电力系统下课程设计-短路电流计算

电力系统分析电力系统分析 课程设计报告课程设计报告 题目题目 3G9bus3G9bus 短路电流计算短路电流计算 系系 别别 电气工程学院 专业班级专业班级 10 级电气四班 学生姓名学生姓名 学学 号号 指导教师指导教师 提交日期提交日期 2012 年 12 月 10 日 目录目录 一 设计目的 2 二 短路电流计算的基本原理和方法 2 2 1 电力系统节点方程的建立 2 2 2 利用节点阻抗矩阵计算短路电流 3 三 3G9bus 短路电流在计算机的编程 5 3 1 三机九节点系统 5 3 3 输出并计算结果 12 四 总结 14 一 设计目的 1 掌握电力系统短路计算的基本原理 2 掌握并能熟练运用一门计算机语言 MATLAB 语言或 FORTRAN 或 C 语言或 C 语言 3 采用计算机语言对短路计算进行计算机编程计算 二 短路电流计算的基本原理和方法 2 1 电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立 利用节点方程作故障计算 需要形成系统的节点导纳 或阻抗 矩阵 一般短路电流 计算以前要作电力系统的潮流计算 假定潮流计算的节点导纳矩阵已经形成 在此基础上 通过追加支路的方式形成电力短路电流计算的节点导纳矩阵 YN 1 对发电机节点 在每一发电机节点增加接地有源支路 与串联 i E iii ZRjX 求短路稳态解 iQi EE iiqi ZRjX 求短路起始次暂态电流解 ii E E iii ZR jX 一般情况下发电机定子绕组电阻忽略掉 并将与的有源支路转化成电流源 i E iii ZRjX 与导纳并联的形式 iii IE Z 1 iii ii YGB RjX 2 负荷节点的处理 负荷节点在短路计一算中一般作为节点的接地支路 并用恒定阻抗表示 其数值由短 路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出 即首先根据给定的电力系统运行方式制订系统 的等值电路 并进行各元件标么值参数的计算 然后利用变压器和线路的参数形成不含发 电机和负荷的节点导纳矩阵 YN 2 k LDkLDkLDk LDk V ZRjX S 2 LDk LDkLDkLDk k S YGjB V 3 如果短路故障发生在输电线路内 在短路点要增加新节点 将一条输电线 分成两段 并形成短路电流计算的节点导纳矩阵 Y 最后形成包括所有发电 机支路和负荷支路的节点方程如下 YVI 一般 节点导纳矩阵 Y 阵与 YN 阶次相同 其差别只在于 YN 阵不含发电机和负荷 的阻抗 节点注入电流向量 I 中只有发电机端节点的电流不为零 有非零电流源注人的 节点称为有源节点 系统中的同步调相机可按发电机处理 任进行起始次暂态电流计算时 大型同步电动机 感应电动机以及以电动机为主要成分的综合负荷 特别是在短路点近处 的这些负荷 必要时也可以用有源支路表示 并仿照发电机进行处理 必须指出 在计算 机已普遍应用的情况下 如果有必要的话 只要能提供短路计算所需的准确的原始数据 对短路进行更精确的计算并不存在什么障碍 2 2 利用节点阻抗矩阵计算短路电流利用节点阻抗矩阵计算短路电流 假定系统中的节点 f 经过渡阻抗 zf 发生短路 过渡阻抗渡阻抗 zf 不参与形成网络 的节点导纳 或阻抗 矩阵 图 6 3 中方框内的有源网络代表系统正常状态的单相等值网 络 现在我们保持故障处的边界条件不变 把网络的原有部分同故障支路分开 见图 6 3 容易看出 对于正常状态的网络而言 发生短路相当于在故障节点 f 增加了一个注人 电流一 If 短路电流以流出故障点为正 节点电流则以注入为正 因此 网络中任一 节点 i 的电压可表示为 6 3 1 2 iijjiff j G VZ IZ Iifn 由式 6 3 可见 任一节点 i 的电压郁由两项叠加而成 第一项表示当 If 0 时由 网络内所有电源在节点 i 产生的电压 也就是短路前瞬间正常运行状态一 F 的节点电压 这是节点电压的正常分量 记为是电网的潮流解 第二项是当网络中所有电流源都断 0 i V 开 仅仅由短路电流 If 在节点 i 产生的电压 这就是节点电压的故障分童 上述两个分 量的叠加 就等于发生短路后节点 的实际电压 即 6 4 0 1 2 iiiff VVZ Iifn 0 ffiff VVZ I 式中 是短路前故障点的正常电压 当 i f 时 是故障节点 f 的自阻抗 也 0 i V ff Z 称输入阻抗 边界条件方程 带入可得 fff Vz I 0 ffiff VVZ I 0 f f fff V I Zz 0 0 1 2 if iif fff Z VVVifn ZZ pq pq pq kVV I Z 对于非变压器支路 令 k 1 从计算公式 6 7 和 6 8 可以看到 式中所用到的 阻抗矩阵元素都带有列标 f 这就是说 如果网络在正常状态下的节点电压为已知 为了 进行短路计算 只须利用节点阻抗矩阵中与故障点 f 对应的一列元素 因此 尽管是采用 了阻抗型的节点方程 但是并不需要作出全部阻抗矩阵 在短路的实际计一算中 一般只 需形成网络的节点导纳矩阵 并根据具体要求 用第四章所讲的方法求出阻抗矩阵的某一 列或某几列元素即可 在应用节点阻抗矩阵进行短路计算时 我们都将采用这种算法 1 解潮流计算 0 1 2 i Vifn 2 修正解潮流的 YN 形成 Y 3 指定短路点 f 4 计算节点阻抗矩阵第 k 列 111211 212222 12 1 2 0 0 1 0 0 nk nk nnnnnk fk n YYYZ YYYZ YYYZ 元元元 5 计算短路电流 0 f f fff V I Zz 6 计算节点电压 0 1 2 iiiff VVZ Iifn 7 计算支路电流 pq pq pq kVV I Z 8 输出计算结果 三 3G9bus 短路电流在计算机的编程 3 1 三机九节点系统 三机九节点系统 2 9 8 3 6 4 1 5 3 f 7 图 1 三机九节点系统 表 1 九节点系统支路参数 支路R p u X p u B 2 p u 1 400 05761 0 2 700 06251 0 3 900 05861 0 4 50 010 0850 088 4 60 0170 0920 079 5 70 0320 1610 153 6 90 0390 170 179 7 80 00850 0720 0745 8 90 01190 10080 1045 表 2 九节点系统发电机参数 发电机编号节点类型 PG p u VG p u p u d X p u E 1V 1 040 31 137 2PV1 631 0250 31 211 3PV0 851 0250 31 043 表 3 九节点系统负荷参数 节点编号节点类型Pi p u Qi p u 4PQ00 5PQ1 250 5 6PQ0 90 3 7PQ00 8PQ10 35 9PQ00 主程序 3 2 程序设计 主函数主函数 Sbase MVA 100 fid fopen Nodedata txt N textscan fid s u d f f f f f f fclose fid busnumber size N 1 1 for i 1 busnumber Bus i name N 1 i Bus i type N 2 i Bus i no i Bus i Base KV N 3 i Bus i PG N 4 i Bus i QG N 5 i Bus i PL N 6 i Bus i QL N 7 i Bus i pb N 8 i Bus i V 1 0 Bus i angle 0 end fid fopen Aclinedata txt A textscan fid s s f f f f fclose fid aclinenumber size A 1 1 for i 1 aclinenumber Acline i fbname A 1 i Acline i tbname A 2 i Acline i Base KV A 3 i Acline i R A 4 i Acline i X A 5 i Acline i hB A 6 i for k 1 busnumber if strcmp Acline i fbname Bus k name Acline i fbno Bus k no end if strcmp Acline i tbname Bus k name Acline i tbno Bus k no end end end fid fopen Transdata txt T textscan fid s f f s f f f f fclose fid tansnumber size T 1 1 for i 1 tansnumber Trans i fbname T 1 i Trans i fbBase KV T 2 i Trans i fbrated KV T 3 i Trans i tbname T 4 i Trans i tbBase KV T 5 i Trans i tbrated KV T 6 i Trans i R T 7 i Trans i X T 8 i for k 1 busnumber if strcmp Trans i fbname Bus k name Trans i fbno Bus k no end if strcmp Trans i tbname Bus k name Trans i tbno Bus k no end end Trans i k Trans i tbrated KV Trans i fbBase KV Trans i fbrated KV Trans i tbBase KV tempx Trans i fbrated KV 2 Trans i fbBase KV 2 Trans i X tempx Trans i X Trans i R tempx Trans i R end N 0 Trans 1 Trans 2 for Y G jB matrix G B B2 FormYmatrix Bus busnumber Acline aclinenumber Trans tansnumber B B B2 B dlmwrite Gmatrix txt G delimiter t precision 6 dlmwrite Bmatrix txt B delimiter t precision 6 G B B2 pause JP JQ FormJPQmatrix Bus B B2 busnumber JP iJP inv JP JQ iJQ inv JQ pause maxiteration 0 for i 1 busnumber NodeV i Bus i V Nodea i Bus i angle VX i Bus i V cos Bus i angle VY i Bus i V sin Bus i angle dQGQL i Bus i QG Bus i QL dPGPL i Bus i PG Bus i PL end NodeV NodeV Nodea Nodea VX VX VY VY dQGQL dQGQL dPGPL dPGPL pause for nointer 1 10 maxdP 1 maxdQ 1 epsilon 0 000001 noiteration 0 while maxdP epsilon deltaP deltaQ maxdP maxdQ da iJP deltaP dV iJQ deltaQ Nodea Nodea da NodeV NodeV dV noiteration noiteration 1 if noiteration 20 break end end for i 1 busnumber Bus i V NodeV i NodeV i NodeV i Bus i Base KV Bus i angle Nodea i Nodea i Nodea i 180 pi end noiteration Nodea Nodea NodeV NodeV Clear 子函数子函数 生成 G B 矩阵 function G B X FormYmatrix Bus busnumber Acline aclinenumber Trans tansnumber Y zeros busnumber X zeros busnumber for i 1 busnumber Y i i Y i i Bus i pb j end for i 1 aclinenumber f Acline i fbno t Acline i tbno Y f f Y f f Acline i hB j 1 Acline i R Acline i X j Y t t Y t t Acline i hB j 1 Acline i R Acline i X j Y f t Y f t 1 Acline i R Acline i X j Y t f Y t f 1 Acline i R Acline i X j X f f X f f 1 Acline i X X t t X t t 1 Acline i X X f t 1 Acline i X X t f 1 Acline i X end for i 1 tansnumber f Trans i fbno t Trans i tbno Y f f Y f f 1 Trans i R Trans i X j Y t t Y t t 1 Trans i R Trans i X j Trans i k 2 Y f t Y f t 1 Trans i R Trans i X j Trans i k Y t f Y t f 1 Trans i R Trans i X j Trans i k X f f X f f 1 Trans i X X t t X t t 1 Trans i X X f t 1 Trans i X X t f 1 Trans i X end G real Y B imag Y end 生成 JP JQ 矩阵 function JP JQ FormJPQmatrix Bus B B2 busnumber JP B JQ B2 for i 1 busnumber if Bus i type 1 for k 1 busnumber JQ i k 0 JQ k i 0 JP i k 0 JP k i 0 end JQ i i 1 JP i i 1 end if Bus i type 3 for k 1 busnumber JQ i k 0 JQ k i 0 end JQ i i 1 end end end 计算偏节点 PQ 差量 function deltaP deltaQ maxdP maxdQ FormdPQvector Bus NodeV Nodea dQGQL dPGPL B G busnu mber deltaQ dQGQL deltaP dPGPL maxdP 0 maxdQ 0 for i 1 busnumber if Bus i type 1 deltaQ i 0 deltaP i 0 end if Bus i type 3 deltaQ i 0 y1 0 y2 0 y3 0 for k 1 busnumber if B i k 0 G i k 0 y1 y1 G i k VX k B i k VY k y2 y2 G i k VY k B i k VX k y3 y3 NodeV k G i k cos Nodea i Nodea k B i k sin Nodea i Nodea k end end deltaP i deltaP i y3 NodeV i deltaP2 i deltaP2 i y1 VX i y2 VY i Bus i V end if Bus i type 2 y1 0 y2 0 y3 0 y4 0 for k 1 busnumber if B i k 0 G i k 0 y1 y1 G i k VX k B i k VY k y2 y2 G i k VY k B i k VX k y3 y3 NodeV k G i k cos Nodea i Nodea k B i k sin Nodea i Nodea k y4 y4 NodeV k G i k sin Nodea i Nodea k B i k cos Nodea i Nodea k end end deltaP i deltaP i y3 NodeV i deltaP2 i deltaP2 i y1 VX i y2 VY i Bus i V deltaQ i deltaQ i y4 NodeV i deltaQ2 i deltaQ2 i y1 VY i y2 VX i Bus i V end if maxdP abs deltaP i maxdP abs deltaP i end if maxdQ abs deltaQ i maxdQ abs deltaQ i end deltaP i deltaP i NodeV i deltaQ i deltaQ i NodeV i end end 3 3 输出并计算结果输出并计算结果 由以上程序可以得出 1 进行系统正常运行状态的潮流计算 求得 0 i V 己知公式 1 Zif Zff Zf 因为金属性短路时 Zf 0 公式为 0 i V 1 Zif Zff 再根据公式可得 0 i V V1 0 0 2774 V2 0 0 6770 V3 0 0 6770 V