电力系统暂态分析课程设计.doc

电力系统的短路计算能够帮助我们避免很多不必要的损失，随着科学技术的发展，电力已经和人们的生活密切相关，而建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。 电力系统的短路故障是严重的，而又是发生几率最多的故障，当发生短路时， 其短路电流可达数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破环。为使非故障部分从不正常运行情况下解脱出来，这要求电气设备必须有足够的机械强度和热稳定度，开关电气设备必须具备足够的开断能力。因此，电力系统短路电流计算是电力系统运行分析，设计计算的重要环节，许多电业设计单位和个人倾注极大精力从事这一工作的研究。由于电力系统结构复杂，随着生产发展，技术进步系统日趋扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增大，采用计算机辅助计算势在并行。 我们这次课程设计使用PSCAD软件对电力系统进行线路建模，从而计算出不同短路类型时的短路电流及其波形。关键字：短路计算；pscad软件使用；电力系统建模。 目 录摘要1 课题概述11.1课题要求11.2课题内容51.3 课题目的62短路故障分析62.1不对称故障的分析62.2三相短路故障分析7 2.3短路电流计算步骤 93方案设计103.1方案概述103.2 课题设计图103.3 课题步骤图114两相短路的仿真分析124.1 PSCAD简介124.2 两相短路故障的仿真 135总结15参考文献161课题概述1.1 课题要求（1）通过课程设计是学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理和方法；（2）掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；（3）建立系统三相接线图的仿真过程；（5）编写短路计算流程图；（4）得出仿真结果。1.2 课题内容 测试系统由三个控制区域组成，区域1 是一种典型供电系统，总装机容量为 5700MVA 、最大负荷为5000MW ，大部分装机容量距离负荷相对较近，即接于母线3 容量为4400MVA 的发电厂。另外，1300MVA 是离负荷较远的核电机组，通过长距离500kV 线路向负荷送电。区域2 代表附近地区的总装机容量和总负荷，此系统总装机容量为60000MVA ，最大负荷为40000MW 。区域2通过2 条500kV 线路与区域1 相连，即图1 中的线路A 和线路B。区域3 是一个大规模相邻系统，装机容量为70000MVA ，最大负荷为50000MW ，此区域也通过2 条500kV 线路与区域1 相连，即图1.1中线路F 和G。 图1.1 电力系统单线图具体参数如下:表1 用于稳态研究的同步电机数据表2 发电机开路时间参数 表3 发电机数据表4 STC型励磁机参数表5 BBC励磁系统参数表6 汽轮机模型表7 调速器参数表8 线路参数1.3 课题目的电力系统发生短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大常规计算之一，分析短路故障的参数更为重要。 目的如下：1.通过课程设计, 使学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理与方法；2.掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；3.采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统三相接线图。2 短路故障分析电力系统故障表现各异，形式上又可分为短路故障、断线故障（非全相运行），按分析方法分为不对称故障、对称故障，对称故障一般指三相短路故障，不对称故障则包括不对称短路(单相短路接地、两相短路、两相短路接地)和非全相运行(单相断路、两相断路) 2种。电力系统发生短路时，伴随短路所发生的基本现象是：电流剧烈增加，线端处发生三相短路时，电流的最大瞬时值可能高达额定电流的10-15倍，从绝对值讲可达上万安培，甚至十几万安培。在电流急剧增加的同时，系统中的电压大幅度下降，例如系统发生三相短路时，短路点的电压将降到零，短路点附近各点的电压也将明显降低。 2.1不对称故障的分析电力系统中发生不对称短路时，无论是单相接地短路、两相短路还是两相接地短路只是在短路点出现系统结构的不对称，而其它部分三相仍旧是对称的。根据对称分量法列a相各序电压方程式为： 上述方程式包含了六个未知量，必须根据不对称短路的具体边界条件列出另外三个方程才能求解。2.2 三相短路故障分析三相短路是四种常见的短路类型之一如图2.2图2.2两相与三相短路电路图 边界条件为： 用对称分量法可表示为 复合序网络图：图2.3两相短路的复合序网正负序电流为： 正负序电压为： 短路点故障电流为 短路点三相电压为 若在短路点b、c两相直接接地，则，各序电流为（设各序阻抗为纯电抗）。 正负序电压为 各相电压为 选取正序电流作为参考相量，负序电流与它的方向相反，正序电压与负序电压相等，都比超前，从而作出其电压、电流相量图，如图（2.4）所示。(a) 电流相量图； (b)电压相量图图2.4两相短路时短路点的电流、电压相量图2.3短路电流计算步骤（1）绘制计算系统图在计算用图中应包括与短路电流计算有关的全部电力元件（如系统、发电机、变压器、输电线路等），以及它们之间的连接关系。在元件旁边应注明它们的技术数据，如额定电压、额定容量、线路的长度及线路型号等。另外，在计算图上应标明短路点。为了便于计算，每个元件按顺序编号。（2）计算各元件参数根据给定的电力系统，首先确定是用标幺值的计算方法计算短路电流。一般在有两个及两个以上的电压等级情况下用标幺值的方法较实际值的方法计算简便。（3）绘制等值网络图 绘制电力系统等值网络图的目的是便于短路电流计算。图中应标明各元件的序 号及阻抗（4）网络化简 网络化简是将等值网络化简到最简单的形式，若有两个及两个以上的电源归 并成一个电源。有并联的回路化简成串联。采取多电源归并成一个电源的方 法，是因为我们采取了一系列的假设条件，所以在计算中可以用电源的阻抗。（5）进行短路电流计算可以用最简单的欧姆定律来计算短路电路，即I=E/X；3方案设计3.1方案概述考虑到本次课程设计是基于电力系统仿真软件pscad，我们首先确定设计的大致框架，然后在对模块进行设计，其中包括系统的输出测量模块，对故障母线和非故障母线上的短路电流短路电压进行测量，可以直观的看到各个量的变化曲线，在对题目所要求的参数进行修正，从而完成设计内容。 3.2课题设计图根据课题要求得到课题设计图如图3.1所示。图3.1 课题设计图3.3课题步骤图发电机模型首先由等值发电机等效进行仿真，在逐步加上励磁系统，调速系统， 汽轮机系统构成。再在发电机模型中加入各种参数最后构成大的发电机系统。其等效图如图3.2所示。 图3.2 发电机模型我们组是实现6号母线的三相短路和两项短路，用分线工具将单项线分解为三相线路，把三相线路分别接至短路控制其加以控制，控制数据见图，在加上短路时间控制器实现对短路的控制，用于控制短路时间的长度，然后再三相线路上分别加上电流表用于测量短路电流，加上电压表用于测量电压。模型如图3.3所示。 图3.3 短路点的等效模型 如图所示，FAULTS作为短路控制器，当开关向其输入相应的数值时（如图右上方所 示），会产生不同的短路效果，本实验只做三相接地短路与两项短路，所以有开关输入数值7、8即可。TIMED FAULT LOGIC为时间控制器件，控制短路时间，最上方出现连接到6号母线，用与母线短路的仿真。 由于线路参数比较小，且对于我们此次的6好母线短路影响不大，所以在构建电力系 统时，将线路参数省去。4三相接地短路的仿真分析4.1 pscad简介Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件， PSCAD是其用户界面，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。操作环境为：UNIX OS， Windows95， 98， NT；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。随着我国电力事业的发展，无论是理论研究还是现场工作,都广泛的用到了PSCAD。4.2三相接地短路故障的仿真 4.2.1短路情况的仿真分析 可以看到系统在三相短路时其电流的波形如下。（1）三相短路电流波形 图4.1 三相短路时电流波形图（2）两项短路电流波形 图4.2 两项短路电流波形（3）正常情况和短路情况下母线的电流 图4.3 短路和正常情况下的短路电路对比 就整个仿真过程中而言，我们遇到了一些小小的问题，比如进行编译时提示有错误，我们通过错误提示找到问题所在，原来是测量装置的信号标签没有和图对应好，标签的命名也有一定要求，最后通过更改信号标签了，实现了仿真。5总结我组的任务是对六号母线三相接地短路电流计算。主要是进行设计图的设计。可以说，首先接到这种题目，要用PSCAD去进行电力系统仿真，我实在是不知从何下手，通过去图书馆借了一些有关PSCAD的书及到网上下一些资料来完成这些初步工作的。接下来就是画出一个设计图，然后根据一些资料进行修改。后来发现老是有错误，无法仿真，好在后来老师发来的参考资料才弄出来。不过做出来的时候却发现虽然能仿真出来但不清楚该怎么读图，好在看了一下参考书籍才弄清楚。总之这次课程设计收获蛮大的，对PSCAD软件有了初步了解，大致的仿真流程以及为满足系统要求，而不断做出修改