电力系统短路故障分析与MATLAB仿真研究

内容说明

摘要：短路是电力系统中最容易发生的故障，每年因短路而引发的电气事故不计其数。本文详细介绍了短路故障产生的原因以及危害等，并重点介绍了Simulink仿真工具在电力系统中的应用。利用电力系统工具箱SPS和Simulink模块可以对电力系统故障进行仿真。在仿真平台上，以无限大电源系统为建模对象，经过模块选择，连线，参数设置等步骤，对电力系统可能出现的三相短路、单相短路、两相短路以及两相接地短路几种故障进行仿真。仿真结果表明，波形与理论分析基本一致，由此说明MATLAB在电力系统仿真研究中具有重要的实用价值[1]。

关键词：短路电力系统 MATLAB 故障仿真

随着电力工业的迅猛发展，电力系统的规模越来越大，如今已成为世界上覆盖面最广、结构最复杂的人造系统之一。众所周知，电能的生产、输送、分配和使用四个环节是同时进行的，即电能不能够被储存。因此，如何生产安全、优质、经济的电能以保证电力系统的安全可靠运行成了当今值得关注的课题。正是由于电力系统的特殊复杂性，许多电力系统故障也随之发生，其中以短路故障最为严重。最近几年，国内外发生了多次重大停电事故，由此造成了巨大的经济损失，同时也严重影响了人民的正常生产、生活秩序[2]。因此，研究电力系统中的短路故障问题，尤其是短路电流问题一直受到电力科技工作者的高度重视[3]。

基于电力系统的复杂程度以及从安全性角度考虑，许多电力系统试验已无法在实验室中模拟进行。因此，国内外从上世纪80年代开始对电力系统故障分析做了大量的研究工作，并提出了许多故障诊断方法，但是实际上并没有得到有效的解决。考虑到电力系统的实际运行情况，从技术和安全角度来讲，已经无法进行科学的实验。所以，开展电力系统故障仿真就显得颇具现实意义和实用价值。借助于计算机，一系列的仿真软件开始诞生。

当前，我们应用的电力系统仿真软件主要有：

PSCAD/EMTDC程序：其功能是研究当电力系统遭受扰动或者参数发生变化时，观察参数随时间的变化规律[4]。
EMTP程序：其功能是进行电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态保护装置的综合选择以及电力系统暂态过电压分析等[5]。
PSASP程序：其功能是进行电力系统暂态分析、稳态分析以及故障分析等。

当然，除此之外还有MathWorks公司开发的MATLAB应用软件。由于MATLAB具有强大的计算功能、良好的动态仿真环境以及丰富的内置工具箱，因此逐渐成为电路、电力电子以及电力系统等模块的重要仿真工具。