短路计算课程设计邵阳学院

1、课程设计（论文）题目名称短路计算课程设计课程名称电力系统暂态分析学生姓名学号 系、专 业 电气工程系、电气工程及其自动化 指导教师年月日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业级电气工程及其自动化学生姓名学号题目名称短路计算课程设计设计时间课程名称电力系统暂态分析课程编号121202307设计地点校内一、课程设计（论文）i的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. 学握并能熟练运用pscad/matlab仿真软件；3. 采用pscad/matlab软件，做出系统三相接线图。二、已知技术参数和条件测试系统 是一种典型供 5700mva、最 装机容量距离 容 量 为

2、1300mva 是 长距离500kv由三个控制区域组成，区域1 电系统，总装机容量为 大负荷为5000mw ,大部分 负荷相对鮫近，即接于母线3 4400mva的发电厂。另外， 离负荷较远的核电机组，通过 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 ,最人负荷为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中线路f和g。三、任务和耍求1通过课程设计是学生掌握电力系统三相

3、短路计算的慕木原理和方法: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；4. 编写短路计算流程图；5. 得出仿真结果。注：1.此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效;2.此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有棊础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1 何仰赞等.电力系统分析m.武汉：华中理工大学出版社，2002.32 酋安交通人学等.电力系统计算m.北京：水利电力出版社，1993.123 陈衍.电力系统稳态分析m.北京：水利电力出版社,2004.14 李光琦.电力系统暂态分析m.北京：水利电力出版社，2

4、002.55 于永源，杨绮雯.电力系统分析（第二版）m.北京：中国电力出版社，2004.3wdtiii电力系统综合自动化试验台综合仿真实验室五、进度安排2013.6.10捉前下达课程设计的计划书，设计题廿、分组情况及课程设计的要求。让学牛熟悉软件。2013.6.17讲述课程设计的内容，软件的基本操作。2013.6.18-6.23学牛应用pscad/matlab软件，对电力系统进行建模。2013.6.246.26建立系统接线图的仿真模型，上机调试程序，得出仿真结果，进行分析，得出结论。2013.6.276.28写出报告（a4打印），做好充分准备，现场考核基础知识、软件操作能力。2013.6.29

5、交报告，组织学生答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年 月 口七i、主管教学主任意见主管主任（签字）：年 刀 日八、备注邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号系电气工程系 专业班级电气工程及其自动化题h名称 课程名称 电力系统何态分析一、学生自我总结本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们 的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起來，加强我们对学过的知识的 实际应川能力。在设计的过程屮还培养出了我们的团队耕神，同学们共同协作，解决了许多个人无 法解决的问题。在图书馆和网上查阅了相关文献资料，并和我们纽的同学进行了讨论。

6、功夫不负有心人，我们 的努力对设计还是很右帮助的。再次接触pscad软件，虽适应了很多但还是令很多问题存在，在看 过老师给的一些教程之厉慢慢的就能解决所而临的困难，最后终于可以利用该软件仿真出结果了。学生签名：2013年6月26 h二、指导教师评定评分项h平时成绩答辩课程设计内容综合成绩权 ®30%30%40%单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年刀h注：1、木表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面;2、表中的“评分项h”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要随着经济的快速增长和社会的不断进步，供电系统的安全性和町靠性问题r

7、i益成 为人们关注的焦点。当前，在低压电力系统的运行过程中，出于各种原因可能导致系统 发生多种类型的故障，其中短路就是常见的一种，它对电力系统的危害很大。系统一旦 发生短路，相关电气量会发生急剧的变化，如电流突然增大、电压降低等。准确计算短 路电流，掌握短路电流的大小及北变化规律，对于继电保护的配置和电气设备的选择 都菲常重要。因此，短路电流计算是电力工程技术人员及技术工人不可缺少的基本技 能。然而在实际的工程应用中，系统相关参数难以获取，计算过程乂比较复朵,设计人 员往往通过经验公式或查表来得到一个近似值。这些方法既不科学乂不可靠,对整个 系统的安全、稳定运行造成不良影响。如今最流行的是用p

8、scad软件进行短路计算。 关键字：短路计算；pscad1课题概述1.1课题目的1.2课题要求1.3课题内容62短路故障分析72.1短路故障介绍72.1短路电流计算步骤72.2不对称故障的分析82.4两相短路故障分析93方案设计1231方案概述123.2课题设计图123.3课题步骤图124两相短路的仿真分析154.1 pscad 简介154.2短路故障的仿真16总结23致谢24参考文献251课题概述1.1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z 一，分析短路故障的参数更为重要。目的：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

9、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。1.2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。注意：1 查阅相关资料：2依据相关资料，自己做出的仿真结果是否与相关资料的结果相符？3学会分析仿真结果，并得出结论。1.3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

10、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500rv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4oooomw。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。i 1 mi 60000必5i40000mh；|8000ai varn13003/k4图1.1电力系统单线图具体参数如下：表1用于稳态

11、研究的同步电机数据符号定义单位符号定义单位s发电机额定容量mvar q交轴暂态电抗puh惯性常数sff交轴次暂态电抗pud阻尼系数pu.电机零序阻抗pu定子电阻pot的直轴暂态开路时间s定子漏抗pu.直轴次暂态开路时间s直轴电抗p.u.直轴次暂态开路时间s直轴暂态电抗put；o交轴暂态开路时间s直轴次暂态电抗pot；°交轴次暂态开路时间s交轴电抗p-u.表2发电机开路吋间参数符号发电机1发电机2发电机3发电机4绪c4.2005.6905.9004.3000.0320.0410.0330.0320.5651.5000.5400.565a0.0620.1440.0760.062表3发电机

12、数据符号单位发电机1发电机2发电机3发电机4smva600001300440070000hs2.3182.6423.9603.930dp.u*.2.02.02.02.0pu*.0.00460.00190.00310.0010兀p.u*0.1550.2460.1100.135p.u*.2.1102.1831.7001.790rpu0.2800.4130.2450.220p.u*.0.2150.3390.1850.180p.u*.2.0202.1571.6401.715p.u*0.4901.2850.3800.400p.u*.0.2150.3320.1850.215%p.u*.0.1500.174

13、0.1000.060励磁机 型号 st3bbc1bbc1st3汽轮机型号st2st2st2st2调速器 型号sg1sg1sg1sg1表4 stc型励磁机参数参数发电机1发电机4参数发电机1发电机4° 疋 max8.48.40.00.0'lmax0.20.2kg1.01.00.20.2gmax6.366.36tc1.01.0tr0.00.0tb3.03.0kp4.3484.348kj200.0200.0tp20.020.07.247.24xl0.0910.091巧0.40.401.0721.072乙 a max1.01.0ki3-843.84表5 bbc励磁系统参数参数发电机2

14、发电机3参数发电机2发电机3乙£max4.04.0t20.060.06乙emm4一040丁34.04.0k2002000.0060.0061.01.0表6汽轮机模型参数单位数值參数单位数值pu0.000石s0.000&2pu0.393s0.6310p.u.0.297s7.0pu0310s0.456表7调速器参数参数单位数值参数单位数值tds0.0bppu0.05tps0.1dfp.u.0.005rys0.25pu0.05tss0.02pu-0.05tts5.0p.u1.0btpu030pu-1.0表8线路参数起始母线终止母线bc(pu)无并联补偿巧(p.")75%并

15、联补偿150.0000000.000200260.0000000.006600380.0000000.000200490.0000000.000143560.0032260.0695025.7960751.449019570.0036180.0808027.0680181.7670045100.0036180.0808027.0680181.767004780.0032260.0695025.7960751.449019890.0032260.0695025.7960751.4490199100.0036180.0808027.0680181.7670042短路故障分析2.1短路故障介绍屯力系

16、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彖是：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，甚至十儿万安培。在电流急剧增加的同时，系统屮的电压 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。2.2短路电流计算步骤（1）绘制计算系统图在计算用图中

17、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, 如额定屯压、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卞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冃的是便丁短路电流计算。图屮应标明各元件的序 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

18、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，所以在计算屮可以用电源的阻抗。（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；2.3不对称故障的分析在电力系统的故障屮，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故 障。它通常分为两类，一类叫横向不对称故障，包括两相短路，单相接地短路以及两 相接地短路三种类型。这种故障发生在系统屮某一点的一些相z间或相与地z间，是 处于网络三相支路的横向，故称为横向不对称故障，其特点是由电力系统网络屮的某 一点（节点）和公共参考点（地接点）之间构成故障端口。该端口一个是高电位点， 另

19、一个是零电位点。另一类故障时发生在网络沿三相支路的纵向，叫纵向不对称故障, 它包括一相断相和两相断相两种基本类型，其特点是由电力系统网络屮的两个高电位 之间构成故障端口。分析计算不对称故障的方法很多，如对称分量法、伐0°分量法以及在abc坐标系 统中直接进行计算等。目前实际中用的最多的和最基本的方法仍是对称分量法，现在 就重点介绍这种方法，其他方法只做简略的介绍。应用对称分量法分析计算简单不对称故障时，对于各序分量的求解一般有两种方法： 一种是直接联立求解三序的电动势方程和三个边界条件方程；另一种是借助于复合序 网进行求解，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的链

20、接, 纽成一个复合序网，通过对复合序网的计算，求出电流、电压的各序对称分量。由于 这种方法比较简单，又容易记忆，因此应用较广。在所讨论的齐种不对称故障的分析计算小，求出的各序电流、电压对称分量及齐相电 流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。在工程计算中都假定发电机转子是对称的，也就是忽略了不对称短路时的高次谐波分 量。这种假定对稳极发电机和d轴及q轴都装有阻尼绕组的凸极发电机是比较切合实 际的。根据对称分量法列a相各序电压方程式为：尸 u小=ug）_ z阳1爪< al =0-° uoz躲 oho匕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

21、程才能求解。2.4两相短路故障分析两相短路是四种常见的短路类型之一如图2.2k1r'=0 1 a3s图2.2两相与三相短路电路图边界条件为:0 < 厶=-a-ub-uc = zfib用对称分量法可表示为复合序网络图:_儿7f6 %6yq1y3>z图2.3两相短路的复合序网（z/. h 0）正负序电流为:i =_i ="“2 z的 +z“'2+z 正负序电压为：卩“严（z砒+zr几"a2 =乙火 2 ad短路点故障屯流为"11 r'0a 1-1ic aa2 10_ 1 _短路点三相电压为比二血+/2+5=（2z +z,几<

22、uh=a2uai +血“2 + 九眾）儿pc a。q +a2t/a2 +dqo = zf -z賊2）i吐若在短路点b、c两相直接接地，则勺=0,各序电流为（设各序阻抗为纯电抗）。j（x解+ x"(0)正负序电圧为ua=ua2 = jxkk2ia各相电压为ua=uaua2+uaq=2ua=j2xkk2iiuh=a2u(li+aua2+ua()=-u(ll=uauc=uh=-uat=ua选取正序电流几作为参考相量，负序电流与它的方向相反，正序电压与负序电压相等,都比匚超前90°从而作出其电压、电流相量图，如图(2.4)所示。(a)电流相量图;电压相量图图2.4两相短路时短路点的

23、电流、电丿k相量图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内容，我们首先确定设计的 大致框架，然后在对模块进行设计，其屮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，对题 目所要求的参数进行修正，从而完成设计。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。 口 j i<zd«jew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。再在发电机模型屮加入各种参数最后构成大的发电机系统。其等效 图如图3

24、.2所示。1图3.2发电机模型我们组是实现6号母线的三和短路和两项短路，用分线工具将单项线分解为三相 线路，把三和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。p*.q40000圭空b000jmvarq = no fault1 = phase a to ground2 = phase b to ground3 = phase c to ground4 二 phase ab to ground5 二 phase ac to ground6

25、= phase bc to ground7 = phase abc to ground8 = phase ab9 = phase ac10 = phase bc11 = phase abc图3.3短路点的等效模型如图所示，faults作为短路控制黠，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。曲于线路参数比较小，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

26、三相接地短路的仿真分析4.1 pscad 简介pscad/emtdc是加拿大马尼托巴高压直流研究中心出品的一款力系统电磁暂 态仿真软件，pscad ( power systems computer aided design ) 是用户界面， emtdc (electromagnetic transients including dc)是内部程序。emtdc 最初代表 直流暂态，是一套基于软件的电磁暂态模拟程序。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，编写这个程序的原因是因为 当时现存的研究工具不能够满足曼尼托巴电力局对尼尔逊河高压直流

27、工程进行强有 力和灵活的研究的要求。自此之后程序被不断开发，至今己被广泛地应用在电力系统 许多类型的模拟研究，其中包括交流研究，雷电过电压和电力电子学研究oemtdc开 始时在大型计算机上使用。然后在1986年被移植到unix系统和以后的pc机上。 pscad代表电力系统计算机辅助设计，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。可模拟任意人小的交直流系统。pscad vi 1988 年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年pscad v2开始应用。pscad v3以pc wind

28、ows作为平台，在1999年面世。冃前最新版木的是pscad v4.2.k 用户可以通过调用随emtdc主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的 元部件模型有效地纽装任何可以想象出的电力系统模型和结构oemtdc的威力之一 是可以较为简单地模拟复杂电力系统，包括直流输电系统和具相关的控制系统。采用 pscad/emtdc进行的典型模拟研究包括：1. 一般的交流电力系统电磁暂态研究2. 直流输电结构和控制3. facts (灵活交流输电系统)元部件模型4. 由于故障、断路器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究5. 绝缘配合研究6. 谐波相互影响研究 7 静止补偿器研究8. 非线性控制系

29、统研究9. 变压器饱和研究，如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究10. 同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究11陡前波分析研究当一台多轴系发电机与串补线路或电力电子设备相互作用时的次 同步谐振现象12. 向孤立负荷送电13. 电力系统数字仿真实验室使用pscad/emtdc主要进行一般的交流电力系统电 磁暂态研究，进行简单和复杂电力系统的故障建模及故障仿真，分析电力系统故障电 磁暂态过程。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和短路时其电流的波形如下。（1）a相接地短路波形图图4.1.2b相短路电压图4.1.4a相短路电流图4.1.5b相短路电流图4.1.

30、6 c相短路电流(2)两和不接地短路波形图4.2.1 cab相短路电压图4.2.4 bab相短路电流图4.2.4 aab相短路电流图4.2.5 cab两相短路电流2)两相接地短路波形(图4.3.1 aab接地短路电压图4.3.2 cab接地短路电压图4.3.3 bab接地短路电流图4.3.4 cab接地短路电流（2）三相短路波形图图4.4.1 a三相短路电压图4.4.2 b三相短路电压图4.4.3 a三相短路电压图4.4.4 a三和短路电流图446 c三相短路电流就整个仿真过程中而言，我们遇到了很多的的问题，比如进行编译时提示有错误、 参数不对、发电机名字相同这些问题。我们通过错误提示找到问题所在，通过很多次 的尝试，特别是新型励磁的定义，经过很多次的实验才最终建立起来。终于实现了仿 真。总结我组的任务是对七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h，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ps