电力系统分析课程报告
姓名 ******* 学院自动化与电气工程学院
专业控制科学与工程
班级 *******
指导老师 *******
二〇一六年五月十三
一、同步发电机三相短路仿真
1、仿真模型的建立
选取三相同步发电机模型，以三相视图表示。励磁电压和原动机输入转矩Ef 与Tm均为定常值1.0，且发电机空载。当运行至0.5056s时，发电机发生三相短路故障。同步发电机三相短路实验仿真模型如图1所示。
图1 同步发电机三相短路实验仿真模型
2、发电机参数对仿真结果的影响及分析
2.1 衰减时间常数Ta对于直流分量的影响
三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路的电阻和等值电感决定（大约0.2s）。pscad同步发电机模型衰减时间常数Ta对应位置如图3所示（当前Ta=0.278s）。
图3 同步发电机模型参数Ta对应位置
1）Ta=0.278s时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图4所示。
图4 Ta=0.278s发生短路If波形
2）Ta=0.0278s时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图5所示。
图5 Ta=0.278s发生短路If波形
2.2 短路时刻的不同对短路电流的影响
由于短路电流的直流分量起始值越大，短路电流瞬时值就越大，而直流分量的起始值于短路时刻的电流相位有关，即直流分量是由于短路后电流不能突变而产生的。
Pscad模型中对短路时刻的设置如图6所示
图6 Pscad对于短路时刻的设置
1）当在t=0.5056时发生三相短路，三相短路电流波形如图7所示。
图7 t=0.5056时三相短路电流波形
2）当在t=0.6时发生三相短路，三相短路电流波形如图8所示。
图8 t=6时三相短路电流波形
2.3 Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响
1) Xd的影响
Pscad中对于Xd的设置如图9所示：
图9 Pscad对于D轴同步电抗Xd的设置
下面验证不同Xd时A相短路电流的稳定值。
i.Xd=1.014（标幺制，下同）时，仿真波形如图10所示
图10 Xd=1.014时A相短路电流波形
ii.Xd=10时，仿真波形如图11所示
图11 Xd=1.014时A相短路电流波形
2）Xd`的影响
在Pscad中暂态电抗Xd`的设置如图13所示：
图13 Pscad对于暂态电抗Xd的设置
下面验证不同Xd`时A相短路电流的暂态过程。
图14 Xd`=0.314时A相短路电流波形
ii.Xd`=1时A相短路电流的波形如图15所示：
图15 Xd``=1时A相短路电流波形
3）Xd``的影响
这里次暂态电抗Xd``与暂态电抗Xd`相似，Xd``影响的是短路后的次暂态过程。
在Pscad中次暂态电抗Xd``的设置如图16所示：
图16 Pscad对于次暂态电抗Xd``的设置
下面验证不同Xd``时A相短路电流的暂态过程。
i.Xd``=0.28时A相短路电流的波形如图17所示：
图17 Xd``=0.28时A相短路电流波形
ii.Xd``=0.9时A相短路电流的波形如图18所示：
图18 Xd``=0.9时A相短路电流波形
2.4 Td`、Td``对短路电流的影响
在Pscad中衰减时间常数的设置如图19所示：
图19 Pscad对于衰减时间常数的设置
1）下面验证不同Td`时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。
i.Td`=6.55时短路励磁电流的波形如图20所示
图20 Td`=6.55时短路励磁电流的波形
ii.Td`=1.55时短路励磁电流的波形如图21所示
图21 Td`=1.55时短路励磁电流的波形
2）下面验证不同Td``时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。
i.Td``=0.039时短路励磁电流的波形如图22所示
图22 Td``=0.039时短路励磁电流的波形
图23 Td``=3.039时短路励磁电流的波形
二、简单电力网络的线路故障仿真
1、仿真模型的建立
仿真模型预览图
根据题目要求，建立如图24所示的仿真模型。
图24 简单电力网络仿真模型
i.三相电源参数、输电线路（π型等值电路）参数对应在仿真模型中的设置位
置如图25（a）（b）所示。
图25（a）电源参数设置位置
注：题目要求中两侧电源电势夹角为15°，即两侧Phase值相差15°。
图25（b）π型等值电路参数设置位置
ii.变压器参数设置如图26所示，变压器采用星三角连接且不接地，零序电流不流通。
图26 变压器模型参数设置位置
2、输出通道的设计
由于题目要求三相电压电流的瞬时波形和向量图，所以需要设计不同的输出通道。瞬时波形用覆盖图形和分离图形显示(如图27所示）；相量图需要将各相电气量经过FFT模块处理（如图28所示），采用其幅值相位模式，用处理完成后的基波表示（如图29所示），用向量仪显示效果（如图30所示）。
图27 瞬时波形显示方式
图28 FFT处理模块
图29 FFT模式选择
图20 相量仪输出幅相特征
3、不同故障类型下的仿真结果
3.1线路发生三相故障
由于是对称故障且系统两侧基本相同，这里只看M侧A相。
故障前幅相特性
故障后幅相特性
3.2线路发生A相接地故障
主要看特殊相A相的电气量变化情况
M侧A相母线电压波形
M侧母线ABC相电流波形
短路点A相电压波形
短路点ABC三相电流波形（故障前重合）。
故障前幅相特性
故障后幅相特性
3.3线路发生BC两相故障
仍然主要看特殊相A的电气量变化
母线M侧A相电压波形
短路点ABC三相电压波形（故障前重合，故障后BC两相电压减小）
短路点ABC三相电流波形
短路前的幅相特性
短路后的幅相特性
4课程学习心得
通过对于电力系统分析这门课一个学期的学习，我更加深入的了解了电力系统分析中主要考虑的问题。本学期主要是对电力系统的暂态的学习，通过刘益青老师的耐心讲解和课下用PSCAD仿真软件对课程的巩固，使我自己在故障分析的能力上又上了一个台阶。
对于课程的建议：可能由于课时的原因，课程进行的略微紧张，基础稍欠缺的地方有些跟不上。因为了解到老师有做过故障保护相关工作的经验，所以希望老师以后能为学生拓展一些电力系统其他方面的知识。
在此再次感谢老师在学习上的支持和帮助。
