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，短路电流的最大有效值和短路功率。

图1-1-1

1.2 理论计算过程

解  取、，已知。

    首先计算各元件参数的标幺值电抗

取作成等值网络如图1-2-1所示。

图1-2-1等值网络图

短路回路的等值电抗为

短路电流周期分量的有效值为

若取冲击系数，则冲击电流为

短路电流的最大有效值为

短路功率为

2.1 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。

图2-1-1供电系统图

    线路参数为，；变压器1的额定容量，短路电压，短路损耗，空载损耗，空载电流，变比，高低压绕组均为Y形联结；并设供电点电压为110KV。变压器3、4的额定容量，短路电压，短路损耗，空载损耗，空载电流，变比，高低压绕组均为Y形联结。

    其对应的Simulink仿真模型如图2-1-2所示。

图2-1-2无穷大功率电源供电系统的Simulink仿真图

2.2电源模块的参数设置

在图2-1-2中，电源采用“Three-phase source”模型，其参数设置如图2-2-1所示。

图2-2-1电源模块的参数设置

2.3.1变压器T1模块的参数设置

变压器T1采用“Three-phase transformer（Two Windings）”模型。根据给定的数据，计算折算到110KV侧的参数如下：

变压器的电阻为

变压器的电抗为

则变压器的漏感：

变压器的励磁电阻为

变压器的励磁电抗为

变压器的励磁电感为

则变压器模块的参数设置如图2-3-1和图2-3-2所示。

图2-3-1变压器T1模块的参数设1

图2-3-2变压器T1模块的参数设2

2.3.2变压器T3、T4模块的参数设置

变压器T3和T4采用“Three-phase transformer（Two Windings）”模型。根据给定的数据，计算折算到35KV侧的参数如下：

变压器的电阻为

变压器的电抗为

则变压器的漏感：

变压器的励磁电阻为

变压器的励磁电抗为

变压器的励磁电感为

则变压器模块的参数设置如图2-3-3和图2-3-4所示。

图2-3-3变压器T3和T4模块的参数设1

图2-3-4变压器T3和T4模块的参数设2

2.4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

输电线路的参数设置如图2-4-1所示。

图2-4-1输电线路模块的参数设置

2.5三相电压电流测量模块参数设置

三相电压电流测量模块“Three-PhaseV-I Measurement”将在变压器低压侧测量到电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，其参数设置如图2-5-1所示。

图2-5-1三相电压电流测量模块参数设置

2.6三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2-6-1所示。

图2-6-1三相线路故障模块参数设置

2.7仿真结果

通过模型菜单窗口中的“Simulink→Configuration Parameters”命令打开设置仿真参数的对话框，选择可变步长的ode23t算法，仿真起始时间设置为0，终止时间设置为0.2s，其他参数采用默认设置。在三相线路故障模块中设置在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障。如图2-7-1所示。

图2-7-1设置仿真参数

运行仿真，可得变压器低压侧的三相短路电流波形如图2-7-1所示。

图2-7-1三相短路电流波形图

为了得到仿真结果的准确数值，可将仿真图中示波器模块的“Data history”栏设置为如图2-7-2所示方式。

图2-7-1示波器模块设置

这样就可以在MATLAB的命令窗口中输入ScopeData.signals.values(:,1)命令来显示A相电流的数据（B、C相数据与此类似）。如图2-7-3

图2-7-3输出结果

可见，短路冲击电流为7.32KA，短路功率为52.3MVA，与理论值相比有点差别。

3.1 仿真结果比较

    根据实例及给定数据推算所得，上述的冲击电流大小和短路功率分别为7.32KA和52.3MVA，这是理论上计算的准确量。而我们根据数据搭建模型仿真后，可以通过示波器中所得到的冲击电流，即图2-7-1 中的最高瞬时电流处的电流值，得到冲击电流值为7.32KA， 而短路功率为52.3MVA。这充分说明了Simulink 所搭模型的准确性。