基于MATLAB的同步发电机突然三相短路的暂态过程仿真开题报告

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。

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。

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。

谢谢！
二.仿真方法：
1.仿真模型的建立 2.参数设置 3.得出仿真波形
三.对波形进行分析：
1.直流分量分析 2.交流分量分析：交流分量（基频下）的初始值，交流分量 （基频下）的稳态值 3.短路电流的计算 4.冲击电流的计算
小组分工：
（组长）：主持小组会议讨论，参与实验仿真，总 结论文编写。 组员1：制作PPT,参与实验仿真与总结论文编写。 组员2：文献收集与整理，参与实验仿真与总结论文 编写。
当发电机突然短路时，定子各绕组电流将包 含基频分量，倍频分量和直流分量，到达稳 态后，定子电流起始值中的直流分量、倍频 分量将由其起始值衰减至零，其基频分量由 其起始值衰减至相应的稳态值。
本课程设计步骤： 一.数值计算：在已知发电机参数的情况下，利用MATLAB
对突然三相短路后的定子电流ia、转子电流暂态过程表达式 进行数值计算分析
基于MATLAB的同步发电机突然三 相短路的暂短路故障，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。

可方便实现了计算结果的可视化。
２ 同步电机的状态方程
为了方便计算，我们做如下假定：①短路后过程速度仍为同步
速度，即ｐ０＝∞＝蜘；②不计磁路饱和③励磁电压为常数（不考虑调
压器的作用）。在这样的假设下．建立起来的方程是线性的。以ｄｑｏ
坐标系统和ｘ一基值系统表示的三相同步电机（有阻尼绕组）的状
态方程（用标幺值表示）为：
【摘要】 本文从ｄｑＯ坐标系统表示的三相同步电机的状态方程出发，利用Ｍａｔｌａｂ工具并以 一个具体实例详细说明了三相突然短路的仿真步骤并给出分析，而且利用Ｍａｔｌａｂ的ＧＵ］编辑一个人 机界面，可方便仿真各种条件下的短路过程。
【关键词】 同步电机短路 Ｍａｔｌａｂ 仿真
１、Ｓｌ盲
同步电机的突然短路，是电力系统的最严重的故障。虽然短路
引证文献(1条)
1.黎瑜新.刘明明.秦雅 基于LabVIEW软件平台的同步发电机短路电流分析与研究[期刊论文]-装备制造技术
2009(11)
本文链接：/Periodical_fjdn200307015.aspx
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过程所经历的时间是极短的（通常约为０．１～Ｏ．３秒），但电抠短路 电流和转子电流的分析计算。却有着非常重要的意义。为了了保证 发电机、变压器、断路器、互感器等的可靠运行，必须计算短路电流 的最大瞬时值，为了决定继电保护装置的工作条件，需要知道短路
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万方数据
图２仿真界面 在励磁电压不变的前提下，以△Ｕ；（一岫 一岫０ ０ ０】７，以及短路后最初瞬间的电流增量Ａｌｅ＝【０ ０ ０ ０ ０】’ 代人，可解得各绕组电流增量：【△ｂ △ｋ △ｂ △ｉｏ △ｋ】７

开题报告电气工程及其自动化基于MATLAB的电力系统短路计算分析一、课题研究意义及现状本课题主要研究如何应用MATLAB实现电力系统中短路电路的计算分析。

简单故障时指电力系统的某处发生一种故障的情况，简单不对称故障包括单相接地短路、两项短路、两项短路接地、单相断开和两相断开等。

随着电力系统的不断发展，系统电压等级不断提高，规模也越来越大，对系统的安全稳定运行提出了更高的要求。

电力系统发生短路故障会引起系统的大电流和低电压，如果不及时切除会对人身和设备造成极大的危害，严重时甚至会导致整个系统崩溃，因此对电力系统进行暂态分析是十分必要的。

在分析电路过程中，如果电路比较复杂且方程数量多，依靠手工求解相对复杂，费时而且容易出错。

而MATLAB由于其明显的特点，有利于分析计算电路的各种问题，可以通过MATLAB的编程对电路支路上的电源、电流、频率等进行求解。

当电路规模比较大，微分方程阶数多，编程困难是，可以运用Simulink模块对电路进行仿真分析，快速简单而且容易理解。

MATLAB做为当代科学研究者和工程技术人员最为青睐的数值计算平台，能够对电力系统进行故障仿真，并进行分析，就可以从技术上保证电网的安全运行，具有巨大的社会和经济效益。

同时计算机语言技术也在不断发展和成熟，MATLAB作为一种新型的高性能语言，它和传统的程序设计语言相比具有强大的数学运算功能和绘图功能。

Matlab提供的电力系统工具箱可方便迅速地对所研究的电力系统对象进行各种暂态和稳态数字仿真，其方便的图形用户界面设计，模块化的仿真建模方法，避免了大量繁杂的编程，仿真分析结果逼近实际系统行为，是电力系统仿真分析的理想工具。

二、课题研究的主要内容和预期目标本课题主要研究如何应用MATLAB实现三相短路电流的暂态过程，主要内容：1．学习MATLAB语言中的仿真工具Simulink,以及其中的PowerSystem工具箱。

2．研究三相电路中短路电流的计算分析和原理。

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。

《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. Matlab SimPowerSystems Block set is used to build a model of single-machine infinity-bus system and simulate various fault of power system. The results show that the simulation waveform is in line with theoretical analysis and Matlab is a valid tool for the 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.摘要 (2)1 引言 (4)2 电力系统模型 (4)短路产生的原因有很多，主要有以下几个方面： (5)短路的危害 (5)短路故障分析的内容和目的 (6)3 电力系统仿真模型的建立与分析 (6)3.1 电力系统仿真模型 (7)3.2 仿真参数设置 (8)3.3 仿真结果分析 (11)3.3.1A.B.C三相短路 (11)3.3.2 A相接地短路 (14)3.3.3 A,B两相短路 (16)3.3.4 A,B 两相接地短路 (19)4 结论 (22)5 参考文献 (22)6 心得体会 (23)1 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。

MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真题目：同步发电机突然短路的暂态过程仿真专业：电气工程及自动化班级：电气201303姓名：白辉学号：201309611同步发电机突然短路的暂态过程仿真仿真题目：假设有一台有阻尼绕组同步发电机，P N =2000W ，U N 213.8 Kv ，f N 2100z ，x d 1380，x q 1086，x d ′108.0，x d "10803，x q "108.3，r108000，x σf 1083 ，x ∝D 1083，x σq 10800，T d0′10s ，T D 10s ，T q "1384s,若发电机空载，端电压为额定电压，端子突然发生三相短路，且∝010，利用matlab 对突然三相短路后的定子电流进行数值计算基本步骤如下：参数计算:计算各衰减时间常数T a =2x d "x q "ωr(x d "+x q ")12×0.21×0.3150×2π×(0.21+0.31)10836s T q "=x q"x q T q0"10.310.6×1.4s =0870s x αd ′=x ∝x αd x ∝+x αd =0.15×0.850.15+0.85=0.128 x f ′=x σf +x αd ′=0.18+0.128=0.308x D ′=x ∝D +x αd ′=0.10+0.128=0.228T f ′=x f ′x f T d0′=0.3080.18+0.85×5s =1.5s T d ′=x D ′x D T D =0.2280.10+0.85×2s =0.48s σfd f =1−(x αd ′)2x f ′×x D ′=1−0.12820.308×0.228=0.767 q =√1−4σfd f T f ′T d′(T f ′+T d ′)2=√1−4×0.767×1.5×0.48(1.5+0.48)2=0.66 T d "=12×(1−q )(T f ′+T d ′)=12×(1−0.66)(1.5+0.48)s =0.34s T d ′=12×(1+q )(T f ′+T d ′)=12×(1+0.66)(1.5+0.48)s =1.64s 根据公式i a =−E q [0]x d cos (ωt +∝0)−(E q0"x d "−E q [0]′x d ′)exp (−t T q ")cos (ωt +∝0)−(E q [0]′x d ′−E q [0]x d )exp (−t T q )cos (ωt +∝0)−E d0"x q exp (−t T q )sin (ωt +∝0)+V [0]2(1x d "+1x q ")exp (−t T a )cos (δ−∝0)+V [0]2(1x d "−1x q ")exp (−t T a )cos (2ωt +δ+∝0) 由于空载时，将E q[0]=E q[0]′=E q0"=V [0]=1，E d0"10， ∝010，带入公式可得i a =−cos (ωt +∝0)−1.43e −2.97t cos (ωt +∝0)−2.43e 0.608cos (ωt +∝0)+4e −6.3t cos (−∝0)+0.77e −6.43t cos (2ωt +∝0)Watlab 编程实现：N=48;t1=(0:0.02/N:1.00);fai=0*pi/180;Ia=(-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-...2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)+...4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180)+0.77*exp(-6.1*t1).*cos(2*2*50*pi*t1+fai));Ia1=-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-...2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai);Ia2=0.77*exp(-6.3*t1).*cos(2*pi*2*50*t1+fai);Iap=4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180);subplot(4,1,1);plot(t1,Ia);grid on;axis([0 1 -10 10]);ylabel('Ia(p.u.)');subplot(4,1,2);plot(t1,Ia1);grid on;axis([0 1 -10 10]);ylabel('Ia1(p.u.)');subplot(4,1,3);plot(t1,Ia2);grid on;axis([0 1 -1 1]);ylabel('Ia2(p.u.)');subplot(4,1,4);plot(t1,Iap);grid on;axis([0 1 -10 10]);ylabel('Iap(p.u.)');xlabel('t/s');运行以上程序得到突然发生三相短路时的a相定子电流，以及基频分量，倍频分量和非周期分量的波形，并且短路后的冲击电流标幺值为983707。

MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真题目：同步发电机突然短路的暂态过程仿真专业：电气工程及自动化班级：电气201303姓名：白辉学号：201309611同步发电机突然短路的暂态过程仿真仿真题目：假设有一台有阻尼绕组同步发电机，P N =2000W ，U N 213.8 Kv ，f N 2100z ，x d 1380，x q 1086，x d ′108.0，x d "10803，x q "108.3，r108000，x σf 1083 ，x ∝D 1083，x σq 10800，T d0′10s ，T D 10s ，T q "1384s,若发电机空载，端电压为额定电压，端子突然发生三相短路，且∝010，利用matlab 对突然三相短路后的定子电流进行数值计算基本步骤如下：参数计算:计算各衰减时间常数T a =2x d "x q "ωr(x d "+x q ")12×0.21×0.3150×2π×(0.21+0.31)10836s T q "=x q"x q T q0"10.310.6×1.4s =0870s x αd ′=x ∝x αd x ∝+x αd =0.15×0.850.15+0.85=0.128 x f ′=x σf +x αd ′=0.18+0.128=0.308x D ′=x ∝D +x αd ′=0.10+0.128=0.228T f ′=x f ′x f T d0′=0.3080.18+0.85×5s =1.5s T d ′=x D ′x D T D =0.2280.10+0.85×2s =0.48s σfd f =1−(x αd ′)2x f ′×x D ′=1−0.12820.308×0.228=0.767 q =√1−4σfd f T f ′T d′(T f ′+T d ′)2=√1−4×0.767×1.5×0.48(1.5+0.48)2=0.66 T d "=12×(1−q )(T f ′+T d ′)=12×(1−0.66)(1.5+0.48)s =0.34s T d ′=12×(1+q )(T f ′+T d ′)=12×(1+0.66)(1.5+0.48)s =1.64s 根据公式i a =−E q [0]x d cos (ωt +∝0)−(E q0"x d "−E q [0]′x d ′)exp (−t T q ")cos (ωt +∝0)−(E q [0]′x d ′−E q [0]x d )exp (−t T q )cos (ωt +∝0)−E d0"x q exp (−t T q )sin (ωt +∝0)+V [0]2(1x d "+1x q ")exp (−t T a )cos (δ−∝0)+V [0]2(1x d "−1x q ")exp (−t T a )cos (2ωt +δ+∝0) 由于空载时，将E q[0]=E q[0]′=E q0"=V [0]=1，E d0"10， ∝010，带入公式可得i a =−cos (ωt +∝0)−1.43e −2.97t cos (ωt +∝0)−2.43e 0.608cos (ωt +∝0)+4e −6.3t cos (−∝0)+0.77e −6.43t cos (2ωt +∝0)Watlab 编程实现：N=48;t1=(0:0.02/N:1.00);fai=0*pi/180;Ia=(-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-...2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)+...4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180)+0.77*exp(-6.1*t1).*cos(2*2*50*pi*t1+fai));Ia1=-cos(2*pi*50*t1+fai)-1.43*exp(-2.97*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai)-...2.34*exp(-0.608*t1).*cos(2*pi*50*t1+fai);Ia2=0.77*exp(-6.3*t1).*cos(2*pi*2*50*t1+fai);Iap=4*exp(-6.3*t1).*cos(-fai*pi/180);subplot(4,1,1);plot(t1,Ia);grid on;axis([0 1 -10 10]);ylabel('Ia(p.u.)');subplot(4,1,2);plot(t1,Ia1);grid on;axis([0 1 -10 10]);ylabel('Ia1(p.u.)');subplot(4,1,3);plot(t1,Ia2);grid on;axis([0 1 -1 1]);ylabel('Ia2(p.u.)');subplot(4,1,4);plot(t1,Iap);grid on;axis([0 1 -10 10]);ylabel('Iap(p.u.)');xlabel('t/s');运行以上程序得到突然发生三相短路时的a相定子电流，以及基频分量，倍频分量和非周期分量的波形，并且短路后的冲击电流标幺值为983707。

·……………………. ………………. …………………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。

研究生课程论文（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：专业课授课教师：学时：36 学分： 2.0批阅意见：论文题目基于MATLAB的三相短路仿真与分析姓名：学号：年级：专业：电气工程学院：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。

目录绪论 (1)第一章供电系统仿真模型建立 (2)1.1 无穷大功率电源供电系统三相短路的暂态过程 (2)1.2 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 (3)第二章仿真结果及分析 (12)2.1 理论计算过程 (12)2.2 仿真结果 (12)2.3 仿真结果比较 (14)结束语 (15)参考文献 (16)摘要短路问题是电力技术方面的基本问题之一。

在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须要事先进行短路计算和仿真，以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。

为此，掌握短路发生以后的物理过程以及对短路过程的仿真计算方法是非常必要的。

该文借助MATLAB功能搭建了电力系统模型并仿真了其三相短路故障，通过该软件对故障发生后所得数据波形的分析，从而说明了MATLAB在电力系统研究方面是一个有力的辅助工具，掌握其使用方法对电力系统研究具有重要的实际意义。

关键词：MATLAB；电力系统仿真；三相短路故障AbstractShort circuit is one of the basic problems of power technology. In the design and operation of power plants, substations and the entire power system, must be short-circuit calculations and simulations in advance, as a reasonable choice of electrical wiring, the choice has sufficient thermal stability and dynamic stability of the electrical equipment and carrier conductor, identified measures to limit short-circuit current in the power system protection and rational allocation of various important basis for setting its parameters and the like. For this reason, after a short circuit to master physical processes as well as short-circuit the process simulation method is necessary.In this paper,with the aid of MATLAB function to build the electric power system model and simulationof the three phase short circuit fault,through the software of fault happened after the analysis of thedata waveform,thus illustrates the MATLAB in the study of power system is a powerful auxiliary tool,to masterthe use of electric power systems research has important practical significance。

***大学毕业论文(设计)开题报告课题名称:基于MATLAB的电力系统暂态稳定性分析学生姓名：学号：学院：专业、年级：指导教师：职称：毕业论文(设计)起止时间：文献综述摘要：随着电网规模扩大，电网动态特性更加复杂多变，发生由暂态失稳而引发的大停电事故更加频繁，因此加强对电力系统暂态稳定分析的研究具有重要意义。

本文对目前电力系统暂态稳定分析方法的现有研究文献进行了调研和综述。

利用MATLAB电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSystem建立电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，提高电力系统暂态稳定。

关键词：电力系统暂态稳定单机无穷大系统 MATLAB引言：随着三峡电站的投产运行，全国联网、西电东送工程的实施，使得我国电网正朝着大电网、超高压、远距离、交直流并联输电方向快速发展。

电网规模的扩大带来巨大经济效益的同时，也出现了新的技术问题，如：长距离弱联络线并列运行，形成输电瓶颈，降低了系统的稳定裕度，动态特性更加复杂多变。

另外，电力市场竞争机制的引入，使得系统运行动态特性更加不可预测。

同时，电网互联后，受扰动的影响而波及的范围会更广，更易引发大停电事故。

研究表明，诸多大停电事故是由于暂态失稳而引发的。

而目前的暂态稳定紧急控制策略多基于预想事故集而制定的。

缺乏有效的在线稳定分析软件是错失紧急控制时机，从而引发大停电事故的重要原因之一。

因此，加强研究大电网安全稳定性分析具有十分重要的意义。

1. 电力系统暂态稳定及其意义对于某一特定的稳定运行状态，以及对于某一特定的扰动，如果在扰动后系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态，则对此初始状态及此扰动面言，称之为暂态稳定。

电力系统是一个复杂的动态系统，一方面它必须时刻保证必要的电能质量及数量;另一方面它又处于不断的扰动之中，扰动发生的时间、地点、类型、严重性均有随机性，扰动发生后的系统动态过程中一旦发生稳定性问题，系统可能在几秒内发生严重后果，造成极大的经济损失和社会影响。