(卷),期】2007(000)020
【摘要】介绍了Matlab/Simulink的基木特点及应用,利用MATLAB仿真平台对小电流接地系统进行建模与仿真,并通过在不同条件下的仿真结果,分析验证所建模型的准确性与可信度.
【总页数】2页(P31-32)
【作者】白利华;王晓岩
【作者单位】太原供电分公司,山西,太原,030032;太原供电分公司,山西,太
原,030032
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
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Xx学院课程设计说明书设计题目：小电流接地系统单相故障matlab仿真系（部）：机电工程系专业：自动化班级：姓名： x x x 学号：20 12 年 12 月 12 日目录第一章matlab简介 (3)第二章小电流接地系统单相故障matlab仿真 (4)2.1小电流接地系统单相故障特点简介 (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章心得与体会 (16)参考文献 (16)一Matlab简介Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。

目前matlab已成为国际认可的最优秀的科技应用软件之一。

在大学里，他是用于初等和高等数学、自然科学和工程学的标准数学工具；在工业界，他是一个高效的研究、开发和分析的工具。

随着科技的发展，许多优秀的工程师不断的对matlab进行了完善，使其从一个简单的矩阵分析软件逐渐发展成为一个具有极高通用性，并带有众多实用工具的运算操作平台。

Simulink是matlab提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包，是基于框图的仿真平台。

Simulink挂接在matlab环境上，以matlab的强大计算功能为基础，利用直观的模块框图进行仿真和计算。

Simulink提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大的方便。

在simulink平台上拖拽和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模块框图，并对模型进行仿真。

在simulink平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在matlab窗口使用matlab命令和函数仿真时，需要熟悉大量的M函数的麻烦，对广大工程技术人员来说，这无疑就是一个福音。

随着matlab的不断升级，simulink的版本也在不断的升级，从1993年的matlab4.0/simulink1.0版到2001年的matlab6.1/simulink4.1版、2002年的matlab6.5/simulink5.0版，现在的最常用的版本就是matlab7.0/simulink6.0 Simulink最初是为仿真控制系统而建立的工具箱，在使用中容易编程、容易扩展，并且可以解决在使用matlab过程中遇到的非线性、变系数等问题。

基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真分析作者：王军来源：《中国科技纵横》2014年第23期【摘要】小电流接地系统单相接地故障选线问题为多年来困扰配电网运行的难题。

90年代初掀起了“小电流接地选线技术”的应用高潮，有80%～90%的厂家选线装置因选线效果不佳退出了生产，而选线失败的原因并无定论，这说明智能选线研究工作仍任重而道远。

【关键词】小电流接地系统 ;单相接地故障 ;选线 ;仿真随着计算机技术的发展和利用，特别是各类数学科技软件的出现与不断完善，虽然对电力系统本身客观规律的认识几十年并没有什么变化，但是电力系统的分析却面目一新，使得数学表达的形式、数学模型建立的方法、相应的计算处理方法等方面发生了很大变化。

大型复杂电网分析的主要数学工具是线性代数中的矩阵分析和线性方程求解。

在众多的数学软件中，目前电力系统分析常用的主要有EMTP和PSASP。

METP侧重于电力系统的电磁暂态过程分析，PSAPS侧重于系统的机电暂态过程分析。

因此本文选择了Matalb6.5作为仿真软件。

利用该系统的强大功能，建立统一的仿真模型，设置一致的仿真参数，对小电流接地系统单相接地故障进行离线仿真分析。

基于Matlab中Simulink仿真平台从线路长度不同、架空线与电缆线路不同这两方面设计了一个三回路的简单仿真模型，并进行仿真。

虽然这样简单的系统可以简单的研究一些问题，但与实际中具有复杂接线方式、大量回路、众多种类电气设备的实际系统相差的很远，复杂的环境因素也未考虑。

而这些因素对实际的结果都有影响，所以真正比较精确、全面的结果还有待研究。

通过应用Matlab软件的simulink仿真工具包，建立了一个小电流接地系统的多回路仿真模型。

采用相同的设置参数，对零序电流比幅法、零序功率方向法、五次谐波分量法、三种选线方法进行了仿真分析。

1 采用零序电流比幅法选线进行Matlab仿真1.1 多线路架空线仿真在0s～0.20s期间，3回路长度分别为20km，24km，26km的架空线路上，第1条线路（20km）上距始端10km处于0.05s发生A相单相接地短路，过渡电阻为100Ω。

Xx学院课程设计说明书设计题目：小电流接地系统单相故障matlab仿真系（部）：机电工程系专业：自动化班级：姓名： x x x学号：20 12 年 12 月 12 日1目录第一章 3 ···············································matlab简介······第二章 4 ····················小电流接地系统单相故障matlab仿真...........2.1小电流接地系统单相故障特点简介. (4)2.2 小电流接地系统的仿真模型构建 (5)2.3 仿真结果及分析 (11)第三章16·································心得与体会····················参考文献16·······························································2Matlab简介一Matlab是由英文单词matri和laboratory的前3个字母组成。

基于MATLAB的新能源电站小电流接地系统故障仿真分析新能源电站越来越受到人们的重视，因为其使用可再生能源，减少了对环境的污染。

但是，在电站运行中，小电流接地系统故障是一个常见的问题，如果不及时解决，可能会导致电力系统的中断或损坏。

因此，对于新能源电站小电流接地系统的故障仿真分析就显得尤为重要。

MATLAB是一款功能强大的数学计算软件，其独特的仿真分析功能可以帮助我们解决这个问题。

下面将对使用MATLAB进行新能源电站小电流接地系统故障仿真分析的步骤进行详细介绍：1.系统模型建立：首先，需要建立小电流接地系统的数学模型。

可以根据电力系统的物理特性以及电路原理，利用MATLAB的建模工具生成电力系统的节点、支路和电抗等参数，搭建出电站的电力系统模型。

2.故障注入：接着，需要对系统进行故障注入。

例如，可以向系统节点注入一个小电流接地故障，模拟电力系统中的实际故障情况。

同时，需要设置故障的持续时间和故障位置等参数。

3.故障仿真分析：在故障注入后，可以通过MATLAB的仿真工具对系统进行仿真分析。

仿真可以得到电力系统在故障发生时的电流、电压等参数的变化情况。

通过观察仿真结果，可以判断电力系统的最大短路电流、设备的过载情况等。

4.故障定位：根据仿真分析结果，可以定位故障发生的位置。

通过查看故障发生时的电流和电压波形，可以定位到具体的节点或支路。

5.故障处理：最后，根据故障的定位结果，可以制定相应的故障处理措施。

例如，可以使用隔离设备将故障节点或支路隔离，消除故障并保证电力系统的正常运行。

总之，基于MATLAB的新能源电站小电流接地系统故障仿真分析是一种有效的方法，可以通过建立系统模型、注入故障、进行仿真分析和定位故障，来找到故障并制定相应的处理措施。

通过这种分析，可以帮助电力系统维护人员及时解决故障，保证电力系统的正常运行。

基于Matlab的小电流接地选线技术仿真研究陈珊【摘要】介绍了小电流接地系统几种接线方式,论述了目前小电流接地系统故障选线技术的工作原理,搭建了基于Matlab仿真软件的10kV小电流接地系统,并对该模型进行单相接地故障仿真,仿真结果表明,该模型能有效地反映10kV中性点非有效接地系统单相接地故障的特征量,为小电流选线技术的研究提供一种有效的参考材料.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2015(053)005【总页数】5页(P73-76,104)【关键词】Matlab仿真;小电流接地;故障选线;电力系统【作者】陈珊【作者单位】国网新邵县供电公司,湖南新邵422900【正文语种】中文【中图分类】TM71在我国电网中性点接地方式分类有多种，其中最常用的一种是根据电网发生单相接地短路时流经短路点电流大小分为大电流接地系统与小电流接地系统，大电流接地系统中又可分为中性点直接接地系统和中性点经小电阻接地系统等。

小电流接地系统分为中性点不接地系统，中性点经高阻接地系统以及中性点经消弧线圈接地系统[1-2]。

在我国，35kV及以下配电系统一般采用小电流接地系统运行，其最常见的故障形式是单相接地故障，约占配网全部故障的70%。

当小电流接地系统发生单相接地故障，由于流过故障点的短路电流小，三相间线电压仍然对称，因此对负荷供电影响不大，所以允许系统带故障运行一段时间。

但是非故障相的相电压升高到原来的倍，若长时间运行，可能会使故障扩大成两点或者多点接地，此外当发生弧光间歇性接地，由于中性点没有电荷释放通路，导致暂态过电压[3-4]。

因此当系统发生单相接地故障时应尽快确定故障线路，消除故障。

多年的运行情况表明，目前的小电流接地选线装置的技术和原理尚不成熟，不能很好地选出故障线路，电力工作人员大多数情况只能依靠逐一拉合线路的方式寻找故障线路，所以对小电流接地系统单相接地故障进行深入研究具有重要的意义。

2.1 中性点不接地系统图1所示为中性点不接地系统，当系统发生单相接地故障后，由于中性点N不接地，因此没有短路电流通路，三相线路仍然流过正常的负荷电流，线电压仍然对称，系统可以运行一段时间，然而非故障相相电压上升为线电压，会对电气设备绝缘造成威胁，所以系统不能长期运行，在此期间应尽快的查明并排除故障，或者进行倒负荷操作。

基于PSCAD仿真的配电网小电流接地系统建模摘要：本文主要介绍了利用PSCAD/EMTDC仿真软件提供的电力仿真模块构建10kV馈线及负荷系统，对系统进行仿真试验，得到发生单相接地时线路的电流波形，并给出零序电压、电流、功率的仿真测量方法，为故障选线的研究作铺垫。

关键词：小电流接地系统；单相接地；建模；仿真0 引言在我国10kV配电网中，广泛采用的是非有效接地系统，当发生单相接地故障时由于不能构成低阻抗的短路回路,接地短路电流很小,故此种系统也称为小电流接地系统[1]。

由于其稳态故障电流幅值较小，因此故障无法轻易的检测与判定，所以给故障选线增加了不少难度[2]。

伴随国家经济的迅速增长以及电网规模不断扩大，用户对供电可靠性的需求也越来越高，因此，对非有效接地系统接地故障的研究显得尤为重要。

本文利用PSCAD构建10kV馈线及负荷系统，建立单相接地故障的仿真模型。

1 配电网小电流接地系统的建立配电网仿真系统模型原理图如图1（a），一条110kV母线经一个110kV/10kV 的变电站到10kV母线，变电站低压侧有六条馈线，这些馈线当中两条是架空线，一条是电缆，另外三条是混连线路，Z型变压器中性点经彼得逊线圈串上一个等效电阻再接地。

图1（b）为利用PSCAD软件所建立10kV配电网模型。

(a)实际模型(b)PSCAD仿真模型图1 10kV配电网模型2 系统参数介绍2.1 线路参数通过计算架空线路与电缆线路参数，可以获得系统零序电容总。

2.2 彼得逊线圈参数通过系统零序等值电路可知，中性点经彼得逊线圈接地时，有三种补偿方式，实际工作中，通常为过补偿，补偿系数一般取到1.05。

要精确地取到1.05，先要计算出全补偿时彼得逊线圈的值。

当处在全补偿状态，流经短路点的容性电流与感性电流相等，即，从中可以得出式中：为电网工频50Hz，为彼得逊线圈零序电感。

系统中性点的彼得逊线圈通过零序电流时，设彼得逊线圈的阻抗为上将通过三倍的零序电流，并产生相应的电势差，由于实际线路和等效电路的中性点对地的电势差相同，所以在等效电路中，彼得逊线圈阻抗取为，即实际的电感L应该为零序等值电路中电感的，代入数据计算得到。