电力系统故障数据分析平台的研究[推荐阅读]

第一篇：电力系统故障数据分析平台的研究

电力系统故障数据分析平台的研究

黄细勇

佛山三水供电局

摘要：分析电力系统中故障数据分析系统的功能、现状和特点，提出故障数据分析平台的概念并对其进行研究。介绍平台的主要特点，给出平台设计的整体架构，并说明各组成模块的功能划分，还对模块间的关系等相关问题进行了阐述。

关键词：电力系统 故障分析 支撑平台

一、前言

电力工业是为国民经济和社会发展提供能源的重要基础产业，也是关系国计民生的公用事业。但日益复杂的电力系统，发生故障的几率也在不断增加，某些扰动可能导致大面积停电和稳定性问题尖锐化，严重时系统可能失去稳定。

目前电力系统中的常用的故障分析系统有故障录波系统、输电线路行波测距系统、小电流接地选线系统和电能质量监测系统等，这些系统为分析电网故障、确定电力系统在特定情况下的运行状况提供了强有力的支持。这一类应用的共同点是都要对某些模拟量数据进行记录、分析和计算，从而实现不同故障分析系统的功能。但目前处理录波数据的系统一般只针对具体的应用而开发，相互之间尽管在数据处理方面有许多共性，却是由不同公司各自开发的，系统的开放性差，只适用于某一种特定的应用，缺少平台化的设计思想。这样就形成了所谓的“自动化孤岛”现象。

二、故障数据分析平台的功能分析

目前电力系统中常用的故障数据分析系统有以下几种：

（一）故障录波分析系统

故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统,它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量,如有功、无功及系统频率的全过程变化现象。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为,了解系统暂态过程中系统各电参量的变化规律,校核电力系统计算程序及模型参数的正确性，故障录波已成为分析系统故障的重要依据。

系统主要由电流(电压)智能监视模块、通信链路、监视微机和分析软件四部分组成,该系统将多个智能监视模块统一编址，通过通信网与分析主机相连，组成故障录波系统。每一个智能监视模块相当于一个独立的微型故障录波器，在线监视一条线路的运行状况，连续采集数据。当该线路发生异常时，相应模块连续采集一段设定时间段的线路运行数据，然后，将异常出现时刻前后各一段设定时间的数据作为故障录波信息保存，并上传给分析主机；分析主机将模块上传的数据加以保存、远传和处理，并可将异常波形显示并打印出来。

（二）输电线路行波测距系统

当输电线路发生故障后，必须通过寻线找出故障点，并根据故障造成的损坏程度判断线路能否继续运行还是须停电检修。行波测距是目前应用广泛的故障测距方法，其基本原理是：在电力系统发生故障后,在故障点将产生向两端运行的暂态行波,暂态行波在传播过程中遇到不均匀介质时,将发生折射和反射,因此在故障点和母线检测处暂态行波会发生反射和透射,这样就可以利用两个波头之间的时间差来完成故障定位。

行波采集与处理系统安装在厂站端，采用集中组屏式结构，一般包括行波采集装置、T－GPS电力系统同步时钟以及当地处理机三部分。行波采集装置主要负责暂态电流信号的采集、缓存以及暂态启动，并生成启动报告；T－GPS负责提供精确同步脉冲信号及全球统一时间信息；当地处理机由一台工控机构成，负责接收、存储来自装置的暂态启动报告，并与安装在线路对端所在变电所内的行波采集与处理系统交换启动数据，从而自动给出双端行波故障测距结果。

（三）小电流接地选线系统

电力系统配电网故障中绝大部分是单相接地故障。由于故障电流小，系统可带故障继续运行一定时间，小电流接地方式可显著提高供电可靠性，同时也具有提高对设备和人身安全性、降低对通讯系统电磁干扰等优点。但长时间带故障运行，特别是间歇性弧光接地故障时，过电压容易使电力设备出现新的接地点使事故扩大；同时故障电流可能使故障点永久烧坏，最终引短路故障。因此故障后快速选择故障线路就显得十分重要，在发生故障时须准确选出故障线路,以便及时切除故障。

由以上分析可以得出故障处理系统的共性：首先进行数据的采集和存储，再由数据处理模块进行数据的分析、计算及各种特征的提取等操作，最后对所得结果进行保存、显示和打印等。但目前不同的故障处理系统只针对具体应用开发，缺少通用平台的概念。

三、平台的主要功能模块与工作流程

参数设置模块可以对平台运行的参数进行设置，使平台在合适的状态下运行。前置机通过规约处理模块与站端装置进行通信，接收不同监测装置上传的各种录波数据，包括对不同通信规约传输数据的打包与解规约。数据通讯模块负责与后台机交换信息，若从装置收到的录波数据格式不符合Comtrade标准则先调用数据格式转换模块然后再将转换后的数据交给数据通讯模块。

故障处理模块负责把接收到的数据进行分析处理，将数据分析后通过数据库管理模块送入数据库服务器中，故障处理模块还提供与高级应用程序的接口。报表管理模块从数据库中取得数据生成各种报表，装置参数整定模块在后台机上发送参数整定命令，通过前置机发到装置以调整装置的运行状态。装置运行监控模块实现监测与控制装置运行状况的功能，告警模块处理装置上报或是系统操作所产生的各种告警信息。

当用户要查看录波数据曲线时调用录波查询模块查找到满足要求的数据，再通过录波曲线显示模块对要分析的数据进行查看。用户权限设置模块设定用户的使用权限，以提高平台的安全性。

四、结束语

本文提出的电力系统故障数据分析平台，遵循标准化、模块化、分布式、分层次的设计原则，具有良好的通用性和可扩展性，为开发故障录波系统、行波测距、小电流接地故障监测和电能质量监测等以处理录波数据为主的信息管理系统提供全面的底层支持。平台的使用可以提高软件的重复利用率，避免重复开发，减少电力企业的投资，有利于提高电网的运行和管理自动化水平。参考文献：

[1]刘念 谢驰 滕福生 电力系统安全稳定问题研究[J] 四川电力技术2004（1）1－6

[2]王洪涛 王剑 朱诚 电力系统信息管理自动化的研究[J] 电力自动化设备 2001 21（2）

[3]骆健 丁网林 唐涛 国内外故障录波器的比较[J] 电力自动化设备 2001 21(7)27－30

[4]李友军 王俊生 郑玉平周文 几种行波测距算法的比较[J] 电力系统自动化 2001（14）

第二篇：金陵石化电力系统故障分析报告

金陵石化2013年1月5日电力系统故障汇报

一、电力系统故障过程及影响

1、故障过程

2013年1月5日故障发生前，金陵分公司供电系统处正常运行，即两路地区电网联络线和金陵分公司三台发电机均正常运行。

5：06分左右，南京地区电网龙王山变电站220kV系统发生故障。致使南京东北区域电网220kV系统电压波动，录波监控显示，自05：06：18起到05：05：22，金陵石化热电变电站110kV两母线电压多次波动，最低电压低于40%额定电压，最后一次波动持续时间约1秒。随后南京电网故障切除，但同时地区电网尧化门变电站#2主变跳停。

尧化门变电站#2主变跳停后，金陵石化热电Ⅲ发电机组（100MW）与南京市电网解列，孤网运行（因尧金Ⅰ线721未停，小网包括尧化门变部分负荷），因小网负荷严重超过机组负载能力，Ⅲ发电机组强励动作引起励磁变过流，在05：06：28秒停机。

5:09：汽机专业就地检查Ⅰ、Ⅱ机在运行状态，#

1、#

3、#4给水泵运行，#5给水泵跳闸，出口门未关闭。

电气专业检查发现6kVⅤ、Ⅵ段电源635、636断路器跳闸，备用电源605、606断路器未能自投，6kVⅤ、Ⅵ段及400VⅤ、Ⅵ段失电。Ⅴ、Ⅵ炉UPS转电池供电，Ⅲ发电机公用系统UPS、Ⅲ发电机UPS所有指示全无；至主控检查时，发现Ⅲ机保护装置黑屏。

锅炉专业检查发现Ⅴ、Ⅵ炉跳停，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ炉从观火孔观察到炉膛内仍有火光，通过Ⅰ～Ⅳ炉盘前电接点水位计观察到水位上升很快，令外操就地手操各炉03门，但水位依然上升至+300，于是按照运行规程，按下停炉按钮将Ⅰ～Ⅳ炉停炉。

5:13：汽机专业打跳Ⅰ、Ⅱ机，Ⅰ、Ⅱ机主汽门关闭。此时热电运行部六炉三机均停，金陵分公司供电系统靠南京市电网尧金Ⅱ线724供电。

金陵石化热电厂电气一次主接线图

炼油Ⅱ线化肥Ⅰ线炼油Ⅰ线尧金Ⅱ线尧金Ⅰ线炼油Ⅰ线化肥Ⅱ线炼油Ⅱ线高备变主变主变主变高厂变高厂变高厂变厂低变厂低变低备变厂低变厂低变厂低变低备变厂低变输煤变输煤变输煤变除尘变除尘变除尘变除尘变除尘变化水变化水变化水变厂前变输煤变输煤变

图1 热电运行部电力系统图

2、炼油及煤化工区域6（10）kV变电所供电系统影响情况

1)炼油及煤化工区域53个6(10)kV分变电所中45个备自投成功，恢复供电。(#3机跳停后1秒，有快切的装置0.1秒)2)备自投未自动投入的装置变电所有8个，其中炼油区域6个，煤化工区域2个。这些装置一半有电。

3.烷基苯厂区域配电系统影响情况

1)烷一车间11#、12#变电所高压Ⅰ段、Ⅱ段进线开关及11#变低压400V进线开关未受影响，但部分高压电机欠压保护动作。12#变低压400V1#、2#进线开关跳闸，母联未自投，低压负载全部失电。

2)烷二车间的13#变高压Ⅰ段、Ⅱ段进线开关未受影响，但部分电机受晃电影响而停机。

3)烷三车间的16#变高压Ⅰ段、Ⅱ段进线开关未受影响。10个低压进线开关全部跳闸，母联开关均未自投，低压设备全部停电。

4)烷基苯水厂总降低压配电室Ⅰ段、Ⅱ段进线开关失压跳闸，母联未自投，全厂所有低压设备停电。

4、此次分公司电力系统事故，各部门在事故处理上符合预案要求，无次生事故发生，特别是分公司总负荷在事故后单电源运行时控制在80MW左右，避免了系统故障影响进一步扩大现象。

二、事故发生原因

1.金陵石化全区域电压波动原因分析

1)南京地区电网220kv系统为环网运行，龙王山变电站220kV系统发生故障（接地并短路）使公司两段110kV系统电压同时波动，且持续时间较长，约4秒钟，电压最低降至40%额定电压以下。此时，金陵公司范围内大部分低压电机均已跳停，大机组同时停运，装置停工。由于公司负荷主要由高低压电机组成，低压电机一般在电压小于70%额定电压时并持续几十毫秒即停运。高压电机按使用特点和机组特性作适当延时跳停,0.5秒~2秒。

2)由于尧化门#2主变跳停，致使#3号机跳停，金陵分公司供电能力严重不足。

2、热电厂用电6kVⅤ、Ⅵ失电及Ⅴ、Ⅵ炉停炉原因。

系统故障前，厂用电按正常方式运行，#0高备变运行于110kV正Ⅰ母，厂用电6kVⅠ～Ⅵ正常运行时分别带400V Ⅰ～Ⅵ负荷，系统图如图8所示，红色部分为110kV，蓝色部分为6kV，浅绿色部分为400V。#0高备变所带的负荷6kVⅠ、Ⅱ段做为厂用电6kV Ⅰ～Ⅵ段的备用电源使用，6kV Ⅰ～Ⅵ段均设快切装置。快切装置作用是在工作电源故障或失压时，自动投入备用电源的装置。但当备用电源电压小于75%额定电压时，闭锁装置。从故障现象看出110kV正Ⅰ母、正Ⅱ母电压均有波动，且最低电压均低于额定电压的75%，因此导致6kVⅤ、Ⅵ段快切装置闭锁，直接导致厂用电6kVⅤ、Ⅵ段失电。厂用电6kVⅤ、Ⅵ段失电后，其所带的Ⅴ、Ⅵ炉负荷均失电，Ⅴ、Ⅵ炉停炉。

3、公用系统UPS失电及Ⅰ、Ⅱ发电机停机原因

DCS电脑等负载合计约10kW，由两台40kVA公用系统UPS供电，两路电源分别取自400VⅤ、Ⅵ段，如图8所示。蓄电池接在二期直流系统，二期直流系统容量为1000kVA，如图9所示。在Ⅲ发电机跳闸后，400VⅤ、Ⅵ段失电。电源取自400VⅤ、Ⅵ段的二期直流系统充电模块不工作，Ⅲ发电机直流油泵（直流油泵电机额定功率为30kW）联动后依赖二期直流蓄电池供电。随着蓄电池电量的逐渐减少，蓄电池电压逐渐降低。当蓄电池电压低于额定值70%时，接至公用系统UPS的两个蓄电池空气开关低压脱扣，公用系统UPS停止输出。

因公用系统UPS停止输出，导致操作室DCS电脑黑屏，运行岗位无法操作控制。且发现Ⅰ～Ⅳ炉盘前电接点水位计观察到水位上升很快，虽令外操就地手操各炉03门，但水位依然上升至+300。于是，根据相关规程规定，手动打停Ⅰ～Ⅳ炉及Ⅰ、Ⅱ发电机。

四、整改措施

1、保证三台发电机稳定运行措施 1）建立自动负荷控制系统

a)与南京供电公司协商与联络线的低周减载方案，更改安全自动装置相关的定值。保证在南京电网发生类似情况是，尽快地与供电公司电网解裂，保证公司供电平稳，稳定发电机的运行；

b)在公司内部建立自动负荷控制系统，当电力系统小网运行时，按照预先设定的负荷重要程度快速自动地切除相应的负荷（如可先将生活用电切除，再根据电网运行参数自动判定切除次要装置），稳定公司电力系统，保障公司公用工程等生产关键装置；

c)完善监控系统，将各变电所的运行状态和故障信息量接入总降和电调等监控岗位，便于安全自动装置失效或发生事故时，能及时控制和调配系统负荷，快速恢复故障回路。对热电监控系统系统要完善所有电气量的采集，包括保护信息。并要有快速操作设施。2）对机组调节控制系统进行评估

成立专项小组，深入研究发电机及其控制系统的特性，制定相应调节策略及方案。重点针对小网运行时发电机的稳定性控制方式进行研究。

2、厂用电安全的措施

1）对现有的6kV及400V系统的电源接线进行重新评估

热电现有厂用6kV及400V电源系统的形成有其历史演变因素。但在发生类似本次系统故障时，对发电机组及锅炉的运行存在严重威胁。在评估时，充分考虑到小概率事件的情况，尤其是针对110kV正Ⅰ母、正Ⅱ母其中一段失电的情况下，如何保证厂用电的安全供电问题，应做深入的研究分析，并提出整改方案。

2）对现有快切装置进行重新改造和整定

针对此次厂用电快切装置均为动作的原因，因深入分析快切在事故情况下的动作原理。考虑到快切装置使用年限较长及内部算法有不尽合理之处等因素，可考虑使用新型的快切装置，增强供电可靠性。

在保证快切装置能正常切换的同时，建议可根据现场具体情况，增设备自投装置，完善备用电源投入系统。3）完善热电厂用电监控系统

3、UPS和蓄电池的使用

1）改造现有公用系统UPS接线

两路UPS电源均接入同一系统。在110kV正Ⅱ母失电后，导致两路UPS电源均失电。建议更改UPS电源接入点，分散风险。

集控室DCS电脑仅使用公用系统UPS供电，建议更改集控室DCS电脑等仪表设备的电源接入点，保证公用系统UPS失电后还能正常工作。

4.公司电力系统存在主要隐患及措施

1)由于南京电网供电容量已不能可靠保证，再加上机组的计划和非计划停运在所难免，因此任何一条联络电源线和机组停运，分公司供电系统中部分装置须改单电源运行或停运部分生产装置。当100MW机组或其他故障时，系统必须停装置减负荷运行，已远达不到系统配置N-1原则的要求。在220kV变电站未建好之前，这一状况难以根本改善。2)在加快220kV站建设的同时，考虑热电110kv站的后期改造工作，因该站是1988年建的，虽主要设备进行了更新，但一些设备（电缆、厂用变、保护装置等）使用时间也很长，且不易改造。按目前的初步设计方案，整个系统的结构也不合理。

3)将热电到炼油四条线路升级到150MW。该项工程已做了几年的努力，目前最终目标仍未实现，直接威胁系统安全运行； 4)热电110kV站内的部分设备容量不足，在特殊运行方式下不能满足运行要求，继续更新工作。

5)本次事故暴露的二次系统问题也很多。二次系统主要指保护、监控和一些自动装置。系统保护配置急需改进。一总降母差保护和炼油4条线路纵差保护未投用，加快系统保护定值的修订；

6)系统缺有效的负荷控制手段包括自动减载装置，该装置在系统发生故障时，能自动的迅速切断相应的负荷，起稳定系统的作用须尽快落实；

7)调度和各总降的监控系统控制范围不足，信号采集不全。在事故状态下不能有效监控。必须对现有系统进行升级改造。

第三篇：大数据平台分析报告

密级：内部公开

环境数据中心

大数据平台分析

Big data platform analysis

SOFTWARE PRODUCT

聚光科技（杭州）股份有限公司

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目 录

1.大数据背景...............................................................................................................1

1.1.什么是大数据................................................................................................1 1.2.发展现状........................................................................................................1 1.3.大数据的应用................................................................................................2 2.大数据平台介绍.......................................................................................................4

2.1.定位................................................................................................................4

2.1.1.产品概述............................................................................................4 2.2.功能................................................................................................................4 2.3.设计................................................................................................................4 2.4.技术..............................................................................错误！未定义书签。2.5.总结................................................................................................................4 3.环境数据中心...........................................................................................................5

3.1.背景定位........................................................................................................5 3.2.功能................................................................................................................5

3.2.1...............................................................................................................5 3.2.2.............................................................................错误！未定义书签。3.3.设计................................................................................................................6 3.4.技术..............................................................................错误！未定义书签。4.总结...........................................................................................................................6

I

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1.大数据背景

1.1.什么是大数据

大数据最早在上世纪90年代被提出，是指无法在一定时间内用常规软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合。

现在，业界普遍认同所谓“大数据”具有明显的“3V特征”：量级（Volume），速度（Velocity）和多样性（Variety）。大数据普遍具有量级大，要求处理速度快，数据本身具有丰富的多样性。在甲骨文公司和中国移动研究院的相关研究文档里，都追加了第四个V——Value，价值；而IBM在其相关文档中给出的第四个“V”则是真实性（Veracity)。

大数据的价值：在海量的规则或不规则数据之中，用新的数据处理手段，以很快的速度计算或分析出潜在规律性、根本性的判断、趋势或预见。

1.2.发展现状

随着移动互联网的带宽的增加和智能设备销售量的上升，互联网业迎来了“云计算”和“大数据”。世界经济论坛一份有关大数据的研究报告称，每天全球几十亿人使用计算机、GPS设备、电话和医疗设备，产生海量的数据信息。这些用户大部分来自发展中国家，他们的需求和习惯尚未被真正理解，如果能够借助大数据相关技术分析和挖掘数据背后的信息，将有助于认识需求、提供预测和防范危机。

大数据的真正意义并不在于大带宽和大存储，而在于对容量大且种类繁多的数据进行分析并从中萃取大价值。采用大数据处理方法，生物制药、新材料研制生产的流程会发生革命性的变化，可以通过数据处理能力极高的计算机并行处理，同时进行大批量的仿真比较和筛选，大大提高科研和生产效率。数据已成为矿物和化学元素一样的原始材料，未来可能形成“数据探矿”、“数据化学”等新学科和新工艺模式。大数据处理的兴起也将改变云计算的发展方向，云计算正在进入以AaaS（分析即服务）为主要标志的Cloud 2.0时代。

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项目使得卫生单位及早研制预防疫苗，及早控制疫情的扩散，大幅降低了流感的传播。

3、飞机票价高低和多早预购的关系

也许大家会直觉地认为越早买机票就越可以买到较便宜的机票。一家叫Farecast公司的创始人从他的亲身经验启发了一个新的服务。他发现坐他旁边的人比他晚好几天购买机票却比他的购买价格还低。于是他搜集了所有航空公司的票价与提前订购时间的数据关系，并建立了数学模型。现在我们任何人可以上到他的网站：farecast.com，输入你的出发地和目的地，加上你要出发的时间，马上这个网页能告诉你是现在就赶快买票还是再等几天才买。

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3.环境数据中心

3.1.背景定位

环境管理部门每天要面对大量的数据，如环境监测数据、排污收费数据、排污申报数据、环境统计数据、环保信访数据、行政处罚数据、总量减排数据等。这些数据，往往存在来源复杂、格式多样、不一致、不准确、不完整、存放分散等问题，给环境管理带来诸多困难。各业务系统也彼此独立，从而形成了一个个信息孤岛，数据难以共享，环境决策缺乏有效的数据支持，难以做到科学决策。因此，需要建立统一的环境数据中心，全面整合各类环境资源数据，实现数据的集中管理。使之成为环保各业务科室之间协同工作的数据中心，成为多媒体、文档资料和政策法规的存储中心，成为环保决策所需的数据仓库中心。

3.2.功能

3.2.1.数据的管理

数据中心的数据来源主要于：

1.国家下发的软件系统，如污染源普查软件、环境统计软件； 2．已有的业务系统，如排污申报与收费管理系统、12369环保热线等。3．Excel表格、电子文档、图片、视频、扫描件等；

4．数据直报系统：系统提供定制的录入界面，用户手工填报。

对于这些来源复杂、格式多样、不一致、不准确、不完整、存放分散的数据进行统一的标准建立，实现信息共享，数据交互

3.2.2.数据的管理

1.文件的上传、修改、删除 2.元数据的编辑

第四篇：基于matlab电力系统故障分析与仿真

课程设计说明书 题目名称：基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 系 部：

电力工程系 专业班级：

电气工程 学生姓名：

学 号 指导教师：

完成日期：

2018年X月X日 XX学院 课程设计评定意见 设计题目 基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 系 部 电力工程系_________ 专业班级 电气工程 学生姓名______________ 学生学号 评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：

年 月 日（此页背书）评定意见参考提纲：

1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

XX学院 电力工程 系课程设计任务书 2017-2018学年 1 学期 2018年 1月 X 日 专业 电气工程及其自动化 班级 电气工程1 课程名称 电力系统仿真 设计题目 基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 指导教师 起止时间 2018.1.8-2018.1.19 周数 2 设计地点 实验楼 设计目的：

本次设计旨在学习和掌握电力系统仿真的基本方法。通过MATLAB/SIMULINK仿真软件，使所学的专业知识和技能能够得到灵活运用，包括电力系统的建模，参数设置，短路故障设置或潮流计算，结果分析及波形调试等。从建模与仿真、数据分析、工程系统分析等方面培养和提高解决实际电力系统的短路与潮流计算的能力以及电力系统综合分析的能力。

设计任务或主要技术指标：

1、原始资料分析；

2、通过MATLAB/SIMULINK软件建立电力系统仿真模型；

3、参数、短路故障设置及仿真调试；

4、观察不同短路点及短路类型时的电压和电流波形；

5、潮流计算结果处理及功率损耗分析等。

设计进度与要求：

第1天：资料分析及参考相关设计手册、规范及电力技术标准；

第2-3天：根据实际电力系统建立仿真模型；

第4-5天：各元件参数设置与调试；

第6-7天：短路点及不同短路类型的设计；

第8-9天：仿真调试运行及结果处理分析；

第10-11天：各短路、短路类型情况下电压电流波形分析和潮流计算及其结果分析；

第12-13天：设计说明书的撰写及修改完善；

第14天：答辩，上交合格报告。

主要参考书及参考资料：

[1] 于群.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社,2011.[2] 梁志瑞.电力系统课程设计参考资料[M].保定：华北电力大学出版社,2004.[3] 傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算[M].北京：中国电力出版社,2004.[4] 熊信银.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社,2009.[5] 李献.MATLAB/Simulink系统仿真[M].北京：清华大学出版社,2017.教研室主任（签名）系（部）主任（签名）摘 要 本次设计介绍了电力系统故障分析方法及Matlab/Simulink的基本特点。通过算例对电力系统故障进行分析计算。然后对算例，运用Matlab/Simulink进行电力系统故障仿真，得出仿真结果。并将电力系统故障的分析计算结果与Matlab仿真的分析结果进行比较，从而得出结论。结果表明运用Matlab对电力系统故障进行分析与仿真，能够准确直观地考察电力系统故障的动态特性，验证了Matlab在电力系统仿真中的强大功能。

关键词：电力系统；

故障；

Matlab；

仿真 目录 1.引言 1 1.1电力系统故障分析的基本知识 1 1.1.1故障概述 1 1.1.2故障类型 1 1.1.3 故障概率 1 1.2 电力系统故障诊断技术 2 2 仿真软件 4 2.1 Matlab的简介 4（1）友好的工作平台和编程环境 4（2）简单易用的程序语言 4（3）强大的科学计算机数据处理能力 5（4）出色的图形处理功能 5（5）应用广泛的模块集合工具箱 5（6）实用的程序接口和发布平台 5（7）应用软件开发（包括用户界面）6 2.2 Simulink的简介 6 3 电力系统故障计算的基本原理 8 3.1 短路计算的基本原则和规定 8 3.2 短路点的选择原则与确定 9 3.2.1 短路点选择原则 9 3.2.2 短路点的选择 9 3.3短路电流计算 9 3.3.1计算的基本步骤 9 3.3.2短路计算 10 4 电力系统故障仿真 12 4.1 概述 12 4.2 电力系统各元件主要模型 12 4.2.1同步发电机 12 4.2.2 三相π型线路功能模块（3-Phase PI Section）13 4.2.3 并联RLC负荷模块（Elements）14 4.2.4 三相故障模块（3-phase Fault）14 4.2.5 变压器模块 15 4.3 电力系统故障仿真 16 4.3.1 算例图 16 4.3.2 模型建立步骤及其参数设置 17 4.4 仿真结果与分析 27 4.4.1 仿真结果 27 4.4.2 结果分析 28 总 结 29 致 谢 30 参考文献 31 1.引言 1.1电力系统故障分析的基本知识 1.1.1故障概述 短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。

1.1.2故障类型 三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。表1.1给出这几种短路的简略记号。

短路类型 示意图 代表符号 三相短路 二相短路 单相短路 二相短路接地 表1.1 短路的简略记号 1.1.3 故障概率 运行经验指出，架空输电线是电力系统中比较薄弱的环节，发生短路的几率最高，我国某电力系统多年统计出在不同范围内发生短路故障的相对次数列出如表1.2。

线路范围 发生几率 在110kV线路上 容量为6000kW以上的发电机 110kV变压器 110kV母线 78.0% 7.5% 6.5% 8.0% 表1.2 不同范围能发生短路故障几率 短路类型 发生几率 三相短路 二相短路 二相短路接地 单相短路 5% 4% 8% 83% 表1.3 110kV线路上各种类型短路故障几率 从表1.3中的数字中可以看出单相短路几率占压倒性多数，国外的运行经验也证明了这一点。三相短路的几率是很小的，但这并不说明三相短路无关紧要，相反对三相短路应该加以重视，因为三相短路的情况最严重，有时为了最后论断电力系统在短路情况下工作的可能性，他起着决定性的作用。此外，研究三相短路之所以重要，还由于我们在分析计算不对称短路时，往往把不对称短路看成某种假定的三相短路来处理。

1.2 电力系统故障诊断技术 早在 1982年 8月，美国电力研究所(EPRI)便开始了火电站设备早期故障检测的工作，经过此后 10多年的努力，在电站性能监测和诊断方面，EPRI一直处于领先地位。此外，美国西屋公司也在 1976年开始了电站在线计算机诊断工作，并在 1980年投入了一个小型的电机诊断系统，1981年进行电站人工智能故障诊断专家系统的研究，1984年应用于现场,到1990年己发展成为大型电站在线监测诊断系统(AID),即汽轮发电机组智能化故障诊断专家系统。我国在故障诊断技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪70年代末，落后于国外至少 20-30年的历史，基本上是在引进国外先进技术基础上进行消化、吸收而发展起来的。第一阶段为起步阶段，从 1979年至 1990年大约用了 10年时间。这个阶段的特点是认识设备诊断技术的重要性，设备诊断技术的基础理论研究十分活跃，这个阶段以快速傅里叶变换、谱分析、信号处理等技术为基础，以设备状态监测为技术目标。第二阶段为发展阶段，从 1991年开始至 90年代末以我国工业的建设迅速发展为背景，以现代化管理的需要为前提，出现了诊断技术迅速发展的局面。这个阶段以故障分类、模式识别、智能化专家系统及其计算(故障树计算、模糊逻辑计算、神经网络计算、基因计算等)为基础，全方位开展了设备的故障诊断研究，从理论和生产应用上形成了具有我国特点的故障诊断理论，研制出了可与国际接轨的大型设备状态监测与故障诊断系统。

电力系统故障诊断是近年来十分活跃的研究课题之一。传统型的研究是在建立被诊断系统网络拓扑结构模型的基础上，根据发生故障时系统结构和参数变化，导致系统潮流的变化，进而根据潮流计算的变化判断出故障，多用传统的数学方法，采用单一的集中求解，因系统规模、复杂程度和不确定因素等的限制难以适应目前电力系统的这样一个日趋复杂的分布式大系统的故障诊断问题发展趋势，系统故障诊断难以达到理想的效果。因此，目前研究电力系统故障诊断的方法主要是采用的智能化方法。近几十年来，故障诊断技术得到了深入广泛的研究，提出了众多可行的方法，概括起来即可可分为三大类：

基于解析模型的方法，在了解诊断对象数学模型的基础上，按一定的数学方法对被测信息进行处理判断，可分为状态估计法、等价空间法和参数估计法等。基于解析模型的故障诊断方法是最早发展起来的，其主要思想是通过构造观测器估计出系统输出，然后将它与输出的测量值作比较，从中获得故障信息。由于建模的困难与模型本身的误差以及各种不可预见的因素(如系统发生故障时，不仅可能引起模型参数的变化，还可能引起模型结构的变化，而且这种变化是不确定的)，大大地影响了其诊断的准确性。

基于信号处理的方法，利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率等特征值，从而检测出故障。这种方法由于不需要建立对象的解析数学模型，实现简单，在工程上具有广泛的应用，但这种方法只有当故障发展到相当程度并影响到外部特征时才有效，而且只能对故障范围做出粗略的判断，大多数情况下不能直接定位故障。

基于知识的诊断方法。这类方法的主要优点是不依赖于具体的数学模型，而且克服了基于信号处理故障诊断方法的缺点，引入了诊断对象的许多信息，具有较为丰富的、灵活的知识表达和问题求解能力，它可以充分发挥人类专家在诊断中根据感觉、知识、经验所进行的推理判断的能力，并可适合于各种场合的故障判别。基于知识的故障诊断方法由于其本身具有的优点已经成为故障诊断领域中的一个主要方法，它不仅可以进行离线的故障诊断，还可以用于在线的故障诊断与故障处理。在电力系统中，这类方法的开发研究也是最为引人瞩目的一类课题，国内外也有大量的文献介绍基于知识的诊断方法在电网络故障诊断中的应用。近年来，一般报警信息的处理和常见简单故障的诊断问题已经得到较好的解决。

随着电网建设的发展、计算机技术和网络技术以及数学和智能科学理论的发展，不断有新的电网故障诊断方法出现，但是从电力系统故障诊断理论与方法研究和应用的深度、广度可以清晰地看到，其研究仍停留在理论和模型的探索阶段，基本上没有非常成功的成型实用系统，实用化方面一直未有太大的发展。从发表的文献来看，电网故障诊断系统大多依托于调度端或变电站内，分别利用调度 SCADA系统的实时信息或站内综合百动化系统收集的信息来实现；

随着系统、计算机和网络技术的发展，以及故障录波专用网络的建设，后来又发展了基于故障录波信息的故障诊断系统。此系统的建设，对故障后所有相关的故障信息，例如保护装置信息、录波器信息、雷电定位信息、监控装置信息等，进行采集、传输、存储和处理，为电网故障处理提供了信息支持。这些宝贵的信息为新的电网故障诊断方法提供了基础，大大拓展了电网故障诊断的研究方向。因此，在电网故障诊断理论的实用化过程中，必须充分重视信息的收集与整理工作，包括用于故障诊断的数据仓库的构建、故障综合信息的预处理和诊断知识的提取等。2 仿真软件 2.1 Matlab的简介 Matlab和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，Java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到Matlab函数库中方便自己以后调用，此外许多的Matlab爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

Matlab的特点：

(1)、此高级语言可用于技术计算(2)、此开发环境可对代码、文件和数据进行管理(3)、交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题(4)、数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等(5)、二维和三维图形函数可用于可视化数据(6)、各种工具可用于构建自定义的图形用户界面(7)、各种函数可将基于Matlab的算法与外部应用程序和语言（如 C、C++、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成[2](8)、不支持大写输入，内核仅仅支持小写 Matlab的优势：

（1）工作平台和编程环境 Matlab由一系列工具组成。这些工具方便用户使用Matlab的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括Matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着Matlab的商业化以及软件本身的不断升级，Matlab的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的Matlab提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。

（2）简单易用的程序语言 Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的Matlab语言是基于最为流行的C＋＋语言基础上的，因此语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

（3）强大的科学计算机数据处理能力 Matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用Matlab的编程工作量会大大减少。Matlab的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

（4）出色的图形处理功能 Matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的Matlab对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如:图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），Matlab同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等,Matlab也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的Matlab还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。

（5）应用广泛的模块集合工具箱 Matlab对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，Matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。

（6）实用的程序接口和发布平台 新版本的Matlab可以利用Matlab编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的Matlab程序自动转换为独立于Matlab运行的C和C++代码。允许用户编写可以和Matlab进行交互的C或C++语言程序。另外，Matlab网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的Matlab数学和图形程序。Matlab的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是Matlab函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。

（7）应用软件开发（包括用户界面）在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；

在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；

在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；

在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。

2.2 Simulink的简介 Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，是一种基于Matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与Matlab 紧密集成，可以直接访问Matlab大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

Simulink的特点：

（1）丰富的可扩充的预定义模块库（2）交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图（3）以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理（4）通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码（5）提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成（6）使用Embedded Matlab™ 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用Matlab算法（7）使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型（8）图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为（9）可访问Matlab从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据 3 电力系统故障计算的基本原理 3.1 短路计算的基本原则和规定 电力系统三相短路计算主要是短路电流周期分量的计算，在给定电源电势时，实际就是稳态交流电路的求解。

在电力系统短路电流的工程计算中，许多实际问题的解决（如电网设计中的电气设备选择）并不需要十分精确的结果，于是产生了近似计算的方法。在近似计算中主要是对系统元件模型和标么值参数计算做了简化处理。在元件模型方面，忽略发电机、变压器和输电线路的电阻，不计输电线路的电容，略去变压器的励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），负荷忽略不计或只做近似估计。在标么值参数计算方面，在选取各级平均电压做为基准电压时，忽略各元件(电抗器除外)的额定电压之比，即所有变压器的标么变比都等于1。此外，有时还假定所有发电机的电势具有相同的相位，加上所有元件仅用电抗表示，这就避免了复数运算，把短路电流的计算简化为直流电路的求解。

短路计算的目的是为了选择导体和电器，并对其进行相关校验。

基本假定：短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：

正常工作时，三相系统对称运行；

所有电源的电动势相位角相同；

系统中的同步和异步电机为理想电机，不考虑电机饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；

转子结构完全对称；

定子三相绕组空间相差120°电气角；

电力系统中各原件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变化；

电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；

同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；

元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

输电线路的电容略去不计；

用概率统计法制定短路电流运算曲线。

一般规定：

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成的5～10年）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在仅在切换过程中可能并列运行的接线方式；

（2）在电气网络中应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响；

（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对加装电抗器的6～10KV出线与厂用分支线回路，除其母线和母线隔离开关之间隔板前的引线和套管，计算短路点应选择在电抗器前，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后；

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，则应按严重情况计算。

3.2 短路点的选择原则与确定 3.2.1 短路点选择原则 短路计算点是指在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点。所选的短路点一定要是各种短路类型是最严重的情况，应为只要这样才能得出变压器中性点的最大入地电流，算出后才能进行接地电阻允许值的计算。而且一般不止选择一个短路点，而是通常选择2～3个分别进行计算，然后将计算结果进行比较。

3.2.2 短路点的选择 在该系统中选择了220kV高压侧母线 与220kV高压侧母线之间（如图3.1）。

图 3.1 同步发电机三相短路系统算例图 3.3短路电流计算 3.3.1计算的基本步骤 计算的基本过程如下：

（1）选择短路点；

（2）画出计算用等值网络，利用标幺值计算：

①基准值选取，；

②各种标幺值的计算；

③各元件的电抗编号；

（3）网络化简，求转移电抗；

（4）求相应的计算电抗Xjs；

（3.1）（5）求短路电流有名值；

（3.2）3.3.2短路计算（1）假设一个电力系统三相短路，其中已知参数如下：

（2）系统参数标幺值化：

图3.2 系统等值电路图（3）再将该电路图三角星化如图3.3：

图 3.3 网络三角化星图 其中：

（4）将星型图继续简化为图3.4得：

图3.4 化简合并电路图（5）最后计算短路电流：

电力系统故障仿真 4.1 概述 电力系统仿真主要是对短路类型中的三相短路、两相短路和单相接地短路的电流、机端电压波形进行分析。利用Matlab软件中的电力系统模块库(PSB)，建立了同步发电机无穷大系统模型，它对电力系统设备的设计和选用有一定的参考价值。同时电压电流波形可以直观的了解，便于建立系统的观念。

4.2 电力系统各元件主要模型 4.2.1同步发电机（1）、同步发电机的基本方程、参数和等值电路 ①．回路电压方程 定子回路：

(4.1)，(4.2)正电流产生负磁链(4.3)(4.4)转子回路：（负载反电势）(4.5)Ｄ绕组：(4.6)Ｑ绕组：(4.7)用分块矩阵形式简写为：

(4.8)(4.9)②．磁链方程 结论：因同步发电机的凸极使得气隙不均匀和转子同步旋转，Lss可以是周期变化的时变参数，LSR、LRS必然周期变化的时变参数，abc坐标制的同步发电机基本方程是时变系数微分方程。

（2）、同步电机的Simulink 模型 在电机元件库中，同步电机的模型有五个，即两个简化模型，一个实名制下的原理模型，一个标么值下的原理模型和一个标么值下的标准模型。原理模型和标准模型的属性参数的主要参数意义分别讲述如下：

① Rotor type:指转子绕组的形式，可选凸极（salient-pole）或者隐极（round）。

② Intial conditions: 用于设置电机的初始速度偏差、转子电气角度、线电流幅值、相角及初始励磁电压。

③ Simulink saturation: 用于确定转子电磁饱和度、定子铁芯的饱和参数。如果选择了该项参数，则属性参数对话框会增加一栏“Saturation parameters”设置项。

在标准模型中，还有两项下拉选项，即d轴时间常数和q轴时间常数。它们分别用于确定上述时间常数是按转子短路时设置还是按转子开路时设置。同步电机模型的输入端包括两个：

其一是机械功率（Pm）。在发电机模式下，该输入可以是一个正的常数或者参数或者原动机模块的输出；

在电动模式下，该输入通常是一个负的常数或者函数。

其二是励磁电压（Vf）。在发电机模式下，它一般由励磁调节器提供；

在电动模式下，它通常是一个常量。

同步电机的输出端包括了三相输出端子（A、B、C）和测量端子（m）.通过测量端子，可以观测到同步电机的电压、电流、功率、转子等22个物理不变量值。

4.2.2 三相π型线路功能模块（3-Phase PI Section）三相π型线路是构建电力系统模拟输电仿真模型时最常用的功能模块，由电阻、电感和电容构成。其参数设置类似于串、并联RlC支路模块，只是他所设置的电阻、电感和电容值为单位输电线长度时的参数值。因此在π型线路功能模块的属性参数对话框中，还需要设置输电线路的长度值。

所以，就三相π型线路模块而言，在其电感、电阻、电容值的属性参数设置框中，包括：（1）频率；

（2）正序和零序电阻值；

（3）正序和零序电容值；

（4）输电线路的长度值。其参数对话框如图4.1：

图 4.1 三相π型线路模块参数 4.2.3 并联RLC负荷模块（Elements）并联RLC负荷模块（Parallel RLC Load）提供了一个由电阻、电感、电容并联连接构成的功能模块，也可以通过设置它的电阻、电感和电容的具体值来改变该支路的等效阻抗。其参数对话框如图4.2所示：

图 4.2 并联RLC负荷模块参数 4.2.4 三相故障模块（3-phase Fault）三相故障模块提供了一种可编程的相间（phase-to-phase）和（phase-to-ground）故障断路器中。三相故障模块使用了三个独立的断路器，用来模拟各种对地或者相间故障模型。其参数对话框如图4.3所示：

图 4.3三相故障模块参数 三相故障模块中的断路器的开通和关断时间可以由一个Simulink 外部信号（外部控制模式）或者内部控制定时器（内部控制模式）来控制。

如果不设计接地故障，接地电阻（Ground resistance）Rg自动被设置为10。举例说明如下：当设置一个A、B相间短路故障模型时，只需要设置A相故障和B相故障属性参数；

当设置一个A相接地故障模型时，只需要同时设置A相故障和接地故障属性参数，并且要指定一个小的接地电阻值。需要注意的是：

① 如果三相故障模块被设置为外部控制（External control）模式时，在模块的封装图表中就会出现一个控制输入端。连接到这个输入端的控制信号必须是0或者1之类的脉冲信号（其中0表示断开断路器，1表示闭合断路器）。

② 当三相故障模块被设置为内部控制模式（internal control mode）时，其开关时间（switching times）和开关状态，均在该模块的属性参数对话框中进行设置。

4.2.5 变压器模块（1）变压器模块 变压器模块是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级绕组中通有交流电流时，铁心（或磁心）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁心（或磁心）和绕组组成，绕组有两个或两个以上的绕组，其中介电源的绕组叫初级绕组，其余的绕组叫次级绕组。按电源相数来分，变压器单相、三相和多相几种形式。他的重要特性参数主要有；

①工作频率：变压器铁心损耗与频率有很大的关系，故应根据使用频率来设计和使用，这个频率称工作频率。

②额定频率：在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。

③额定电压：指在变压器的绕组上所允许施加的电压，工作时不得大于该电压。

④电压比：指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。

⑤空载电流：变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。

⑥空载损耗：指变压器次级开路时在初级测得的功率损耗。主要损耗是铁心损耗，其次是空载电流在初级绕组铜祖上产生的损耗（铜损），这部分消耗很小。

⑦效率：指次级功率与初级功率比值的百分比。通常变压器的额定功率越大，效率就越高。

（2）标么值参数系统介绍 为了便于工业应用，通常要将有名值转换为标么值，而这需要知道相应绕组的额定功率（P，单位VA）、额定电压（V,单位V）以及额定频率（f,单位Hz）。对每一个绕组，其电阻和电抗的标么值定义如下：

(4.11)(4.12)(4.13)(4.14)式中：V、P和f分别为一次绕组的额定电压，额定功率和额定频率。

（3）双绕组三相变压器 双绕组三相变压器的两个绕组可以接成多种形式，如星形Y、带中性线的星形Yn、星形接地Yg、三角形（超前星形30°）它们可以通过该功能模块。

双绕组三相变压器需要设置的主要参数有：变压器的额定功率，频率，绕组电压、两个绕组的漏抗和电阻，以及激磁电感和激磁电阻。在该功能模块的属性参数对话框中，还有是否考虑铁芯饱和情况的选项，由“Saturable core”选项完成。

当选定了“Saturable core”选项时，该属性参数对话框中便会自动增加一栏饱和特性参数设置栏（saturation charateristic）,用于设置该变压器模块的饱和特性。同时还会出现两个复选框“Simulate hysteresis”和”Specify initial fluxes”,前者用于决定是否进行磁滞饱和仿真，后者则用于设置初始磁通。

4.3 电力系统故障仿真 4.3.1 算例图 根据电力系统典型接线，建立一个含故障的电力系统算例图如图3.1所示。

4.3.2 模型建立步骤及其参数设置 根据含故障的电力系统算例图，建立仿真模型图如图4.4、图4.5、图4.6、所示：

图4.4 电力系统三相短路系统仿真 图4.5 同步发电机Area的子系统 图4.6 PSS控制系统的子系统 图4.7无穷大子系统（1）在Simuink窗口下的File菜单中选择New命令创建一个untitled的空白文件窗口；

（2）打开SimPowerSystems窗口下的Elements，将其中的Three-Phase Breaker从该模块库中拷贝到untitled窗口，其参数设置如图4.8：

图4.8 Three-Phase Breaker的参数（3）将其他模块拷贝untitled窗口中，其中Distributed Parameters Line Three-phase的参数分别如下图4.9：

图4.9 Distributed Parameters Line Three-phase的参数（4）建立一个含同步发电机系统Area：

①创建一个untitled空白文件窗口；

②在SimPowerSystems下的Machines中引入Machines Measurement Demux模块和Steam Turbine and Governor模块以及Excitation System模块，并分别命名为Machine 1 Measurement Demux和STG以及EXCITATION其参数如图4.10、图4.11和图4.12：

图4.10 Machines Measurement Demux模块参数 图4.11 Steam Turbine and Governor模块参数 图4.12 Excitation System模块参数 ③在SimPowerSystems下的Machines中引入Multi-Band Power System Stabilizer模块以及两个Generic Power System Stabilizer分别命名为MB-PSS、Delta w PSS(Kundur)、Delta Pa Pss，其参数如图4.13和图4.14：

④将其他模块拷贝其中连接入如图4.6所示：

⑤全部选中上图所示的功能模块，用鼠标右键点击所选功能模块中的任意一个功能模块，弹出对话框，→点击Create Subsystem（创建子系统），→点击该子系统模块的名称Subsysterm，将它重新命名为M1：Turbine&Regulators。

图4.13 Multi-Band Power System Stabilizer模块参数 图4.14 Generic Power System Stabilizer模块参数（5）将M1：Turbine&Regulators系统复制并命名为M2Turbine&Regulators；

（6）建立励磁发电机的子系统；

①创建一个空白文件窗口并命名其为Area 1；

②将M1：Turbine&Regulators，M2：Turbine&Regulators拷贝于其中；

③在SimPowerSystems下的Machines中引入两个Synchronous Machine分别命名为M1 900MVA和M2 900MVA，其参数设置分别如图4.15：

图4.15 Synchronous Machine模块参数 ④在SimePowerSystems下的Elements中引入两个Three-Phase Transformer模块，分别命名为T1:900MVA29kV/230kV和T2:900MVA29kV/ 230kV其参数设置如图4.16：

图4.16 Three-Phase Transformer模块参数 ⑤在SimePowerSystems下的Elements中引入两个Three-Phase PI Section Line模块分别命名为25km Area 1和10 km Area1其参数设置如图4.17：

⑥在SimePowerSystems下的Elements中引入两个Three-Phase Parallel RLC Load模块分别命名为967MW100MVAR-187MVAR和-200MVAR，其参数分别如图4.18：

图4.17 Three-Phase PI Section Line模块参数 ⑦将其他模块引入建立如图4.5的模型：

⑧全部选中上图所示的功能模块，用鼠标右键点击所选功能模块中的任意一个功能模块，弹出对话框，→点击Create Subsystem（创建子系统），→点击该子系统模块的名称Subsysterm，将它重新命名为Area。

图4.18Three-Phase Parallel RLC Load模块参数（7）建立一个无穷大电网模型；

①在SimPowSystems模块库的Source中，选一个3-phase Source功能模块，并将其命名为12000MVA110kV，其关键参数的设置方法如图4.19所示：

图4.19 3-phase Source功能模块参数 ②在SimPowerSystems模块库中，打开Element模块库，选中3-phase parallel RLC load功能模块，并将其命名为Load 500MW，其属性参数设置对话框如图4.20：

图4.20 3-phase parallel RLC load功能模块参数 ③将两个模块如图4.7连接，并将所有模块封装成一个子系统，并命名为infinity。

（8）将Area 和Infiniti两个子系统拷入最初建立的untitled空白文件系统，建立如图3的系统；

（9）设置Powergui的参数：

①Steady State Voltages and Currents的参数设置如图4.21：

图4.21Steady State Voltages and Currents的参数 ②Initial States Setting选项的参数设置如图4.22：

图4.22 Initial States Setting选项的参数 ③Load Flow and Machine Initialization选项的参数设置如图4.23：

图4.23 Load Flow and Machine Initialization选项的参数 ④其他设置均为默认设置，不做任何改动（10）将该仿真模型文件保存为lhy.mdl。

4.4 仿真结果与分析 4.4.1 仿真结果 建立好如图4.5所示的Simulink仿真模型后，将仿真参数设置好便可以执行仿真图4.22设置，图4.24~图4.27给出了主要的仿真波形。

图4.24 发生三相故障时机端电流波形 图4.25 发生三相故障时机端电压波形 图4.26 发生三相故障时短路点的电流波形 图4.27 发生三相故障时短路点的电压波形 4.4.2 结果分析（1）、发生三相短路时，机端点仿真结果分析: 发生三相短路时，电力系统在机端点的仿真结果如图4.24、图4.25，包含机端三相电压、电流波形，由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障相各相电流由于三相短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0，电压为稳定值，在0.05秒时，三相短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，机端短路电流急剧增大；

机端各相电压下降。在0.1s时，三相短路故障发生器打开，相当于排除故障，此时故障点各相电流迅速下降。

（2）、发生三相短路时，故障点仿真结果分析 发生三相短路时，电力系统在故障点的仿真结果如图4.26、图4.27，包含机端三相电压、电流波形，由图形可以得出以下结论：在稳态时，故障相各相电流由于三相短路故障发生器处于断开状态，因而电流为0，电压为稳定值，在0.05秒时，三相短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，机端短路电流急剧增大；

机端各相电压下降为零。在0.1s时，三相短路故障发生器打开，相当于排除故障，此时故障点各相电流迅速下降为0。

（3）、发生三相短路时，机端点和故障点仿真结果比较。

电力系统在线路上发生三相短路故障时，由于短路故障发生器处于断开状态所以短路点电流是由零开始迅速增大，而机端电流由一个稳定值急速增大；

短路点电压下降为零，而机端电压由于机端与短路点之间存在阻抗所以必定存在压降，所以机端电压不会下降至零。

（4）、仿真结果与短路计算结果的比较。

在用Matlab进行电力系统故障仿真得出的短路点电流的标幺值为9，短路点电压为0；

而短路计算的电流波形最大值为8.929，电压因为短路而为零。两项结果出入相差不大，验证了Matlab软件仿真的准确性。

总结 本文以三相短路为例，介绍了电力系统故障和Matlab/Simulink的基本特点，探索了电力系统故障中最常见的短路计算一些常用的计算方法，和Matlab应用的基本方法和步骤，在Matlab软件中电力系统仿真如何应用SimPowerSystems模块库构建电力系统故障的仿真模型并对其仿真结果进行分析，得出一下结果：

应用Matlab/simulink进行仿真分析的结果和理论计算的结果相差不大，Matlab仿真工具是一种很实用的工具。

随着计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段，由于Matlab具有良好的开发性。高效的数据仿真分析，特别是信号处理和直观的图形显示功能，且Matlab/simulink环境下的SimPowerSystems模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱，能快速而准确的对电路及更复杂的电力系统进行仿真、计算。因此，它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具。

通过这次论文的撰写，我对电力系统故障以及Matlab软件有了更深的认识。但由于在校期间学习不扎实，以及实践经验的缺乏，本文肯定有许多多不足之处，恳切希望老师给予批评指正。

致 谢 本设计在老师的精心指导下圆满完成，从开题报告到资料查询再到论文的撰写，XX老师都耐心地教导，并为我点出其中的错误。老师在理论分析和工作经验方面给了我诸多指导性的建议，他渊博的知识和对学科发展独到的见解，不但给与我一盏明亮的指路之灯，帮助我完成了复杂的毕业设计，更使我今后的工作道路归入正途。在此我向胡老师表示我最诚挚的感谢！其次，在大学的四年里，学校的各位老师在学习上和生活上对我的关心、支持和厚爱，都令我铭记于心，在此也表示我由衷的感谢！各位老师严谨的治学态度，踏踏实实做人的品质，和蔼可亲的作风以及无私奉献的精神给我留下了深刻的印象，使我终生受益。

最后还要对全体同学表示感谢，四年来在学习、工作和生活中给予我的诸多帮助，谢谢！好喝好！那么最后呢也祝愿我们在场的所有来宾所有的朋友们家庭幸福，生活美满，身体健康 参考文献 [1] 何仰赞，温增银.电力系统分析（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.（5）：95-96 [2] 周荣光，电力系统故障分析[M].北京：清华大学出版社，1988.(1):2-3 [3] 李维波，Matlab在电气工程中的应用[M]．北京：中国电力出版社，2007.(7):342-343 [4] 钟麟，王峰.Matlab仿真技术与应用教程[M].北京：国防工业出版社，2004.(8):411-412 [5] 韩祯祥，吴国炎等.电力系统分析.（第二版）[M].北京：浙江大学出版社，1993.[6] 华智明，岳湖山.电力系统稳态计算[M].重庆：重庆大学出版社，1991.[7] 张钟俊，电力系统电磁暂态过程[M].北京：中国工业出版社，1961.[8] 李光琦.电力系统暂态分析（第二版）[M].北京：水利电力出版社，1995.[9] 西安交通大学，西北电力设计院，电力工业部西北勘测设计院.短路电流实用计算方法[M].北京：电力出版社，1982.[10] 贺仁睦，电力系统动态方正准确度的研究[J].电网技术，2000，（12）：1~4.[11] 盛义发，邓国扬，王浩宇等.同步发电机新型励磁系统的研究[J].南华大学学报，2003(1):1~6.[12] 邓国扬，盛义发.基于Matlab/Simulink的电力电子系统的建模与仿真[J].南华大学学报，2003(1）：1~6.[13] 西安交通大学等六院校，电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1995.[14] 张森，张正亮.Matlab仿真技术主导实例应用教程[M].北京：机械工业出版社，2004.[15] 张葛祥，李娜.Matlab仿真技术与应用教程[M]．北京：国防工业出版社，2004.[16] 范影乐，杨胜天.Matlab仿真应用详解[M]．北京：人民邮电出版社，2001.[17] 陆超，唐义良，谢小荣等.仿真软件Matlab与PSB模型及仿真分析[J].电力系统自动化.2000，（9）：23-26.[18] 薛定语，陈阳泉.基于Matlab/Simulink与控制系统仿真[M]．北京：机械工业出版社，2005.[19] 王正林等.Matlab/Simulink与控制系统仿真[M]．北京：电子工业出版社，2005.[20] 刘白雁等.机电系统仿真：基于Matlab/Simulink[M].北京：机械工业出版社，2005.[21] 陈桂明.应用Matlab建模与仿真[M].北京：北京科学出版社，2001.[22] Elgerd OI.Electric Energy System Theory-An Introduction[J].McGraw-Hill Book Co.1982(4）：61~66.[23] Kundur P.Power System Stabiliby and Control[J].New York:Mcgraw-Hill,1994(2）：25~26.[24] Grainger J J,Stevenson W D.Power System Analysis[J].New York:Mcgraw-Hill,1994(4）：44~47.[25] Venikov V A.Transient Processes in Electrical Power Systems[J].Mir Publishers,1980(2）：12~13.

第五篇：大数据平台建设

当前，我部门应用系统之间都是独立的，数据没有统一标准、系统也没有相连。这种现状导致，各公司部门之间的信息资源无法共享、部门之间工作移交无法电子化。这极大地限制了信息化提高公司工作效率的效果，更重要的是信息资源无法打通，就无法站在全县的角度去进行政务应用的大数据分析，成为了政务应用大数据技术的最大阻碍。

为了提高资源使用率，节约管理成本，推动信息产业发展，拉动社会资金在信息化方面的投入，为了提高行政管理和服务效率，促进公司职能转变，改善投资和营商环境，促进经济发展，为了提高公司服务效率，使公司管理服务从各自为政、相互封闭的运作方式，向跨部门、跨区域协同互动和资源共享转变，提高公司工作效率。有必要构建统一的大数据平台，更好地为公司决策服务，提高信息服务质量。

建成覆盖全县各公司部门的信息资源整合平台，支撑用户单位开展跨部门、跨层级的政务应用大数据分析，业务协作，提供应用集成模板、集中监控管理、远程配置部署等工具，降低跨地域实施难度。电子政务应用中存在大量跨部门、跨层级的业务协作，数据交换平台是县级各部门共享数据，进行全县内大数据分析的基础也是解决跨部门协作的有效手段。全县统一规划、统一规范、统一架构，避免各级单位独立建设带来的格式各异、接口混乱、无法重用、难以扩展的局面；施行统一部署、统一监控、统一管理的集中管理模式，总体上降低各级公司部门信息整合的建设、管理、应用的成本。社会经历了由磁盘、磁带、光盘存储数据，向以公文档为主要形式数据的发展，后来互联网的兴起促成了数据量的第三次大规模增长，到了今天，随着互联网、物联网、云计算应用的进一步丰富，数据已呈指数级增长，“大数据”概念逐渐在各界引起热议。在大数据时代，我们分析的数据因为“大”，摆脱了对传统对随机采样的依赖，而是面对全体数据；因为所有信息都是“数”，可以不再纠结具体数据的精确度，而是坦然面对信息的混杂；信息之“大”之“杂”，让我们分析“据”也由传统的因果关系变为相关关系。

大数据平台由网络基础设施层、数据支撑层、信息安全层、统一管理等构成。数据支撑层必须能够对数据采集、数据质量、数据安全、数据挖掘、数据处理和数据可视化进行大数据的全生命周期管理。通过对全县范围内从不同部门收集到数据运转起来成为流化的资源，为应用支撑层的运转提供丰富的高质量的不同维度的数据资源的接口。在全县数据集中的同时需要考虑数据在传输和存储时的安全问题以及不同部门对外共享自身内部数据时数据边界控制的问题，从技术和制度上保障这些数据资源得到科学、有效、合规的使用。

大数据平台建设的主要任务：

（一）建立政务云平台。

建设全县统一的政务云计算平台。以县广电公司的设施为基础，进行云化改造，建立自行管理的云计算资源池，为各部门不宜采用社会化云计算服务的关键性业务系统提供基础设施共享服务。

（二）实施大数据管理。

1.建立政务数据交换和目录体系。以县广电公司的交换中心为主交换平台，构建全县统一的电子政务数据交换体系。统筹各部门可供共享的信息和共享需求，编制政务信息资源共享目录，明确可供共享的信息名称、数据格式、提供方式、提供单位、共享条件、更新方式、更新时限等要素，按需向其他部门提供信息共享服务。

2.建设政务数据集中共享平台。建立健全共享数据汇聚机制，按照“一类数据来源于一个权威部门，权威部门负责更新维护”原则，通过统一数据交换平台，将具有公共性、标识性、基准性的共享数据进行汇聚，集中存储于云平台，逐步形成人口、法人、经济、空间地理、社会信用等各类城市重要基础性数据库。充分发挥云平台共享数据的中心作用，建立向云平台直接获取为主，部门间数据交换获取为辅的共享应用机制，提高城市综合数据共享使用效率。

（三）推进大数据应用。

提高决策数据服务水平。围绕县公司决策需要，以建设决策支持电子政务系统为抓手，充分整合各部门现有办公应用和业务系统数据资源，逐步建立支撑领导决策研判的决策数据资源库，提供更加及时高效的信息获取方式，丰富展现形式，为公司决策提供全面准确便捷的数据服务。使县领导能够及时掌握经济运行与社会发展的实际状况和发展趋势，不断提升政务数据保障和辅助决策能力。

（四）构建大安全体系。

1.加强统一电子政务网络建设管理。在现有电子政务外网平台基础上，提升县级骨干网络业务承载能力，按需扩充统一互联网出口，为公司大数据平台提供高速、稳定、安全的网络运行环境。

2.加强安全技术防护体系建设。按照信息系统安全等级保护要求，针对大数据平台的技术特点，进一步完善以病毒防范、漏洞管理、入侵防范、信息加密、访问控制等为重点的安全防护体系，确保电子政务系统不被破坏和数据不被窃取泄漏。