电力系统分析

1、辽 宁 工 业 大 学电力系统计算课程设计（论文）题目： 电力系统两相短路计算与仿真（4）院（系）： 电 气 工 程 学 院 专业班级： 电气094班 学 号： 学生姓名： 王爽 指导教师： 教师职称： 起止时间：12-07-02至12-07-13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=0.33；T1: SN=31.5MVA，Vs%=10， k=10.5/1

2、21kV,Ps=170kW, Po=40kW,Io%=0.9；YN/d-11T2: SN=31.5MVA，Vs%=10， k=10.5/121kV,Ps=175kW, Po=45kW,Io%=0.88；YN/d-11L1:线路长100km，电阻0.18/km，电抗0.38/km，对地容纳2.78×10-6S/km；L2:线路长70km，电阻0.21/km，电抗0.40/km，对地容纳3.08×10-6S/km； L3: 线路长80km，电阻0.2/km，电抗0.38/km，对地容纳2.88×10-6S/km；负荷：S3=42MVA，功率因数均为0.9。任务要求（节

3、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 要目前，随着科学技术的发展和电能需求的日益增长，电力系统规模越来越庞大，电力系统在人民的生活和工作中担

4、任重要的角色，电力系统的稳定运行直接影响人们的日常生活，因此，关于电力系统的短路计算与仿真也越来越重要。本论文首先介绍有关电力系统短路故障的基本概念及短路电流的基本算法，主要讲解了对称分量法在不对称短路计算中的应用。其次，通过具体的简单环网短路实例，对两相接地短路进行分析和计算。最后，通过MATLAB软件对两相接地短路故障进行仿真，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：电力系统分析；两相接地短路；MATLAB仿真目 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12.1 对称分量法基

5、本原理1 电力系统不对称短路分析方法1 对称分量法基本概念12.2 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 计算各元件的参数6 计算各元件标幺值73.2 系统等值电路及其化简83.3 两相短路计算123.4 计算其它各个节点的三相电压和支路电流14第4章 短路计算的仿真164.1 仿真模型的建立164.2 仿真结果及分析17第5章 总结19参考文献20第1章 绪论1.1 电力系统短路计算概述电力系统在正常运行情况以外 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生 非正常连接叫做短路。三相系统中发生的

6、短路有 4 种基本类型:三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。三相短路是称对称短路，其余三类均属不对称短路。在中性点接 地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的 90。在中性点 非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。产生单路的原因有很多，如元件损坏，气象条件恶化，违规操作等等。目前，三相短 路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有可能造成短路电流计算结论 的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。短路电流计算与分析的主要目的在于应用这些计算结

7、果进行继电保护设计和整定值计算，开关电器、串联电抗器、母线、绝缘子等电气设备的设计，制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。1.2 本文设计内容本次课程设计研究的是两相短路，根据给定的系统图及各个元件参数，计算短路点的电压和电流。然后依次计算其他各节点的电压和电流。画出系统的等效电路图，根据此等效电路图分别计算各个支路的短路电压和电流。忽略对地支路，重新计算各短路点的短路电压和电流，其他各个节点及支路的电压和电流。在系统正常运行方式下，对各种不同时刻三相短路进行Matlab仿真，最后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。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

8、2.1.1 电力系统不对称短路分析方法在电力系统的故障中，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。分析计算不对称故障的方法很多，目前实际中用的最多的和最基本的方法仍是对称分量法。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接，组成一个复合序网，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

9、容易记忆，因此应用较广。2.1.2 对称分量法基本概念正常运行的电力系统，三相电压、三相电流均应基本为正相序，根据负荷情况（感性或容性），电压超前或滞后电流1个角度（），如图2.1。图2.1 正常运行的电力系统电压电流矢量图对称分量法是分析电力系统三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不平衡的电流、电压分解成三组对称的正序相量、负序相量和零序相量，这样就可把电力系统不平衡的问题转化成平衡问题进行处理。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量（电压或电流），可以分解为3组三相对称的分量。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相量（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

10、，三相相量与其对称分量之间的关系(如电流)为：（2-1）上式中运算子且有；分别为a相电流的正序、负序和零序分量并且有： （2-2） 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 电压的三相相量与其对称分量之间的关系也与电流一样。2.2 三相序阻抗及等值网络（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。（2）负序网络负序电流能流通的元件与

11、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。（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。元件的序阻抗是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值，即：=/=/=/、和分别称为该元件的正序阻抗，负序阻抗和零序阻抗。电力系统每个元件的正、负、零序阻抗可能相同，也可能不同，视

12、元件的结构而定。正序（a）、负序（b）和零序（c）等值网络如图2.2。（a） （b）（c）图2.2 正序（a）、负序（b）和零序（c）等值网络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) 列出边界条件或采用复合序网求得“基准相”的3 个序电压和序电流； 4) 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 计算各元件的参数L1：R1=1000.18=18=1000.38=38=2.

13、78SL2：R2=700.21=14.7=700.4=28=2.156SL3：R3=80 0.2=16=80 0.38=30.4=2.304S计算变压器T1参数：=2.51 =46.48=2.7=1.94计算变压器T2参数：=2.58 =46.5=3.1=1.893.1.3 计算各元件标幺值选择基准值， 。L1：=18=0.136 =38=0.29L2：=14.7=0.111 =28=0.21L3：=16=0.121 =30.4=0.23T1：=2.51=0.019 =46.48=0.35T2：=2.58=0.020 =46.5=0.35、：=0.33=0.33=1.13.2 系统等值电路及其

14、化简图3.2 系统等值电路元件参数计算可得网络中各参数标幺值： Z1=1.1 Z2=0.019+j0.35 Z3=0.111+j0.21 Z4=0.136+j0.29Z5=0.121+j0.23 Z6=0.020+j0.35E1=E2=1忽略对地支路，当节点3发生AC两相金属短路时，系统正序网络化简过程图如图3.33.3.（1）合并阻抗3.3.（2）星角变换3.3（3）合并阻抗3.3.（4）最简图3.3.（5）正序网络由图系统等值电路可求：Z8=Z1+Z2=0.02+j1.45Z9=Z6+Z7=0.02+j1.45Z11=0.04+j0.06星角变换得：Z12=0.036+j0.06Z13=0

15、.045+j0.066Z14=0.06+j1.510Z15=0.056+j1.516电源合并得：E=1Zeq=Z14/Z15+Z13=0.041+j0.064负序网路：图3.4负序网络等值电路Z1=1.1 Z2=0.019+j0.35Z3=0.111+j0.21 Z4=0.136+j0.29Z5=0.121+j0.23 Z6=0.020+j0.35负序电流能通过的元件与正序的相同，但所有电源的负序电势为零。所以负序阻抗等值电路化简与正序相同，得最终最简图如图3.4图3.4 负序网络因为零序电流为零，所以，没有零序网络。3.3 两相短路计算两相短路的复合序网如图所示：图3.5 两相短路的复合序网

16、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、零序电流为：=3.54+j5.54=B相正序、负序、零序电压为：=(0.041+j0.064)(3.54+j5.54)=-0.21+j0.454A相电流为：=6+j9.4C相电流为：=-=-6-j9.4B相电压为：=-0.42+j0.91=-0.21+j0.454所以各标幺值为：A相电压电流为：=0.21+j0.454 6+j9.4B相电压电流为：=-0.42+j0.91 =0C相电压电流为：= 0.21+j0.454 =-6-j9.4因为开始取选择基准值， 。求有名值应根据以下公式：I= 公式3.0 公式3.1所以各有名值为：A相电压电流为： =（24.15+j52.21）kV （6+j9.4）=（3.01+j4.72）kAB相电压电流为： =-48.3+j104.65 ）kV =0C相电压电流为： =24.15+j52.21）kV =（-6-j9.4）=（-3.01-j4.72） kA3.4 计算其它各个节点的三相电压和支路电流结点1和结点2的电压标幺值为=1.05 1.05 =0=有名值为：=（）=（）kA=（）=（）kAkA由图3.3(3)，根据戴维南定理=1.05=0.97+j0.064=1.05=1.05=0.96+j0.026=(0.97+j0.064)