基于MATLAB的单相接地短路故障仿真

李 文 顺

(1.哈尔滨商业大学，哈尔滨 150080；2.黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319)

1 引言

MATLAB是英文MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写，是美国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语言编写，功能越来越强，除原有的数值计算功能外，还增加了图形处理功能。在1999年初推出的MATLAB5.3版在很多方面进一步改进了语言的功能，随之推出的全新的最优化工具箱Simu-link3.0版达到了很高的水平。MATLAB“面向对象”的特点愈加突出，数据类型愈加丰富，操作界面愈加友善。2002年初夏所推6.5版的最大特点是：该版本采用了JIT加速器，从而使MATLAB朝运算速度与C程序相比肩的方向前进了一大步。MATLAB中的电力系统模块是一种针对电气系统的可视化建模与仿真工具，可用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，也可用于电力系统和电力电子装置以及电力驱动等的仿真。此仿真工具有许多优点:开放性设计、图形用户界面以及多种分析和绘图工具。

2 仿真模型建立与实现

本文使用的版本是MATLAB6.5，在MATLAB中启动电力系统元件仿真库，可以在命令窗口键入Powerlib，另外一种方法就是Start—Simulink——SimPowerSystems——Block Library命令即可启动电力系统元件库。在电力系统的故障中，可能发生短路有单相接地短路、两相接地短路、两相短路和三相短路四种，在实际的应用中，以单相接地短路最为常见，下面来建立单相接地的仿真模型(见图1)。

在设置三相故障发生器上，选择A相短路，选中接地项，故障发生的时间是0.01～0.04秒，如图2所示。在Simulation/Simulation Parameters中设置Simulation time为：0.0～0.1秒，Solver options选项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 故障点电流的测量

设置万用表M1，将故障点A相的电流作为测量电气量。点击仿真按钮，在0～0.01秒之间由于三相电路故障发生器断开状态，以此A相电流0A，在0.01秒时发生接地故障，故障点A相电流发生变化，因为在闭合时故障点处有初始状态，所以故障点A相电流的波形有所下降。而在T=0.04秒时，三相电路故障发生器断开，相当于故障已经给排除了，此时A相电流迅速下降为0A，如图3所示。

2.2 故障点电压的测量

设置万用表元器件M1，选择故障点A相电压作为测量的电气量。重新仿真一下，故障点A相电压波形如图4所示。由图可以看出：在0.01秒时发生接地故障，故障点A相电压降为零，而在T=0.04秒时，三相电路故障发生器断开，相当于故障已经给排除了，此时A相电压又恢复了正常，如图4所示。

3 结论

本文以MATLAB为平台进行了输电线的A相短路并接地的模拟仿真，在完全正确地设置了参数后得到了仿真的波形，通过仿真出来的波形，可以分析不同情况下的电气量的变化特点。还可利用模块将以上图形的数据保存，然后利用小波分析工具箱来提取故障时刻、故障识别等。

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