Matlab在同步发电机短路分析中的仿真应用

第２４卷第３期　Ｊｏｕｒｎａｌ石河子大学学报（自然科学版）　ｏｆ　Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉ　２００６年６月　ｅｎｃｅ）　Ｖ０１．２４　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０ｏ６　文章编号：１０ｆｔ／．７３８３（２００６｝０１．０３３２－０３　Ｍａｔｌａｂ在同步发电机短路分析中的仿真应用　刘新刚，加玛力汗，晁勤　（大学电气工程学院乌鲁木齐８３０００８）　摘要：通过　在同步发电机短路分析中的仿真应用，将Ｍａｔｌａｂ中的ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ模块引入到电力系统的分　析研究中，使大家对电力系统抽象的理论有一个生动、形象的认识，从而增强分析实际工程的能力。　关键词：同步发电机；电力系统；ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ　中图分类号：ＴＭ３０７．１　文献标识码：Ａ　’　由于电力系统分析理论性强，内容抽象，学习和　实验难度大，而Ｍａｔｌａｂ软件提供了图形输入与仿真　［（　一　）ｅ　＋　ｃｏ　＋Ｏｏ）一　工具．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，用户只要根据所建立的数学模型和　（　＋　）ｅ　ｃｏｓ（　。一　。）一Ｕｌｏｌ（１　、一些具体的模拟要求，从Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的　２，：一　）ｅ　ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ模块库中拖放合适的模块组合在一　ｃｏｓ（２ｔ＋　０＋　０）　起，就可以很方便地进行电力系统分析、仿真、数值　式（１），Ｅ　ｌ　ｏｌ为正常运行时的暂态电势，　ｌ０Ｊ为空载　处理和设计。　电势，　ｄ为直轴暂态电抗，‰为交轴电抗，　为ｄ　同步发电机在带负载情况下突然三相短路，可　轴和口相磁链轴线的夹角，　ｄ为励磁绕组在定子　利用ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ模块对其相间短路中的电流波　开路下的时间常数，　为非周期分量和二倍基频分　形、电压波形和故障点的各相电流序分量图进行模　量的衰减时间常数。　拟仿真分析。　由此表达式可以看出：　１）同步发电机在三相突然短路后，短路电流中　１　数学模型　除了周期分量外，还有非周期分量和二倍同步频率　图１为一台带有负载的三相同步发电机，其端　分量；　点突然发生三相短路的等值图，图中￡，ｌ　０ｌ表示端电　２）短路电流周期分量起始幅值大，经过衰减而　压相量。　到稳态值；　３）非周期分量的衰减主要取决于定子电阻和定　子的等值电抗（介于　ｄ和‰间的平均值）。　２　Ｍａｔｌａｂ仿真电路及其分析　使用简化的同步电机（Ｓｉｍｐｌｉｉｆｅｄ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍａｃｈｉｎｅ），使用三相并联ＲＬＣ负载（３－Ｐｈａｓｅ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　ＲＬＣ　ｌｏａｄ），并通过三相短路故障发生器元件（３．　Ｐｈａｓｅ　Ｆａｕｌｔ）实现同步电机的三相短路。由相量选择　图１短路等值示意图　器（Ｓｅｌｅｃｔｏｒ）来选择要测量的相进行分析，通过三相　由电力系统分析知识可知发生短路后衰减的　序分量分析元件（３－ｈＰａｓｅ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ　Ａｎａｌｙｚｅｒ）用于观　表达式为（无阻尼绕组）：　测各序分量的波形。　在Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｗｉｎｄｏｗ下键入Ｐｏｗｅｒｌｉｂ，打开窗口　收稿日期：２００５．１２．０６　作者简介：刘新刚（１９７８－），男，硕士生，从事电力系统综合自动化研究。ｘｉｎ￣ａｇｌｉｕ２００８＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｍｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　刘新刚，等：Ｍａｔｌａｂ在同步发电机短路分析中的仿真应用　３３３　后建立新文件，用鼠标将要用到的图标拖放到新建　的窗口文件，然后将各模块连接，构成如图２所示的　其中发电机的视在功率为５００ＭＶＡ，额定线电　压为１５６ｋＶ，额定频率为５０Ｈｚ。故障发生的时刻为　系统仿真电路图。　０．０５ｓ，在０．４ｓ时可将故障排除。　机械功率　感应电动势　同步发电机　三相短路装置　图２同步发电机突然短路电路模型　双击三相短路故障发生器元件，选中Ａ、Ｂ、Ｃ三　时各序分量的相位变化规律，对故障进行分析。　相故障，并选择故障相接地。点击Ｓｔａｒｔ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ按　选中正序（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）、负序（ｎｅｇａｔｉｖｅ）、零序（７＿￣ｒｏ）　钮进行仿真，点击示波器ｖ、Ｉ观察三相短路时的电　进行Ａ相电压和电流序分量幅值和相角图仿真，波　压和电流波形如图３所示。　形如图４所示。　由图３可以看到，当同步发电机在０．０５ｓ发生　通过仿真电路，可改变各元件的关键参数来观　三相短路时，Ａ、Ｂ、Ｃ三相的电压瞬间为零，而电流　察该参数对整个系统的影响过程，同时还可以观测　突然增大，且幅值不等，随着时间的推移，电流在逐　各相的详细情况，例如要观测Ａ相的电流电压波　渐衰减，到０．４ｓ时，故障切除，发电机又回到稳定状　形，或Ａ相的正序波形等等，只需要对仿真电路中　态。　　’的相量选择器和三相序分量分析元件进行设置即　对称分量法可以把故障电流、故障电压分解为　可。　正序、负序、零序三组对称分量，通过比较各种故障　ｘ　１０５　１　１　０．５　０　ｌｌ　－０．５　｝　一　｝　一２　１　ＯＯＯＯ　　厂　－—ｊ　Ｉ—　———上—　上　＿＿山＿＿　ｉｉｉｉ　　－一　ｊ＿■＿—＿・　．．—　图３三相短路时的电压和电流波形　图４故障点Ａ相电压电流序分量幅值和相角　３结论　对所研究的电力系统对象进行各种暂态和稳态数字　仿真。依靠仿真图形化的帮助，可使工程技术人员　利用Ｍａｌｆａｂ的ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ模块库可方便地　直观地了解电气参数变化对电力系统分析、运行的　２“Ｏ维普资讯 http://www.cqvip.com

３３４　石河子大学学报（自然科学版）　第２４卷　影响，验证理论分析结果，从而加深对理论的理解和　社，１９８５．　认识。　［２］吴天明，谢小竹．彭彬．Ｍａｔｌａｂ电力系统设计与分析［Ｍ］．　北京：国防工业出版社，２１３０４．　参考文献：　［３］周鹗．电机学．东南大学［Ｍ］．北京：中国电力出版社，　［１］李光琦．电力系统暂态分析［Ｍ］．北京：水利水电出版　１９９５．　Ｔｈｅ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｔｌａｂ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｈｏｒｔ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ＬＩＵ　Ｘｉｎ—ｇａｎｇ，Ｊｉａｍａｌｉｈａｎ，ＣＨＡＯ　Ｑｉｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎ　ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｌｕｍｕｑｉ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　８３０００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｔｌａｂ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｌｅａｄｓ　ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ　ｍｏｄｕｌｅ　ｉｎ　Ｍａｔｌａｂ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ，ｍａｋｉｎｇ　ｒｅａｄｅｒｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｖｉｖｉｄ　ｎａｄ　ｌｉｖｅｌｙ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｂｓｔｒａｃｔ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅｒｅｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｎａｌ￣ｎｇ　ｒｅａｌ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ；ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ