电力系统仿真

如图所示为一无穷大功率供电的三相对称系统，短路发生前系统处于稳定运行状态。假设a 相电流为)sin(i |0|0ϕαω-+=t (1-1)

式中，

2

22|0|m )'()'(L L R R U I m

+++=

ω,)

'()'(arct an

R R L L ++=ωϕ

假设t=0s 时刻，f 点发生三相短路故障。此时电路被分成俩个独立回路。由无限大电源供电的三相电路，其阻抗由原来的)'()'(L L j R R +++ω突然减小为L j R ω+。由于短路后的电路仍然是三相对称的，依据对称关系可以得到a 、b 、c 相短路全电流的表达式

[]a

T t

m m m e

I I t I ----+-+=)sin()sin()sin(i |0||0|a ϕαϕαϕαω

[

]

α

ϕαϕαϕαωT t m e

I I t I -

-----+--+=)120sin()120sin()120sin(i m |0||0|m b 。

。。

[

]

α

ϕαϕαααωT t m m m c e

I I t I -

-+--++-++=)120sin()120sin()120sin(i |0||0|。

。。

式中，

2

2m )(L R U I m ω+=

为短路电流的稳态分量的幅值。

短路电流最大可能瞬时值称为短路电流的冲击值，以m i 表示。冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体在短路电流下的受力是否超过容许值，即所谓的动稳定度。由此可得冲击电流的计算式为

m m 01.001

.0m )e

1(i I K I e

I I im T T m m =+=+≈α

α

式中，im K 称为冲击系数，即冲击电流值对于短路电流周期性分量幅值的倍数；αT 为时间常数。

短路电流的最大有效值m I 是以最大瞬时值发生的时刻（即发生短路经历约半个周期）为中心的短路电流有效值。在发生最大冲击电流的情况下，有

22

2m 2

1(21)1(m 2）

-+=

-+=

im I im I im K K I I m

短路电流的最大有效值主要用于检验开关电器等设备切断短路电流的能力。

无穷大功率电源供电系统仿真模型构建

假设无穷大功率电源供电系统如图所示，在0.02s 时刻变压器低压母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。线路参数为

;km 17.0,km 4.0,5011Ω=Ω==r x km L 变压器额定容量A MW S N ⋅=20，电压

U s %=10.5，短路损耗KW P s 135=∆,空载损耗KW P 220=∆，空载电流I 0%=0.8，变比

11110=T K ，高低压绕组均为Y 形联结；并设供点电压为110KV 。其对应的Simulink 仿真

模型如图所示

无穷大功率电源10000MV.A，110KVsource SimpowerSysterm/Eletrical Source

无穷大功率电源供电系统的Simulink仿真图

在Simulink仿真图中各模块名称及提取路径见表。

表仿真电路中各模块名称及提取路径

在图中，电源采用Three-phase source 模型，其参数设置如图所示

图 电源模块的参数设置

变压器T 采用Three-phase transformer 模型。根据给定的数据，并折算到110KV 测的参数如下：

变压器电阻为

Ω=Ω⨯⨯=⨯∆=08.41020000

1101351032

23

22

s N N T S U P R 变压器电抗为

Ω=Ω⨯⨯⨯=⨯⨯=53.631020000

1001105.1010100%323

2N N S T S U U X

三相并联RLC 负荷模块5MW

SimpowerSysterm/Elements 串联RLC 支路Three-PhaseSeries RLC Branch

SimpowerSysterm/Elements

双绕组变压器模块Three-PhaseTransformer(Two Windings)

SimpowerSysterm/Elements 三相故障模块Three-Phase Fault

SimpowerSysterm/Elements

三相电压电流测量模块Three-Phase V-I Measurement SimpowerSysterm/Measurement

示波器模块

SimpowerSysterm/Sinks 电力系统图形用户截面Powergui

SimpowerSysterm

则变压器漏感：

H H X L T T 202.050

14.3253

.63)f 2=⨯⨯==π（

变压器的励磁电阻为

Ω⨯=Ω⨯=⨯∆=5323

02m 105.51022

11010P U R N

变压器的励磁电抗为

Ω=Ω⨯⨯⨯=⨯=756251020000

8.011010010%100323

02m N N S I U X

变压器的励磁电感为

H H f X L m

8.24050

14.3275625

)

2(m =⨯⨯=

=

π变压器模块中的参数设置如图所示

输电线路L 采用“Three-Phase Series RLC Branch ”模型。根据给定的参数计算可得

Ω=Ω⨯=⨯=5.85017.0r 1l R L

H H X L l X L

L L 064.050

14.3220

f

220504.0x 1=⨯⨯=

=Ω=Ω⨯=⨯=π，

输电线路模块的参数设置如图所示。