基于MATLAB短路电流的计算与仿真
《基于MATLAB的电力系统短路故障的仿真报告_论文手册》
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。
课程设计(论文)-基于MATLAB的电力系统单相短路故障分析与仿真.doc
课程设计 ( 论文 )- 基于 MATLAB的电力系统单相短路故障分析与仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电力系统分析课程设计说明书题目：单相接地短路专业：电气工程及其自动化班级：电气 1307姓名：陈欢目录课程设计（论文）任务书 ----------------------- （1）引言 ------------------------------------------------------------------- （ 3）第一章．电力系统短路故障分析------------------------------- （ 4）第二章．电力系统单相短路计算-------------------- （ 5）2.1 简单不对称故障的分析计算---------------------- （ 5）2.1.1. 对称分量法 ------------------- （5）2.2 单相接地短路------------------------------ （ 6）2.2.1. 正序等效定则 ---------------------------- （6）2.2.2. 复合序网 --------------------------------- （6）2.2.3. 单相接地短路分析 --------------------------- （7）第三章．电力系统单相短路时域分析 ---------------- （ 10）3.1 仿真模型的设计与实现------------------------ （10）3.1.1. 实例分析 -------------------------------- （10）3.1.2. 仿真参数 ----------------------------- -- -- -- （11）3.2 仿真结果分析------------------------------- （13）结束语 ----------------------------------------- （ 18）参考文献 --------------------------------------- （ 18）课程设计任务书题目：单相接地短路要求：本课程设计主要是对单相接地短路进行分析计算，并利用Matlab/Simulink软件对其进行仿真，通过仿真结果与计算结果进行比较，进一步研究短路故障的特点。
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短路电流的计算及仿真
基于MATLAB短路电流的计算及仿真短路电流是指在电力系统中，当发生短路时，电流可以达到的最大值。
短路电流的计算和仿真对于电力系统的设计和运行具有重要的意义。
本文将介绍基于MATLAB的短路电流计算和仿真方法。
短路电流的计算可以通过解析法和数值法两种方法进行。
解析法是通过解闭合方程组得到短路电流的解析解，而数值法则是通过迭代计算来逼近短路电流的数值解。
首先，我们将介绍基于解析法的短路电流计算方法。
在电力系统中，短路电流通常可以用下式表示：Isc = U / Z其中，Isc为短路电流，U为系统电压，Z为系统的等值阻抗。
为了计算短路电流，我们首先需要确定系统的等值阻抗。
等值阻抗通常可以通过系统的参数和网络拓扑来计算。
在MATLAB中，可以使用电力系统仿真工具箱（Power System Toolbox）来计算等值阻抗。
具体的步骤如下：1. 创建一个空的系统模型：使用“new_system”函数创建一个新的系统模型。
2. 导入系统参数：使用“psat”函数将系统参数导入系统模型中。
3. 创建系统配置：使用“psscfg”函数创建一个系统配置，并设置相关参数。
4. 计算等值阻抗：使用“psadeqz”函数计算等值阻抗，并保存结果。
5.计算短路电流：根据上述公式计算短路电流。
以上就是基于解析法的短路电流计算的主要步骤。
通过这种方法，我们可以快速准确地计算出系统的短路电流。
接下来，我们将介绍基于数值法的短路电流计算方法。
数值法通常采用迭代过程来逼近短路电流的数值解。
在MATLAB中，可以使用电力系统仿真工具箱（Power System Toolbox）中的短路计算功能来进行数值计算。
具体的步骤如下：1. 创建一个空的系统模型：使用“new_system”函数创建一个新的系统模型。
2. 导入系统参数：使用“psat”函数将系统参数导入系统模型中。
3. 创建系统配置：使用“psscfg”函数创建一个系统配置，并设置相关参数。
基于Matlab的短路分析与仿真设计与实现
目录摘要 (2)Abstract (2)1．前言 (3)1.1本次课程设计目的 (3)1.2电力系统故障分析的基本知识 (3)1.2.1故障概述 (3)1.2.2故障类型 (4)1.2.3短路产生的原因 (4)1.2.4短路的危害 (4)2. 短路计算 (5)2.1 短路计算的基本原则和规定 (5)2.2短路故障分析的目的和内容 (5)2.3系统处于最大运行方式下短路电流计算 (6)2.3.1系统1 K1点三相短路计算 (8)2.3.2系统1 K2点三相短路计算 (9)2.3.3系统1 K3点三相短路计算 (10)2.3.4系统2 K1点三相短路计算 (11)2.3.5系统2 K2点三相短路计算 (12)2.3.6系统2 K3点三相短路计算 (13)2.4 系统处于最小运行方式下短路电流计算 (14)2.4.1系统1 K1点三相短路计算 (14)2.4.2系统1 K2点三相短路计算 (15)2.4.3系统1 K3点三相短路计算 (16)2.4.4系统2 K1点三相短路计算 (17)2.4.5系统2 K2点三相短路计算 (17)2.4.6系统2 K3点三相短路计算 (17)3．MATLAB短路电流仿真 (18)3.1 MATLAB/Simulink环境下建模 (18)3.2仿真参数设置 (20)3.3仿真结果及分析 (20)3.3.1三相短路 (20)3.3.2单相接地短路 (22)3.3.3两相接地短路 (23)4. 心得体会 (25)参考文献： (26)基于Matlab的短路分析与仿真摘要本次设计介绍了电力系统短路故障分析方法及Matlab/Simulink仿真的基本特点。
通过算例对电力系统短路故障进行分析计算，然后运用Matlab/Simulink对算例进行电力系统短路故障仿真，得出仿真结果。
并将电力系统短路故障的分析计算结果与Matlab仿真的分析结果进行比较，从而得出结论。
结果表明计算结果和仿真结果相差不大，运用Matlab对电力系统短路故障进行分析与仿真，能够准确直观地考察电力系统短路故障的动态特性。
MATLAB应用基础短路计算仿真
MATLAB应用基础短路计算仿真短路计算是电力系统设计和运行过程中非常重要的环节，其目的是确定系统在发生故障时电流的大小和方向，以便预防设备损坏和确保系统运行的稳定性。
MATLAB是一种功能强大的数学软件工具，可以用来进行短路计算仿真，提供了丰富的工具箱和函数，方便用户进行短路计算的模拟和分析。
在进行短路计算仿真之前，首先需要建立电力系统的模型。
通常情况下，电力系统可以用节点模型或支路模型来进行建模。
节点模型是将系统按节点进行划分，根据节点之间的导纳和电流关系来建立系统的模型。
支路模型是将系统按支路进行划分，根据支路的阻抗和电压关系来建立系统的模型。
在MATLAB中，可以使用Simulink来建立电力系统的模型。
Simulink是MATLAB中的一个工具箱，提供了图形化的建模环境，可以方便地将系统的各个部分进行连接和仿真。
用户可以通过拖拽模块和连线的方式来建立系统的模型，并通过设置模块的参数来进行仿真分析。
进行短路计算仿真的过程包括以下几个步骤：1. 建立电力系统的模型：根据实际情况，选择合适的节点或支路模型，在Simulink中建立系统的模型。
2.设置模型参数：根据系统的实际参数，设置模型中各个元件的参数，包括电阻、电抗、电压等。
3.设置短路故障类型：选择系统中可能发生的短路故障类型，如单相接地短路、两相短路、三相短路等。
4. 进行仿真计算：在Simulink中设置仿真参数，如仿真时间、步长等，运行仿真模型，得到系统在短路情况下的电流大小和方向。
5.分析仿真结果：根据仿真结果，分析系统在不同短路情况下的响应情况，评估系统的稳定性和可靠性。
MATLAB提供了丰富的工具箱和函数，可以方便地进行短路计算仿真。
例如，Power System Toolbox中提供了许多用于电力系统分析和仿真的函数和工具，如节点导纳矩阵的计算、短路电流的计算等。
用户可以根据具体需求选择合适的工具箱和函数，进行短路计算仿真。
MATLAB应用基础短路计算仿真
南京工程学院MATLAB应用基础(作业)题目题目八短路计算仿真：work1.mdl课程名称 MATLAB应用基础院（系、部、中心）电力工程学院专业电力系统及其自动化班级 K电力122学生姓名于湘唐(42) 张译天(43)赵晨(44) 周博梵(45)朱高斐(46)无穷大功率电源供电系统发生三相短路故障MATLAB 模拟1.1 实例在图1-1-1所示的网络中，当降压变电所10.5kV 母线上发生了三相短路时，可将系统视为无限大容量电源，试求此时短路点的冲击电流imp i ，短路电流的最大有效值imp I 和短路功率kt S 。
图1-1-11.2 理论计算过程解 取MV A 100B =S 、n av B •=U U ，已知km 401Ω=.x 。
首先计算各元件参数的标幺值电抗()525020100100510100N B k 1..S S %U X *=⨯==292037100104022n av B 12..U S l x X *=⨯⨯==•()192231001007100%N B k 43..S S U X X **=⨯=⨯==取1=*E 作成等值网络如图1-2-1所示。
图1-2-1等值网络图短路回路的等值电抗为91211922129205250....X *=⨯++=Σ短路电流周期分量的有效值为5230912111..X I **===∑ω ()kA 88251031005230B ...I I I *=⨯⨯==ωω若取冲击系数81imp .K =，则冲击电流为()kA 347882552281imp ...I .i =⨯=⨯=ω短路电流的最大有效值为()kA 384882521521imp ...I .I =⨯==ω短路功率为()MV A 3521005230B k t ..S I S *=⨯==ω2.1 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2-1-1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。
基于MATLABSimulink电力系统短路故障分析与仿真
基于MATLAB/Simulink电力系统短路故障分析与仿真摘要：MATLAB有强大的运算绘图能力，给用户提供了各种领域的工具箱，而且编程语法简单易学。
论文对电力系统的短路故障做了简要介绍并对短路故障的过程进行了理论分析和MATLAB软件在电力系统中的应用，介绍了Matlab／Simulink的基本特点及利用MATLAB进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤。
在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。
关键词：MATLAB、短路故障、仿真、电力系统Abstract：MATLAB has powerful operation ability to draw, toolkit provides users with a variety of fields, and easy to learn programming grammar. Paper to give a brief introduction of fault of the power system and the process of fault are analyzed in theory and the application of MATLAB software in power system, this paper introduces the basic characteristics of MATLAB/Simulink and MATLAB power system simulation analysis of the basic methods and steps. On the simulation platform, with single - infinity system for modeling object, by selecting module, parameter Settings, as well as the attachment, a variety of fault simulation analysis of power system.Keyword:MATLAB;Fault analysis;Simulation;Power System;引言 (3)第一章：课程设计任务书 (3)1.1设计目的： (3)1.2原始资料： (4)1.3设计内容及要求： (4)第二章：电力系统短路故障仿真分析 (5)2.1元件参数标幺值计算： (5)2.2等值电路: (10)第三章：电力系统仿真模型的构建 (10)3.1MATLAB简介: (11)3.2电力元件设计: (11)3.2.1 三相电源: (11)3.2.2 变压器元件: (13)3.2.3输电线路: (14)3.3电力系统模型的搭建: (15)第四章：模型仿真运行 (21)4.1建立仿真模型： (21)4.2仿真结果与分析： (22)第五章: 总结 (25)参考文献 (25)附录：Simulink仿真模型 (26)引言随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。
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摘要短路故障也称为横向故障，是破坏电力系统正常安全稳定运行的主要原因。
一般分为四种常见的短路情况，分别是三相短路，两相短路、单相接地短路及两相接地短路。
利用传统的数学计算分析电力系统故障情况不但工作量大而且危险性高。
课题中利用了MATLAB软件对电力系统短路故障进行仿真模拟，这样既可以不偏离实际情况又可以减少实验的危险性。
首先建立一个空白的模型，选择Simulink元件库中本身具有的电力系统模块库的模块，分别建立无穷大功率电源供电系统系统和有限大功率电源供电系统，得出四种短路情况分别发生时的图形，然后对两种不同供电系统发生三相短路的进行数学计算得出周期电流的幅值大小和冲击电流的大小。
通过相关的系统仿真与计算，结果表明利用MATLAB软件对电力系统进行仿真，方便快捷，同时也具有很高的可靠性。
关键词：短路故障；MATLAB；电力系统ABSTRACTShort circuit, also known as lateral fault, is the main reason for the destruction of normal power system safe and stable operation. Generally divided into four common short-circuit conditions, which are three-phase short, two-phase short circuit, single-phase ground short circuit and two ground fault. Calculation of power system failure not only a heavy workload and high-risk use of traditional mathematics. The use of MATLAB software subject to short circuit power system simulation, so that both can not deviate from the actual situation and can reduce the risk of the experiment. First create a blank model, select Simulink component library itself has a power system module library modules, namely the establishment of the infinite power supply system power supply systems and limited system, draw graphics were four short-circuit occurs, Then two different phase short-circuit of the power supply system mathematically calculated the amplitude of the current cycle and the impact of the current size. Related systems through simulation and calculation results show that the use of MATLAB software for power system simulation, convenient, but also has high reliability.Key words short-circuit fault; MATLAB; power system目录1 绪论 (1)1.1 研究的背景与意义 (1)1.2 设计的主要工作 (1)2 电力系统短路故障简介 (3)2.1 短路的基本概念 (3)2.2 短路的危害 (4)2.3 短路计算的目的 (5)3 仿真软件 (6)3.1 MATLAB的简介 (6)3.2 Simulink在仿真中的应用 (7)4 无穷大功率电源短路故障计算与仿真 (10)4.1 三相短路 (10)4.2 两相接地短路 (19)4.3 单相短路接地 (21)4.4 两相短路 (23)5 有限大功率电源短路故障计算与仿真 (26)5.1 三相短路故障 (26)5.2 两相接地短路 (31)5.3 单相短路接地 (32)5.4 两相短路 (33)6 结论 (35)参考文献 (36)致谢 (39)1 绪论1.1 研究的背景与意义随着社会的不断发展，电力已经渗入到了人们的学习、生活等各个方面，只有保证不间断地供电才能使工厂正常生产、人们正常生活。
这样就要求供电系统必须要尽量避免出现故障，以免影响系统对用电负荷进行正常供电。
在所有故障当中，发生频率最高的就是短路故障。
发生短路的时候系统中的电流要远远大于正常的电流，在一些大型的电力系统中所产生的后果对整个供电系统和用电负荷的危害也是非常大的，所以进行短路计算对整个电力系统来说都是非常重要的。
但是随着电气行业的不断发展扩大，电力系统越来越复杂，许多大型的科研在显示设备中得不到实现，一方面是现实生活的条件不能满足实验的要求；另一方面是即使采用了手工计算的方法，由于系统的复杂性会带来很大的工作量，不能很方便的调整，也有可能产生的结果与实际有较大的差别。
这就需要我们寻找一种能够很大程度上模拟出电力系统运行状况的数字仿真工具，MATLAB就能够充分满足这一要求，由于它自身所具有的特点使它获得了对应的学科的应用，特别是能够很好的应用在边缘学科和交叉学科，加强辅助分析应用学科计算机和复杂的电力系统。
MATLAB的各种适用性，使其能够很好的来分析与计算电力系统短路故障，解决我们在实际上生活中所遇到的问题。
1.2 设计的主要工作课题是有关于电力系统的分析的工程仿真项目，主要利用MATLAB对不同的电力系统几种常见的短路情况进行分析。
（1）无限大功率电源短路故障首先建立一个由无穷大功率电源供电的简单电力系统，设置短路故障点，利用MATLAB分别对发生四种不同的短路情况进行仿真，得出仿真图形，对图形进行分段解析，分别设置发生故障时间与正常工作时间，每种短路情况都得出故障时短路电流与短路电压、正常工作时短路电流与短路电压的四个不同的图形。
由于三相故障在电力系统故障中的危害最大，我们除了利用MATLAB对三相短路故障进行仿真，也采用了数学分析方法对三相短路情况进行理论分析得出结果，再将两次不同方法所得出的结果比较，得出相差的大小，以检验实验是否正确。
（2）有限大功率电源短路故障首先建立一个由有限大功率电源供电的简单电力系统，设置短路故障点，利用MATLAB分别对发生四种不同的短路情况进行仿真，得出仿真图形，对图形进行分段解析，分别设置发生故障时间与正常工作时间，每种短路情况都得出故障时短路电流与短路电压、正常工作时短路电流与短路电压的四个不同的图形。
三相故障在电力系统故障中的危害最大，我们除了采用MATLAB对三相短路故障进行仿真，也利用了数学分析方法对三相短路情况进行理论分析得出结果，再将两次不同方法所得出的结果比较，得出相差的大小，以检验实验是否正确。
2 电力系统短路故障简介2.1 短路的基本概念由于系统本身的复杂性导致发生故障的可能性较大，在所有故障当中，短路故障的发生概率比较高，所产生的危害也是比较大的。
所谓短路就是指在电力系统不正常运行时候相与相之间或相与地之间（或中性线）之间的接通[1]。
发生短路故障可能有许多方面的原因，主要有以下几个方面：（1）元件性能退化，例如绝缘材料在自然条件下暴露导致元件的本身所具有性能遭到损坏。
（2）操作人员没有进行规范合理的操作，例如技术操作人员在进行操作前没有检查设备的状况是否适合运行，线路检修时改变了线路的状态，但检修之后并没有恢复线路正常运行所要求的状态就接入电力系统之中工作；（3）自然环境，例如在大风、冰雹或雪灾这样的极端天气下可能会引起架空线路倒塌；（4）其他的一些原因，例如由于某些地面下的道路工作使电缆受到了损坏，鸟兽的一些行为把裸露的导体连接起来。
短路故障分为单相接地短路、两相短路、两相接地短路和三相短路[2]。
其中当发生三相短路时电路仍为对称电路，是一种对称短路；其余三类称为不对称短路，其中单相接地短路发生的概率最高，可达65%左右[3]。
表1 短路示意图和代表符号短路种类示意图短路代表符号三相短路f(3)两相接地短路f(1,1)两相短路f(2)单相接地短路f(1)架空线路是电力系统里容易发生故障的部分，其中发生可能性最大的故障类型就是短路故障，近年来，我国统计的不同的电压范围内短路故障发生的相对次数如表2、表3。
表2 不同范围电压发生短路故障的几率线路范围发生几率在110KV线路上78.0%容量为6000KW以上的发电机7.5%110KV变压器 6.5%110KV母线8.0%表3 110KV线路上各种类型短路故障几率短路类型发生几率三相短路 5.0%两相短路 4.0%两相短路接地8.0%单相短路83.0%从表3中可以看出单相短路发生的情况占绝大多数，许多的实际经验也证实了这一种现象。
三相短路相对其他三种短路情况发生的概率相对小，但是带来的危害却是非常大的，有时甚至会导致整个电力系统的瘫痪，分析计算出三相短路电流，能够在很大程度上帮助技术人员更加合理的设计输电线路的保护装置，减少故障发生对我们生活带来的危害，所以我们必须认真分析三相短路故障。
在某些时候，当发生不对称短路故障的时候，了解三相短路情况对分析处理不对称短路情况的有很大的帮助。
2.2 短路的危害(1)当短路故障发生的时候，线路中的电流变大，电压下降[4]。
比如，当发电机端发生了短路故障的时候，定子绕组流过的故障短路电流有可能达到其额定电流的10倍甚至15倍，过大的短路电流和电流产生的电动力效应可能会使导体和绝缘遭到破坏。
(2)电力系统故障短路会导致电网的电压降低，一些用户的供电和用电设备也因此遭受到破坏。
例如，异步电动机的电磁转矩和电压的平方成正比例关系，电压减小可能使电动机失步。
[4](3)不对称短路所引起的不平衡电流，会产生不平衡磁通，在邻近的平行通信线路内感应出电动势，干扰通信系统，威胁人身安全和影响设备正常运行[5]。
(4)一旦发生短路故障可能会对电力系统的正常安全运行构成威胁，导致整个系统的崩溃。
因为短路会导致电力系统功率分布不再是原本电路设计中的数据了，发电机的输出功率与输入功率也与原来的数据不一样了，并列运行的发电机失步，整个系统崩溃，用电负荷地区不能及时得到供电。