电力系统课设

1、辽 宁 工 业 大 学电力系统分析课程设计（论文）题目： 电力系统两相短路计算与仿真（1）院（系）： 电 气 工 程 学 院 专业班级： 电气123班 学 号： 120303079 学生姓名： 于国涛 指导教师： 孙丽颖 教师职称： 教授 起止时间： 15-07-06 至 15-07-17 课程设计（论文）任务及评语G1 T1 1 L2 2 T2 G2 1:k k:1 L1 L3 3 S3 院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化课程设计（论文）任务GG原始资料：系统如图各元件参数如下（各序参数相同）：G1、G2：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.26；T1: SN=31

2、.5MVA，Vs%=9.5， k=10.5/121kV,Ps=220kW, Po=33kW,Io%=0.9；YN/d-11T2: SN=31.5MVA，Vs%=10.5， k=10.5/121kV,Ps=180kW, Po=30kW,Io%=0.8；YN/d-11L1:线路长80km，电阻0.17/km，电抗0.4/km，对地容纳2.78×10-6S/km；L2:线路长75km，电阻0.2/km，电抗0.42/km，对地容纳2.88×10-6S/km； L3: 线路长80km，电阻0.17/km，电抗0.4/km，对地容纳3.08×10-6S/km；负荷：S3=4

3、5MVA，功率因数均为0.9.任务要求（节点3发生AC相金属性短路时）：1 计算各元件的参数；2 画出完整的系统等值电路图；3 忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流；4 忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；5 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻AC两相短路进行Matlab仿真；6 将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。指导教师评语及成绩平时考核： 设计质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要现如今电力系统在人民的日常生活和工作中担任的角色也越来越重

4、要，电力系统的稳定运行也直接影响着人们的日常生活。然而电力系统运行时不可避免的会出现一些故障，因此在电力系统的设计时必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，大多数的故障是有短路引起的，因此电力系统的短路计算与仿真是非常重要的。本论文介绍了有关电力系统短路故障的基本概念及简单不对称故障两相短路的常用计算方法。并通过具体的简单环网短路实例，对两相短路进行分析和计算。最后，通过MATLAB软件对两相短路故障进行仿真并观察仿真后的波形变化，将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。关键词：两相短路故障；对

5、称分量；三相序网络目 录第1章 绪论11.1 电力系统短路计算概述11.2 本文设计内容1第2章 电力系统不对称短路计算原理22.1 对称分量法基本原理22.2 三相序阻抗及等值网络32.3 两相不对称短路的计算步骤5第3章 电力系统两相短路计算63.1 系统等值电路及元件参数计算6 系统等值电路6 元件参数计算：7 计算各元件标幺值83.2 系统等值电路及其化简83.3 两相短路计算113.4 计算其它各节点的三相电压和支路电流13 支路电流13 各节点A、B、C相电压13第4章 短路计算的仿真154.1 仿真模型的建立154.2 仿真结果及分析16第5章 总结17参考文献18第1章 绪论1

6、.1 电力系统短路计算概述电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动其中对电力系统影响较大的是系统中发生的各种故障。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障即在不同地点同时发生短路或断线而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。因此故障分析重点是对短路故障的分析。就实际发生的概率来看，电力系统故障大多是由于短路造成的。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间对于中性点接地的系统发生通路的情况。常见的短路故障有三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路，其中三相短路为对称短路，其余的为不对称短路。不对称短路故障发生概率在短路故障中占到90%。因此，在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计

7、算是不可缺少的基本计算。短路电流的计算一般用两种方法。第一种是先建立电力系统节点方程，然后利用节点阻抗矩阵计算短路电流。第二种是利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流。在进行短路计算时，首先确定计算条件，即短路发生时系统的运行方式，短路的类型和发生地点，以及短路发生后所采取的措施等。从短路计算的角度看，系统运行方式指的是系统中投入运行的的发电、变电、输电、用电的设备的多少以及它们之间相互联接的情况，计算不对称短路时，还应包括中性点的运行状态。对于不同的计算目的，所采用的计算条件是不同的。1.2 本文设计内容（1）计算出各元件的参数。它包括阻抗、电抗有名值和标幺值等。（2）画出完整的系统等值电

8、路图。它包括正、负序网络的等值电路和简化电路。（3）忽略对地支路，计算短路点的A、B和C三相电压和电流。（4）忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流。（5）在系统正常运行方式下，对各种不同时刻AC两相短路进行Matlab仿真。（6）将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。第2章 电力系统不对称短路计算原理2.1 对称分量法基本原理对称分量法是分析电力系统不对称故障的常用方法，其基本思想是把三相不对称的电流电压分解成三组对称的正序分量、负序分量和零序分量，这样就可以把电力系统不对称的问题转化成对称问题进行处理。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量

9、（电流或电压），可以分解为三相三组对称的相量，当选择a相作为基准时，三相相量与其对称分量之间的关系(如电流)为： （2-1）式子中，运算子 ，且有 分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有： （2-2）正序分量的相序与正常对称运行下的相序相同，而负序分量的相序则与正序相反，零序分量则三相同相位。如图所示： 正序分量 负序分量 零序分量 当已知三相补对称的相量时，可由上式求得各序对称分量，已知各序对称分量时，也可以求出三相不对称的相量，即： （2-3）展开（2-3）并计及（2-2）有： （2-4）电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。计算不对称故障，就是把故障处的三相阻抗不对称表示

10、为电压和电流相量的不对称，使系统其余部分保持为三相阻抗对称的系统。这样，借助于对称分量法并利用三相阻抗对称电路各序具有独立性的特点，分析计算就可得到简化。2.2 三相序阻抗及等值网络应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须作出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。（1）正序网络正序网络就是通常计算对称短路时所用的等值网络。除了中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不计励磁电流）外，电力系统

11、各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。所有同步发电机和调相机，以及个别的必须用等值电源支路表示的综合符合，都是正序网络中的电源。此外，还须在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的正序分量。其等值网络如图2.1所示：图2.1 正序网络（2）负序网络负序电流能流通的元件与正序电流的相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网络。其等值网络如图2.2所示：图2.2 负序网络（3）零序网络在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相

12、位相同，他们必须经过大地（或架空地线、电缆包皮等）才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。其等值网络如图2.3所示：图2.3 零序网络在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。也就是说，当电路通以某序对称分量的电流时，只产生同一序对称分量的电压降。反之，当电路施加某序对称的电压时，电路中也只产生同一序对称分量的电流。这样，就可以对正序、负序和零序分量分别进行计算。2.3 两相不对称短路的计算步骤对称分量法用于计算不对称故障的基本方法： 1、列出各个序网。 2、求出各个序网对故障点的等值阻抗。3、进行星角变换和合并阻抗的到复合序网。 4、列出边界条

13、件或采用复合序网求得“基准相”的3 个序电压和序电流。 5、 求得各相电压和电流。第3章 电力系统两相短路计算3.1 系统等值电路及元件参数计算3.1.1 系统等值电路本课设的电力系统接线图如图3.1所示：GG图3.1由于系统中的输电线路长度小于100KM,因而其电导电纳可以忽略不计。系统等值电路如图3.1所示：图3.1 系统等效电路图3.1.2 元件参数计算：由电力系统接线图3.1可计算各元件参数如下：线路L:L1： =800.17=13.6=800.4=32 =802.78=2.2SL2：=750.2=15 =750.42=31.5 =752.88=2.16SL3：=80 0.17=13.

14、6=80 0.4=32 =803.08=2.46S计算变压器T1参数：计算变压器T2参数：计算负载参数：3.1.3 计算各元件标幺值选择基准值：负载：发电机G1、G2：变压器T1： 变压器T2： L1： L2： L3： 3.2 系统等值电路及其化简系统的等值电路如图3.2所示：图3.2 系统等值电路由于电力系统网络主要受影响的是系统的电抗，故正序图中只体现电抗的标幺值，其余忽略不计，将系统图转换成正序网络图。如图3.3所示：图3.3 正序网络正序网络中出现角型连接，需将其转换成星型才能继续简化。如图3.4所示：图3.4 星角变换其变换公式如下： （3-1）可求得： 将其3.4合并电抗后如图3.

15、5所示：图3.5 合并电抗将电源合并后得到正序等值电路如图3.6所示：图3.6 正序网络等值电路图可求得： 由于原始数据的正序、负序系数相同，那么负序网络与正序网络类似，区别在于负序网络中没有电源。星角变换后的负序网络如图3.7所示：图3.7 负序网络经星角变换、合并阻抗后得到负序网络等值电路，如图3.8所示：图3.8 负序网络等值电路由图3.6和图3.8，可得两相短路的复合序网如图3.9所示：图3.9 两相短路复合序网3.3 两相短路计算AC两相发生金属短路，故障点的三个边界条件为： B相正序、负序、零序电压为：B相正序、负序、零序电流为：A相电流为：C相电流为：短路点各相对地电压：所以各标

16、幺值为：A相电压电流为： B相电压电流为： C相电压电流为： 因为开始取选择基准值： 求有名值应根据以下公式： （3-2） （3-3）所以各有名值为：A相电压、电流为： B相电压、电流为： C相电压、电流为： 3.4 计算其它各节点的三相电压和支路电流3.4.1 支路电流结点1和结点2的电压标幺值为：各支路电流：=0 =j0.207 =j0.207有名值为：=j0.210=j0.105kA=j0.207=j0.104kA 3.4.2 各节点A、B、C相电压由图3.4和图3.7分别计算节点1和节点2的B相正、负序电压。（1）正序电压： （3-4）（2）负序电压： （3-5）（3）节点1的A、B、

17、C三相电压： （4）节点2的A、B、C三相电压： 第4章 短路计算的仿真4.1 仿真模型的建立根据电力系统特点，利用MATLAB的动态仿真软件搭建两相短路仿真模型。将三相电路短路故障发生器中的故障相选择为A相和C相故障，即发生A相和C相两相短路故障。不对称故障仿真模型如图4.1所示：4.1 不对称故障仿真模型图4.2 仿真结果及分析选择故障点A相电流、B相电流和C相电流作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电流波形如图4-2所示。由图形可以得出以下结论：当电路发生A、C两相短路故障时，B相电流为零，A相电流波形下移，C相电流波形上移。理论计算中，由图4-2中故障点A、C电流波形，可知理论计

18、算正确。图4-2 故障点三相电流波形图选择故障点A相电压、B相电压和C相电压作为测量电气量。激活仿真按钮，则故障点三相电压波形如图4-3所示。由波形图可以得出以下结论：在A、C两相发生短路故障时，非故障相B相电压波形幅值增大，A相和C相电压相等且波形幅值减小。由上述可知，理论计算结果正确。图4-3 故障点三相电压波形图第5章 总结本次课程设计通过对电力系统两相短路计算的分析和设计，强化了对电力系统短路基础理论和基本知识理解。其中，介绍了有关电力系统与电气设备的设计和故障计算的基本知识、分类、原因和故障分析的目的。对给定的系统进行两相短路不对称故障的分析中，运用对称分量法计算短路点电流和电压。在A、C相发生金属性短路时，利用对称分法将不对称系统分解为正序和负序对称的三向量；利用星角变化的方法化简等值电