电力系统暂态上机计算课程设计报告.doc

课程设计报告( 20142015年度第二学期)名 称：电力系统暂态上机计算院 系：电气与电子工程学院 班 级： 电气1213 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 两周 成 绩： 日期： 2015年 7月16日 课程 电力系统暂态上机课程设计报告一、课程设计的目的与要求巩固电力系统暂态分析理论知识，使学生掌握采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算的基本方法，并进一步巩固计算机编程能力，为将来从事相关的技术工作打下必要的基础。二、设计正文（如需手写，请另附a4纸，页数不限）1 对称短路计算的数学描述和程序实现流程图2 不对称短路计算的数学描述和程序实现流程图3 静态稳定性计算的数学描述和程序实现流程图4 暂态稳定性计算的数学描述和程序实现流程图5 思考题 1.对称短路计算过程流程图和计算结果l 流程图如下：计算结果：（1）节点导纳矩阵y1 =0 -40.0000i 0 +10.0000i 0 +10.0000i 0 +20.0000i 0 0 +10.0000i 0 -60.0000i 0 +10.0000i 0 0 +40.0000i0 +10.0000i 0 +10.0000i 0 -20.0000i 0 0 0 +20.0000i 0 0 0 -30.0000i 0 0 0 +40.0000i 0 0 0 -60.0000i y0 = 0 -30.0000i 0 + 5.0000i 0 + 5.0000i 0 + 5.0000i 0 -50.0000i 0 + 5.0000i 0 + 5.0000i 0 + 5.0000i 0 -10.0000i（2）节点阻抗矩阵z1 = 0 + 0.0729i 0 + 0.0386i 0 + 0.0557i 0 + 0.0486i 0 + 0.0257i 0 + 0.0386i 0 + 0.0557i 0 + 0.0471i 0 + 0.0257i 0 + 0.0371i 0 + 0.0557i 0 + 0.0471i 0 + 0.1014i 0 + 0.0371i 0 + 0.0314i 0 + 0.0486i 0 + 0.0257i 0 + 0.0371i 0 + 0.0657i 0 + 0.0171i 0 + 0.0257i 0 + 0.0371i 0 + 0.0314i 0 + 0.0171i 0 + 0.0414iz0 = 0 + 0.0380i 0 + 0.0060i 0 + 0.0220i 0 + 0.0060i 0 + 0.0220i 0 + 0.0140i 0 + 0.0220i 0 + 0.0140i 0 + 0.1180i（2）节点3发生三相短路故障l 故障点三序电流、三相电流：if =i1=09.8592ii2=0i0=0iabc_effective =ia=9.8592ib=9.8592ic=9.8592l 各节点三序电压，三相电压：u =节点号u1u2u010.4507 0 020.5352 0 030 0 040.6338 0 050.6901 0 0uabc =节点号uaubuc1 0.4507 -0.2254 + 0.3903i -0.2254 - 0.3903i2 0.5352 -0.2676 + 0.4635i -0.2676 - 0.4635i3 0 0 0 4 0.6338 -0.3169 + 0.5489i -0.3169 - 0.5489i5 0.6901 -0.3451 + 0.5977i -0.3451 - 0.5977il 各支路三序电流，三相电流：i =支路i1i2i012 0 + 0.8451i 0 0 13 0 - 4.5070i 0 0 23 0 - 5.3521i 0 0 14 0 + 3.6620i 0 0 25 0 + 6.1972i 0 0 40 0 0 0 50 0 0 0 iabc =支路iaibic12 0 + 0.8451i -0.7319 - 0.4225i 0.7319 - 0.4225i13 0 - 4.5070i 3.9032 + 2.2535i -3.9032 + 2.2535i23 0 - 5.3521i 4.6351 + 2.6761i -4.6351 + 2.6761i14 0 + 3.6620i -3.1714 - 1.8310i 3.1714 - 1.8310i25 0 + 6.1972i -5.3669 - 3.0986i 5.3669 - 3.0986i40 0 0 0 50 0 0 0 2不对称短路计算过程流程图和计算结果 l 流程图如下： 计算结果如下：（1）节点3发生a相接地短路l 故障点三序电流、三相电流：if =i1= 0 - 3.1167ii2= 0 - 3.1167ii0= 0 - 3.1167i iabc_effective =ia=9.35ib=0ic=0l 各节点三序电压，三相电压：节点号u1u2u01 0.8264 -0.1736 -0.06862 0.8531 -0.1469 -0.04363 0.6839 -0.3161 0.36784 0.8842 -0.1158 05 0.9020 -0.0980 0节点号uaubuc1 0.5841 -0.3949 + 0.8660i -0.3949 - 0.8660i2 0.6625 -0.3967 + 0.8660i -0.3967 - 0.8660i3 0 -0.5516 + 0.8660i -0.5516 - 0.8660i4 0.7685 -0.3842 + 0.8660i -0.3842 - 0.8660i5 0.8041 -0.4020 + 0.8660i -0.4020 - 0.8660il 各支路三序电流，三相电流：i =支路i1i2i0120 + 0.2671i 0 + 0.2671i 0 + 0.1247i130 - 1.4248i 0 - 1.4248i 0 - 1.4960i230 - 1.6919i 0 - 1.6919i 0 - 1.6207i140 + 1.1576i 0 + 1.1576i 0 + 1.3713i250 + 1.9590i 0 + 1.9590i 0 + 1.7453i400 - 1.1576i 0 0 500 - 1.9590i 0 0 iabc =支路iaibic120 + 0.6589i 0 - 0.1425i 0 - 0.1425i130 - 4.3455i 0 - 0.0712i 0 - 0.0712i230 - 5.0045i 0 + 0.0712i 0 + 0.0712i140 + 3.6866i -0.0000 + 0.2137i 0.0000 + 0.2137i250 + 5.6634i -0.0000 - 0.2137i 0.0000 - 0.2137i400.5788 - 1.0025i 0.5788 + 1.0025i -1.1576 + 0.0000i500.9795 - 1.6966i 0.9795 + 1.6966i -1.9590 + 0.0000i（2）节点3发生a相经10欧姆电阻接地短路l 故障点三序电流、三相电流：if =i1=0.03330.0004ii2=0.03330.0004ii0=0.0333- 0.0004iiabc_effective =ia=0.1000ib=0ic=0l 各节点三序电压，三相电压：节点号u1u2u01 1.0000 - 0.0019i -0.0000 - 0.0019i -0.0000 - 0.0007i2 1.0000 - 0.0016i -0.0000 - 0.0016i -0.0000 - 0.0005i3 1.0000 - 0.0034i -0.0000 - 0.0034i -0.0000 - 0.0039i4 1.0000 - 0.0012i -0.0000 - 0.0012i 0 5 1.0000 - 0.0010i -0.0000 - 0.0010i 0 uabc =节点号uaubuc1 1.0000 - 0.0044i -0.5000 + 0.8671i -0.5000 - 0.8649i2 1.0000 - 0.0036i -0.5000 + 0.8671i -0.5000 - 0.8649i3 0.9999 - 0.0107i -0.5000 + 0.8655i -0.5000 - 0.8666i4 1.0000 - 0.0025i -0.5000 + 0.8673i -0.5000 - 0.8648i5 1.0000 - 0.0021i -0.5000 + 0.8671i -0.5000 - 0.8650il 各支路三序电流，三相电流：i =支路i1i2i012 -0.0029 + 0.0000i -0.0029 + 0.0000i -0.0013 + 0.0000i13 0.0152 - 0.0002i 0.0152 - 0.0002i 0.0160 - 0.0002i23 0.0181 - 0.0002i 0.0181 - 0.0002i 0.0173 - 0.0002i14 -0.0124 + 0.0001i -0.0124 + 0.0001i -0.0147 + 0.0002i25 -0.0209 + 0.0002i -0.0209 + 0.0002i -0.0187 + 0.0002i40 0.0124 - 0.0001i 0 0 50 0.0209 - 0.0002i 0 0 iabc =支路iaibic12 -0.0070 + 0.0001i 0.0015 - 0.0000i 0.0015 - 0.0000i13 0.0465 - 0.0005i 0.0008 - 0.0000i 0.0008 - 0.0000i23 0.0535 - 0.0006i -0.0008 + 0.0000i -0.0008 + 0.0000i14 -0.0394 + 0.0004i -0.0023 + 0.0000i -0.0023 + 0.0000i25 -0.0606 + 0.0006i 0.0023 - 0.0000i 0.0023 - 0.0000i40 0.0108 + 0.0061i -0.0107 + 0.0063i -0.0001 - 0.0124i50 0.0183 + 0.0103i -0.0180 + 0.0107i -0.0002 - 0.0209i（3）节点3发生bc两相相间短路l 故障点三序电流、三相电流：if =i1=0-4.4296ii2=0+4.4296ii0=0iabc_effective =ia=0ib=8.5383ic=8.5383l 各节点三序电压，三相电压：节点号u1u2u01 0.7254 0.2746 02 0.7676 0.2324 03 0.5000 0.5000 04 0.8169 0.1831 05 0.8451 0.1549 0节点号uaubuc1 1.0000 -0.5000 + 0.3903i -0.5000 - 0.3903i2 1.0000 -0.5000 + 0.4635i -0.5000 - 0.4635i3 1.0000 -0.5000 -0.5000 4 1.0000 -0.5000 + 0.5489i -0.5000 - 0.5489i5 1.0000 -0.5000 + 0.5977i -0.5000 - 0.5977il 各支路三序电流，三相电流：i =支路i1i2i0120 + 0.4225i 0 - 0.4225i 0 130 - 2.2535i 0 + 2.2535i 0 230 - 2.6761i 0 + 2.6761i 0 140 + 1.8310i 0 - 1.8310i 0 250 + 3.0986i 0 - 3.0986i 0 400 + 1.8310i 0 0 500 + 3.0986i 0 0 支路iaibic120 + 0.0000i -0.7319 - 0.0000i 0.7319 - 0.0000i130 + 0.0000i 3.9032 - 0.0000i -3.9032 230 4.6351 - 0.0000i -4.6351 + 0.0000i140 + 0.0000i -3.1714 - 0.0000i 3.1714 - 0.0000i250 - 0.0000i -5.3669 + 0.0000i 5.3669 + 0.0000i40 0.9155 + 1.5857i 0.9155 1.5857i 1.8310 0.0000i50 1.5493 + 2.6835i 1.5493 2.6835i 3.0986 0.0000i（4）节点3发生bc两相短路接地l 故障点三序电流、三相电流：if =i1=0-6.4114ii2=0+3.4478ii0=0+2.9636iiabc_effective =ia=0ib=9.6262ic=9.6262l 各节点三序电压，三相电压：节点号u1u2u01 0.6428 0.1921 0.06522 0.6977 0.1625 0.04153 0.3497 0.3497 0.34974 0.7619 0.1281 05 0.7985 0.1084 0节点号uaubuc1 0.9001 -0.3522 + 0.3903i -0.3522 - 0.3903i2 0.9018 -0.3887 + 0.4635i -0.3887 - 0.4635i3 1.0491 0.0000 + 0.0000i 0.0000 - 0.0000i4 0.8899 -0.4450 + 0.5489i -0.4450 - 0.5489i5 0.9069 -0.4534 + 0.5977i -0.4534 - 0.5977il 各支路三序电流，三相电流：支路i1i2i0120 + 0.5495i 0 - 0.2955i 0 - 0.1185i130 - 2.9309i 0 + 1.5761i 0 + 1.4225i230 - 3.4805i 0 + 1.8717i 0 + 1.5411i140 + 2.3814i 0 - 1.2806i 0 - 1.3040i250 + 4.0300i 0 - 2.1672i 0 - 1.6596i400 + 1.2806i 0 0 500 + 2.1672i 0 0 支路iaibic120 + 0.1355i -0.7319 - 0.2456i 0.7319 - 0.2456i130 + 0.0677i 3.9032 + 2.0999i -3.9032 + 2.0999i230 - 0.0677i 4.6351 + 2.3455i -4.6351 + 2.3455i140 - 0.2032i -3.1714 - 1.8544i 3.1714 - 1.8544i250 + 0.2032i -5.3669 - 2.5910i 5.3669 - 2.5910i40-0.6403 + 1.1090i -0.6403 - 1.1090i 1.2806 - 0.0000i50-1.0836 + 1.8768i -1.0836 - 1.8768i 2.1672 - 0.0000i3.静态稳定性计算过程流程图和计算结果l 流程图如下计算结果如下：由计算结果可得，当ke等于2.2时放大倍数最大，此时功角约为924暂态稳定性计算过程流程图和计算结果流程图如下：计算结果如下：l 0.17s时切除故障的摇摆曲线l 0.2s时切除故障的摇摆曲线l 0.23s时切除故障的摇摆曲线根据摇摆曲线判断：0.17s时切除故障系统暂态稳定，0.23s时切除故障系统的功角无限增大，系统失去稳定性，0.2s时系统临界稳定，为保证系统暂态稳定，切除时间最大值为0.2s5.思考题5.1计算短路电流，书中给出的手算方法与计算机编程方法有何区别？答：书中的手算方法是将网络逐步进行化简到短路点并计算短路电流，进而再由短路点电流返回去重新推算各支路电流；而计算机编程则是通过节点导纳矩阵来计算阻抗从而求得电流的。5.2用计算机方法，进行电力系统潮流计算和短路电流计算，有哪些区别？答：已知条件不同，电力系统潮流计算需要根据已知条件将节点分为pv节点和pq节点，通过不同节点的不同条件来计算各节点的潮流数据；而短路计算则不需要区分pv和pq节点，而是根据短路节点位置指定该节点电压为0去计算。5.3如果交给你一个任务，请你用已有的短路电流计算软件计算某地区电网某点发生短路后的短路电流，你应该做哪些工作？（收集哪些数据，如何整理，计算结果如何分析）答：收集数据：网路结构图（包含节点数，支路数，支路的首末节点等）、线路，变压器，发电机的正负序阻抗等等值参数、短路点位置、短路类型等数据。整理方法：按照程序的格式要求整理数据，由于所编写matlab程序采用了将数据定义在源码头部的方式组织数据，对于整理后的数据还要按格式写进源码文件中（而不是在程序运行时载入）才能计算。结果分析：运行程序，观察得到的结果数据，数据符合数理常识且在大致误差范围内则认定分析正确。根据所得的正确结果，结合正常运行状态下的潮流分析结果，分析差异特征，得出电网短路理论分析的文本结论。5.4静态稳定的概念，暂态稳定的概念？答：电力系统静态稳定是指电力系统受到小扰动后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。静态稳定是指系统受到小干扰影响后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动回到初始运行状态的能力；暂态稳定是指系统受到打干扰后，能否经过暂态过程达到新的稳定运行的状态或回到原来的运行状态的能力。5.5提高静态稳定、暂态稳定的措施？提高静态稳定：（1）采用自动调节励磁装置（2）减小原件电抗采用分裂导线提高线路额定电压等级采用串联补偿装置（3）改善系统结构和采用中间补偿设备提高暂态稳定：（1）故障的快速切除和自动重合闸的应用（2）提高发电机输出的电磁功率对发电机施行强行励磁电气制动变压器中性点经小电阻接地（3）减少原动机输出的机械功率三、课程设计总结或结论在这次电力系统暂态上机课程中，我们主要讨论了各种类型短路故障下（三相短路、单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路、单相经电阻接地）系统网络中的电压、电流分布的计算以及电力系统的静态稳定、暂态稳定问题的分析.matlab中有丰富的图形处理能力，提供了绘制各种图形、图像数据的函数。他提供了一组绘制二维和三维曲线的函数，他们还可以对图形进行旋转、缩放等操作。matlab内部还包含丰富的数学函数和数据类型，使用方便且功能非常强大。通过操作可以很快看到结果，能够清晰的感觉到成功与失败，虽然课程设计中也会出现一些小问题，但是很喜欢这门课程设计。这也使我对之前学习的专业课知识有了一个巩固和提高，同时对电力系统的故障分析有了更深刻的理解。电力系统发生故障时，大部分电磁量随时间变化，描述其特性的是微分方程，这给分析计算带来了一定困难。在分析过程中通常尽量避免对微分方程直接求解，而是采用一定的工具和假设使问题得以简化，即把微分方程代数化，暂态分析稳态花。在分析不对称故障时，各相之间电磁量的耦合使得问题的分析更为复杂，此时常用的分析方法是采用对称分量法将不对称问题转化为对称问题来求解。同时我对用来分析电力系统静态稳定的试探法，用来分析电力系统暂态稳定的改进欧拉法有了一些使用心得。这与手算系统短路电流时使用的网络化简方法大大不同。我觉得这次课程设计还是受益匪浅的四、参考文献1. 电力系统暂态过程，常鲜戎、赵书强编，机械工业出版社，2010年1月，第一版；2. 电力系统分析基础，李庚银，机械工业出版社，2011年，第一版；五、附录程序function shortcircuit()%数据来源于教材电力系统分析基础p77例（3-4），p182例（7-3） %-输入已知条件-%bus_num_1=5; %正负序网络的节点数bus_num_0=3; %零序网络的节点数bus(1) = struct(idx,1,shift,0);bus(2) = struct(idx,2,shift,0);bus(3) = struct(idx,3,shift,0);bus(4) = struct(idx,4,shift,pi/6);bus(5) = struct(idx,5,shift,pi/6);disp(开始)branch_num_1=7; %正负序网络的支路数branch_num_0=5; %零序网络的支路数branch_1(1) = struct(from,1,to,2,x,j*0.1,shift,0);branch_1(2) = struct(from,1,to,3,x,j*0.1,shift,0);branch_1(3) = struct(from,2,to,3,x,j*0.1,shift,0);branch_1(4) = struct(from,1,to,4,x,j*0.05,shift,0);branch_1(5) = struct(from,2,to,5,x,j*0.025,shift,0);branch_1(6) = struct(from,4,to,0,x,j*0.1,shift,pi/6);branch_1(7) = struct(from,5,to,0,x,j*0.05,shift,pi/6); branch_0(1) = struct(from,1,to,2,x0,j*0.2);branch_0(2) = struct(from,1,to,3,x0,j*0.2);branch_0(3) = struct(from,2,to,3,x0,j*0.2);branch_0(4) = struct(from,1,to,0,x0,j*0.05);branch_0(5) = struct(from,2,to,0,x0,j*0.025); %-计算正序和负序导纳矩阵-%z1,z0=formadmitancematrix(bus_num_1,bus_num_0,branch_num_1,branch_num_0,branch_1,branch_0); %计算节点导纳矩阵、节点阻抗矩阵，形成全局变量z2=z1;z1z0 %fault_node=input(输入短路点编号 ;n fault_node=);fault_node=3;fault_type=input(输入短路类型 ;n(1)fault_type=0为三相短路;n(2)fault_type=1为a相接地短路;n(3)fault_type=2为a相经10欧姆电阻接地短路n(4)fault_type=3为bc两相相间短路n(5)fault_type=4为bc两相短路接地nfault_type=) a=-0.5+j*sqrt(3)/2;t=1 1 1 % t为对称分量法的变换矩阵，见p87公式（4-4） a2 a 1 a a2 1; %-第一步：计算短路点的序电流，相电流-%计根据故障类型选择不同的计算公式，计算故障点各序电流if fault_type=0 i_fault1=1/z1(fault_node,fault_node); i_fault2=0; i_fault0=0; elseif fault_type=1 %write your programme here i_fault1=1/(z1(fault_node,fault_node)+z2(fault_node,fault_node)+z0(fault_node,fault_node); i_fault2=i_fault1; i_fault0=i_fault1;elseif fault_type=2 %write your programme here zf=10; i_fault1=1/(z1(fault_node,fault_node)+z2(fault_node,fault_node)+z0(fault_node,fault_node)+3*zf); i_fault2=i_fault1; i_fault0=i_fault1;elseif fault_type=3 %write your programme here i_fault1=1/(z1(fault_node,fault_node)+z2(fault_node,fault_node); i_fault2=-1*i_fault1; i_fault0=0;elseif fault_type=4 %write your programme here i_fault1=1/(z1(fault_node,fault_node)+z2(fault_node,fault_node)*z0(fault_node,fault_node)/(z2(fault_node,fault_node)+z0(fault_node,fault_node); i_fault2=-1*i_fault1*z0(fault_node,fault_node)/(z2(fault_node,fault_node)+z0(fault_node,fault_node); i_fault0=-1*i_fault1*z2(fault_node,fault_node)/(z2(fault_node,fault_node)+z0(fault_node,fault_node);end;if=i_fault1;i_fault2;i_fault0 disp(短路电流有效值);iabc=t*i_fault1;i_fault2;i_fault0; %相量iabc_effective=abs(iabc) %有效值 %-第二步：计算各个节点的序电压，相电压-%write your programme hereu_bus1=ones(bus_num_1,1);u_bus2=zeros(bus_num_1,1);u_bus0=zeros(bus_num_1,1); for m=1:bus_num_1 if m=fault_node u_bus1(m,1)=(-1*i_fault1)*z1(m,m)+u_bus1(m,1); u_bus2(m,1)=(-1*i_fault2)*z2(m,m)+u_bus2(m,1); else u_bus1(m,1)=(-1*i_fault1)*z1(m,fault_node)+u_bus1(m,1); u_bus2(m,1)=(-1*i_fault2)*z2(m,fault_node)+u_bus2(m,1); end endfor m=1:bus_num_0 if m=fault_node u_bus0(m,1)=(-1*i_fault0)*z0(m,m)+u_bus0(m,1); else u_bus0(m,1)=(-1*i_fault0)*z0(m,fault_node)+u_bus0(m,1); end endu=u_bus1 u_bus2 u_bus0uabc=zeros(bus_num_1,3); for m=1:bus_num_1 uabc(m,1)=u(m,1)*exp(j*branch_1(m).shift); uabc(m,2)=u(m,2)*exp(j*branch_1(m).shift); uabc(m,3)=u(m,3);enduabc=(t*uabc) % -第三步：计算各个支路的序电流，相电流-%write your programme herei1=zeros(branch_num_1,1);i2=zeros(branch_num_1,1);i0=zeros(branch_num_1,1); %new%for m=1:branch_num_0 from_bus=branch_1(m).from; to_bus=branch_1(m).to; if (from_bus=0) i1(m,1)=(0-u_bus1(to_bus,1)/branch_1(m).x; i2(m,1)=(0-u_bus2(to_bus,1)/branch_1(m).x; elseif (to_bus=0) i1(m,1)=(u_bus1(from_bus,1)-0)/branch_1(m).x; i2(m,1)=(u_bus2(from_bus,1)-0)/branch_1(m).x; else i1(m,1)=(u_bus1(from_bus,1)-u_bus1(to_bus,1)/branch_1(m).x; i2(m,1)=(u_bus2(from_bus,1)-u_bus2(to_bus,1)/branch_1(m).x; end from_bus=branch_0(m).from; to_bus=branch_0(m).to; if (from_bus=0) i0(m,1)=(0-u_bus0(to_bus,1)/branch_0(m).x0; elseif (to_bus=0) i0(m,1)=(u_bus0(from_bus,1)-0)/branch_0(m).x0; else i0(m,1)=(u_bus0(from_bus,1)-u_bus0(to_bus,1)/branch_0(m).x0; endendfor m=6:7 from_bus=branch_1(m).from; i1(m,1)=(1-u_bus1(from_bus,1)/branch_1(m).x; i1(m,1)=(0-u_bus2(from_bus,1)/branch_1(m).x;endi=i1 i2 i0iabc=zeros(branch_num_1,3); for m=1:branch_num_1 iabc(m,1)=i(m,1)*exp(j*branch_1(m).shift); iabc(m,2)=i(m,2)*exp(j*branch_1(m).shift); iabc(m,3)=i(m,3);endiabc=(t*iabc)return;endfunction z1,z0=formadmitancematrix(nbus_1,nbus_0,nbranch_1,nbranch_0,branch_1,branch_0) if( nargin3 ) disp(the input parameters are not enough for calculation! please check function formadmitancematrix!);end %-计算节点导纳矩阵-%y1=zeros(nbus_1); for m=1:nbranch_1 from_bus=branch_1(m).from; to_bus=branch_1(m).to; %write your programme here if (from_bus=0 & to_bus=0) disp(wrong); return; elseif (from_bus=0) y1(to_bus,to_bus)=y1(to_bus,to_bus)+1/branch_1(m).x; elseif (to_bus=0) y1(fro