| 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. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。