电力系统自动化课程设计.docx

电力系统自动化课程设计 电力系统短路故障的计算机算法程序设计 学院：信息科学与工程学院班级： 学号：姓名：指导老师：孙妙平完成时间：2012年1月12日前言：应用计算机对电力系统进行分析计算时，需要掌握电力系统的数学模型、计算方法和程序设计三方面的知识。电力系统的数学模型是对电力系统运行状态的一种数学描述。通过数学模型可以把电力系统中物理现象的分析归结为某种形式的数学问题。电力系统的数学模型主要包括电力网络的数学模型、发电机的数学模型以及负荷的数学模型。本课程设计所解决的问题是：基于电力系统的数学模型，根据电力系统短路故障的计算方法，选择合适的计算机语言，编制短路电流计算程序，从而简化短路电流的计算。一、课程设计的目的：根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序，通过自己设计电力系统计算程序不仅可以加深学生对短路计算的理解，还可以锻炼学生的计算机实际应用能力。二、课程设计的内容：电力系统故障的计算机程序设计、编制和调试。三、课程设计的要求：1、在对称短路计算、简单不对称短路计算中任选一种进行计算；2、自选计算机语言；3、设计、编制、调试出相关的通用计算程序；4、输入/输出数据一律以文件格式形成。对称短路计算的输入/输出数据输入数据包括：节点数、支路数、故障节点、支路参数（支路首端号、支路末端号和支路电抗值）输出数据包括：节点导纳矩阵或阻抗矩阵、故障点电流、各支路电流、各节点电压不对称短路计算的输入/输出数据输入数据包括：节点数、支路数、故障节点、支路参数（支路首端号、支路末端号和支路正序电抗值、支路负序电抗值、支路零序电抗值）输出数据包括：故障点电流、各支路电流、各节点电压的序分量和相分量目录：基本原理4数学模型4计算方法5程序实现8原理框图8程序代码8实例分析10参考文献12 基本原理用计算机程序实现电力系统短路故障的计算需完成两部分工作，一是根据计算原理选择计算用的数学模型和计算方法，即计算用的数学公式；二是根据所选定的数学模型和计算方法编制计算程序。数学模型计算短路电流 i，实质上就是求解交流电路的稳态电流，其数学模型也就是网络的线性代数方程组，一般选用网络节点方程，即用节点阻抗矩阵或节点导纳矩阵描述的网络方程。下图给出了计算短路电流i（及其分布）的等值网络。图中g代表发电机端电压节点（如果有必要也可以包括某些大容量的电动机），发电机等值电动势为e，电抗为x；d代表负荷节点，以恒定阻抗代表负荷；f点为短路点（经zf短路）。对于故障分量网络，一般用节点方程描述，即网络的数学模型或者用节点阻抗矩阵或者节点导纳矩阵。在电力系统潮流计算的数学模型中网络方程式即用节点导纳矩阵y表示。y阵的元素与原始网络支路参数的关系简明，易于由网络电路图直观的形成。节点阻抗矩阵z是y的逆矩阵，它的元素与短路电流计算直接相关。计算方法用节点导纳矩阵的计算方法= （1）导纳矩阵第i列对角元素yii，即节点i的自导纳，在数值上等于节点i施加单位电压，其他节点都接地时，节点i向电力网络注入的电流。换句话说，自导纳yii是节点i以外的所有节点都接地时节点i对地的总导纳。显然，ys应等于与节点i 相连的各支路导纳之和，即 （2）式中：为节点i与零电位节点之间的所有支路导纳的总和；为节点i与节点j之间的支路导纳； ji表示节点j与节点i相连。导纳矩阵第i列对角元素yji，即节点i与节点j之间的互导纳，在数值上等于i施加单位电压，其他节点都接地时，节点j向电力网络注入的电路。在这种情况下，节点j的电流实际上是自网络流出并进入地中的电流，所以yji应该等于节点i，j之间的支路导纳的负值，即 yji=-yji （3） 很显然，yji=yij若节点i和节点j没有支路直接相连，则yji=yij=0用任一网络用节点阻抗矩阵表示的节点电压方程是= （4）其中阻抗矩阵z是导纳矩阵y的逆矩阵。节点电压方程为=（） （5）短路点电压故障分量为 =+ （6）由此可得短路点电流=zff+zfzff+zf （7） 不计时 if1zff （8）由此可见，若已知节点阻抗矩阵的对角元素，可以方便地求得任意一点短路的短路电流。已知短路电流后，代入（5）式可得任一点电压故障分量，则各节点短路后的电压为 （9） 任一支路i-j的电流为 =zijzij=（）yij （10）式中：zij为i j支路阻抗；yij为支路导纳。程序实现原理框图输入数据 形成网络节点阻抗矩阵结束应用式（10）计算任一支路电流应用式（9）计算任一节点电压应用式（7）计算if选择短路点f程序代码输入参数以文件形式存在，其中包含节点数、支路数、支路参数，还可包含短路对地电阻、线路对地导纳数、线路对地导纳参数。original1.mnod=？;%节点数bra=？;%支路数cnum=？;%线路对地导纳数zf=？;%短路点对地电阻bra(1,1)=struct(fnod,1,lnod,2,xval,？,kval,1);%支路参数gcap(1,1)=struct(nod,1,cval,？)%线路对地导纳主函数的功能为，根据输入参数计算导纳矩阵，求逆矩阵得到阻抗矩阵，根据输入的短路节点号，求得短路电流、各节点短路后的电压、支路电流。程序如下：original1;%电力系统参数%根据电力系统结构及参数形成导纳矩阵的程序如下y=zeros(nod)for i=1:bra ;%计算网络节点导纳矩阵 if bra(1,i).kval=1 y(bra(1,i).fnod,bra(1,i).fnod)=y(bra(1,i).fnod,bra(1,i).fnod)+1/bra(1,i).xval; y(bra(1,i).lnod,bra(1,i).lnod)=y(bra(1,i).lnod,bra(1,i).lnod)+1/bra(1,i).xval; y(bra(1,i).fnod,bra(1,i).lnod)=-1/bra(1,i).xval; y(bra(1,i).lnod,bra(1,i).fnod)=-1/bra(1,i).xval; else y(bra(1,i).fnod,bra(1,i).fnod)=y(bra(1,i).fnod,bra(1,i).fnod)+1/bra(1,i).xval; y(bra(1,i).lnod,bra(1,i).lnod)=y(bra(1,i).lnod,bra(1,i).lnod)+1/(bra(1,i).kval*bra(1,i).kval*bra(1,i).xval); y(bra(1,i).fnod,bra(1,i).lnod)=-1/(bra(1,i).kval*bra(1,i).xval); y(bra(1,i).lnod,bra(1,i).fnod)=-1/(bra(1,i).kval*bra(1,i).xval); endendfor i=1:cnum y(gcap(1,i).nod,gcap(1,i).nod)=y(gcap(1,i).nod,gcap(1,i).nod)+gcap(1,i).cval;end%根据电力系统结构及参数形成导纳矩阵的程序如上z=inv(y); ;%阻抗矩阵为导纳矩阵的逆矩阵m=input(请输入短路节点号：);zf=z(m,m); if=1/zf; ;%计算短路电流i=zeros(nod,1);i(m,1)=-if;ux=z*i;u0=ones(nod,1);u=u0+ux; ;%各节点短路后的电压u(m,1)=zf*if; ix=zeros(nod);for i=1:nod ;%计算支路i-j的电流 for j=1:nod ix(i,j)=(ux(i,1)-ux(j,1)/z(i,j) endend实例分析电力系统的等值网络图如下：已知各元件参数的标幺值如下：z12=0.145+j0.581，z15=0.082+j0.427，z23=0.104+j0.518，z34=0.031+j0.248，z35=0.163+j0.754，y120=y210=j0.021，y230=y320=j0.018，y150=y510=j0.028，y350=y530=j0.014，yc=j0.04，k43=0.95因此输入参数文件为original1.mnod=5;%节点数bra=5;%支路数cnum=9;%线路对地导纳数zf=1;%短路点对地电阻bra(1,1)=struct(fnod,1,lnod,2,xval,0.145+0.581*j,kval,1);%支路参数bra(1,2)=struct(fnod,1,lnod,5,xval,0.082+0.427*j,kval,1);bra(1,3)=struct(fnod,2,lnod,3,xval,0.104+0.518*j,kval,1);bra(1,4)=struct(fnod,3,lnod,4,xval,0.031+0.248*j,kval,0.95);bra(1,5)=struct(fnod,3,lnod,5,xval,0.163+0.754*j,kval,1);gcap(1,1)=struct(nod,1,cval,0.04*j)%线路对地导纳gcap(1,2)=struct(nod,1,cval,0.021*j)gcap(1,3)=struct(nod,1,cval,0.028*j)gcap(1,4)=struct(nod,2,cval,0.021*j)gcap(1,5)=struct(nod,2,cval,0.018*j)gcap(1,6)=struct(nod,3,cval,0.018*j)gcap(1,7)=struct(nod,3,cval,0.014*j)gcap(1,8)=struct(nod,5,cval,0.028*j)gcap(1,9)=struct(nod,5,cval,0.014*j)若节点3短路，通过本程序计算得，短路电流为if=0.2139,阻抗矩阵为：0.0196 - 4.8631i-0.0179 - 5.0193i-0.0239 - 5.0571i-0.0227 - 4.8043i-0.0066 - 4.9904i-0.0179 - 5.0193i0.0504 - 4.7367i0.0134 - 4.9069i0.0127 - 4.6616i-0.0190 - 5.0362i-0.0239 - 5.0571i0.0134 - 4.9069i0.0599 - 4.6739i0.0569 - 4.4402i-0.0073 - 4.9755i-0.0227 - 4.8043i0.0127 - 4.6616i0.0569 - 4.4402i0.0820 - 3.9943i-0.0069 - 4.7267i-0.0066 - 4.9904i-0.0190 - 5.0362i-0.0073 - 4.9755i-0.0069 - 4.7267i0.0372 - 4.7670i导纳矩阵为：0.8381-j3.7899 -0.4044+j1.6203 0 0 -0.4337+j2.2586-0.4044+j1.6203 0.7769-j3.3970 -0.3726+j1.8557 0 00 -0.3726+j1.8557 1.1428-j7.0210 -0.5224+j4.1792 -0.2739+j1.26700 0 -0.5224+j4.1792 0.5449-j4.3591 0-0.4337+j2.2586 0 -0.2739+j1.2670 0 0.7077-j3.4437 节点1-5在三相短路故障后的电压标幺值分别是：u1=-0.0818+0.019i、u2=-0.0497+0.0106i、u3=0、u4=0.05、u5=-0.0643+0.0152i各支路电流分别是i12=-0.0017-0.0064i、i15=-0.0008