基于matlab中性点接地仿真

-沈阳工程学院Shenyang Institute of Engineering课程研究论文题目 基于matlab仿真的小电流接地系统单相接地故障分析 系 部 研究生部 11专 业 电气工程 11姓 名 尹柏睿 11学 号 Y2016201208 112017 年 7 月 7 日欢迎下载-基于matlab仿真的小电流接地系统单相接地故障分析尹柏睿，高志强（沈阳工程学院 电力学院 辽宁 沈阳 110136）摘要：10kV配电网通常采用中性点不直接接地方式，其中性点不接地方式主要有三种，即中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式，因其发生接地故障时，流过接地点的电流小，又称中性点非有效接地系统。文章针对不同接地方式发生的单相接地故障，在MATLAB/SIMULINK环境中进行了仿真。并对各种情况下线路中的电流电压参数进行比较分析。关键词：双馈异步电机，定子匝间短路，Park变换矢量法，MATLAB/SIMULINKFault Diagnosis of Stator Winding Inter-turn Circuit in DFIGBased on Park Transformation Vector MethodHU Yao-ning, GAO Zhi-qiang(Institute of Electric Power, Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136,China)Abstract: With wind power technology matures, the proportion of wind power in the grid is gradually increasing. In wind power, the doubly-fed induction generault lies with the major axis of the ellipse phase related.Key words: Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), Stator Winding Inter-turn Short Circuit Fault, Park Transformation Vector Method, MATLAB/SIMULINK0 引言电网中性点接地系统的分类方法有很多种，其中最常用的是按照接地短路时电流大小可分为小电流接地系统与大电流接地系统。电网中性点采用那种接地方式主要取决于供电可靠性和限制过电压两个因素。我国规定110kV及以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式，35kV及一下的配电网采用小电流接地方式。1 小电流接地系统单相故障特点对图1所示的中性点不接地系统，单相故障发生后，由于中性点N不接地，所以没有形成短路电流通路，故障相与非故障相都流过正常负荷电流，线电压依然对称分布，因此运行带故障运行一段时间不予切除。期间可以进行故障查找与消除，或者进行倒负荷操作，因此不接地方式可以提供用户供电可靠性，但是接地相电压降低，非姐弟相电压升高线电压，将对电气设备绝缘带来不可逆损害容易引发两相短路扩大事故范围。基于上诉单相接地故障发生后系统不能长期运行。实际上，对于中性点不接地系统，由于线路分布电容的存在，接地故障点和导线对地电容还是能够形成电流通路的，从而有数值不大的电容性电流在大地与导线之间流通。一般情况下，这个容性电流在接地故障点将以电弧形式存在，电弧产生的高温会严重威胁设备与人员安全，甚至引发火灾，不稳定的电弧还会引起弧光过电压，造成非接地相绝缘击穿进而发展相间短路，导致保护动作断路器跳闸图1.中性点不接地系统中性点不接地系统发生单相接地时的故障特点如下：1) 在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。2) 在非故障相的元件上有零序电流，其值等于本身的对地电容电流，电容电流的实际方向为母线流向线路。3) 在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容电流的实际方向为由线路流向母线。对于如图2所示的中性点经消弧线圈接地系统，正常情况下，接于中性点N与大地之间的消弧线圈不通过电流，消弧线圈不起作用；当接地故障发生后，中性点将出现零序电压，在这个电压的作用下，将有感性电流流过消弧线圈，并注入发生故障的电力系统中抵消在接地点流过的容性电流，消除或减轻接地电弧电流的危害。需要注意的是，经消弧线圈补偿后，接地点不再有 容性电弧电流或者只有很小一部分的电容性电流流过，但是接地故障没有消除，非接地相电压依然很高，不允许长期运行。图2 中性点经消弧线圈接地系统3 中性点系统仿真模型及计算3.1 中性点不接地系统仿真分析利用simulink建立一个10kV中性点不接地的仿真模型如下图3所示：图3不接地仿真模型1) 在仿真模型中，三相电源“Three-phase source”模型，输出电压为10kV，内部接线方式为Y形联结。如图4所示图4 Three-phase source设置2) 对Three-Phase V-I Measurement模块，设置电压卷标为Line-Vabc，设置电流卷标为Line-Iabc;3) 将Three-phase Fault模块短路故障设置为0.0120.16，故障点选择A相。4) 将Three-Phase Series RLC Laod模块的电阻负载修改为阻感负载，其有功功率为100kW，无功功率1000var，联结方式中性点浮地方式。5) Sequence Analyzer 模块可以获取故障线路中的零序分量的幅值与相位。6) 选择Three-Phase PI Section Line模块充当传输线，其参数设置如图5所示图5Three-Phase PI Section Line模块设置5 仿真结果分析1) 图6表示线路上的三相电压波形V-abc1表示A相电压，V-abc2表示B相电压，V-abc3表示C相电压。当A相发生接地故障时，A相电压在接近0V左右 ，B，C两相电压升高3倍图6 故障线路A、B、C三相电压波形2) 将传输线输入端的三相电压V-abc相相加，即可得到中性点的电压V-n，图形7所示：图7中性点电压V-abc波形1) 中性点电流波形图如图8所示。故障电流I_n_F如图9所示图8 中性点电流I_n波形图9 故障电流I_n_F波形图11 A相短路程度0.04的轨迹Fig. 11 A-phase short track level of 0.04图12 B相短路程度0.04时的轨迹Fig. 12 B-phase short track level of 0.04图13 C相短路0.04时Park矢量轨迹Fig. 13 C-phase short track level of 0.04由上图可知：电机正常工作时，Park变换矢量的加重，轨迹的椭圆程度也愈厉害；由图11-13可知：其椭圆轨迹长轴的方向和故障所在相有关。能够有效的判断电机的故障程度及位置。5 总结本文通过对双馈异步电机定子匝间短路故障的分析，推导出了该电机定子匝间短路的数学模型，故障的严重程度，椭圆程度越大，故障程度越为严重，并且根据椭圆长轴的方向可以判断出定子的哪一项发生故障。参考文献1 张国新风力发电并网技术及电能质量控制策略J.电力自动化设备，2009，29(6)：130-132.2 王宏胜，章玮，胡家兵，等电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略J电力系统及其自动化，2010，34(4)：97-1013 胡家兵双馈异步电机系统电网故障穿越（不间断）运行研究基础理论与关键技术D杭州：浙江大学电气工程学院，2009：9-194 丁数业，孙兆琼，姜楠，等大功率双馈风力发电机内部流变特性数值仿真J电机与控制学报，2011，15（4）：28-345 林鹤云，郭玉静，孙蓓蓓，等海上风电的若干关键技术综述J东南大学学报（自然科学版）2011，（4）：882-8886 钱雅云，马宏忠双馈异步电机故障诊断方法综述J大电机技术，2011，（5）：5-87 马宏忠，张志艳，张志新，等双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究J电机与控制学报，2011，15（11）：50-538.任永峰，安中全，等双馈式风力发电机组柔性并网运行与控制M机械工业出版社，2011，7：26-339. Nejjari H，Benbouzid M E HMonitoring and Diagnosis of Induction Moto