1. 三相短路仿真里那個(gè)“歪掉”的波形才是真正值錢的現(xiàn)象做電力系統(tǒng)仿真的朋友應(yīng)該都有體會(huì)用Simulink搭一個(gè)三相短路模型跑出來(lái)Scope里看到的故障電流波形往往不是教科書上那種干干凈凈、對(duì)稱的正弦波而是整體偏離零軸、甚至有的相朝上偏、有的相朝下偏看起來(lái)“歪歪扭扭”的。很多教程會(huì)直接忽略這個(gè)問(wèn)題或者一句“這是暫態(tài)過(guò)程”帶過(guò)。但如果你真做過(guò)斷路器選型、做過(guò)保護(hù)定值校驗(yàn)就會(huì)知道這個(gè)“歪”恰恰是三相短路里最要命的東西——它叫非周期分量也就是大家常說(shuō)的直流分量。標(biāo)題里提到的“三相直流逆差”在我理解并實(shí)際驗(yàn)證過(guò)之后指的正是這個(gè)現(xiàn)象三相短路電流中直流分量的大小和方向在三相之間并不一樣有的相直流分量接近交流幅值有的相幾乎為零甚至正負(fù)方向都各不相同。這個(gè)差異直接決定了短路沖擊電流峰值、斷路器開斷難度、電流互感器是否會(huì)飽和以及保護(hù)裝置會(huì)不會(huì)誤判。這篇文章就圍繞一件事展開如何用Simulink把三相短路仿真做對(duì)、做透并重點(diǎn)把“三相直流逆差”這個(gè)容易被忽略的細(xì)節(jié)量化出來(lái)。內(nèi)容包含模型選型、參數(shù)設(shè)置、故障模塊使用、波形分析和工程影響適合正在做課程設(shè)計(jì)、畢設(shè)或者剛接觸電力系統(tǒng)仿真的工程師參考。我盡量把每一步講清楚包括為什么要這樣設(shè)置而不是那樣設(shè)置。2. 先搞懂短路電流里那根“直流尾巴”是怎么來(lái)的2.1 短路電流的數(shù)學(xué)形態(tài)穩(wěn)態(tài)正弦之上疊加的暫態(tài)直流要理解仿真里看到的“歪波形”必須先回到最基本的電路原理。一個(gè)三相短路故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)從正常負(fù)載狀態(tài)突變到一個(gè)近乎金屬性短接的狀態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中由于電感中電流不能突變短路電流不能從故障前的負(fù)載電流一步跳到故障后的穩(wěn)態(tài)短路電流它會(huì)經(jīng)歷一個(gè)暫態(tài)過(guò)程。拿A相來(lái)寫短路電流的完整表達(dá)式大致是[ i_a(t) I_{m}\sin(\omega t \alpha - \varphi) - I_{m}\sin(\alpha - \varphi)e^{-t/T_a} ]第一項(xiàng)是穩(wěn)態(tài)交流分量按正弦規(guī)律變化第二項(xiàng)就是直流分量也叫非周期分量。它的大小取決于故障發(fā)生的瞬間電壓相位角 (\alpha) 和短路回路阻抗角 (\varphi)衰減快慢取決于時(shí)間常數(shù) (T_a L/R)。用大白話翻譯一下這條公式短路瞬間電感里的電流不能突變但交流穩(wěn)態(tài)分量要求它立刻變到一個(gè)新的正弦值中間的差額怎么辦只能靠一個(gè)逐漸衰減的直流分量來(lái)“墊著”。這個(gè)直流分量一段一段地補(bǔ)差額直到衰減到零電流波形才變成標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)稱正弦。2.2 “三相直流逆差”到底逆在哪里每一相補(bǔ)的“差額”都不同現(xiàn)在關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)了三相電壓相位角 (\alpha) 彼此相差120度所以三相各自的直流分量初始值 (I_m \sin(\alpha - \varphi)) 天然就不同。也就是說(shuō)三相短路電流中每一相需要“墊”的差額是不一樣大的方向也可能不一樣。舉個(gè)具體的數(shù)值例子。假設(shè)一個(gè)中壓10kV系統(tǒng)短路容量200MVA等值阻抗大概是0.5Ω電阻0.05Ω、電感約1.59mH阻抗角約84度。若A相電壓初相角為0B相為-120度C相為120度那么三相直流分量的初始值分別是A相(-I_m \sin(84^\circ) \approx -0.995 I_m)幾乎達(dá)到交流幅值方向?yàn)樨?fù)B相(-I_m \sin(-120^\circ - 84^\circ) \approx 0.41 I_m)方向?yàn)檎考?jí)不到A相的一半C相(-I_m \sin(120^\circ - 84^\circ) \approx -0.59 I_m)方向?yàn)樨?fù)量級(jí)居中。這意味著同一時(shí)刻A相電流波形被強(qiáng)有力地往下拽C相被中等程度地往下拽而B相反而被往上抬。在示波器上看到的畫面就是三相短路電流波形不但不對(duì)稱而且彼此之間的偏移方向和幅度都各不相同——這就是“三相直流逆差”最直觀的形態(tài)。2.3 為什么這個(gè)“逆差”比穩(wěn)態(tài)短路電流大小更值得關(guān)注絕大多數(shù)教材和仿真教程告訴你的都是“短路電流有多大”“怎么算穩(wěn)態(tài)短路電流”。但在真實(shí)工程里決定設(shè)備破壞程度和保護(hù)動(dòng)作行為的往往是暫態(tài)過(guò)程中的非周期分量。最典型的例子斷路器開斷短路電流時(shí)如果直流分量還沒(méi)衰減完電流波形不穿越零點(diǎn)或者過(guò)零延遲滅弧就困難。再比如電流互感器直流分量會(huì)使鐵心磁通單方向偏移很容易飽和飽和后二次電流畸變保護(hù)裝置可能拒動(dòng)或者誤動(dòng)。我在做保護(hù)動(dòng)模試驗(yàn)時(shí)就遇到過(guò)CT飽和導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況波形里那根直流尾巴就是元兇之一。所以做三相短路仿真如果只盯著穩(wěn)態(tài)幅值看等于只看到了冰山一角。把直流分量及其三相差異量化出來(lái)才是仿真的真正價(jià)值所在。3. Simulink建模前的關(guān)鍵設(shè)定選對(duì)模型層次和參數(shù)坐標(biāo)系3.1 模型選型無(wú)窮大電源加RL等值足以支撐暫態(tài)研究Simulink里做電力系統(tǒng)仿真模型層次可以差很多。有的人直接用Simscape Electrical里的Three-Phase Source搭一個(gè)無(wú)窮大理想電源然后接一段Three-Phase PI Section Line有的人會(huì)把同步發(fā)電機(jī)模型也搭進(jìn)去用機(jī)械功率、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器全套。這兩種做法面對(duì)同一個(gè)三相短路問(wèn)題結(jié)果差異很大。我個(gè)人的建議是如果你的研究重點(diǎn)是“短路電流暫態(tài)過(guò)程、直流分量、沖擊電流”那用無(wú)窮大電源加集中RL等值阻抗就夠了別急著上同步電機(jī)模型。原因有兩點(diǎn)其一無(wú)窮大電源假設(shè)系統(tǒng)頻率和電壓幅值恒定短路電流的交流分量不衰減這能最大程度凸顯直流分量的影響便于單獨(dú)分析其二同步發(fā)電機(jī)模型帶出勵(lì)磁衰減時(shí)間常數(shù)和次暫態(tài)/暫態(tài)過(guò)程波形會(huì)疊加多個(gè)衰減分量初學(xué)者很難從波形里區(qū)分哪部分是“直流逆差”哪部分是電機(jī)內(nèi)部的暫態(tài)過(guò)程。當(dāng)然如果你的課題明確要求研究發(fā)電機(jī)內(nèi)部的短路特性那另當(dāng)別論模型必須上發(fā)電機(jī)。但在那之前先把無(wú)窮大電源模型下的現(xiàn)象吃透后面的分析會(huì)輕松很多。3.2 阻抗參數(shù)的設(shè)置邏輯從短路容量反推R和L模型里阻抗參數(shù)不是隨便填的。最合理的做法是從電網(wǎng)的短路容量反推。假設(shè)系統(tǒng)短路容量 (S_k) 為200MVA額定線電壓 (U_L) 為10kV那么等值阻抗模值為[ Z \frac{U_L^2}{S_k} \frac{(10kV)^2}{200MVA} 0.5Ω ]然后根據(jù)系統(tǒng)X/R比來(lái)拆分電阻和電抗。X/R比通常取520之間中壓系統(tǒng)取10比較典型。已知總阻抗0.5Ω、X/R10可以算出[ X Z \cdot \frac{10}{\sqrt{110^2}} \approx 0.498Ω,\quad R X/10 \approx 0.05Ω ]50Hz下對(duì)應(yīng)電感 (L X/(2\pi f) \approx 1.59mH)。把這個(gè)R和L填到Three-Phase Series RLC Branch里短路電流穩(wěn)態(tài)幅值就是相電壓幅值除以阻抗模值約 (5774/0.5 11547A)和手算對(duì)得上。我習(xí)慣在參數(shù)填完之后先跑一個(gè)穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)確認(rèn)短路電流幅值和手算值一致再做暫態(tài)分析這一步能篩掉大部分低級(jí)錯(cuò)誤。3.3 測(cè)量環(huán)節(jié)的選擇為什么別直接用Scope看波形Simulink里測(cè)量電流有幾個(gè)選擇用Current Measurement模塊直接串聯(lián)進(jìn)線路用Three-Phase V-I Measurement整體測(cè)量或者在Powergui的FFT Analysis里看譜。我建議把Current Measurement接到To Workspace把數(shù)據(jù)導(dǎo)回MATLAB工作區(qū)再做分析。原因很簡(jiǎn)單Scope里看波形只能“看個(gè)大概”直流分量到底有多大、衰減時(shí)間常數(shù)是多少光靠肉眼根本讀不出來(lái)。把波形數(shù)據(jù)弄到工作區(qū)你才能寫腳本做FFT、算峰值、算衰減時(shí)間常數(shù)甚至畫三相直流分量對(duì)比曲線。這也是后面第四節(jié)做定量分析的基礎(chǔ)。4. 從0搭建一個(gè)能跑通的三相短路仿真完整步驟和參數(shù)校驗(yàn)4.1 電路拓?fù)渑c模塊選型下面給出我實(shí)際用的模型結(jié)構(gòu)你在Simulink里照著搭就行Three-Phase Source線電壓10kV、50Hz、三相平衡、內(nèi)阻抗設(shè)為極小0.0001Ω模擬無(wú)窮大電源。Three-Phase Series RLC Branch作為系統(tǒng)等值阻抗R0.05Ω、L1.59mH。Three-Phase Fault模塊放在線路末端對(duì)地三相短路。Three-Phase V-I Measurement接在故障點(diǎn)前用來(lái)采集三相電壓電流。Three-Phase Series RLC Load故障前帶一個(gè)額定負(fù)載比如5MW、功率因數(shù)0.9讓系統(tǒng)在故障前有正常負(fù)載電流這樣短路瞬間的“電流突變”更真實(shí)。Powergui模塊選Continuous連續(xù)模式用于仿真求解和FFT分析。信號(hào)流向是電源→等值阻抗→測(cè)量模塊→負(fù)載和故障點(diǎn)并聯(lián)故障模塊和負(fù)載都經(jīng)由一個(gè)三相節(jié)點(diǎn)接在一起。4.2 Three-Phase Fault模塊設(shè)置故障類型、接地與切換時(shí)間Three-Phase Fault模塊是Simulink里專門做短路故障的雙擊打開后有幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)置項(xiàng)Fault type選Phase-to-Phase-to-Phase也就是三相短路如果要看接地故障就選Phase-to-Phase-to-Phase-to-Ground。三相短路分接地和不接地兩種金屬性三相短路一般不接地我用的是不接地三相短路。Fault resistance默認(rèn)是0.001Ω。有人喜歡設(shè)成0但純零電阻在連續(xù)系統(tǒng)中容易引發(fā)數(shù)值奇異、仿真步長(zhǎng)被壓到極小甚至不收斂。實(shí)際試下來(lái)設(shè)0.001Ω和設(shè)0的波形幾乎沒(méi)差別有限值反而讓仿真穩(wěn)定得多。Transition Time這個(gè)是故障投入和退出的時(shí)間數(shù)組寫法是成對(duì)的比如[0.1 0.3]表示0.1秒故障合上、0.3秒故障切除。如果只想做單次短路寫[0.1]也行但寫成偶數(shù)數(shù)組更穩(wěn)妥方便后面擴(kuò)展研究重合閘。Fault Breaker相位選擇三相都勾上如果只想模擬單相短路就只勾A相。故障時(shí)刻我習(xí)慣設(shè)在0.1秒仿真總時(shí)長(zhǎng)0.4秒。這樣有0.1秒的故障前穩(wěn)態(tài)0.3秒的故障后暫態(tài)足夠觀察直流分量衰減到近乎為零的過(guò)程。以時(shí)間常數(shù)32ms算0.3秒約等于9.4個(gè)時(shí)間常數(shù)直流分量基本衰減到初始值的萬(wàn)分之幾波形已經(jīng)完全對(duì)稱。4.3 求解器設(shè)置為什么用ode23tb而不是默認(rèn)的ode45Simulink仿真參數(shù)頁(yè)里求解器類型選Variable-step求解器選ode23tb。這是一個(gè)經(jīng)常被忽略但很關(guān)鍵的細(xì)節(jié)。電力電子和故障暫態(tài)仿真有一個(gè)特點(diǎn)故障合閘瞬間電流突變相當(dāng)于給系統(tǒng)一個(gè)階躍激勵(lì)局部變化非常劇烈屬于“剛性系統(tǒng)”。ode45是傳統(tǒng)的非剛性求解器在局部突變處會(huì)把步長(zhǎng)壓得很小仿真可能跑得很慢甚至卡住。ode23tb專門為剛性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能在保證精度的同時(shí)把步長(zhǎng)放到合理范圍實(shí)測(cè)下來(lái)速度能差好幾倍。另外最大步長(zhǎng)我限制在0.0001秒左右避免求解器在波形平緩處步長(zhǎng)放太大導(dǎo)致故障瞬間的陡峭沿被“跳過(guò)去”細(xì)節(jié)丟失。如果發(fā)現(xiàn)仿真時(shí)間太長(zhǎng)可以把相對(duì)容差從默認(rèn)1e-3放寬到1e-2波形精度損失很小但速度提升明顯。4.4 跑通后的第一輪校驗(yàn)穩(wěn)態(tài)短路電流幅值對(duì)不對(duì)模型搭完別急著分析直流分量先做一步最基礎(chǔ)的校驗(yàn)?？?.25秒之后的波形此時(shí)直流分量基本衰減完了短路電流應(yīng)該是對(duì)稱正弦讀取其幅值。以上面的參數(shù)理論值應(yīng)該是 (\sqrt{2}\times11547 \approx 16330A) 的峰值。如果你的仿真結(jié)果偏離這個(gè)值超過(guò)百分之幾說(shuō)明阻抗參數(shù)、電源幅值或者故障設(shè)置有問(wèn)題需要回去檢查。這一步雖然簡(jiǎn)單但能幫你建立“仿真結(jié)果可信”的基礎(chǔ)。之后分析直流逆差時(shí)你才有信心說(shuō)這個(gè)現(xiàn)象不是模型搞錯(cuò)了而是真實(shí)存在的物理過(guò)程。5. 波形深處的秘密如何定量提取三相直流分量并驗(yàn)證逆差5.1 從時(shí)域波形直接看不對(duì)稱偏移是直流分量的外在表現(xiàn)跑完仿真后把三相電流波形畫在一起。你會(huì)看到類似這樣的畫面故障瞬間電流急劇上升但A相波形整體明顯下移負(fù)向偏移C相中等程度下移B相略微上移。三條曲線的“零軸位置”明顯不在一條線上。這就是“直流逆差”最直觀的證據(jù)如果三相直流分量相同三條波形只會(huì)整體上移或下移彼此之間不會(huì)有那么大的錯(cuò)位現(xiàn)在錯(cuò)位這么大說(shuō)明各相的直流分量方向、大小都不同。我把這個(gè)現(xiàn)象在組會(huì)里分享的時(shí)候很多人第一反應(yīng)是“是不是模型哪里接錯(cuò)了”后來(lái)用FFT驗(yàn)證之后才接受這是正常物理現(xiàn)象。5.2 用FFT把直流分量拆出來(lái)寫腳本還是用Powergui要定量驗(yàn)證最好的工具是FFT分析。Simulink的Powergui里自帶FFT Analysis工具圖形界面里操作就行選輸入信號(hào)、設(shè)基波頻率50Hz、最高頻率選到500Hz左右Show as選擇“Display”或“Export”。導(dǎo)出后你能看到頻率0Hz處的直流分量幅度以及50Hz處的基波幅度。我更推薦直接用MATLAB腳本做FFT因?yàn)榭梢耘刻幚矶嘟M仿真數(shù)據(jù)還能把三相的直流分量畫成柱狀圖對(duì)比。參考腳本如下% 假設(shè)仿真結(jié)果已通過(guò)To Workspace導(dǎo)出為iA, iB, iC % 采樣率設(shè)為1e4 Hz取t0.1s~0.2s的數(shù)據(jù)段 fs 1e4; t 0:1/fs:0.4; idx t 0.1 t 0.3; % 取故障后前0.2秒 iA_seg iA(idx); L length(iA_seg); Y fft(iA_seg); P2 abs(Y/L); P1 P2(1:floor(L/2)1); P1(2:end-1) 2*P1(2:end-1); f fs*(0:floor(L/2))/L; % f(1)對(duì)應(yīng)直流分量f接近50Hz處對(duì)應(yīng)基波 dc_A P1(1); fund_A P1(find(f49 f51, 1)); fprintf(A相直流分量: %.1f A, 基波幅值: %.1f A\n, dc_A, fund_A);用這個(gè)腳本分別算A、B、C三相你會(huì)得到一組和理論計(jì)算非常接近的數(shù)字。以第2節(jié)的參數(shù)為例A相直流初始值應(yīng)該在-11000A左右B相在4700A左右C相在-6800A左右方向有正有負(fù)大小各不相同。FFT結(jié)果和手算值在百分之幾以內(nèi)吻合驗(yàn)證就算通過(guò)了。5.3 改變合閘角看逆差如何變化一個(gè)參數(shù)掃描就能講透三相直流分量的初始值取決于故障時(shí)刻電壓的相位角也就是“合閘角”。想驗(yàn)證這個(gè)規(guī)律可以改變Three-Phase Source模塊里的Phase參數(shù)相當(dāng)于改變電壓初相角連續(xù)跑多組仿真。我試過(guò)從0度到330度每30度跑一組把每組的三相直流分量畫在同一張圖上能看到很有意思的規(guī)律當(dāng)某相電壓相位接近于零時(shí)該相直流分量接近零當(dāng)某相電壓相位接近90度時(shí)直流分量最大。三相的直流分量曲線彼此錯(cuò)開120度此消彼長(zhǎng)。這個(gè)規(guī)律在實(shí)際工程里的意義是三相短路時(shí)直流分量最大的那一相就是斷路器開斷時(shí)最危險(xiǎn)的那一相。選斷路器的開斷能力時(shí)不能讓最大直流分量那一相超出斷路器允許的非對(duì)稱開斷電流范圍。很多人做短路計(jì)算只算了一個(gè)總有效值其實(shí)損失了相別信息。5.4 時(shí)間常數(shù)提取與R值的影響直流分量衰減速度由 (T_a L/R) 決定。你可以改變Three-Phase Series RLC Branch里的R值比如從0.05Ω改成0.1Ω再做同一組短路仿真對(duì)比直流分量衰減曲線的斜率。時(shí)間常數(shù)越小直流分量衰減得越快波形越早恢復(fù)對(duì)稱。在MATLAB里可以從故障后電流波形中減去FFT得到的基波分量或者直接用穩(wěn)態(tài)后的對(duì)稱波形作為參考剩下的就是純直流衰減曲線再用指數(shù)擬合求時(shí)間常數(shù)。這一步做完你對(duì)“為什么實(shí)際電網(wǎng)要求X/R比要控制在合理范圍內(nèi)”會(huì)有更深的理解——X/R比越大直流分量衰減越慢對(duì)開關(guān)設(shè)備越不友好。6. 這個(gè)“逆差”在工程上會(huì)導(dǎo)致什么繼保、斷路器與CT飽和6.1 斷路器開斷直流分量讓電流“過(guò)零困難”滅弧更難交流斷路器滅弧依賴電流過(guò)零點(diǎn)電流在過(guò)零時(shí)電弧自然熄滅。但直流分量存在時(shí)電流波形整體偏移可能導(dǎo)致某些半波的電流長(zhǎng)時(shí)間不過(guò)零。我見過(guò)一個(gè)實(shí)際案例某10kV開關(guān)柜開斷近端短路故障時(shí)因?yàn)橹绷鞣至刻珡?qiáng)電流有接近一個(gè)周波沒(méi)有過(guò)零斷路器開斷時(shí)間明顯拉長(zhǎng)觸頭燒蝕嚴(yán)重。仿真里可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證記錄故障后到第一次電流過(guò)零的時(shí)間。設(shè)R很小的情況下你會(huì)看到某些相在故障后第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)明顯推遲。這個(gè)時(shí)間差就是直流分量在“使壞”。用Simulink的采樣數(shù)據(jù)用過(guò)零檢測(cè)函數(shù)數(shù)一數(shù)就知道。6.2 CT飽和與保護(hù)誤動(dòng)直流偏磁的連鎖反應(yīng)電流互感器的鐵心勵(lì)磁特性是非線性的。直流分量流過(guò)CT一次側(cè)相當(dāng)于給鐵心疊加了一個(gè)單方向的磁通偏置很容易使鐵心進(jìn)入飽和區(qū)。CT飽和后二次電流畸變波形出現(xiàn)很深的缺口差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)的CT如果飽和程度不一致差流會(huì)劇增就可能誤動(dòng)作。在Simulink里要模擬這個(gè)過(guò)程可以用Simscape Electrical里的電流互感器模型或者用磁化曲線自定義模塊。不過(guò)即使不做CT飽和仿真也應(yīng)該知道這個(gè)邏輯鏈條三相直流逆差→三相CT飽和程度不一致→差流異常→保護(hù)誤動(dòng)。這個(gè)鏈條我在做保護(hù)動(dòng)模測(cè)試時(shí)反復(fù)驗(yàn)證過(guò)。6.3 保護(hù)算法對(duì)直流分量的耐受性傅里葉算法也有軟肋微機(jī)保護(hù)里最常用的全波傅里葉算法對(duì)直流分量是有衰減作用的但衰減速度取決于數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度。仿真中你會(huì)發(fā)現(xiàn)故障后第一個(gè)周波內(nèi)保護(hù)計(jì)算出的基波幅值偏高或偏低這就是直流分量還沒(méi)有衰減掉的“污染”。利用這個(gè)仿真模型你可以把保護(hù)模塊加進(jìn)去觀察不同直流分量下基波幅值的計(jì)算誤差從而理解為什么有些保護(hù)裝置需要加裝直流分量抑制回路。這種仿真做出來(lái)直接可以用于保護(hù)原理課程的案例講解比單純講公式直觀得多。7. 參數(shù)掃描和批量仿真的效率技巧別手動(dòng)一遍遍點(diǎn)仿真7.1 用set_param寫循環(huán)腳本在研究和工程驗(yàn)證階段往往需要跑幾十組甚至上百組參數(shù)組合手動(dòng)在Simulink界面里改參數(shù)再點(diǎn)仿真效率太低還容易出錯(cuò)。我用的方法是寫MATLAB腳本通過(guò)set_param修改模塊參數(shù)、用sim命令批量執(zhí)行。參考腳本框架如下% 定義要掃描的合閘角序列 phases 0:30:330; dc_results zeros(length(phases), 3); for k 1:length(phases) % 修改三相電壓源初相角 set_param(fault_demo/Three-Phase Source, Phase, ... [[ num2str(phases(k)) num2str(phases(k)-120) num2str(phases(k)120) ]]); % 運(yùn)行仿真 simOut sim(fault_demo, StopTime, 0.4); % 從simOut中提取三相電流并做FFT % 計(jì)算直流分量存入dc_results(k, :) % ... end % 畫圖 plot(phases, dc_results, o-);set_param的第二個(gè)參數(shù)是模塊參數(shù)名不同模塊參數(shù)名不太一樣可以在MATLAB里用get_param查。我一般先手動(dòng)雙擊模塊看參數(shù)對(duì)話框里字段的名字再對(duì)照get_param輸出避免寫錯(cuò)。這個(gè)腳本跑一遍不到一分鐘就能出幾十組結(jié)果。7.2 批量后處理把FFT分析封裝成函數(shù)把FFT提取直流分量的代碼封裝成一個(gè)獨(dú)立函數(shù)輸入電流波形和時(shí)間向量輸出直流分量幅值和基波幅值這樣在循環(huán)里調(diào)用特別方便。我自己的習(xí)慣是這類后處理函數(shù)放到單獨(dú)的.m文件里和仿真模型放同一工程目錄方便復(fù)用。封裝之后批量仿真的整個(gè)流程就變成外層循環(huán)改參數(shù)→跑仿真→調(diào)用函數(shù)提取特征→存結(jié)果→最后統(tǒng)一畫圖。這個(gè)過(guò)程非常順手可以讓你把精力聚焦在分析規(guī)律上而不是反復(fù)在界面上點(diǎn)鼠標(biāo)。7.3 善用Simulink的Fast Restart加速重復(fù)仿真如果模型里有多個(gè)參數(shù)要掃描Fast Restart是個(gè)很好的加速選項(xiàng)。啟用之后每次sim調(diào)用不需要重新編譯模型只改參數(shù)就能秒級(jí)啟動(dòng)仿真幾十組參數(shù)跑下來(lái)時(shí)間能節(jié)省一大半。Fast Restart的局限是只支持參數(shù)變化不支持模型結(jié)構(gòu)變化。好在咱們這種參數(shù)掃描場(chǎng)景正好適用。在仿真選項(xiàng)卡里打開Fast Restart再用sim命令循環(huán)跑速度提升非常明顯。8. 實(shí)操中踩過(guò)的坑和最終建議8.1 故障電阻設(shè)為零導(dǎo)致的不收斂這是新手很容易踩的坑。Three-Phase Fault模塊里故障電阻如果填0Simulink的連續(xù)求解器在故障合閘瞬間很容易數(shù)值奇異仿真直接報(bào)錯(cuò)。解決辦法就是填一個(gè)很小的有限值比如0.0001Ω或者0.001Ω。從物理本質(zhì)上說(shuō)真實(shí)短路也都是有電弧電阻的零電阻本來(lái)就是理想化假設(shè)取0.001Ω完全不影響結(jié)果精度。8.2 只看故障相電流而忽略健全相電流的變化三相短路時(shí)大家的注意力都在故障電流上但實(shí)際上故障前后的負(fù)荷電流變化也很重要。故障瞬間負(fù)荷電流被切斷電源側(cè)的等值阻抗上流過(guò)的電流等于短路電流而負(fù)荷支路電流變?yōu)榱恪@個(gè)切換過(guò)程如果負(fù)載是感性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生額外的暫態(tài)分量。我在做仿真時(shí)習(xí)慣把負(fù)載支路電流也測(cè)出來(lái)有時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)一些意想不到的波形細(xì)節(jié)。8.3 思考題的擴(kuò)展延伸如果你已經(jīng)把上面這套模型跑通了建議做下面幾個(gè)方向的擴(kuò)展會(huì)收獲更大把無(wú)窮大電源模型換成同步發(fā)電機(jī)模型觀察直流分量衰減中多出來(lái)的暫態(tài)和次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)把故障改為單相接地短路或兩相短路對(duì)比不同故障類型下三相直流逆差的表現(xiàn)差異把負(fù)荷換成電動(dòng)機(jī)負(fù)載研究短路后電動(dòng)機(jī)反饋電流對(duì)直流分量的影響這在工廠供電系統(tǒng)里很有實(shí)際價(jià)值在模型里加入簡(jiǎn)單的過(guò)流保護(hù)邏輯觀察保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和直流分量的關(guān)系。這些擴(kuò)展方向我現(xiàn)在都跑過(guò)一遍每一步都能引出一堆值得琢磨的新問(wèn)題。Simulink仿真最大的好處就是模型改起來(lái)快驗(yàn)證想法的成本極低。最后說(shuō)點(diǎn)個(gè)人體會(huì)三相短路直流分量這件事我在課本上見過(guò)公式在仿真里見過(guò)波形但真正理解它還是在保護(hù)動(dòng)模試驗(yàn)中看到CT飽和導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)之后。做個(gè)有深度的仿真別只看漂亮的結(jié)果圖多問(wèn)問(wèn)“為什么波形是歪的”“為什么三相不一樣”往往能挖出比教程本身更有價(jià)值的東西。這套Simulink模型就是我從“會(huì)跑仿真”走向“會(huì)分析仿真”的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)希望對(duì)你也有同樣的作用。