基于MATLAB的电网故障暂态仿真研究.docx

基于MATLAB的电网故障暂态仿真研究

（山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255049）

摘要：文中介绍了MATLAB/Simulink的特点及其提供的电力系统工具箱（PSB），并说明在MATLAB/Simulink环境下建立仿真模型的一般步骤，而且以此为指导建立了一个典型的环形电网模型，在此基础对电力系统的常见的短路故障进行了仿真并记录了仿真后得到电流、电压波形。对仿真后得到的不同故障状态下的电流、电压波形进行简单的对比分析，便可以得出电网在发生不同短路故障时的电网电流、电压的基本特征，对电力系统故障分析具有指导意义。
关键词：MATLAB/Simulink；短路；仿真
0引言
电能已经成为当今世界最重要的能源，在电能的生产、传输和使用中会出现一系列的问题，对这些问题我们会提出一些解决的方法。但是现在用户对电力系统运行的可靠的性和安全性的要求非常严格，所以大多数方案或想法只有通过计算机仿真后才能付诸实践。这使得电力系统分析和仿真技术成为电力系统规划、设计、运行、分析及改造等过程中不可缺少的工具和手段。电力系统仿真就是用数学模型代替实际的电力系统，在计算机上用数值方法对系统的运行特性进行实验和研究的过程[1]。MATLAB的诸多优点及其提供的电力系统仿真模块使得它成为电力系统仿真分析和科研探索的理想工具和重要手段。暂态是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后的状态。这里所谓的大干扰，是相对小干扰而言的，一般是指短路故障、突然断开线路或发电机等。短路故障是最常见的电力系统故障，因此本文对简单电网的短路故障进行了暂态仿真分析[2]。
1MATLAB/Simulink简介
MATLAB仿真软件是美国Mathworks公司于1998年推出的,在公司以及许多专家的努力下，经过多次扩充和修改，现已发行到MATLAB7.0以上版本，已成为当今国际上最流行的控制系统辅助设计（CACSD）技术的语言和软件工具。主要用于数值计算及可视化图形处理的高科技计算语言。它将数值分析、矩阵计算、图形图像处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程工具，集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图像处理等于一体。MATLAB具有3大特点：=1\*GB3①功能强大；=2\*GB3②界面友好，语言自然；=3\*GB3③开放性强。正是由于MATLAB的这些特点，使它获得了对应用学科（特别是边缘学科和交叉学科）的极强适应力，并很快成为应用学科计算机辅助分析设计、仿真、教学乃至科技文字处理不可缺少的基础软件，成为欧美高等院校、科研机构教学与科研必备的基本工具[3]。
MATLAB提供的动态仿真工具SIMULINK是众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一种，用来对动态系统进行建模、仿真和分析，他支持连续时间、离散时间以及两者混合的线性、非线性系统，也支持多变量、多速率系统。Simulink为用户提供了用方框图进行建模的模型接口，它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。用户只需用鼠标选中各模块，并放进新建的模块图，最后用连线将各模块连接起来，即完成对特定系统模型的创建。定义完模型以后，用户可通过Simulink的菜单或者MATLAB的命令窗口键入命令来进行仿真[4]。
MATLAB提供的电力系统工具箱（PowerSystemBlock以下简称PSB）主要是由加拿大的HydroQuebec和TECSIMInternational公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前将自动将其变化成状态方程描述的系统形式，然后在Simulink下进行仿真分析。MATLAB建模还可以直接调用PSB中的电气模块。PSB含有丰富的元件模型，几乎提供了组成电力系统的所有元件，包括电力系统网络元件，机电设备、电力电子器件，控制和测量环节以及三相元件库等，信号显示、模块连接等模块一般可以在Simulink工具箱中找到[5]。
2MATLAB/Simulink环境下建模与仿真
2.1建模的基本步骤
=1\*GB3①打开MATLAB软件，单击File菜单选择New→Model命令就可以打开一个新的仿真模型编辑窗口;
=2\*GB3②在MATLAB运行界面中键入powerlib命令来打开电力系统元件库Library；
=3\*GB3③在电力系统元件库中双击所需模块库，就会弹出一个新的窗口，在这个窗口中有该模块库中所包含各种元件模型。选择你所需要的元件模型拖入已打开的模型编辑窗口；
=4\*GB3④当所有需要