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标题 基于MATLAB/Simulink的电力故障检测系统设计
范文

    向俊将+李亦舒+周貌+赵政春

    摘要:为了快速、便捷地了解电力系统的运行情况,文章以MATLAB为平台设计了电力故障检测系统,系统主要由三相交流电源、三相测量元件、三相短路器、三相双绕组变压器等器件等组成,可以对电路系统的输出电流、电压等参数进行实时检测,了解电路的运行情况。

    关键词:电力故障1;电力检测系统2;仿真3

    中图分类号: TP373 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)31-0242-03

    自从电被广泛运用到现实生活以来,维持电力系统的稳定一直是值得思考的问题。虽然在电力系统故障诊断中已经提出了许多理论和方法,但是因为无法考虑到其实现的安全性,所以无法得知这些理论是否能够应用到实际的电路操作系统中。近年来电力网络日益复杂,出现的问题也越来越多,这要求有一个能更快速、便捷对电力系统进行故障诊断的系统,由此仿真软件应运而生。目前国外开发的EMTP程序仿真、PSCAD/EMTDC程序以及中国开发的PSASP等软件都能够很好地对电力系统进行静态分析、动态分析。利用MATLAB,本文设计了电力故障检测仿真系统,能够对电力系统中的短路情况进行仿真分析。

    1 电力系统模型

    发电机组在水流力的作用下产生电能,之后,电压经过升压变压器进行升压、通过传输网络输送到各地,在负荷中心降压之后,分配到负载。

    2 电力故障

    短路是一种常见的电力故障,通常情况下是导线被直接连在了电源两端,它使电路发热、负载不能正常工作。这时负载中的电流值虽然为零,但电路中的实际电流会远远超过电路的额定电流,因此短路会导致电路的毁坏,同时也会对人身财产安全构成威胁。

    短路有两相短路、三相短路、单相接地短路以及两相接地短路四种情况,其原理图分别如图2-图5所示。

    3 电力故障检测系统设计

    Simulink是MATLAB的一個重要组件,它是一个交互式的仿真集成环境,包含Discre、Continuous等模块库,可以运用它建立故障检测系统模型。在设置参数之后,模拟电力系统可能出现的故障情况,从而对系统进行仿真分析。同时,在Simulink中也可以自定义模块。

    1)模型的搭建:在Simulink模块库中找到Three Phase Soure、Three Phase VI Measurement、Three Phase Transformer(Two Windings)、Three Phase Fault、Powergui、Three Phase Parallel RLC Load、Distributed Parameters Line、Scope等模块并移动到新建的.xls文件中,通过简单的一些操作,将模块构建成系统。

    2)参数的设置:分别双击各个模块,在弹出的窗口中设置参数,设置同步电机的额定功率为50MVA,额定电压为13.8V,频率为60HZ;设置原线圈电压为13.8V,副线圈电压为220V;设置负载额定功率为50MVA;设置故障发生时间为0.01-0.05s时间段。短路情况可在Three Phase Fault中分别设置。

    4 仿真结果与分析

    4.1正常电流、电压波形分析

    电路处于正常的运行状态,所以电源电流、电压均呈正弦规律变化,且各相的幅值均等,在相位上相差120度。

    4.2两相短路故障波形分析

    在Three Phase Fault的参数设置中选中A、B,将A、B两相设置为发生故障的相位,模拟A、B相发生两相短路。

    1)电压故障分析:在0-0.01s时间段,此时三相电路短路故障发生器没有工作,系统工作正常,各相电压呈正弦规律变化;在0.01-0.05s时间段,三相电路短路故障发生器工作,电路的A、B两相发生两相短路,故障点的电压变化到0V,C相电压有提高;经过0.05s之后,三相短路故障发生器停止工作,此时故障点A、B相电压经过短时间波动后恢复正弦波形,C相电压恢复正常。

    2)电流故障分析:在0-0.01s时间段,系统处于稳态,故障点A、B相电流幅值为0A;在0.01-0.05s时,三相电路短路故障发生器闭合,此时电路发生两相短路,故障点A、B相电流呈正弦规律变化,由于短路装置闭合时存在初始的输入量和状态量,所以波形分别向下、上移;在0.05s时,三相电路短路故障发生器停止工作,此时故障点A、B相电流恢复到0A,系统恢复到稳态;C相电流保持不变,一直为0A。

    4.3三相短路故障波形分析

    在Three Phase Fault的参数设置中将A、B、C三相设置为故障发生的相位,模拟A、B、C三相发生三相故障。

    1)电压故障分析:在0-0.01s时间段,由于三相短路故障发生器未工作,所以故障点各相的电压变化正常;在0. 01-0.05s时间段时,电路发生三相短路,故障点各相电压突变为0V;在0. 05s时,系统恢复正常运行,经过短时的震荡,电压均恢复为初始状态。

    2)电流故障分析:在0-0.01s时间段,由于三相短路故障发生器未工作,因而电流均为0A;在0.01-0.05s段,电路系统出现三相短路,故障点各相电流都发生变化,经过极短的时间的稳定,电流呈正弦规律变化。在0.05s时,三相短路故障发生器停止工作,故障清除,系统恢复正常,故障点各相电流迅速变为0A。

    4.4单相接地短路故障波形分析

    在Three Phase Fault中将A相设置为电路故障发生的相位,选择接地,模拟A相发生接地短路故障。

    1)电压故障分析:在0-0.01s时间段,电路正常运行,且各项电压为正弦规律变化;在0.01-0.05s时间段,电路系统出现三相短路故障,A相电压迅速降为0V,B、C两相电压保持不变;在0. 05s时间点之后, 三相短路故障发生器不再工作,电路将恢复正常,即A、B、C三相的电压在经过短时间的震荡后恢复正常。

    2)电流故障分析:在0-0.01s时间段,电路正常运行,三相电流均为0A;在0.01-0.05s时间段,电力系统出现A 相接地短路,此时A相电流出现正弦规律变化;在0.05s时间点之后,故障点清除,此时电路可以正常运行,A相电流重新恢复正常,重新回到0A。此过程中B、C两相电流一直不变。

    4.5两相接地短路故障分析:

    模拟A、B两相发生两相接地故障。

    1)电压故障分析:在0-0.01s时间段,系统正常运行;在0.01s-0.05s时间段,三相短路故障发生器工作,模拟A 相、B相发生两相接地短路。此时A、B的两相的电压变为0V,C相电压没有发生明显变化,在经过小幅度的变化之后,电压依然和故障之前的电压保持一致;在0.05s后,三相短路故障发生器断开,A、B两相电压均经过小幅度震荡之后恢复原状,C相电压震荡的幅度小于A、B相。

    2)電流故障分析:在0-0.01s时间段,A、B、C三相的电流均为0A;在0.01-0.05s时间段,三相短路故障发生器开始工作,模拟发生两相接地短路。此时A、B相的电流突变为正弦规律变化但A相的电流波形向下,B相的电流波形向上;在0.05s 后,系统故障被排除,此时系统正常工作,电路中的A 相、B 相电流为0A,而在整个过程当中,C相电流不受短路的影响,一直保持0A。

    5 结论

    在仿真过程当中,利用MATLAB的仿真模块,我们可以从其输出的数据中,准确判断电路的故障类型,验证了MATLAB在仿真领域中的强大功能,由此可知,我们可以将MATLAB运用到实际的电力系统中。比如当电路系统发生故障时,我们通过对电压、电流进行简单的测量之后,进过技术处理,向系统输入这些数据,得出系统发生的具体故障,从而进行维护和管理。

    参考文献:

    [1]王道军,段玉波,闫丽梅.基于Matlab的电力输电线路短路分析[J];佳木斯大学学报(自然科学版),2006,24(4):492-494.

    [2]刘广忱,王政.基于SIMULINK同步发电机机端短路的仿真[J].蒙古科技与经济,2004(19):66-67.

    [3]常晓颖,吴茜琼.基于Matlab的电力系统短路故障分析与仿真[J].华北水利水电学院学报,2010,31(5):93-96.

    [4]北京市技术交流站.工厂实用电工[M].昆明:云南人民出版社,1981:03

    [5] http://www.docin.com/p-665827312.html.

    [6] 袁军,陈继刚,张闻俊.基于MATLAB的电力输电线路短路分析[J].科学技术与工程,2008,8(15):4319-4321.

    [7]刘晋.Matlab在电力系统短路故障仿真分析中的应用[J].电气技术,2012(11):49-52.

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更新时间:2025/3/15 8:48:59