１８ 基于Ｍａｔｌａｂ３１具的电力系统故障分析 Ｖｏｌ＿１５ Ｎｏ．２ 基于Ｍａｔｌａｂ Ｔ具的电力系统故障分析 Ｆａｕｈ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍａｔｌａｂ Ｔｏｏｌ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ 孙联喜牛文东 国网技术学院 山东 泰安 ２７ １ Ｏ００ 【摘要】本文利用ＨＡＴ ＬＡＢ中的ＳＩＨＵ ＬＩ Ｎ Ｋ模块建立了电力系统的模型，并在不同的地点设置 不同类型的故障．观测故障时采样点的各相波形。以验证Ｍａｔ１ ａ ｂ软件分析电力系统故障理论 的可行性。以Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ１ １节点模型为例，制作了界面友好的图形窗口，选择故障地点以及故障类 型，并将故障相的波形显示在图形窗口之上，借以分析实际波形与理论波形的异同，并讨论提 出改进措施。 【关键词】ｓ １ ｍｕ］１ ｎ ｋ ＧＵ Ｉ 【中图分类号】ＴＭ７１１ 故障分析 仿真 【文献标识码】Ａ ０ 引言 ＭＡＴＬＡＢ是功能强大的科学及工程计算软件． 这是以前需要用编程语言明确地用公式表达微分 方程的仿真软件包所远远不能相比的。 其以矩阵计算为基础的强大数学计算和分析功能， 以及丰富的可视化图形表现功能和方便的程序设 计能力为当今科学研究提供了极大的便利。作为 Ｍａｔｌａｂ软件的重要组成部分，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块可以实 １ 复杂网络建模与仿真 本部分选取了ＩＥＥＥ中１ｌ节点的复杂网络并对 其进行建模和仿真。在不同地点设置了多种类型的 现动态系统建模和仿真分析的集成环境，并对其进 行仿真和分析，模拟实际系统的特性和响应。还可 故障。该网络如图１所示，由两部分组成．左半部分 为一典型的环网结构，而右半部分则是－＿个经典的 辐射型网络。因此，该网络包含的辐射性网络和环 网两种主要情况。能够全面的反应各种网络结构情 以实现系统的修改和优化，以提高系统的性能。实 现高效开发系统的目标。 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块提供了图形化的用户界面。用户 只需要点击鼠标，就可以轻松的完成模型的构建 况下的故障特点，具有典型意义。 １．１仿真模型的建立和参数设定 调试和仿真工作，这样就大大降低了仿真的难度， 最重要的是用户不需要为了完成仿真工作而去学 习某种程序设计语言，很容易上手。对于建模， １）待仿真辐射形网络的系统接线图 如图１，该网络主干线路电压等级为ｌ１０ｋＶ，８ 号节点处由另一２２０ｋＶ电压等级的网络注入功率。 该网络中１节点出为发电厂．装机容量２５ＭＷ机组 两台，５０ＭＷ机组两台，发电机功率因数。发电机出 口处电压为１０．５ｋＶ，经三相变压器升压后一部分升 压为１２１ｋＶ输送给整个网络。另一部分升压为 Ｍａｔｌａｂ提供了一个图形化的用户界面（ＧＵＩ），在图 形界面中，用户可以根据需要方便地画出模型图。 收稿日期：２０１２—０３—１６ 作者简介：孙联喜（１９８７一），男，本科，助讲。从事电力系统、 电力营销专业的教学、研究及实训基地建设工作。 ３８．５ｋＶ供给发电厂周围的负荷。各节点的功率都归 山东电力高等专科学校学报 第１５卷第２期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｌ９ 表２ 网络中各线路的导线类型及线路参数 线路编 线路长度 号 ／ｋ线路型号 电阻ｒ． 电抗 ｌ ｍ １—１０ ８０ ＬＧＪ一２４０ ０．１３１ ０．４０１ １０－８ ３１ ＬＣ＿Ｊ一３００ ０－１０５ ０．３９５ ８－６ ５０ ＬＧＪ一３００ ０．１０５ ０．３９５ ６一ｌ１ ３６ ＬＧＪ一２４０ ０．１３１ ０．４０１ １１—９ ４１ ＬＧ＿Ｊ一１８５ ０．１７０ ０．４１０ 图１ 系统接线图 ９，－９ ２０ ＬＧ．Ｊ一１８５ ０．１７０ ０－４１０ 算为运算功率，使用三相串联ＲＬＣ负荷仿真。各节 ９，＿１ ３０ ＬＧＪ一１８５ Ｏ．１７０ ０．４１０ 点的运算功率见下表１、２： ■ １—２ ３０ ＬＧ＿Ｊ一１８５ Ｏ．１７Ｏ ０．４１Ｏ 表１ 节点功率分布 １—３ ２０ ＬＣ＿Ｊ一２４０ ０．１３ｌ ０．４０１ 节点 编号 运算功率（ＭＶＡ） 节点 编号 运算功率（ＭＶＡ） ３－４ ３４ ＬＧＪ一１８５ ０．１７０ ０．４１０ １ ６０＋ｊ３２．３８５ ７ １５．１０３＋ｊ１１．８５６ ３－５ ３ｌ ＬＧＪ一１５０ ０．２１０ Ｏ－４１６ ２ １５．１０６＋ｊ １２．６９２ ８ ３－７ ６０ ＬＧ＿．１—９５ ０．３３２ ０．４２９ ３ ２５．１６７＋ｊ１８．１２５ ９ ２６．１７７＋ｊ１８．９２９ ２）复杂网络的仿真模型（辐射网部分） ４ ２５．１３８＋ｊ１７．４４０ １０ ２８．１８１＋ｊ２１．３４８ 图２、３所示，根据网络结构和线路参数，设定各 ５ ２０．１３０＋ｊ１５．３２４ １１ １６．１１４＋ｊ１３．６０１ 组成原件参数。利用ＭＡＴＬＡＢ中的ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块对 ６ ２３．１３５＋ｊ１９．１３２ 该网络进行建模仿真。 图２复杂网络仿真模型（辐射网部分） ２２ 基于Ｍａｔｌａｂ３Ｘ具的电力系统故障分析 Ｖｏ１．１５ Ｎｏ．２ 时间为０～０．１ｓ，如需要不同的参数，可以单击仿真 参数设置按钮进行设置。如下图１４所示： 图１４使用步骤三 ４）参数设置完毕后，选择主窗口中开始进行仿 真，在坐标系中即会显示故障点１的电压波形。如需 查看其他故障点的波形，可通过菜单栏进行选择。 如图１５所示： 图１５使用步骤四 ３结论 通过运用Ｍａｔｌａｂ软件对电力系统中的环网和 辐射网进行仿真，并观察各种故障类型下的波形， 并对电力系统故障分析理论进行验证，加深了对各 种故障类型特点的理解。由此可以得出以下结论： １）Ｓｉｍｕｌｉｎｋ￣够对规模较小的简单电力网络进 行较好的仿真。仿真情况比较接近系统真实情况。 电压等级及潮流分布比较正确。对于较大的电力网 络，由于参数设置不一，以及存在较多的非线性元 件，仿真图形不是很好，但是可以定性的进行分析。 ２）由于发电机、变压器的存在，其运行过程中 都会产生“毛刺”，因此整个系统网络中会存在不同 程度的波形畸变．从而变得不光滑。从这一点我们 可以看到。在实际电力系统中。应用相关电力器件 抵消或减少系统中的谐波是非常重要的。过多的谐 波会影响系统的稳定性，甚至不能正常工作。 ３）在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真过程中，由于部分参数的设 定过于简单，导致仿真系统与实际系统的运行状况 存在一定的差距。因此需要进一步优化参数的设 定，使仿真结果更接近实际运行系统。 参考文献 ［１］陈珩．电力系统稳态分析（第二版）［Ｍ］．北京：中国电力出 版社，１９９５． ［２］李海涛，邓樱．ＭＡＴＬＡＢ程序设计教程［Ｍ］．北京：高等教 育出版社．２００２． ［３］薛定宇，陈阳泉．基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的系统仿真技术与 应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５． ［４ＩＴ．Ｈｉｙａｍａ ａｎｄ Ａ．Ｕｅｎｏ．“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ”ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇ．Ｓｏｃ．Ｓｕｍｍｅｒ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｓｅａｔｔｌｅ，ＷＡ． ２０００． ［５］Ｋａｒｌ Ｓｃｈｏｄｅｒ，Ａｍｅｒ Ｈａｓａｎｏｖｉｅ，Ａｌｉ Ｆｅｌｉａｃｈｉ，ａｎｄ Ａｚｒａ— Ｈａｓａｎｏｖｉｅ．“ＰＡＴ：Ａ Ｐｏｗｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｏｏｌｂｏｘ ｆｏｒ ＭＡＴＬＡＢ／ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ”．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００３，１８ （１）：４２—４７． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＭＡＴＬＡＢ ＳＩＭＵＬＩＮＫ ｒｏｏｄ— ｕｌｅ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ａｔ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ，ｆａｕｌｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｖｅ— ｏｆｒｍ．ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ Ｍａｄａｂ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆａｕｈ ａｎａｌ— ｙｓｉｓ ｔｈｅｏｒｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ＩＥＥＥ１ １ ｎｏｄｅ ｍｏｄｅｌ ａｓ ａｎ ｅｘａｍ— ｐｉｅ，ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｉｒｅｎｄｌｙ ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｗｉｎｄｏｗ， ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｔｙｐｅ，ｆａｕｌｔ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｄｉｓｐｌａｙ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｗｉｎｄｏｗ ａｂｏｖｅ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｗａｖｅｆｏｒｉｌｌ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒ— ｅｎｃｅｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ＧＵＩ；ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
