电力系统分析课程设计.doc

目 录绪论1第一章 课程设计的目的及题目21.1课程设计的目的21.2课程设计的题目2第二章 元件参数的计算及等值电路42.1各元件参数标幺值的计算42.2画电力系统短路时的等值电路92.3等值电路简化过程9第三章 估算法求短路电流及功率113.1估算法求短路电流11第四章 提高思考124.1用标幺值表示等值电路的导纳矩阵124.2 P-Q分解法求解步骤：144.3具体的有关运算：144.4两种算法的优缺点：15课程设计总结16参 考 文 献17附录17附录A：完整的等值电路图17附录B：参数计算的程序18- I -绪论短路是电力系统中最常见和最严重的一种故障。所谓短路，是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。电力系统发生短路时，由于系统的总电阻抗大为减小，因此伴随短路所产生的基本现象是：电流剧烈增加，短路电流为正常工作电流的几十倍甚至几百倍，在大容量电力系统中发生短路时，短路电流可高达几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压将大幅度下降，例如发生三相短路时，短路点的电压将降到零。电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大计算之一，分析与计算三相短路故障的参数更为重要。设计示例是通过两种不同的方法进行分析与计算三相短路故障的各参数，进一步提高短路故障分析与计算的精度和速度，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。其计算分为两个方面：一方面是计算短路时间(t=0)短路电流周期分量的有效值，该电流一般称为起始次暂态电流，以表示(其中包括无限大容量电源的三相短路电流周期分量有效值的计算)；另一方面是考虑周期分量衰减时，在三相短路的暂态过程中不同时刻短路电流周期分量有效值的计算运算曲线法。前者用于校验断路器的断开容量和继电保护整定计算中，后者用于电气设备的热稳定校验和继电保护整定计算。- 20 -第一章 课程设计的目的及题目1.1课程设计的目的通过课程设计进一步提高学生的收集资料、专业制图、综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实的基础。1.2课程设计的题目电力系统简单结构图如图1所示。2电力系统参数如图1所示的系统中K(3)点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。（1）发电机参数如下： 发电机G1：额定的有功功率110MW，额定电压=10.5kV；次暂态电抗标幺值=0.264，功率因数=0.85 。发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW；额定电压UN=10.5kV；次暂态电抗标幺值=0.130；额定功率因数=0.80。（2）变压器铭牌参数由参考文献新编工厂电气设备手册中查得。变压器T1：型号SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，变压器额定容量10MVA，一次电压110kV，短路损耗59kW，空载损耗16.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=1.0。变压器T2：型号SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，变压器额定容量31.5MVA，一次电压110kV，短路损耗148kW，空载损耗38.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。变压器T3：型号SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，变压器额定容量16MVA，一次电压110kV，短路损耗86kW，空载损耗23.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。（3）线路参数由参考文献新编工厂电气设备手册中查得。线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积1202，长度为100，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.408；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.79106S。对下标的说明 X0(1)=X单位长度（正序）；X0（2）=X单位长度（负序）。线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积1502，长度为100，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.401；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.85106S。线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积1852，长度为100，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.394；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.90106S。（4）负载L：容量为8j6（MVA），负载的电抗标幺值为；电动机为2MW，起动系数为6.5，额定功率因数为0.86。3参数数据设基准容量SB=100MVA；基准电压UB=UavkV。（1）SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB-100MVA，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。（2）UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV、6kV、10kV，而平均额定电压分别为115、6.3、10.5kV。平均电压Uav与线路额定电压相差5%的原则，故取UB=Uav。（3）为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t等于初值（零）时的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。（4）为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件及时间=0.01s）。一般取冲击电流=2.55。（5）为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为12，高压网络一般冲击系数=1.8。第二章 元件参数的计算及等值电路2.1各元件参数标幺值的计算参数计算程序变压器T1结果是：变压器T2:结果是:变压器T3：结果是：线路L1：结果是：线路L2：结果是：线路L3：结果是：发电机G1：结果是：发电机G2：结果是:电动机M:结果是:负载：结果是：根据上面MATLAB的计算，可以得出以下的值。(1)发电机电抗标幺值(未归算到110KV)；(2)变压器电抗标幺值；=1.05(3)线路电抗标幺值；(4)负载电抗标幺值5.4896(5)电动机电抗标幺值(近似计算) 2.2画电力系统短路时的等值电路2.3等值电路简化过程，化简如下图，化简如下图，化简如下图，化简如下图设短路点的等值电抗为第三章 估算法求短路电流及功率3.1估算法求短路电流短路次暂态电流标幺值 短路次暂态电流有名值冲击电流短路功率第四章 提高思考计算机编程计算中，考虑了对地电容标幺值和变压器实际变比标幺值。4.1用标幺值表示等值电路的导纳矩阵由上图标出8个节点，其求解导纳矩阵程序为：y1=1.65e-4-j*1e-3;z1=0.059+j*1.05;y33=j*0.0351/2;z33=0.1407+j*0.3256;y22=j*0.0345/2;z22=0.1736+j*0.3314;y2=3.85e-4+j*0.0025;z2=0.0149+j*0.3333;y2p=218.3792+j*1.0025;z2p=0.0149+j*0.3333;y11=j*0.0338/2;z11=0.2169+j*0.3372;y3=2.35e-4-j*0.0014;z3=0.0336+j*0.6563;Y11=y1+1/z1;Y22=y33+1/z33;Y12=-1/z1;Y21=-1/z1;Y23=-1/z33;Y32=-1/z33;Y13=0;Y14=0;Y15=0;Y16=0;Y17=0;Y18=0;Y31=0;Y41=0;Y51=0;Y61=0;Y71=0;Y81=0;Y24=0;Y25=0;Y26=0;Y27=0;Y28=0;Y42=0;Y52=0;Y62=0;Y72=0;Y82=0;Y38=0;Y45=0;Y46=0;Y47=0;Y48=0;Y83=0;Y54=0;Y64=0;Y74=0;Y84=0;Y56=0;Y57=0;Y58=0;Y65=0;Y75=0;Y85=0;Y67=0;Y68=0;Y76=0,Y86=0;Y33=y33+1/z33+y22+1/z22+y2p+1/z2p+y2+1/z2+y11+1/z11;Y34=-1/z2;Y43=-1/z2;Y35=-1/z2p;Y53=-1/z2p;Y36=-1/z2;Y63=-1/z2;Y37=-1/z1;Y73=-1/z1;Y44=y22+1/z22;Y55=y2p+1/z2p;Y66=y2+1/z2;Y77=y11+1/z11+y3+1/z3;Y78=-1/z3;Y87=-1/z3;Y88=y3+1/z3;YY=Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y18; Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 Y28; Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 Y37 Y38; Y41 Y42 Y43 Y44 Y45 Y46 Y47 Y48; Y51 Y52 Y53 Y54 Y55 Y56 Y57 Y58; Y61 Y62 Y63 Y64 Y65 Y66 Y67 Y68; Y71 Y72 Y73 Y74 Y75 Y76 Y77 Y78;Y81 Y82 Y83 Y84 Y85 Y86 Y87 Y88其导纳矩阵为：4.2 P-Q分解法求解步骤：、根据以上的标幺值表示的等值电路的导纳矩阵，利用MATLAB求解出其、矩阵，代替原有的系数矩阵；、设各节点电压初值；、解其修正方程，求得各节点电压相位角的变化量；、求各节点电压相位角的新值；、运用各节点的新值，将其不断地进行迭代，对其求出其个节点电压的变化情况，直到各节点功率误差4.3具体的有关运算：矩阵的阶数为PV节点数与PQ节点数的和，矩阵的阶数为PQ节点数，如下通过MATLAB软件计算得出：短路点的电抗标幺值为短路点次暂态短路电流为短路点次暂态短路电流有名值为短路点冲击电流为短路点短路功率为两种算法的次暂态短路电流比较误差为4.4两种算法的优缺点：(1)解析法误差大，每一短路处需要逐一分析与计算。(2)Y矩阵计算时考虑对地电容，变压器实际变比，则误差小；Y矩阵对角元素将各节点的等值短路电抗（阻抗）均求出；使分析其他点的短路故障提供了更容易更直观的参数值；Y矩阵程序通用性强等特点。课程设计总结经过一个星期的电力系统课程设计，我更加深刻的理解了课堂上学到的理论知识。在做该课程设计的开始，我遇到了很多困难，比如，不会使用MATLAB软件，但我没有放弃，虚心向同班级的同学请教，自学了该软件的使用。这次课程设计通过MATLAB计算三相短路时的参数，通过仿真求出三相短路时冲击电流和短路电流的最大有效值。它的优点是，不用人工计算，方便快捷。在课程设计的过程中，也遇到了等效电路图不会画，参数不会计算的情况。我自己尝试着去解决，去思考。我也去过图书馆查阅相关的书籍，上网也找了相关的资料，更好地帮助自己解决问题。当计及电力线路的导纳和变压器实际变比时，计算出来的冲击电流和三相短路功率比较小。当然，理论计算时，也会出现一些误差，因为采用的是近似计算。在这里，我要感谢老师和同学的帮助，他们提出了很多宝贵的意见，让我做的比较顺利。希望以后还有这样的机会，让我学习到书本上没有的知识和技能。打好专业课的基本功，从而更好地服务社会。参 考 文 献1 于永源 杨绮雯编.电力系统分析.北京：中国电力出版社，2007.2 何仰赞，温增银等编.电力系统分析. 武汉：华中科技大学出版社，20023 李广凯，李庚银.电力系统仿真软件综述J. 电气电子教学学报，2005（6）：61-65.4 李维波，Matlab在电气工程中的应用M北京：中国电力出版社，2007.附录附录A：完整的等值电路图附录B：参数计算的程序%变压器的标幺值SN1=10;PK=59;P0=16.5;UK=10.5;I0=1.0;UN=110;SB=100;UB=110;ZB=UB2/SB;XT1=(UK*UN2)/(100*SN1);RT1=(PK*UN2)/(103*SN12);BT1=(I0*SN1)/(100*UN2);GT1=(P0)/(103*UN2);XT1B=XT1/ZBRT1B=RT1/ZBBT1B=BT1*ZBGT1B=GT1*ZBSN2=31.5;PK=148;P0=38.5;UK=10.5;I0=0.8;UN=110;SB=100;UB=110;ZB=UB2/SB;XT2=(UK*UN2)/(100*SN2);RT2=(PK*UN2)/(103*SN22);BT2=(I0*SN2)/(100*UN2);GT2=(P0)/(103*UN2);XT2B=XT2/ZBRT2B=RT2/ZBBT2B=BT2*ZBGT2B=GT2*ZBSN3=16;PK=86;P0=23.5;UK=10.5;I0=0.9;UN=110;SB=100;UB=110;ZB=UB2/SB;XT3=(UK*UN2)/(100*SN3);RT3=(PK*UN2)/(103*SN32);BT3=(I0*SN3)/(100*UN2);GT3=(P0)/(103*UN2);XT3B=XT3/ZBRT3B=RT3/ZBBT3B=BT3*ZBGT3B=GT3*ZB%线路的标幺值l1=100;s1=120;x1=0.408;b1=2.79*10(-6);ro=31.5;SB=100;UB=110;ZB=UB2/SB;R1=(ro/s1)*l1;X1=x1*l1;B1=b1*l1;R1B=R1/ZBX1B=X1/ZBB1B=B1*ZBl2=100;s2=150;x2=0.401;b2=2.85*10(-6);ro=31.5;SB=100;UB=110;ZB=UB2/S