基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究

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。

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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。

MATLAB实验：同步发电机单相短路暂
态过程仿真
简介
本实验旨在使用MATLAB进行同步发电机单相短路暂态过程
的仿真。

通过该仿真可以了解同步发电机在短路故障时的暂态过程，包括电流波形、电磁转矩等重要参数的变化情况。

实验步骤
1. 确定短路点
首先需要确定同步发电机中的短路点，即将设备的两个绕组短
接在一起。

这可以通过设定变压器绕组的连接方式来实现。

2. 设置初始条件
为了进行仿真，需要设置同步发电机的初始条件，包括电压、
频率、转速等参数。

这些参数可以根据实际情况进行设定。

3. 进行仿真计算
使用MATLAB的仿真工具，按照设定的初始条件进行仿真计算。

可以通过解微分方程的方式，得到同步发电机在短路故障下的各项参数变化情况。

4. 分析仿真结果
分析仿真结果，观察同步发电机在短路故障下的电流波形、电磁转矩等参数的变化情况。

可以通过图表、曲线等方式进行展示和比较。

实验结果
通过仿真计算，我们可以得到同步发电机在短路故障下的各项参数变化情况。

根据实验结果，可以对同步发电机在短路故障下的暂态过程进行评估和改进。

结论
通过本实验的仿真计算，我们可以深入了解同步发电机在短路故障下的暂态过程。

这有助于我们更好地理解同步发电机的工作原理，并对其性能进行优化和改进。

以上就是MATLAB实验：同步发电机单相短路暂态过程仿真的文档内容。

希望对您有所帮助！。

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。

MATLAB实验：同步发电机三相短路响
应过程仿真
简介
本实验通过使用MATLAB软件对同步发电机的三相短路响应过程进行仿真。

同步发电机是发电厂中常见的发电设备，了解其短路响应过程对于保证电网的稳定性很重要。

实验过程
1. 确定同步发电机的参数，包括额定功率、额定电压、额定频率、定子、转子等参数。

2. 通过在MATLAB中建立电力系统模型，将同步发电机和其他电网元件（例如传输线、发电机组）连接起来。

3. 设计相应的控制策略，实现短路故障的切除、保护与恢复。

4. 运行仿真程序，模拟同步发电机在发生三相短路故障时的响应过程。

5. 分析仿真结果，包括电流、电压、转速等参数的变化情况，以及系统的稳定性和安全性。

实验目标
通过进行该实验，我们可以了解同步发电机在发生三相短路故障时的响应过程，包括电流和电压的变化情况。

这有助于我们更好地了解电力系统的稳定性和安全性，并为实际电力系统中的故障分析和保护设计提供参考。

结论
通过对同步发电机三相短路响应过程的仿真实验，我们可以获得电流和电压的变化情况，并进一步分析电力系统的稳定性和安全性。

这对于电力系统的运行和维护至关重要，有助于提高电网的可靠性和安全性。

【注意】本文档中的内容仅供参考，详细的实验步骤和具体参数需根据实际情况进行确定和调整。

电⽓论⽂基于MATLAB的电⼒系统短路故障仿真于分析《电⼒系统建模及仿真课程设计》总结报告题⽬：基于MATLAB的电⼒系统短路故障仿真于分析姓名某某某学号200x0417xxx院系⾃机学院班级 0x级电⽓x班指导教师某某莫摘要：本次课程设计是结合《电⼒系统分析》的理论教学进⾏的⼀个实践课程。

电⼒系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以⽤来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电⼒系统继电保护的⼀个重要分析量。

运⽤Matlab 电⼒系统仿真程序SimPowerSystems⼯具箱构建设计要求所给的电⼒系统模型，并在此基础上对电⼒系统多中故障进⾏仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明⽤Matlab对电⼒系统故障分析的有效性。

实际中⽆法对故障进⾏实验，所以进⾏仿真实验可达到效果。

关键词：电⼒系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystemsAbstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect.Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems⽬录⼀、引⾔............................................ - 3 -1、故障概述 (3)2、故障类型 (3)⼆、电⼒系统模型 .................................... - 4 -三、电⼒系统仿真模型的建⽴与分析..................... - 4 -3.1电⼒系统仿真模型 (5)3.2仿真参数设置 (6)3.3仿真结果分析 (8)3.3.1正常运⾏分析................................ - 8 -3.3.2单相接地短路故障分析........................ - 9 -3.3.3两相短路故障分析........................... - 12 -3.3.4两相接地短路故障分析....................... - 15 -3.3.5三相短路故障分析........................... - 18 -四、结论........................................... - 21 -五、参考⽂献 ....................................... - 21 -六、⼼得体会 ....................................... - 22 -⼀、引⾔1、故障概述短路是电⼒系统的严重故障。

同步发电机三相短路故障仿真分析摘要：电力系统中，发电机主要采用同步发电机，现代社会中使用的交流电，几乎全部由同步电机产生。

因此，同步电机对生产生活具有十分重要的意义。

本文采用MATLAB 建立同步电机仿真模型，对同步电机三相短路故障进行仿真分析，以便在同步电机运行尽量避免发生故障或在发生故障时能及时作出相应处理措施。

关键词：MATLAB 同步电机短路正序负序1前言同步电机是电力系统的电能供给设施，是电力系统中最重要和最复杂的设备，它的运行状态直接决定电力系统的安全与稳定。

在电力系统运行过程中，如果同步电机发生突然短路，则短路的暂态过程所产生的的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对同步电机本身和整个电力系统都可能产生严重的影响，因此，对同步电机的运行进行仿真及研究就显得尤为重要。

2发电机短路故障理论分析同步发电机的电磁暂态过程是一个很复杂的过程，为此假设同步发电机是理想机，即：(1)电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组也完全对称，在空间上相差为120°。

(2)定子电流在气隙上产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组之间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。

(3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感。

此外，还假设：(1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速不变。

(2)发生短路后励磁电压始终保持不变。

(3)短路发生在电机的出线端口。

突然短路后，定子各相绕组出现的电流，可以根据各相绕组必须维持在短路瞬间的磁链不变的条件来确定。

为此，首先必须研究定子各相绕组磁链的变化规律。

假定短路前电机处于空载状态，短路前空载稳态运行时,转子以的转速旋转，主磁通交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如下式：在t=0(短路时刻)瞬间，各绕组的磁链初值为：由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。

3 仿真模型的建立设计一个只由发电机供电的简单电力网，该系统由一额定功率为500MW，额定电压为156KV的发电机和一负载构成。

目录第一章绪论 (3)1.1超导体闭合回路磁链守恒原理以及同步电机电枢反应原理: 31.2等效阻尼绕组的电流 (4)1.3三相短路计算的简化假设 (5)1.4发生短路故障时可能产生以下后果： (5)第二章Matlab简介 (6)2.1 MATLAB (6)2.2SimPowerSystem介绍 (7)第三章同步发电机突然短路的暂态过程仿真 (7)3.1同步发电机突然三相短路暂态过程简介 (8)3.2同步发电机突然三相短路的暂态过程的数值计算与仿真方法10 第四章有关暂态仿真实验图示 (12)第一章绪论在电源电压的幅值和频率保持恒定的情况下，三相电路发生三项短路的情形。

实际上，发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不变，一般讲，由于发电机转子的惯性较大，在分析短路电流时可以近似地认为转子保持同步转速，即频率保持恒定，但通常应计及发电机的电磁暂态过程。

三项短路虽然很少发生，但情况比較严重，且三相短路时电力系统仍是对称的，称为对称故障，故本次分析三项短路故障。

1.1超导体闭合回路磁链守恒原理以及同步电机电枢反应原理:（1）电机转子在结构上对直轴和交轴完全对称，定子三相绕组完全对称，在空间互差120°电角度。

（2）定子电流在气隙中产生正弦分布的磁动势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。

（3）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。

此外，假设:（1）在暂态过程期间同步发电机转子保持同步转速，即只考虑电磁暂态过程，而不计机械暂态过程。

（2）电机铁芯部分的导磁系数为常数，忽略磁路饱和的影响，在分析中可以应用叠加原理。

（3）发生短路后励磁电压始终保持不变，不考虑短路后发电机端电压降低引起的强行励磁。

（4）短路发生在发电机定子出线端口。

如果短路发生在出线端外，可以把外电路的阻抗合并至定子绕组的电阻和漏抗上，只要定子总回路的电阻交电抗仍小得多，则短路后的物理过程和出线端口短路是一样的。

·……………………. ………………. …………………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。