PSCAD的电力系统仿真大作业

电力系统分析课程报告姓名 *******

学院自动化与电气工程学院

专业控制科学与工程

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指导老师 *******

二〇一六年五月十三

一、同步发电机三相短路仿真

1、仿真模型的建立

选取三相同步发电机模型，以三相视图表示。励磁电压和原动机输入转矩Ef 与Tm均为定常值，且发电机空载。当运行至时，发电机发生三相短路故障。同步发电机三相短路实验仿真模型如图1所示。

图1 同步发电机三相短路实验仿真模型

2、发电机参数对仿真结果的影响及分析

衰减时间常数Ta对于直流分量的影响

三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路的电阻和等值电感决定（大约）。pscad同步发电机模型衰减时间常数Ta对应位置如图3所示（当前Ta=）。

图3 同步发电机模型参数Ta对应位置

1）Ta=时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图4所示。

图4 Ta=发生短路If波形

2）Ta=时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图5所示。

图5 Ta=发生短路If波形

短路时刻的不同对短路电流的影响

由于短路电流的直流分量起始值越大，短路电流瞬时值就越大，而直流分量的起始值于短路时刻的电流相位有关，即直流分量是由于短路后电流不能突变而产生的。

Pscad模型中对短路时刻的设置如图6所示

图6 Pscad对于短路时刻的设置

1）当在t=时发生三相短路，三相短路电流波形如图7所示。

图7 t=时三相短路电流波形

2）当在t=时发生三相短路，三相短路电流波形如图8所示。

图8 t=6时三相短路电流波形

Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响

1) Xd的影响

Pscad中对于Xd的设置如图9所示：

图9 Pscad对于D轴同步电抗Xd的设置

下面验证不同Xd时A相短路电流的稳定值。

i.Xd=（标幺制，下同）时，仿真波形如图10所示

图10 Xd=时A相短路电流波形

ii.Xd=10时，仿真波形如图11所示

图11 Xd=时A相短路电流波形

2）Xd`的影响

在Pscad中暂态电抗Xd`的设置如图13所示：

图13 Pscad对于暂态电抗Xd的设置

下面验证不同Xd`时A相短路电流的暂态过程。

i.Xd`=时A相短路电流的波形如图14所示：

图14 Xd`=时A相短路电流波形

ii.Xd`=1时A相短路电流的波形如图15所示：

图15 Xd``=1时A相短路电流波形

3）Xd``的影响

这里次暂态电抗Xd``与暂态电抗Xd`相似，Xd``影响的是短路后的次暂态过程。

在Pscad中次暂态电抗Xd``的设置如图16所示：

图16 Pscad对于次暂态电抗Xd``的设置

下面验证不同Xd``时A相短路电流的暂态过程。

i.Xd``=时A相短路电流的波形如图17所示：

图17 Xd``=时A相短路电流波形

ii.Xd``=时A相短路电流的波形如图18所示：

图18 Xd``=时A相短路电流波形

Td`、Td``对短路电流的影响

在Pscad中衰减时间常数的设置如图19所示：

图19 Pscad对于衰减时间常数的设置

1）下面验证不同Td`时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。

i.Td`=时短路励磁电流的波形如图20所示

图20 Td`=时短路励磁电流的波形

ii.Td`=时短路励磁电流的波形如图21所示

图21 Td`=时短路励磁电流的波形

2）下面验证不同Td``时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。

i.Td``=时短路励磁电流的波形如图22所示

图22 Td``=时短路励磁电流的波形

ii.Td``=时短路励磁电流的波形如图23所示

图23 Td``=时短路励磁电流的波形

二、简单电力网络的线路故障仿真

1、仿真模型的建立

仿真模型预览图

根据题目要求，建立如图24所示的仿真模型。

图24 简单电力网络仿真模型

i.三相电源参数、输电线路（π型等值电路）参数对应在仿真模型中的设置位

置如图25（a）（b）所示。

图25（a）电源参数设置位置

注：题目要求中两侧电源电势夹角为15°，即两侧Phase值相差15°。

图25（b）π型等值电路参数设置位置

ii.变压器参数设置如图26所示，变压器采用星三角连接且不接地，零序电流不流通。

图26 变压器模型参数设置位置

2、输出通道的设计

由于题目要求三相电压电流的瞬时波形和向量图，所以需要设计不同的输出通道。瞬时波形用覆盖图形和分离图形显示(如图27所示）；相量图需要将各相电气量经过FFT模块处理（如图28所示），采用其幅值相位模式，用处理完成后的基波表示（如图29所示），用向量仪显示效果（如图30所示）。

图27 瞬时波形显示方式

图28 FFT处理模块

图29 FFT模式选择

图20 相量仪输出幅相特征

3、不同故障类型下的仿真结果

线路发生三相故障

由于是对称故障且系统两侧基本相同，这里只看M侧A相。

故障前幅相特性

故障后幅相特性

线路发生A相接地故障

主要看特殊相A相的电气量变化情况

M侧A相母线电压波形

M侧母线ABC相电流波形

短路点A相电压波形

短路点ABC三相电流波形（故障前重合）。

故障前幅相特性

故障后幅相特性

线路发生BC两相故障

仍然主要看特殊相A的电气量变化

母线M侧A相电压波形

短路点ABC三相电压波形（故障前重合，故障后BC两相电压减小）

短路点ABC三相电流波形

短路前的幅相特性

短路后的幅相特性