基于ATPDraw的电网故障仿真平台设计

1、中文摘要 I摘 要随着社会对能源需求的增长和发电技术的进步，电力网络拓扑系统越来越复杂，运行难度也随之增加，而且发生的故障也难以用传统的分析方法进行预测，从而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。 本文首先介绍了电力系统仿真的必要性，简要对电磁暂态程序ATP-EMTP和MATLAB进行了说明，然后对电力系统中发生的各种短路故障进行了数学分析，并在此基础上创建了基于ATPDraw和MATLAB仿真软件的故障仿真平台，利用电磁暂态程序的图形输入功能和MATLAB强大的计算功能和编程技术，绘制故障仿真波形图，从而为进一步分析提供依据。该方案通

2、过设置不同的参数，可以对单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相接地短路进行仿真，绘制出各种故障发生时的电压、电流的波形。 关键词： 电力系统； ATP-EMTP； MATLAB； ATPDrawABSTRACT IIABSTRACTAlong with the growth of energy demand and the technological progresses of power generation, topology for power system is becoming more and more comlex, the difficulty of operation i

3、s also increasing,furthermore,it makes hard to predict by traditional analysis method for the fault,and Power System Analysis and Simulation Technology become indispensable tools and instruments in the power systems planning, design, operation, analysis and transformation. The paper introduces the n

4、ecessity of power system simulation in the first instance,and briefly describes the illustrations of ATP and MATLAB,then implements mathematical analysis for all kinds of faults, besides based on this and according to the ATP and MATLAB,we create the platform of fault simulation,using the EMTP which

5、 has the input function of graph and the MATLAB which has the powerful calculation and the programming technology, in order to provide evidence for analysis.This scheme could simulate the single-phase earth fault,two-phase short circuit,two-phase earth short circuit,three-phase short circuit , drawi

6、ng up various voltage and current waveform of faults by setting different parameters HYPERLINK /dict_result.aspx?searchword=%e5%85%b3%e9%94%ae%e8%af%8d&tjType=sentence&style= Keywords: power system； ATP-EMTP； MATLAB； ATPDraw目 录 第二章 仿真软件ATP-EMTP及MATLAB简介2.1 电磁暂态程序ATP-EMTP2.1.1 电磁暂态程序（ATP-EMTP）的数学模型电力

7、系统包含有电机、变压器、输电线路、电缆、断路器、电抗器、电容器组、逆变器组、互感器、避雷器等设备，它们在结构功能和特性上千差万别，但从电路的角度来讲，除电源外，都可以用R、L、C来表征它们的这些功能和特征。目前，ATPEMTP的数学模型包括如下几种：（1）集总参数电阻R、电感L和电容C；（2）多相PI等值电路；（3）多相分布参数输电线路；（4）非线性电阻，这里v-i特性曲线是单值的；（5）非线性电感器，既可模拟常规的单值特性曲线，也可包括剩磁和磁滞；（6）时变电阻；（7）开关，用来模拟断路器、火花间隙及其它网络联接的改变，二极管和晶闸管也包括在内；（8）电压和电流源，除了标准的数学函数波形外，

8、用户还可用FORTRAN或TACS来定义波形；（9）动态旋转电机，除了模拟最常用的三相同步电机外，还可模拟单相、二相和三相感应电机和直流电机。它与TACS控制系统模型相联接，从而可模拟电压调节器和调速器等的动态特性。（10）控制系统可以用TACS（Transient Analysis of Control Systems）来实现，允许不同种类的非线性和逻辑运算。控制系统的输入和输出可以和EMTP的电网络相接口。WatcomATP-EMTP是一个真正的32位Windows应用程序，可以在Win9X/NT/2000/XP下运行，不能在Windows3.x下运行。它的图形输出工具是PCPLOT和PL

9、OTXY。ATP-EMTP还配备有图形输入程序ATPDraw，本文中使用的是ATPDraw4.2。ATPDraw4.2是一个32位程序，可以在Windows9X/NT/2000/XP下运行。ATPDraw作为ATP-EMTP的一个前处理程序,最终生成一个格式正确的ATP-EMTP的数据输入文件。ATPDraw支持70个标准元件和28个TACS模块，同时也支持MODELS，用户可以根据自己的需要创建所需要的电路模块4。2.1.2 ATP-EMTP的功能EMTP程序的基本功能是进行电力系统仿真计算，典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律；将EMTP的稳

10、态分析和电磁暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。另外，EMTP程序也广泛应用于电力电子领域的仿真计算。同时，EMTP还可以用来计算单相或多相网络如：（1）在某一频率电源作用下的线性系统相量值，即可计算电力系统中的工频过电压；稳态值的计算可作为电磁暂态计算的初始条件；（2）程序自动地用步长f由fmin到fmax电源频率的变化，求解某一网络的自振频率；（3）能计算电路网络的暂态过程；（4）可求解各种非线性网络。由上述可知EMTP是一种进行电力系统仿真的强大工具，其对研究对象的限制微乎其微，可以用来求解电力系统单相或多相的稳态解与各种类型的暂态解，可以包含有多个集中元件、分布参数、线

11、性与非线性元件、依赖于频率变化的线路、各类型开关、电力电子元件、变压器及电机、多种类型电源、控制电路的任意组合而成的不同网络结构。并且根据电网建立起来有很多零元素的导纳矩阵，程序使用了稀疏矩阵技术，不但简化了计算，而且大幅度减少了存储单元及计算时间。总之，它不仅用来研究电力系统的电磁暂态过程，而且可以用来求解一般的电气电子线路，以及能等价地用电气电路来分析任何问题，都可以用EMTP来求解。近年来EMTP与实测结果的对比吻合，也证明了其计算结果的可信性。52.2 ATPDraw程序的使用62.2.1 ATPDraw程序的基本操作ATPDraw是对在MS-Windows操作系统的平台上的Elect

12、romagneticTransien-ts程序（EMTP）的ATP版本的一个图形输入预处理程序。程序在Windows操作系统9x/Nt/2000/XP下面的BorlandDelphi2.0和运行中被写。ATPDraw支持多种电路模型，使多个电路同时工作和拷贝电路之间的信息成为可能。各种的标准电路编辑措施（复制/粘贴、旋转、输出/进口、撤销、还原/重做）在ATPDraw中是有效的。除此之外，ATPDraw支持视窗操作系统剪贴板和原文件输出。启动ATPDraw程序，进入ATPDraw初始窗口界面，如图2-1所示：图2-1 ATPDraw的初始窗口用鼠标左键点击File选项，再点选New选项，此时会

13、开启一新的空白窗口，即新文件操作窗口，如图2-2所示。图2-2 ATPDraw新文件操作窗口ATPDraw的操作界面主要包括以下几个部分：1标题栏。标题栏显示的是当前操作的文件名称，当前工作模式及最小化、最大化/还原、关闭按钮。2菜单栏，菜单栏起了统领绘制模型所有功能模块的作用，包括建立模型过程中最常用的一些命令。菜单项包括File、Edit、View、ATP、Objects、Tools、Window、Help，单击这些菜单即可打开下拉菜单。下拉菜单中显示了各功能子菜单，以及执行该项功能的热键和快捷键。3工具栏。菜单栏下面就是工具栏，工具栏提供了一些常用命令的快速访问按钮。单击某个按钮即可执行

14、相应的操作。4绘图栏。工具栏下面的空白区域就是绘图栏，用户可以在此区域中绘制各种模型。用户在绘图栏中用鼠标右键单击，在弹出的菜单中即可选择所需的绘图元件。用户选用过某元件后，该元件就会在工具栏右边出现，下次再要选用时，只要用鼠标左键单击它即可。移动元件：在该元件上按住鼠标左键不放，拖曳鼠标来移动每个元件。旋转元件：左键单击元件即可将其选中，在该元件上按一下鼠标右键，每按一下会向右旋转90。设定元件：在该元件上按鼠标左键两下，即可进入设定该元件的窗口。2.2.2 ATPDraw程序的基本元件1三相正弦波电压源（Ac3ph）加入方法如图2-3所示。用鼠标左键双击电源图标，进入设定窗口，如图2-4所

15、示，选择“Voltage”即为电压源。Amp.：电源相电压振幅，单位是V。f：电源的频率，单位为Hz。Pha：电源的初始相角，单位视A1而定。A1：A1=0，单位为度（degrees）。A10，单位为秒（seconds）。TStart：电源启动时间，单位为秒。TStop：电源停止时间，单位为秒。当TStop=0，代表永不停止。Lable：元件命名。图2-3 三相电源加入菜单图2-4 三相电源参数设置窗口2三相可独立操作的时控开关（swit_3xt）加入方法如图2-5所示。用鼠标左键双击开关图标，进入设定窗口，如图2-6所示。T-cl_1、T-cl_2、T-cl_3：分别为A、B、C三相开关闭合

16、时间，单位为秒。T-op_1、T-op_2、T-op_3：分别为A、B、C三相开关打开时间,单位为秒。Lable：元件命名，可不设。图2-5 三相时控开关加入菜单图2-6 三相时控开关参数设置窗口3支路电流探针（Probe Curr）和节点电压探针（Probe Volt）加入方法分别如图2-7和图28所示。这两种探针分别可测支路三相电流和节点三相对地电压，设置窗口如图2-9所示。图2-7 电流探针加入菜单图2-8 电压探针加入菜单图2-9 探针设置窗口4三相分路器（splitter）加入方法如图2-10所示。分路器可将系统中的三相分离出来，从上到下依次为A相、B相、C相。图2-10 三相分路器

17、加入菜单5电阻(Resistor)加入方法如图2-11所示。用鼠标左键双击电阻图标，进入设定窗口，如图2-12所示。RES：电阻值参数，单位为。Output：控制该支路的数据输出，不同的数值代表要求输出不同。0-No不输出1-Current，支路电流输出2-Voltage，支路电压输出3-Current&Voltage，支路电流与电压同时输出4-Power&Energy，支路功率与能量消耗输出图2-11 电阻加入菜单图2-12 电阻参数设置窗口6 对称三相线路分布参数模型（linezt_3）加入方法如图2-13所示。用鼠标左键双击线路图标，进入设定窗口，如图2-14所示。R/l+：正序电阻参数

18、，单位为/m。R/l0：零序电阻参数，单位为/m。L+：正序电感参数，单位为mH/m。L+：零序电感参数，单位为mH/m。C+：正序电感参数，单位为uF/m。C0：零序电感参数，单位为uF/m。Length：线路长度，单位为m。图2-13 对称三相线路分布参数模型加入菜单图2-14 对称三相线路分布参数设置窗口7. 单相时控开关（Swichtc_sup）加入方法如图2-15所示。用鼠标左键双击开关图标，进入设定窗口，如图2-16所示。T-cl：开关闭合时间，单位为s。T-op：开关打开时间，单位为s。 图2-15 单相时控开关加入菜单图216 单相时控开关参数设置窗口8无耦合三相阻抗元件(Rl

19、c_3)各相阻抗值相等，用于模拟电源系统阻抗。加入方法如图2-17所示。用鼠标左键双击阻抗图标，进入设定窗口，如图2-18所示。R：电阻，单位为。L：电感，单位为mH。C：电容，单位为uF。图2-17 无耦合三相阻抗元件加入菜单图2-18 无耦合三相阻抗元件参数设置窗口2.3 图像处理软件MATLABMATLAB之所以成为世界顶尖的科学计算与数学应用软件,是因为它随着版本的升级与不断完善而具有愈来愈强大的功能。(1)数值计算功能。MATLAB出色的数值计算功能是使之优于其他数学应用软件的决定性因素之一。(2)符号计算功能。科学计算有数值计算与符号计算之分,仅有优异的数值计算功能并不能满足解决科

20、学计算时的全部需要。1993年,MathWorks公司开发出在MATLAB环境下实现符号计算功能的系统组件。(3)数据分析功能。MATLAB不但在科学计算方面具有强大的功能,而且在数值计算结果的分析和数据可视化方面也有着其他同类软件难以匹敌的优势。(4)动态仿真功能。MATLAB提供了一个模拟动态系统的交互式程序SIMULINK,允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统,并能动态地控制该系统。MATLAB既是一种计算机语言，又是一个集成编程环境。MATLAB的主窗口如图219所示。图219 MATLAB主窗口本文着重使用的是MATLAB的绘图功能。语句plot()是MATLAB最基本的二维图形绘

21、制语句，这是绘制线性x-y坐标图最常用的命令。使用这条语句绘制图形时不必考虑坐标平面的大小，x轴和y轴的刻度也是自动标出的。plot()函数调用格式为： plot(x) 省缺自变量绘图格式。 如果x为实数，等价于plot(x,x)。 如果x为复数，等价于plot(real(x),image(x)。plot(x,y) 基本格式，以y(x)函数关系作出直角坐标图。如果y为n*m矩阵，则以x自变量，作出m条曲线。plot(x1,y1,x2,y2,) 多条曲线绘图格式。例如：在命令行中输入以下程序：x=0:2*pi/90:2*pi；y=sin(x)；ploy(x,y)其图形如下所示：在用plot()函

22、数绘图时，还可以在函数中添加部分参数来指定线条样式，以便于确定各线条所代表的含义。plot绘图函数的各参数的意义如下表所示。表2-1 plot绘图函数的参数参 数意 义参 数意 义r红 色-实 线g绿 色-虚 线b蓝 色:点 线y黄 色-.点 划 线m洋 红 色o圆 圈c青 色x叉 号w白 色+加 号k黑 色s正 方 形*星 号d菱 形.点 号若要同时改变颜色及图线状态，只要在坐标对后面加上相关字串即可。例如，x=0:2*pi/90:2*pi；Plot(x,sin(x),co,x,cos(x),g*)；图形如下图所示：MATLAB实现对电力系统的仿真和分析，传统上有二种独立的方法：一种是传统的

23、编程方法,即通过大量的代码来实现电力系统的建模、稳态计算和暂态分析等等；但由于MATLAB提供了用户可以直接调用已有的高性能数值计算。如矩阵求差、数值微、积分等等,较使用C或Fortran语言开发其源程序却要简洁得多,可节省大量的内存空间和开发时间。另一种是Simulink平台上进行仿真分析,按建模方法分为器件级仿真(又称为物理建模)和系统级仿真(又称为数学建模)。其中器件级仿真是利用MATLAB的PSB中固有元件模型构建新元件的物理模型,该方法一般适用于探讨元件的内部性能；系统仿真是利用MATLAB/SIMULINK中的控制模块来构建新元件的数学模型,该方法是研究元件的外部特性。在MATLA

24、B/SIMULINK平台上,借助于鼠标点击和拖放以及一些必要的参数设置即可实现对电力系统的稳态和暂态分析,并可方便地研究各种先进的控制方法对电力系统的控制效果。在实际应用中,特别是对复杂电力系统的仿真分析,两种方法通常交替融合使用。应用MATLAB 进行电力系统仿真的主要步骤为： 系统模型的建立；设置仿真参数和控制算法的实现；进行暂态仿真； 结果分析。使用ATPDraw程序,可以更方便的创建完整的仿真模型电路。对仿真模型输入参数，借助微机建立数据文件，通过转化程序，使数据文件转化成MATLAB文件，利用MATLAB高效的数据仿真分析，特别是信号处理和直观的的图形显示功能，能快速而准确地对电路及

25、更复杂的电气系统进行仿真、计算，从而节省了大量的人力物力，为现代大型电力系统故障研究提供了条件。7第三章 电力系统故障仿真平台的建立 第三章 电力系统故障仿真平台的建立3.1 单相故障边界条件分析1. A相直接接地故障当系统中的f点发生单相（A相）直接短路接地故障时，其短路点的不对称电流和电压可以用图3-1表示。很明显，短路点的边界条件为a相在短路点f的对地电压为零，b相和c相从短路点流出的电流为零，即系统图3-1 A相短路接地 （3-1）2. A相经阻抗接地当系统中f点发生单相（A相）短路接地故障时，在一般情况下，接地点往往产生电弧，这相当于故障点经过阻抗接地。系统图3-2 A相经阻抗接地在

26、此情况下，短路点的电压和电流如图3-2所示，从而可以列出短路点的边界条件为： （3-2）3.2 两相故障边界条件分析1. B、C两相直接短路故障当系统中f点发生两相（B、C两相）直接短路时，短路点处的电流和电压可以用图3-3表示：系统 图3-3 B、C两相短路并由此可以列出短路点的边界条件为 (3-3)2. B、C两相短路直接接地故障当系统中发生B、C两相直接短路接地时，短路点处的电压和电流可以用图3-4表示，系统图3-4 B、C两相短路接地从而可以列出相分量的边界条件为 （3-4）3. B、C两相短路经阻抗接地故障如果B、C两相经阻抗接地，如图3-5系统 图3-5 B、C两相经阻抗接地则故障

27、点的边界条件为 （3-5）3.3 三相短路故障分析如果发生三相短路，如图3-6所示系统图3-6 三相短路则故障点相电流的边界条件为 （3-6）对于相电压的边界条件，我们用以下模型计算：图3-7三相短路计算模型其中， 为电源内阻，为线路阻抗，和为中点，以为参考点，由结点电压法可得由于，所以即： （3-7）3.4 故障仿真平台3.4.1 通用故障等效电路分析在三相系统中，发生的常见的短路故障基本有三相短路、单相对地短路、两相短路和两相对地短路。我们通过对这些故障类型的分析，可以得出，三相系统短路时，对于短路点的相电压和相电流的个数是不变的，只是发生短路的相数不同，接地阻抗不同，所以我们可以图3-8

28、所示的模型，通过不同开关的组合，来模拟不同的短路故障：系统图3-8等效故障电路当开关k3、k4断开，k1、k2闭合时，可以模拟三相短路故障；当开关k1、k2、k3断开，k4闭合时，可以模拟A相对地短路故障；当开关k2、k3、k4断开，k1闭合时，可以模拟b、c两相短路故障；当开关k2、k4断开，k1、k3闭合时，可以模拟b、c两相接地短路故障。在简单环形三相输电网中，我们同样可以利用上面的故障模型来描述输电网中发生的故障，如图3-9所示：RLCRLCRLCZ-TZ-TZ-TZ-T图3-9 故障通用等效电路3.4.2 创建ATPDraw故障仿真平台ATPDraw是一种图形预处理程序，支持多种电路

29、模型，可以创建完整的仿真模型电路。启动ATPDraw程序，进入ATPDraw初始窗口界面第一步,点击File下的new项,以建成一个新的电路窗口文件。第二步,在新建的空白页中单击鼠标右键,就会出现一个元件选择菜单,点击所需元件,其模型的图标就会出现在新建的电路窗口文件中。第三步，给元件赋值。双击选出的元件图标,即可弹出添加参数的对话框,参数修改完后点击ok键即可保存赋值。下图为ATPDraw建立的故障仿真模型电路其中：电源为500kv三相交流电源，频率为50 Hz，电压等级为500 kV，幅值均为408248 V。三个电源的初始相位依次为、60。采用三个Rlc_3元件模拟系统阻抗（三相具有相同

30、的电阻、电感和电容），三个系统阻抗元件的电感值取39.8 mH，电阻和电容值均为0。U1至U2线路长度为150 km。把U1-U2线路分为两段，M2点为故障点，线路分布参数如下：R0=0.1847 /km，L0=3.601 mH/km，C0=7.52 nF/kmR1=0.0174 /km，L1=0.967 mH/km，C1=12.03 nF/km故障支路包含三相分路器、单相电阻（模拟过渡电阻）和单相时控开关三种元件。在M1测量点设置一个节点电压探针和一个支路电流探针，以输出M1点三相电压和三相电流信号。同时在M2测量点设置一个节点电压探针和一个支路电流探针，以输出M2点三相电压和三相电流信号。

31、完成电路图后,点击ATPSetting项可弹出对话框,选择Simulation菜单，设置采样步长10s，仿真计算时间Tmax0.06s，然后，选择菜单栏中ATPrun ATP或直接按F2，则电磁暂态分析程序（EMTP）将对所建立的模型进行计算，生成具有一定格式的仿真数据，同时生成相应的文件。再单击菜单栏中的ATPPL42MAT，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATLAB软件，在MATLAB中打开上述MAT文件，就可绘制测量点的三相电压和电流波形。第四章 电力系统故障仿真分析 第四章 电力系统故障仿真分析本文的仿真分析的主要对象：电网的故障点发生的单相接地故障（A相接地故障）、

32、两相接地故障（BC相接地故障）、两相相间短路（BC相间短路）和三相短路时，检测点和故障点的三相电压、电流波形。在ATPDraw环境下，打开电网故障仿真平台的结构图文件，点击ATPSetting项，弹出对话框，设置采样步长10s，仿真计算时间Tmax0.06s。4.1 单相故障仿真分析当开关K1、K2、K3断开，K4闭合时，仿真平台可以模拟A相接地故障。设置参数：K1、K2、K3：T-cl=1s、T-op=2s；K4：T-cl= 0.01s、T-op=1s。4.1.1. A相直接接地故障设置接地电阻：0欧姆，故障距离：50km。选择菜单栏中ATPrun ATP或直接按F2，电磁暂态分析程序将对所

33、建立的模型进行计算，生成具有一定格式的仿真数据，同时生成相应的文件。再单击菜单栏中的ATPPl42mat，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATLAB软件，输入： load(C:EEUGWatATP98Atp晁锋.MAT) plot(t,vM2a,r-,t,vM2b,g-,t,vM2c,b-)，故障点M2的相电压波形如图4-1所示：A相电压C相电压B相电压图4-1 A相直接接地故障点M2的相电压波形图输入： plot(t,iM2aM3a,r-,t,iM2bM3b,g-,t,iM2cM3c,b-)，故障点M2的相电流波形如图4-2所示：A相电流图4-2 A相直接接地故障点M2的相

34、电流波形图输入： plot(t,vM9a,r-,t,vM9b,g-,t,vM9c,b-)，检测点M1的相电压波形如图43所示：A相电压B相电压C相电压图4-3 A相直接接地检测点M1的相电压波形图输入：plot(t,iM1aM9a,r-,t,iM1bM9b,g-,t,iM1cM9c,b-)，检测点M1的相电流波形如图4-4所示：A相电流C相电流B相电流图4-4 A相直接接地检测点M1的相电流波形图当发生A相直接接地故障时，由图4-1，图4-2知，故障点M2的A相电压为零，非故障相B、C故障电流为零，这一点与式（3-1）吻合。从图4-3，图4-4可以看出，故障对检测点M1处电压电流有影响，由于回

35、路存在的线路阻抗较大，A相直接接地故障对检测点三相电压影响不大,电压发生小幅波动，A相存在故障电流导致A相电流幅值增大，相位发生变化。4.1.2. A相经阻抗接地设置接地电阻：50欧姆，故障距离：50km。点击ATPrun ATP，对模型进行仿真计算，再单击菜单栏中的Pl42mat，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATLAB软件，输入： load(C:EEUGWatATP98Atp晁锋.MAT) plot(t,vM2a,r-,t,vM2b,g-,t,vM2c,b-)，故障点M2的相电压波形如图4-5所示：A相电压C相电压B相电压图4-5 A相经阻抗接地故障点M2的相电压波形图

36、输入： plot(t,iM2aM3a,r-,t,iM2bM3b,g-,t,iM2cM3c,b-)，故障点M2的相电流波形如图46所示A相电流图4-6 A相经阻抗接地故障点M2的相电流波形图输入： plot(t,vM9a,r-,t,vM9b,g-,t,vM9c,b-)，检测点M1的相电压波形如图4-7所示：C相电压B相电压A相电压图4-7 A相经阻抗接地检测点M1的相电压波形图输入：plot(t,iM1aM9a,r-,t,iM1bM9b,g-,t,iM1cM9c,b-)，检测点M1的相电流波形如图4-8所示：B相电流C相电流A相电流图4-8 A相经阻抗接地检测点M1的相电流波形图在发生A相经阻抗

37、接地时，由图4-5，图4-6可知，故障点M2的A相电压不为零，由接地阻抗和故障电流决定，非故障相B、C故障电流为零，这一点与式（3-2）吻合。图4-7，图4-8显示，在检测点M1，发生故障的A相由于接地阻抗的存在，回路阻抗基本不变，三相电压基本不变，三相电流由于A相电流的变化，发生波动。4.2 两相故障仿真分析4.2.1. B、C两相直接短路故障当开关K2、K3、K4断开，K1闭合时，仿真平台可以模拟B、C两相相间短路故障。设置参数：K2、K3、K4：T-cl=1s、T-op=2s；K1：T-cl= 0.01s、T-op=1s。故障距离：50km。点击ATPrun ATP，对模型进行仿真计算，

38、再单击菜单栏中的Pl42mat，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATLAB软件，输入： load(C:EEUGWatATP98Atp晁锋.MAT) plot(t,vM2a,r-,t,vM2b,g-,t,vM2c,b-)，故障点M2的相电压波形如图4-9所示：C相电压A相电压B相电压图4-9 B、C两相直接短路故障点M2的相电压波形图输入： plot(t,iM2aM3a,r-,t,iM2bM3b,g-,t,iM2c3c,b-)，故障点M2的相电流波形如图4-10所示C相电流A相电流B相电流图4-10 B、C两相直接短路故障点M2的相电流波形图输入： plot(t,vM9a,r-

39、,t,vM9b,g-,t,vM9c,b-)，检测点M1的相电压波形如图4-11所示：C相电压A相电压B相电压图4-11 B、C两相直接短路检测点M1的相电压波形图输入：plot(t,iM1aM9a,r-,t,iM1bM9b,g-,t,iM1cM9c,b-)，检测点M1的相电流波形如图4-12所示A相电流C相电流B相电流图4-12 B、C两相直接短路检测点M1的相电流波形图当发生B、C两相直接短路时,由图4-9，图4-10可知，故障点M2的故障相B、C相电压相等，且B、C相电流大小相等，相位相反，非故障相A相故障电流为零，这一点与式（3-3）吻合。图4-11，图4-12显示，在检测点B、C相电压

40、由于故障影响，幅值降低，B、C电流与故障点相同。4.2.2. B、C两相短路直接接地故障当开关K2、K4断开，K1、K3闭合时，仿真平台可以模拟B、C两相直接短路接地故障。设置参数：K2、K4：T_cl=1s、T_op=2s；K1、K3：T_cl= 0.01s、T_op=1s。接地电阻：0欧姆，故障距离：50km。点击ATPrun ATP，对模型进行仿真计算，再单击菜单栏中的Pl42mat，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATLAB软件，输入： load(C:EEUGWatATP98Atp晁锋.MAT) plot(t,vM2a,r-,t,vM2b,g-,t,vM2c,b-)，

41、故障点M2的相电压波形如图4-13所示：C相电压B相电压A相电压图4-13 B、C两相直接短路接地故障点M2的相电压波形图输入： plot(t,iM2aM3a,r-,t,iM2bM3b,g-,t,iM2cM3c,b-)，故障点M2的相电流波形如图4-14所示A相电流C相电流B相电流图4-14 B、C两相直接短路接地故障点M2的相电流波形图输入： plot(t,vM9a,r-,t,vM9b,g-,t,vM9c,b-)，检测点M1的相电压波形如图4-15所示：C相电压B相电压A相电压图4-15 B、C两相直接短路接地检测点M1的相电压波形图输入：plot(t,iM1aM9a,r-,t,iM1bM9

42、b,g-,t,iM1cM9c,b-)，检测点M1的相电流波形如图4-16所示A相电流C相电流B相电流图4-16 B、C两相直接短路接地检测点M1的相电流波形图在发生B、C两相短路直接接地时，由图4-13，图4-14可知，故障点M2处，A相故障电流为零，B、C两相电压为零，这一点与式（3-4）吻合。图4-15，图4-16显示，检测点M1的B、C两相电压由于故障影响，幅值降低，B、C电流与故障点波形相同。4.2.3. B、C两相经阻抗短路接地故障当开关K2、K4断开，K1、K3闭合时，仿真平台可以模拟B、C两相经阻抗短路接地故障。设置参数：K2、K4：T-cl=1s、T-op=2s；K1、K3：T

43、-cl= 0.01s、T-op=1s。接地电阻：50欧姆，故障距离：50km。点击ATPrun ATP，对模型进行仿真计算，再单击菜单栏中的Pl42mat，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATLAB软件，输入： load(C:EEUGWatATP98Atp晁锋.MAT) plot(t,vM2a,r-,t,vM2b,g-,t,vM2c,b-)，故障点M2的相电压波形如图4-17所示：B相电压C相电压A相电压如图4-17 B、C两相经阻抗短路接地故障点M2的相电压波形图输入： plot(t,iM2aM3a,r-,t,iM2bM3b,g-,t,iM2cM3c,b-)，故障点M2的相

44、电流波形如图4-18所示A相电流C相电流B相电流如图4-18 B、C两相经阻抗短路接地故障点M2的相电流波形图 plot(t,vM9a,r-,t,vM9b,g-,t,vM9c,b-)，检测点M1的相电压波形如图4-19所示：C相电压A相电压B相电压如图4-19 B、C两相经阻抗短路接地检测点M1的相电压波形图输入：plot(t,iM1aM9a,r-,t,iM1bM9b,g-,t,iM1cM9c,b-)，检测点M1的相电流波形如图4-20所示A相电流C相电流B相电流如图4-20 B、C两相经阻抗短路接地检测点M1的相电流波形图在发生B、C两相短路经阻抗接地时，由图4-17，图4-18可知，故障点

45、M2的故障相B、C电压相等，A相故障电流为零，由式（3-5）可得，电压值由接地阻抗、B相故障电流和C相故障电流之和决定。图4-19，图4-20显示，在检测点，B、C相电压幅值受故障影响降低，B、C相电流波形与故障点相同。4.3 三相短路故障仿真分析当开关K3、K4断开，K1、K2闭合时，仿真平台可以模拟三相短路。设置参数：K2、K4：T-cl=1s、T-op=2s；K1、K3：T-cl= 0.01s、T-op=0.03s。接地电阻：50欧姆，故障距离：50km。点击ATPrun ATP，对模型进行仿真计算，再单击菜单栏中的Pl42mat，将仿真生成的PL4格式文件转换成MAT格式。运行MATL

46、AB软件，输入： load(C:EEUGWatATP98Atp晁锋.MAT) plot(t,vM2a,r-,t,vM2b,g-,t,vM2c,b-)，故障点M2的相电压波形如图4-21所示：C相电压A相电压B相电压图4-21 三相短路故障点M2的相电压波形图输入： plot(t,iM2aM3a,r-,t,iM2bM3b,g-,t,iM2cM3c,b-)，故障点M2的相电流波形如图4-22所示A相电压C相电压B相电压图4-22 三相短路故障点M2的相电流波形图 plot(t,vM9a,r-,t,vM9b,g-,t,vM9c,b-)，检测点M1的相电压波形如图4-23所示：C相电压A相电压B相电压

47、图4-23 三相短路检测点M1的相电压波形图输入：plot(t,iM1aM9a,r-,t,iM1bM9b,g-,t,iM1cM9c,b-)，检测点M1的相电流波形如图4-24所示A相电流C相电流B相电流图4-24 三相短路检测点M1的相电流波形图在发生三相短路时，由图4-21可知，短路后的三相故障电压为零，与式（3-7）相符；图4-22显示，短路后，三相电流仍然对称，可由式（3-6）得出。图4-23，图4-24显示，在检测点，三相电压和三相电流仍然对称，受故障影响，电压幅值减小，电流幅值增大。结 论 结 论ATP-EMTP仿真软件适用于详细研究大电力系统网络的暂态和动态过程。图形输入程序ATP

48、Draw作为ATP-EMTP的一个预处理程序,最终将生成一个格式正确ATP-EMTP的数据输入文件,用户可以根据自己的需要创建所需要的电路模块。通过使用EMTP的强大运算功能和ATPDraw的提前处理,将使工作量大大减少且设计更为方便、快捷。另外,在正确选择电力系统数学模型和参数的基础上,其电力系统仿真的规模基本不受限制,并能较完整地模拟大规模电力系统。因此,ATP-EMTP在电力系统仿真研究中具有广泛的应用前景。本文将ATP和Matlab结合起来,利用ATP的图形输入功能实现故障仿真, 同时,利用MATLAB强大的计算功能和编程技术，使之构成一个完整系统。该系统开放性好,集成度高,并具有可视

49、化功能,有利于暂态故障分析。可以非常方便地建立电力系统各种模型,并且可以将这些模型保存起来,建立复杂的系统仿真模型,以提高仿真计算的灵活性和效率, 为电力系统仿真和故障分析提供了一种新的手段。参 考 文 献 参 考 文 献1靳希，安平，张承学电力系统电磁暂态仿真软件 HYPERLINK /P-shdlxyxb.html o 上海电力学院学报 上海电力学院学报， HYPERLINK /I-shdlxyxb.2004.03.html 2004年第3期2徐政免费使用的电磁暂态分析程序ATP-EMTP程序介绍电网技术，1999年第7期3李妍. MATLAB通信仿真开发手册. 北京:国防工业出版社, 2

50、005.14陈维铁. 电力系统仿真技术的发展和应用. 重庆电力职工大学5韩丽娜，杨志坚，李虎. ATP-EMTP在500kV配电系统的应用. 电测与仪表，2005年第12期6陈平. 微机保护实验手册. 20057孙亮. MATLAB语言与控制系统仿真. 北京:国防工业出版社,20068张炜主编.电力系统分析.中国水利水电出版社.1999.12 9李江琦编.电力系统暂态分析(第二版).中国电力出版社.1995.510张颖,金维香. 基于 MATLAB的电力系统暂态稳定仿真研究.长沙电力学院11童国力.模块化电力系统仿真模型研究与开发.太原理工大学硕士论文.200412龚庆武,来文青,吴夙.用MA

51、TLAB和EMTP对输电线路进行故障定位数字仿真的比较.200113樊启斌,李虹.Matlab语言的功能、特点及其应用.14王学辉,张明辉等编著.Matlab6.1最新应用详解.中国水利水电出版社.200115夏道止. 电力系统分析. 北京：中国电力出版社，200416吴国瑜电力系统仿真北京：水利电力出版社，200417刘万顺电力系统故障分析（第二版）北京：中国电力出版社，199818C.Li,T.Tayjasanant,W.Xu,X.Liu,Method for voltage-sag-source Detection by investigating slope of the system

52、 trajectory,IEE Proc.Gen. Transm.Distrib.150(2003)367372.19Y.Xue,B.Xu,Z.Feng,Average and instantaneous reactive power of nonsinusoidal circuit based on Hilbert transformation,Automat.Electr.Power Syst.28(2004)3539(in Chinese).致 谢 附录资料：matlab绘图指令大全绘图指令1 二维曲线图1.1 绘制折线图plot指令图例Y=1,3,6,5,9,0,2;plot(Y);X

53、=0: pi/10: pi*2;Y=sin(X);plot(X,Y);X=0: pi/10: pi*2;Y1=sin(X);Y2=cos(X);Plot(X,Y1,X,Y2);调整坐标范围：axisaxis(0,300,0,2)1.2 绘制自定义函数DrawCircle.mfunction DrawCircle(Point,Radius) Hold on t=0: pi/10: 2*pi; x=Point(1)+ Radius*cos(t); y=Point(2)+ Radius*sin(t); plot(x,y);DrawCircle(10 10,1)DrawCircle(20 10,2)D

54、rawCircle(10 20,3)1.3 绘制符号函数显函数ezplot(sin(x),0,2*pi)隐函数ezplot(x2+y2-10,-5,5,-6,6)参数方程ezplot(cos(t)3,sin(t)3,0,2*pi)1.4 绘制自定义函数function y=myf1(x) y=sqrt(100-x2);fplot(myf1,-15 15)fplot(sin(x) cos(x) myf1(x),-15 15)1.5 图形修饰 设置颜色 y m c r g b w k 设置线型 - : -. - 设置标记 . o x + * 指令图例Y=1,3,6,5,9,0,2;plot(Y,

55、r-+);X=0: pi/10: pi*2;Y=sin(X);plot(X,Y, b-.);X=0: pi/10: pi*2;Y1=sin(X); Y2=cos(X);plot(X,Y1,r+-, X,Y2,b-*); 在指定坐标处，书写文字：text(3.5, 0.6, 曲线比较);x=1.6*pi, 1.6*pi; y=-0.3, 0.8;s=曲线cos; 曲线sin; text(x,y,s);1.6 更多类型的二维图指令图例bar直方图X=0:pi/10:2*pi;Y=sin(X);bar(X,Y);polar极坐标图T=0: pi/10: 4*pi;R=T;polar(T, R);误差

56、棒棒图X=0:pi/10:2*pi;Y=sin(X);e=0.2*rand(size(X);errorbar(X,Y,e);火柴杆图X=0:pi/10:2*pi; Y=sin(X);stem(X,Y);stairs楼梯图X=0:pi/10:2*pi; Y=sin(X);stairs(X,Y);多边形填色图X=1,2,3,4,5; Y=3,5,2,1,6;fill(X,Y,r);hold on; % 保持图形plot(X,Y,o)1.7 数值函数的二维图 可用于绘图，更可用于采样取点。 fplot(0.5*cos(x),-pi,pi) % 绘图X,Y = fplot(0.5*cos(x),-pi

57、,pi); % 返回点坐标fplot(cos(x),-pi,pi,r-+); % 观察点的位置控制采样点的密度fplot(cos(x),-pi,pi,r-+,0.05);fplot(cos(x),-pi,pi,r-+,0.1); 可绘制系统函数，也可绘制自定义函数的图形。2 三维曲线图2.1 三维曲线plot3指令图例X=0: 0.1: 8*pi;Y=sin(X);Z=cos(X); plot3(X,Y,Z,r);X=0: 0.1: 8*pi;Y=sin(X);Z1=cos(X);Z2=2*cos(X); plot3(X,Y,Z1,r, X,Y,Z2,b);2.2 三维面填色fill3指令图例

58、X1=2,2,1;Y1=0,2,1; Z1=0,0,1;fill3(X1,Y1,Z1,r);hold on;X2=1,0,0;Y2=1,2,0;Z2=1,0,0;fill3(X2,Y2,Z2,r);X3=0,2,1;Y3=2,2,1;Z3=0,0,1;fill3(X3,Y3,Z3,b);text(1,1,1,1,1,1);3 曲面图形3.1 网格点坐标的表示x=1:2:7y=2:2:6X,Y = meshgrid(x,y)X = 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7Y = 2 2 2 2 4 4 4 4 6 6 6 63.2 三维网格mesh、meshc、meshz 用途：数据场的观

59、察分析命令图例随机数据的网格Z=rand(5,5);mesh(Z);% 设置颜色colormap(1,0,0);自定义函数的网格x=-4: 1: 4;y=-5: 1: 5;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;mesh(X,Y,Z); 消影开关：hidden on / hidden off 利用peaks(50)作为模拟数据矩阵;命令图例 带等高线的网格Z=peaks(50);meshc(Z);Z=peaks(50);meshc(Z);colormap(1,0,0);带基准面的网格Z=peaks(50);meshz(Z);剪孔Z=peaks(50);Z(30:45,15:30

60、)=NaN*ones(16,16);meshc(Z);3.3 着色表面图surf、surfc命令图例表面着色的网格Z=peaks(50);surf(Z);自定义函数的着色网格x=-2: 0.1: 2;y=-2: 0.1: 2;X,Y=meshgrid(x,y);Z=sqrt(X.2+Y.2);surfc(X,Y,Z);3.4 二元函数的伪彩色图pcolor 用途：污染浓度场的观察分析。命令图例Z=peaks(50); pcolor(Z);colorbar(hor);colorbar(vec);3.5 等高线contour不仅可用于绘图，更可以用以求截面数据。命令图例以矩阵下标为x、y分量的等高