MATLABSimulink系统建模与仿真实验报告.docx

MAT1.AB/Simulink电力系统建模与仿真试验报告姓名:*专业：电气工程及其自动化班级:*学号:*试验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真1.1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建运行MAT1.AB软件,点击SimUlink模型构建,依据电路原理图.群加下列模块:(1)无穷大功率电源模块(Three-phasesource>(2)三相并联RlC负荷模块<Three-PhaseParallelR1.C1.oad)(3)三相串联R1.C支路模块(Three-PhaseSeriesR1.CBranch)(4)三相双绕组变压器模块(Three-PhaseTransformer(TwoWIndIngs)(5)三相电压电流测状模块(Three-PhaseV-IMeasurement)(6)-洲故障i殳置模块(Three-PhaseFault)(7)示波器模块(SCoPe)(8)电力系绘图形用户界面(POWergUD按电路原理图连接线路得到仿真图如下：1.2 无穷大功率电源供电系统仿真叁敷设Jt1.2.1 电(模块设过三相电压IIOkV,相角0,频率50Hz,接线方式为中性点接地的Y形接法，电源电阻0.005292,电源电感OQooI40H,参数设置如卜图：ParasetersPfcas-to-phas=voltacV:110*3-Phas*antlOf加“A(d*grot):Frequency(H):ntrrlconnection:IYgjJSpecifyPedansumcshort-circuitlevelSourcr*istanc(C*a):0.00329Sourceinductance'H;:0OOOUO1.2.2 姬变压器模块参数采纳标幺假设汽，功率20MVA,频率50HZ,次测采纳丫型连接，次测电压IIOkV,二次侧采纳Y里连接，二次侧电压IlkV,经过标幺值折律后的绕现电阻为0.0033,绕组混感为0.052.励思电团为909.09,励磁电感为106.3,参数设置如下图:PftrasatorzWBinaige,andfrequency:Pn(VA)fc(H)|：20e,5O|Wlndlni：(ABC)connection:Y三WSndlnnpar3tt5:V；PhPh(VyB)R；(PU).1.l(g)】1.lO050.00330.052*ndm2(*bc)connection:YWindingParRtel:V2Ph-Ph(Vras),R2(pu).1.2(pu)IKoOOC00330.052SaturablecoreVacnetizationresistanceK三(pu)1909.09Xagndtlzaxionreactance1.s(pu)IO6.3XeasuresentsXone1.2.3 酸依据给定参数计算输电线路参数为：电阻85,电感0Q641.参数设置如下图:PorasotQrsResistanceR(Ohas):Inductance1.（三）:0.064Capau:Ran=C(F):0.01Moasur«3«ntsXonU1.2.4 三相电压电流此模块将在变压器低压侧冽收得到的电压、电流信号转变成SimUlink信号,相当于电压、电流互络器的作用,勾选“运用标签(USeaIabe1)”以便于示波器视察波形,设黄电压标签“Vabc”,电流标签-Iabcw.参数设双如下图：1.3 无穷大功率电源供电系统仿真结果及分析得到以上的电力系统参数后，可以苜先计豫出在变压器低压母践发生三相短路故障时短路电流周期或吊幅值和冲击电流的大小，航路电流周期重砧的福值为Im=IO.63kA时间常数Ta=0.0211s.则短路冲击电流为Iim=I7.3kA.通过模里窗口菜单中的ISimUlaHon-QjnfiguraiIonParameterS"吩咐打开设置仿式参数的对话框.选择可变步长的ode23t算法,仿其起始时间设置为Os,终止时间设置为02s.其他参数采纳默认设置，在：.相故障模块设置在002s时刻变压器低压母线发生.极短路故差别,这是由子电源模块的内阻设置不同而造成的.试验二同步发电机突然短路的暂态过程仿真2.1 发电机端突然发生三相短路的SimUHnk仿真模型构建依据给出的发动机参数,添加下列模块：(1) p.u.标准同步发电机模块(SVnChrOnOUSMaehinePUStandard)(2)常数模块(Constant)(3)电压测贵模块(VoltageMeasurement)(4)放大器模块(Gain)(5)信号选择模块(BusSelector)我他模块选取与的相同.建立Simulink仿真模型如下图所示:<.<t.*»><-ep>O>hH3vVQm>avg;2.2 发电机突然发生三相短路的Simulink仿真参敷设Jt2.2.1 同步发电机模块一如可步发电机功率为200MVA,电压138kV,频率50Hz,电抗设置如图，d轴时间常数选择“Short-circuit”,q粕时间常数选择“Open-circuit”,时间常数设置如图,定子电阻(p.u.0.005.惯性系数32摩撩系数0,帙对数32.初始条件栏将由PoWerEUi模块自动设定.参数设置如下图；双击Powergui模块.打开潮流计算和电机初始化窗I,设定同步发电机为平衡节点Swingbus：初始化忘，与同步发电机模块输入端口相连的两个常数模块PmIIlVf以及同步发电机模块中的“InitCondJ符会自动设置。数据如卜图所示:2.3 发电机*突然发生三相短路的Simulink仿真结果及分析选择OdeI5打法,仿其结束时间取1s.设置故障模块在O.O2O25sIS发生：相短路故障,起先仍真，得到发电机殆突然三相娅路后的三相定子电流波形图如下图所示;其中,A相定于电流的冲击电流标幺值为9.1048.和理论计算值存在0.95%的误差.短路后定子电流的d箱和q粕JRMld、Iq以及励毡电流If的仿此波形如下图所示：现设置在0.02025s时发生BC两相短路故砥.起先仿真.得到发电机端突然两相短路后的三相定子电流仿直波形如下图:试验三小电流接地系统单相故障3.1 小电流接地系统仿真模型构建1.1 .1中性点不按地索线的仿女模型及计算：利用SimUlink建立一个IOkV中性点不接地系统仿真模型，添加下列模块,(1)输电线路模块(Three-PhasePlSection1.ine>(2)信号接收模块(From>(3)信号输出模块(Oemux)(4)输入加法器模块(SUm)(5)-：相序史I也模块(Discrete3-phaseSequenceAnalyzer)(5)万用表模块(MuItIMeter)建立中性点不接地系统仿其模型如下图所示：各模块参数设置如下：(1)：.相电源模块：电压105kV,接线方式丫形连接,其他参数设置与试验一相同.故障点的接地电流Id可用F图万用表测址得到:Multi依据以上设置的参数,可以通过计算得到系跳在第三条出线的Ikm处（即1.ine3与1.ine4之间发生A相金展性单相接地时各线路始潮的零序电流有效依为：线路1：5.75A.税路2：13.5A,接地点的电流为20.18A3.12 中性点经泊弧线按地系及的仿真模型及计算在上试骁恭他上，在电源中性点添加一个电感战圈，其他参数不变。仿0模型如下图所示：E11sEQ三E三5111H三0:l11)3依据我路参数，假如要使接地点电流近似为0.计绊得须要的补偿电感内为1.=0.9566H.由于完全补偿存在小联谐振过电压问题.因此实际工程常采纳过补偿方式,当取过补偿度为10%时，经计算消弧戌圈电感为l=0.8697H消弧线圈参数设置如下图：PAraaotorsResistance(On三z>:IcductanceH):0.£6973.2小电流接地系统仿真结果及分析在仿式起先前，选择离散以法，仿真结束时间取02s,利用Powergm模块设置离散方式，时/为IXlO"5S,系统在0.04s时发牛.A相金属性单相接地.3.2.1 中性点不按地系统的仿其结果分析设置好参数，运行IokV中性点不接地仿出模型，得到系统三相对地电压和找电压的波形.如下图所示.从图中可见,系统在0.04S时发生A相金网性单相接地后，A相对地电压变为零，BC相对地电压上升¢5倍，但战电压仍旧保持对林故时负荷没有影响,系统的零序电压3U0及线路一始端的零序电流310.故障点的接地电流Id波形如下图所仿真得到的各线路始端零序电流.接地电流Id的有效优为：线路-：S.83A.线路二：7.99A,践路三：13.86A,ld=20.64A,与理论计算值相比，仿此结果略大，但误差不大于3%,从上图中可以看出，在中性点不接地方式"非故障段路的零序电流超前零用电压90'：故障线路的率序电流为全系统非故阳元件对地电容电流之总和，零序电流滞后零序电压90“；故障践路的零序电流和非故障戏跖的零序电流相位差为18(故障后的零序重量还可以采纳下图所示的“三相序重址模块”方法来得到,下图所示波形为故障我路零序电流的幅位和相位图.由图中可得故降戏路零序电潦的幅值为IO=6.52A,则310的有效值为13.83A.与从上图中线路湖Jlt得到的13.86A仅相差0.2%.32.2中性点短消弧线接地系统的仿真结果及分析设置好参数,运行IOkV中性点经消弧线圈接地系统仿真模型,得到系统三相对地电压和税电压的波形与不接地系统仿真图相同.系统的零用电压3U0及线谿始端的零序电流310、消蛆城圈电流I1.故障点的接地电海Id波形如下图所示:从上图所知，为单相接地故障的衙态过程结束后，故隔点的接地电流Id的有效值在2.9A左右，远小于中性点不接地系统的接地电流，因此补偿的效果非常明显.对于非故障线路来说,其密序电流仍是本身的电容电流,军序电流秘曲零序电压90'.电容电流的实际方向为由用t流向线路，这与中性点不接地系统是相同的。但是对于故障路途路来说.其零序电流相大于本身的电容电流,并且电容电波的实际方向也是由母线流向线路.因此.在这种状况下无法用电流方向的差别来推断故障线路,也很难用零用电流的大小来找出故障线路。试验四SimUlmk在变压器微机继电爱护中的应用举例4.1变压叁仿真模型构建依据双例电源的双统机变压涔的简洁电力系统接线图.利用SinIUIink绘制仿真电路图如（1）电源模块：电源EM与电源EN电势相位差Itr,其他设置相同,下图为电微EN参数设置:ParaaotersPha31.topaseHVOIaUe(V):FmPhszangl”皿“ASyQ:Fo-Frequency(H):l三三Internalconnection:YgISpecifyi3pdxncusx11sshort-circuitlevelSourceToslstAnco(Ceas):I。8929Sourceinductance(K):16.58-3（2）变质器模块：勾选“饱和帙心（SatUrablecore）为了简化仿真,变压器两侧的绕组接建方式和同，电压等级也相同,参数设比如下图所示:Paraaatarz*osid8e:andf=zueccy:Pn(VA),fc(Hz)】I：50e,50|WindingX(ADC)connection:Windingpraatr>IVXPh-Fh(Vr¾>.l(pu).1.l(pu)I：35e30.002.0.08*ndng2(be)connection:Ywindingparaa*ters-v2Ph-Ph(ra).*1.2(p)I：3543,0.002.0.08PSaturablecoreXAntxzaonresistancepuSaturationchrctrUic(pu)i¾,DftH12,p¾12.0.00.0024.1.2.1.0.1,52三福电压电流测量模块UM.UN将在变压罂两侧测贵到的电压、电流信号转变成SimUlmk信号，相当于电压、电流互感器的作用。UM模块的多数设附如下图所示，UN模块参数设置与此相仿,只是输出信号分别为“VabjN，1.iaboVoltace三a三ue三ntPmOyOund勺7Ua2labelSI*®i8bS(u“，FYoeblocktocol1ctEd)bat.MVoltssoinpuCurrenteasur84ntys(UsealabelSisnalIabol(usaFrgblocktocollectsignal)|：a1CurrentsinPU(4)三相断路器模块QFl和QF2分别来限制变压器投入，故障模块Faultl和Fault2分别用求仿真变器爱护区内故障和区外故障.4.2变压器空我合闸时励磁涌流的仿真设置三机断跖器模块QFl的切换时间为0$,仿真时间为0.5s,仿IXir法。de23t,三相断路器模块QF2、故障模块FaUlt1、FaUlt2在仿真中均不动作(设置其切换时间大于仿真时间即可)。为了视察励整涌流.在仿式中添加下图所示示波器模块.参数设置如下图：GeneralDataNstory11ptryfkghtdietingonaxesUmittaportstofest:WoPSavedatatoworkspaceVatiaUenemefscwetaFormat:SVudur-WthUmo运行仿真,忠到空我合闸后的：.相励段涌流的波形如下图所示:通过Powergui模块中的FFTAnaIysis对励磁涌流波形进行谐波分枷,其界向如下图所示:DCcomponent-2421.THD-16747%ISccpeGetaEtdInXMlSru*efdTStarth*e(s>00FKwbefofcc22dStrucftreIgPcrtcW-ruodEOU。0密)6£Fuxiamertaltrecfjency(Hz)MxFrwMrcy(HxXFrequencyaxrrIHarmoncorderDnpiaystyle：IBy(re<twtoFindcrDC)J¾vIo为了比较合剂时励任涌流与知路电流的大小，设置故障模块Faultl,使电路在0.25O45S间发生三相短路.运行仿真,结果如下图所示,在本次仿真中.A相空我介同时的励破涌流立伯比短跖电流要稍小，而8、C相空我合闸时的励磴涌流峰值要比短路电流大，将变压SS的二次绕组改为“D11”接线方式时,电源EM的A和初相位仍设为0。，运行仿真，得到空栽合闸后的三相励假涌流的波形如卜图所示:为了仍直比率制动式差动爱护在变压器爱护区内、外故障时电流的状况，增加运算及示0.305S间发生三相迈路，故障模块FauIt2不动作，运行仿直，汨变压器爱护区内故障时的电流波形如下图所示,从图中可以明显看出差动电流大于制动电流,爱护能师牢就动作.设置故(浙Fa3t2.使电路在0.3-0.Ss间发生三相短路,故障模块FaUltI不动作,运行仿真，得变压器爱护区外故障的电流波形如下图所示，从图中可以明显看出制动电波大于差动电流，野护制动,不动作。4.4变压器绕组内部故障的简洁仿真添加模块饱和变压器(SaturableTransformer),勾选“三绕组变压器(ThreewindingsTransformer)",构造出具行一个初级绕组、两个次级税组的单相变乐器.改造后的仿真模型如下图所示：设啊两个次级统现参数相同，井设置三相囿路器模块QF1、QF2的切换时间均为Os,设咫故障模块Faultl使电路在0.3-0.5S间发生AB相间短路.故障模块Fault2不动作,运行仿真,得到变压器型组50%处发生两相短路故隔时的电流波形如下图所示：