基于simulink的配電網故障分析

范帥 劉劼

【摘要】實際配電網運行情況，特別是故障情況下的建模仿真顯得十分必要。本文就某一配電網，運用Matlab 的Simulink對系統進行了模型建立，并按照要求對系統中變壓器、導線、斷路器等模塊進行參數設置，對變壓器低壓側以及部分重要節點分別進行了電氣分析，采集電壓、電流并進行頻譜分析，得到了完整節點動態運行下的參數。然后將原有Ag故障改為三相接地故障后，再次分析主變壓器低壓側參數，發現故障后三相仍對稱，但過電流嚴重；將故障位置改變至距671節點0.2km處，采集主變壓器低壓側參數，發現故障位置對主變壓器的影響。

【關鍵詞】Matlab/Simulink；電力系統仿真；故障分析；頻譜分析

現有配電網與其基本要求為：采樣率為200kHz，仿真時間1s；控制斷路器B1在0.4s斷開、在0.5s閉合；線路684-671在0.6s、距671 0.8km處發生Ag故障。

本文的電網模型是基于Simulink搭建的仿真模型。在Matlab中新建一個modle，用其創建電路模型并保存。將所需模塊從Simulink 庫SimPowerSystems中添加到創建窗口中。需的模塊包括三相電源、三相變壓器等。將模塊拖入界面中，按照網絡結構連接即可。在此模型中，220/10 kV 變壓器接線方式為Y/Y，容量為100 MVA；10/0.4kV 。變壓器接地方式也為Y/Y。

對于架空線，集中參數的數學模型可用型等效電路表示。單位長度的阻抗和對地導納計算公式為：、在架空線長度小于100km的情況下，修正系數取值可簡化。

雙擊已拖入的輸電線模塊，可輸入所需參數。所有架空線的集中參數模型均相同，只需更改線路長度即可。對于電纜線，分布參數與架空線有所不同。因為電纜的導線之間距離比架空線路小的多，所以，對地電容電纜就更大，同時由于導線間的互感增大，同樣長度的電纜比線路的電抗要低。

考慮到變壓器漏抗，8096.1V在正常范圍內。斷開瞬間（0.40005s），產生50.683kv電壓脈沖（C相），瞬時電壓達到正常工作電壓的6.3倍。發生AG故障后，A相電壓降低為正常的20%，B相電壓升高為正常的1.3倍，C相電壓都升高為1.7倍。A相電流升高為正常負荷時的2.1倍，B相電流升高為正常負荷時的1.2倍，C相電流升高為正常負荷時的1.5倍。故障恢復后，電壓和電流都恢復正常值。

然后做A相電壓頻譜分析。通過頻譜分析得出結論：未發生故障時沒有諧波，0.4s斷路器斷開后，產生較大的高次諧波，THD為13.1%；0.5斷路器閉合時，THD為6.2%。0.6s發生AG故障，THD為20.2%；0.9s線路恢復正常負荷后，THD近似于0。

對于684節點，采用同樣的測量方法，得結論如下。

0.6s時發生A相接地故障后，684節點A相電壓幾乎為零，B相電壓變為原來的1.4倍，C相電壓變為原來的1.7倍，過電流情況比較嚴重。電流有所減少，但是變化不大；AG故障恢復瞬間，線路THD為14.24%.故障恢復后，第0.9s時，頻譜分析顯示諧波幾乎消失，THD=0.03%。

改變故障類型Ag為三相接地，采集主變壓器低壓側電氣參數，結論如下：

三相電壓均將為正常的31.7%；A電流上升為正常的16倍，B相升為13倍，C相升為1.9倍，過電流非常嚴重。0.65s故障恢復是，THD值很高，諧波非常嚴重。與Ag故障相比，三相接地后，網絡仍處于對稱狀態，但過電流很嚴重。

最后將改變故障地點到距671節點0.2km，結論如下：

由此可以看出，故障地點距離主變壓器越近，對主變壓器的影響越大。

本文基于Matlab/simulink搭建了配電網模型，完成了模型搭建、參數設置、規定采樣頻率和仿真時間，對包括主變壓器低壓側以及部分重要節點在內的多節點參數采集。除采集相電壓、相電流外，還進行了頻譜分析，得到故障發生前后不同節點諧波的情況。最后還改變了故障類型、地點，進行對比分析。

參考文獻

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