基于MATLAB的电力系统仿真
基于MATLAB的电力系统短路故障分析与仿真
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。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究
基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究电力系统暂态稳定性研究是电力系统研究领域中的一个重要方向，其中基于MATLAB的仿真方法是一种常用的研究手段。
本文将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究的主要内容和方法。
电力系统暂态稳定性是指电力系统在扰动发生后，恢复稳定运行的能力。
电力系统暂态稳定性的研究可以分为两个方面，即暂态过程研究和稳定性评估。
暂态过程研究主要关注电力系统在扰动发生后的响应过程，包括电压、电流、功率等参数的变化过程。
稳定性评估则是对电力系统暂态稳定性进行定量评估和分析，包括临界动态稳定的最大扰动规模以及稳定裕度等指标。
在进行电力系统暂态稳定性仿真研究时，MATLAB是一个常用的仿真工具。
MATLAB具有强大的数值计算和仿真功能，可以方便地建立电力系统的数学模型，并进行仿真实验。
下面将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究的具体步骤。
首先，需要建立电力系统的数学模型。
电力系统可以通过节点电压和支路功率的代数方程和微分方程进行描述。
电力系统的数学模型可以根据实际系统的特点进行建立，包括发电机模型、负荷模型、传输线模型等。
其次，需要确定仿真的目标和参数。
在进行电力系统暂态稳定性仿真研究时，需要明确仿真的目标和所关注的参数，例如电压的稳定性、功率的变化等。
然后，进行电力系统暂态稳定性仿真实验。
通过MATLAB中的仿真工具，可以输入电力系统的数学模型和参数，进行仿真实验。
仿真实验可以通过改变系统的初始状态和输入参数，观察系统的响应过程和稳定性变化。
最后，进行仿真结果分析和评估。
通过对仿真结果的分析和评估，可以得到电力系统暂态稳定性的定量指标和结论。
仿真结果可以通过绘制波形图、相图等方式进行可视化展示，并进行统计和分析。
总的来说，基于MATLAB的电力系统暂态稳定性仿真研究是一种有效的研究手段，可以帮助研究人员深入了解电力系统暂态过程和稳定性特性。
通过仿真实验，可以评估电力系统的暂态稳定性，指导实际运行和调度，提高电力系统的安全性和稳定性。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析电力系统暂态稳定仿真分析是电力系统运行与控制中的重要内容之一、它通过模拟电力系统的暂态运行过程，分析系统在不同故障条件下的动态响应，评估系统的稳定性，并提供相应的控制与保护策略。
MATLAB作为一种功能强大的数学建模与仿真工具，被广泛应用于电力系统暂态稳定仿真分析中。
下面将分别从模型建立、仿真分析和结果评估三个方面，介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析。
一、模型建立电力系统一般包括发电机、变电站、输电线路、负荷等元件。
在MATLAB中，可以通过建立系统的节点、支路和设备等模型，构建电力系统的仿真模型。
1.节点模型：电力系统的节点通常由发电机、负荷和母线组成。
在MATLAB中，可以通过定义节点的功率平衡方程和节点电压方程，建立节点模型。
2.支路模型：电力系统的支路一般包括输电线路、变压器和同步电动机等。
在MATLAB中，可以通过定义支路的电流-电压特性、阻抗和传输参数等，建立支路模型。
3.设备模型：电力系统的设备主要包括发电机、变压器和负荷等。
在MATLAB中，可以通过定义设备的功率-电流特性、阻抗和传输参数等，建立设备模型。
二、仿真分析建立电力系统的仿真模型后，可以使用MATLAB提供的仿真工具，进行仿真分析。
1.静态稳定分析：通过输入节点的电压和负载条件，计算各节点的电压和功率平衡，评估系统的静态稳定性。
2.动态稳定分析：在系统发生故障或负荷变化时，通过输入相应的故障或负荷变化信号，模拟系统的动态响应，并分析系统的中断时间和振荡特性等。
3.频域分析：通过对系统的输入和输出信号进行频谱分析，研究系统的频率特性和谐波性能，并评估系统的抗扰性能。
三、结果评估完成仿真分析后，需要对结果进行评估和优化。
1.稳定性评估：通过对系统的动态响应进行分析，评估系统在不同故障条件下的稳定性，并确定系统的稳定边界和临界条件。
2.控制与保护优化：根据仿真结果，确定适当的控制与保护策略，提高系统的稳定性和可靠性。
基于matlab的电力系统潮流计算仿真分析
基于matlab的电力系统潮流计算仿真分析本文旨在介绍电力系统潮流计算仿真分析的背景和目的，并简要概述本文的主要内容和结构安排。
潮流计算是电力系统运行中的重要环节，通过计算电力系统中各节点的电压和功率分布情况，可以帮助分析系统的运行状态、调控能力以及潜在的问题。
随着电力系统的规模不断扩大和复杂性的增加，利用计算机进行潮流计算仿真分析已成为一种必要且有效的方法。
而matlab作为一种功能强大的科学计算软件，被广泛应用于电力系统的潮流计算仿真分析。
本研究的目的是基于matlab，开展电力系统潮流计算仿真分析，以探究系统运行状态、发现潜在的问题，并提出相应的优化方案。
通过仿真分析，可以评估系统的稳定性、安全性和可靠性，为电力系统运行与规划提供重要的参考依据。
本文主要包括以下内容：研究背景和意义：介绍电力系统潮流计算仿真分析的背景和其在电力系统运行中的重要性。
相关理论与方法：介绍电力系统潮流计算的基本理论和常用的计算方法，以及matlab在电力系统仿真中的应用。
模型构建与数据处理：详细阐述潮流计算仿真中的模型构建过程，以及对系统数据的处理和准备。
仿真结果与分析：展示仿真计算得到的结果，并进行相应的分析和讨论。
优化方案提出与评估：根据仿真结果，提出相应的优化方案，并进行评估和比较。
结论与展望：总结全文的研究内容和结论，并展望未来进一步的研究方向。
通过本文的研究和分析，我们将深入了解电力系统潮流计算仿真分析的原理和方法，为电力系统的优化和运行提供有效的技术支持。
本部分将介绍电力系统的组成，包括发电机组、输电网和配电网等，以及相关概念和术语，为后续的潮流计算仿真分析奠定基础。
潮流计算是电力系统中重要的分析方法，用于计算系统中各节点的电压幅值和相角，以及线路和设备的功率潮流分布。
潮流计算的基本原理是建立节点潮流方程和数学模型，通过求解这些方程来得到系统的潮流状态。
节点潮流方程节点潮流方程描述了电力系统中各节点的电压和功率之间的关系。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析电力系统暂态稳定性是指电力系统在受到外界扰动（如短路、负荷变动等）后，能够恢复到稳定状态的能力。
暂态稳定性分析是电力系统中的重要问题，对保证系统的可靠运行、发电厂和输电线路的设计、运行及调度具有重要意义。
本文将介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析。
电力系统暂态稳定仿真分析主要包括以下几个方面：模型搭建、参数设置、模拟计算和结果分析。
具体步骤如下：第一步是模型搭建。
在MATLAB环境下，可以用Simulink工具箱搭建电力系统暂态稳定性仿真模型。
模型的构建包括发电机模型、输电线路模型、负荷模型和控制系统模型等。
发电机模型可以使用标准的仿真模型，包括短路电流，力电耦合和励磁系统等。
输电线路的模型通常采用电感电阻模型或者传输线模型。
负荷模型可以根据实际情况选择恒定功率负荷模型、电流负荷模型或者动态负荷模型。
控制系统模型包括发电机的励磁系统、调速系统和电压控制系统等。
第二步是参数设置。
参数设置是电力系统暂态稳定仿真分析的关键步骤。
参数设置涉及到发电机的参数、负荷的参数、线路的参数和控制系统的参数等。
发电机的参数可以从发电机的技术特性曲线上获取，负荷的参数可以从实际负荷曲线上获取，线路的参数可以通过实际测量或者使用经验公式计算得到，控制系统的参数可以通过设计或者仿真实验确定。
第三步是模拟计算。
模拟计算是通过对电力系统暂态稳定性模型进行仿真分析，获得系统在不同工况下的动态响应。
在MATLAB中，可以通过设置初始条件、加载扰动和执行仿真命令来进行模拟计算。
仿真计算应该考虑各种可能的故障和不同工况下的动态稳定性。
第四步是结果分析。
根据仿真计算的结果，可以对电力系统的暂态稳定性进行分析。
分析包括评估系统的稳定性指标，如暂态稳定极限、动态损耗和电压稳定性等；分析系统中关键元件（如发电机、线路）的动态行为；确定故障发生后的系统恢复时间等。
总而言之，基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析可以帮助电力系统设计和运营人员评估系统的暂态稳定性，预测电力系统在受到扰动后的动态响应，为系统的稳定运行提供理论依据。
基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析
MATLAB电气应用训练课程MATLAB电气应用训练题目基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析院系电气信息工程学院电气工程系专业班级学生姓名学生学号指导教师2014年3月07日目录1任务和要求 (1)2总体方案设计与选择 (1)2.1题目剖析及分析 (1)2.2暂态稳定仿真流程 (2)3单机—无穷大暂态稳定仿真分析 (2)3.1复杂电力系统暂态稳定性分析 (2)3.2单机—无穷大系统原理 (3)4Simulink下SimPowerSystem模型应用 (4)4.1 Simulink仿真模型仿真模型的搭建 (4)4.2各种提高暂态稳定性措施的运行效果仿真 (6)5设计总结 (8)参考文献 (10)1任务和要求(1)任务：本次仿真以单机—无穷大系统或两极系统为对象进行仿真。
分析了运行故障对稳态的干扰，对实际电力系统暂态稳定具有参考价值，仿真实践表明，MATLAB 是电力系统机电暂态稳定分析的有力工具。
(2)基本要求➢Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建。
➢系统故障仿真测试分析。
➢通过实例说明，若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测。
2总体方案设计与选择2.1题目剖析及分析随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题依据电网用电供电系统电路模型要求，因此，论文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网在其可能遇到的多种故障方面运行的需要。
论文以MATLAB R2009a电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，实验得到了在该系统发生各种短路接地故障并由断路器自动跳闸隔离故障的仿真结果。
基于MATLAB的电力系统仿真讲解
基于MATLAB的电力系统仿真摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。
另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人民的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响的人们的日常生活。
随着电力系统的飞速发展和电网的日益扩大以及自动化程度的不断提高，电力系统中许多计算和控制问题日益复杂，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。
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，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况,从而有效了解电力系统概况。
本文根据电力系统的特点，利用MA TLAB的动态仿真软件Simulink搭建了含发电机、变压器、输电线路、无穷大电源等的系统的仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。
通过仿真结果说明MA TIAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。
关键词：电力系统；三相短路；故障分析；matlab仿真Electric Power System Simulation Base on MATLABAbstract：Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and long-distance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the various new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems’ delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, city-centered regional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system’laod centers is growing faster and faster, and long-distance and heavy-duty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in people’s lives and work, power system and stable operation of a direct impact on the people’s daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many computing and control of the power system increasingly complex issues, it is impossioble to take a directThis paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of three-phase short-circuit fault which happen in the main power-supply line and the fault automatic tripping isolation by the three-phase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.Key words: Power system ；Three-phase short-circuit ；Fault analysis ；MATLAB simulation第一章绪论1.1 我国电力系统情况简介电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。
基于MATLAB的电力系统继电保护仿真研究
高 ．效 率 低 ，灵 活 性 和 通 用 性 差 。 电 力 系 统 继 电 保
护 数 字 仿 真 是 利 用 计 算 机 软 件 仿 真 电 力 系 统 故 障 情 况 下 电 气 量 变 化 的 特 征 ． 模 拟 继 电 保 护 装 置 处 理 和 动 作 的 过 程 ． 具 有 安 全 、经 济 、可 重 复 、不 受 环 境 限 制 、 研 究 开 发 周 期 短 、效 率 高 等 优 点 ｆ 通 过 对 各 ｌ Ｉ 。 种 不 同继 电 保 护 技 术 的 仿 真 ．可 使 研 究 者 形 象 地 观 察 到 电 力 系 统 从 正 常 状 态 到 发 生 故 障 期 问 电 气 量 的 变 化 情 况 以 及 继 电 保 护 装 置 中 每 一 部 分 处 理 和 动 作
摘 要 ：基 于 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ的 仿 真 技术 可 以辅 助 继 电 保 护 系 统 的 分 析 和 设 计 ，针 对 电 力 系 统 继 电保 护 领 域 的核 心 内容
．
构 建 了系 统 仿 真 模 型 ，举例 说 明 了 电力 系 统 故 障 、零 序 电流 保 护 和变 压器 纵 差 保 护 等 仿 真 实 例 的 实 现 方 案 。在 运 行
行 继 电保 护 模 拟 实 验 ．传 统 的 继 电 保 护 实 验 是 存 真
实 的 物 理 模 型 上 进 行 的 ． 实 验 系 统 复 杂 ，实 验 成 本 实 例 的 实 现 方
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《电力系统设计》报告题目: 基于MATLAB的电力系统仿
学院：电子信息与电气工程学院
班级: 13级电气 1 班
姓名:田震
学号:
日期：2015年12月6日
基于MATLAB的电力系统仿真
摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来
越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。
另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。
从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。
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，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。
本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。
通过仿真结果说明MATLAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。
关键词：电力系统；三相短路；故障分析；MATLAB仿真
目录
一．前言..............................................
二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建...............
1.总电路图的设计......................................
2.各个元件的参数设定..................................
供电模块的参数设定................................
变压器模块的参数设置..............................
输电线路模块的参数设置............................
三相电压电流测量模块..............................
三相线路故障模块参数设置..........................
三相并联RLC负荷模块参数设置......................
3.仿真结果............................................ 一．前言：电力系统故障分析主要是研究电力系统中由于故障所引起的电磁暂态过程，
搞清楚暂态发生的原因、发展过程及后果，从而为防止电力系统故障、减小故障损失提供必要的理论知识。
电力系统可能发生的故障类别比较多，一般可分为简单故障和复合故障。
简单故障指的是电力系统正常运行时某一处发生短路或断相故障，而复合故障则是指两个或两个以上简单故障组合。
在这些故障中，三相短路故障是电力系统中危害最严重的故障。
本次通过对无穷大功率电源供电系统三相短路仿真，来简要的介绍下MATLAB在电力系统故障分析中的应用。
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。
二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建
1.总电路图的设计
设线路参数为L=50Km ，Km x Ω=4.01，Km r Ω=17.01；变压器的额定容量
A MV n S 20=,短路电压5.1000=s U ，短路损耗kW S P 135=∆,空载损耗
kW P 220=∆，空载电流8.000=O I ,变比11110=T k ,高低压绕组均为Y 形联接；并设供电点电压为110kV 。
其对应的Simulink 仿真模型如下：
图1 无穷大功率电源供电系统的Simulink 仿真图
表1 仿真电路中各模块名称及提取路径
模块名
提取路径 无穷大功率电源10000MV/A ，110kV Source
SimPowerSystems/Eletrical Sources 三相并联RLC 负荷模块5MW
SimPowerSystems/Elements 串联RLC 支路Three-PhaseSeries RLC Branch
SimPowerSystems/Elements 双绕组变压器模块Three-PhaseTransformer
SimPowerSystems/Elements 三相故障模块 Three-Phase Fault
SimPowerSystems/Elements 三相电压电流测量模块 Three-Phase Fault
SimPowerSystems/Measurements 示波器模块 Scope
Simulink/Sinks 电力系统图形用户截面 Powergui SimPowerSystems
2.各个元件的参数设定
供电模块的参数设定
图
2
供
图2 供电模块的参数设置
变压器模块的参数设置
变压器T 采用标幺值，则在Simulink 的三相变压器模型中，一次、二次绕组漏感和电阻的标幺值以额定功率和一次、二次侧各自的额定线电压为基准值，励磁电阻和励磁电感以额定功率和一次侧额定线电压为基准值。
则一次侧的基准值为
二次侧的基准值为
因此，一次绕组漏感和电阻的标幺值为
同理，0033.02=*R ，052.02=*L ,09.909=*m R ，3.106=*m L ,则变压器模块的参数设置如下图3所示：
图 3 采用标幺值
时变压器模块的
参数设置
输电线路模块
的参数设置
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⨯=⨯=5.85017.01l r L R Ω=Ω⨯=⨯=20504.01l X L X ， H =H ⨯⨯=∏=064.050
14.32202f X L L L 输电线路模块的参数设置如下图4所示： 图 4 输电线路模块的
参数设置
三相电压电流测量模块
三相电压电流测量模块“Three-PhaseV-1 Measurement ”将在变压器低压侧测量到的电压、电流信号转变成Simulink 信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如下图5所示。
图5 三相电压电流测量模块
三相线路故障模块参数设置
仿真时，故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three-Phase Fault”来设置，如图6所示。
该模块参数区域中的主要选项说明如下：
1）Phase A Fault、Phase B Fault和Phase C Fault用来选择短路故障相。
2）Fault resistaances 用来设置短路点的电阻，此值不能为零。
3）Ground Fault 选项用来选择短路故障是否为短路接地故障。
4）Ground resistances 当故障类型是短路接地故障时显示该项，用来设置接地故障时的大地电阻。
5）External control of fault timing可以添加控制信号来控制该模块故障的启动和停止。
6）Transition status和Transition times用来设置转换状态和转换时间；其中，Transition status表示故障开关的状态，通常用“1”表示闭合，“0”表示断开；Transition times表示故障开关的动作时间；并且每个选项都有两个数值，而且它们是一一对应的。
7）Snubbers resistance
和snubbers Capacitance用来
设置并联缓冲电路中的过渡电
阻和过渡电容。
8）Measurements 用来选择
测量量。
6 图 6 三相线路故障模块参数设置
三相并联RLC负荷模块参数设置
图7 三相并联RLC负荷模块参数设置
3.仿真结果
图中，黄色线电流数据，代表了“A”相闭合，“B、C”相断开；
蓝色线电流数据，代表了“B”相闭合，“A、C”相断开；
紫丝线电流数据，代表了“C”相闭合，“A、B”相断开。