基于MATLAB的單相接地短路故障仿真

李 文 順

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150080；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319)

1 引言

MATLAB是英文MATrix LABoratory(矩陣實驗室)的縮寫，是美國MathWorks公司于1984年正式推出了MATLAB第一版(DOS版)，MATLAB的核心采用了C語言編寫，功能越來越強，除原有的數(shù)值計算功能外，還增加了圖形處理功能。在1999年初推出的MATLAB5.3版在很多方面進一步改進了語言的功能，隨之推出的全新的最優(yōu)化工具箱Simu-link3.0版達到了很高的水平。MATLAB“面向?qū)ο蟆钡奶攸c愈加突出，數(shù)據(jù)類型愈加豐富，操作界面愈加友善。2002年初夏所推6.5版的最大特點是：該版本采用了JIT加速器，從而使MATLAB朝運算速度與C程序相比肩的方向前進了一大步。MATLAB中的電力系統(tǒng)模塊是一種針對電氣系統(tǒng)的可視化建模與仿真工具，可用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、電力傳輸?shù)冗^程的仿真，也可用于電力系統(tǒng)和電力電子裝置以及電力驅(qū)動等的仿真。此仿真工具有許多優(yōu)點:開放性設(shè)計、圖形用戶界面以及多種分析和繪圖工具。

2 仿真模型建立與實現(xiàn)

本文使用的版本是MATLAB6.5，在MATLAB中啟動電力系統(tǒng)元件仿真庫，可以在命令窗口鍵入Powerlib，另外一種方法就是Start—Simulink——SimPowerSystems——Block Library命令即可啟動電力系統(tǒng)元件庫。在電力系統(tǒng)的故障中，可能發(fā)生短路有單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路和三相短路四種，在實際的應(yīng)用中，以單相接地短路最為常見，下面來建立單相接地的仿真模型(見圖1)。

在設(shè)置三相故障發(fā)生器上，選擇A相短路，選中接地項，故障發(fā)生的時間是0.01～0.04秒，如圖2所示。在Simulation/Simulation Parameters中設(shè)置Simulation time為：0.0～0.1秒，Solver options選項type:Variable-step Ode15s(stiff/NDF)，Max step size:auto，Min step size:auto，Initial step size:auto，Relative tolerance:1e-3， Absolute tolerance?：auto，Maximum order：5。

2.1 故障點電流的測量

設(shè)置萬用表M1，將故障點A相的電流作為測量電氣量。點擊仿真按鈕，在0～0.01秒之間由于三相電路故障發(fā)生器斷開狀態(tài)，以此A相電流0A，在0.01秒時發(fā)生接地故障，故障點A相電流發(fā)生變化，因為在閉合時故障點處有初始狀態(tài)，所以故障點A相電流的波形有所下降。而在T=0.04秒時，三相電路故障發(fā)生器斷開，相當(dāng)于故障已經(jīng)給排除了，此時A相電流迅速下降為0A，如圖3所示。

2.2 故障點電壓的測量

設(shè)置萬用表元器件M1，選擇故障點A相電壓作為測量的電氣量。重新仿真一下，故障點A相電壓波形如圖4所示。由圖可以看出：在0.01秒時發(fā)生接地故障，故障點A相電壓降為零，而在T=0.04秒時，三相電路故障發(fā)生器斷開，相當(dāng)于故障已經(jīng)給排除了，此時A相電壓又恢復(fù)了正常，如圖4所示。

3 結(jié)論

本文以MATLAB為平臺進行了輸電線的A相短路并接地的模擬仿真，在完全正確地設(shè)置了參數(shù)后得到了仿真的波形，通過仿真出來的波形，可以分析不同情況下的電氣量的變化特點。還可利用模塊將以上圖形的數(shù)據(jù)保存，然后利用小波分析工具箱來提取故障時刻、故障識別等。

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