電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算與仿真

1、 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算與仿真電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算與仿真 院（系）：院（系）： 電電 氣氣 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 教師職稱：教師職稱： 教授教授 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動化課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)原始資料：系統(tǒng)如圖各元件參數(shù)如下（各序參數(shù)相同）：g1、g2：sn=32mva，vn=10.5kv，x=0.28；t1: sn=35mva，vs%=

2、10.5， k=10.5/121kv,ps=180kw, po=40kw,io%=0.9；yn/d-11t2: sn=35mva，vs%=10.5， k=10.5/121kv,ps=150kw, po=45kw,io%=0.9；yn/d-11l1:線路長 80km，電阻 0.21/km，電抗 0.4/km，對地容納 2.7810-6s/km；l2:線路長 90km，電阻 0.18/km，電抗 0.38/km，對地容納 2.7810-6s/km； l3:線路長 80km，電阻 0.22/km，電抗 0.41/km，對地容納 2.810-6s/km；負(fù)荷：s3=45mva，功率因數(shù)為 0.88。任

3、務(wù)要求（支路 l3 發(fā)生 c 相斷線時(shí)）：1 計(jì)算各元件的參數(shù)；2 畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3 忽略對地支路，計(jì)算斷點(diǎn)的 a、b 和 c 三相電壓和電流；4 忽略對地支路，計(jì)算其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)的 a、b 和 c 三相電壓和支路電流；5 在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，對系統(tǒng)進(jìn)行單相斷線的 matlab 仿真；6 將斷線運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)考核： 設(shè)計(jì)質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日g1 t1 1 l1 2 t2 g2 1:k k:1 l3 l2 3 s3 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要電力系統(tǒng)分析主要

4、研究 電力系統(tǒng)中發(fā)生故障（包括短路、斷線和非正常操作）時(shí)故障電流、電壓及其在電力網(wǎng)中的分布。本課設(shè)中，先計(jì)算各元件參數(shù)，然后采用對稱分量法該網(wǎng)絡(luò)分解為正，負(fù)，零序三個(gè)對稱序網(wǎng)，并且求出戴維寧等效電路，再計(jì)算當(dāng) l3 支路發(fā)生單相斷線時(shí)系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的各相電壓和電流，計(jì)算各條支路各相的電壓和電流，最后在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，對各種不同時(shí)刻單相斷線進(jìn)行 matlab 仿真，將斷線運(yùn)行計(jì)算結(jié)果與各時(shí)刻斷線的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；單相短路：參數(shù)計(jì)算；對稱分量法；matlab 仿真目 錄第 1 章 緒論 .11.1 電力系統(tǒng)斷線概述 .11.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 .1第 2 章 電力系統(tǒng)不

5、對稱故障計(jì)算原理 .22.1 對稱分量法基本原理 .22.2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò) .22.2.1 正序網(wǎng)絡(luò) .22.2.2 負(fù)序網(wǎng)絡(luò) .42.2.3 零序網(wǎng)絡(luò) .42.3 單相斷線故障的計(jì)算步驟 .5第 3 章 電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算 .63.1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算 .63.2 標(biāo)幺值及參數(shù)計(jì)算 .63.2.1 發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值 .63.2.2 變壓器標(biāo)幺值 .63.2.3 線路標(biāo)幺值 .73.2.4 變壓器參數(shù)計(jì)算 .73.3 潮流計(jì)算 .83.3.1 潮流計(jì)算意義 .83.3.2 潮流計(jì)算 .83.4 單相斷線計(jì)算 .103.4.1 故障序電流 .103.4.2 非故障序電流 .11第

6、 4 章 單相斷線的仿真 .124.1 仿真模型的建立 .124.2 仿真結(jié)果及分析 .13第 5 章 總結(jié) .14參考文獻(xiàn) .15第 1 章 緒論1.1 電力系統(tǒng)斷線概述凡造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常的任何連接或情況均稱為電力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)的故障有多種類型，如短路、斷線或它們的組合。短路稱為橫向故障，而斷線故障又稱為縱向故障。斷線故障可分為單相斷線和兩相斷線，分別記為 。三相斷線如同開斷一條支路，一般不作為故障處理。斷線又稱為非全相運(yùn)行，也是一種不對稱故障。大多數(shù)情況下在電力系統(tǒng)中一次只有一處故障，稱為簡單故障或單重故障，但有時(shí)可能有兩處或兩處以上故障同時(shí)發(fā)生，稱為復(fù)雜故障或多重故障。造成斷

7、線原因有很多，如導(dǎo)線因機(jī)械負(fù)荷過載或因質(zhì)量事故斷開，或某處發(fā)生單相接地后斷路器將故障相斷開等。電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱縱向故障時(shí)，雖然不像不對稱短路那樣引起超大的短路電流和電壓的急劇下降，但會產(chǎn)生大的負(fù)序和零序電流。負(fù)序電流使發(fā)電機(jī)繞組過熱，零序電流對通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，它們引起的電壓電流不對稱可能使某些繼電保護(hù)誤動作。1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常的任何連接或情況均稱為電力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)的故障有多種類型，如短路、斷線或它們的組合。短路稱為橫向故障，而斷線故障又稱為縱向故障。斷線故障可分為單相斷線和兩相斷線，分別記為 。 本文通過對給定的系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、求支路單相斷線的各相電壓和電流、

8、計(jì)算各條支路電壓和電流和對系統(tǒng)進(jìn)各種不同 c 相斷線進(jìn)行 matlab 仿真。最后通過數(shù)據(jù)對系統(tǒng)。進(jìn)行分析比較，從而可以看出單相斷線對電力系統(tǒng)的影響。第 2 章 電力系統(tǒng)不對稱故障計(jì)算原理2.1 對稱分量法基本原理對稱分量法是分析不對稱故障的常用的方法，根據(jù)對稱分量法，一組不對稱的三相量可以分解成正序、負(fù)序和零序三相對稱的三向量。在不同序別的對稱分量作用下，電力系統(tǒng)的各元件可能呈現(xiàn)不同的特性。在應(yīng)用對稱分量法分析計(jì)算不對稱故障時(shí)，首先必須做出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)。為此，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線圖、中性點(diǎn)接地情況等原始資料，在故障點(diǎn)分別施加各序電勢，從故障點(diǎn)開始，逐步查明各序電流流通的情況。凡是某一序

9、電流能流通的元件，都必須包括在該序網(wǎng)絡(luò)中，并用相應(yīng)的序參數(shù)和等值電路表示。根據(jù)給定的電路圖和上述的原則做出正序、負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)。2.2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡(luò)2.2.1 正序網(wǎng)絡(luò)所謂的序阻抗是指元件三相參數(shù)對稱時(shí)，元件兩端某一序的電壓降落與通過該元件同一序電流的比值。序阻抗分為正序阻抗，負(fù)序阻抗和零序阻抗。(1)正序阻抗：應(yīng)用對稱分量法計(jì)算時(shí)，正序電壓與正序電流之比。(2)負(fù)序阻抗：應(yīng)用對稱分量法計(jì)算時(shí)，負(fù)序電壓與負(fù)序電流之比。(3)零序阻抗：應(yīng)用對稱分量法計(jì)算時(shí)，零序電壓與零序電流之比。正序網(wǎng)絡(luò)就是通常計(jì)算對稱短路時(shí)所用的等值網(wǎng)絡(luò)。除中性點(diǎn)接地阻抗、空載線路（不計(jì)導(dǎo)納）以及空載變壓器（不計(jì)勵(lì)磁

10、電流）外，電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中，并且用相應(yīng)的正序參數(shù)和等值電路表示。如圖 2.1:圖 2.1 系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)對正序電路圖進(jìn)行星腳變換：已知各線路的阻抗為： l1：z13= 0.12+j0.218 l2：z12= 0.112+j0.215 l3：z23= 0.105+j0.196星角變換公式： (2-1） 將各阻抗代入公式 3-1 中，可得z1=0.09+j0.194z2=0.105+j0.21z3=0.098+j0.199由戴維南定理，對系統(tǒng)的正序、負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，可得系統(tǒng)的等值電抗為 0.517。從故障口看正序網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，可以用戴維南定理簡化如下圖的形式。圖

11、2.2 正序戴維南等效圖ff(1)jxe+-.eqiv.f(1)f(1)11ff .2.2.2 負(fù)序網(wǎng)絡(luò)負(fù)序電流能流通的元件與正序電流的相同，但所有電源的負(fù)序電勢為零。因此，把正序網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)都用負(fù)序參數(shù)代替，并令電源等于零，而在故障點(diǎn)引入代替故障條件的不對稱電勢源中的負(fù)序分量，便得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)。如圖 2.3圖 2.3 負(fù)序電路圖在計(jì)算負(fù)序參數(shù)時(shí)，運(yùn)用的公式和步驟和正序的相同，因此將相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入公式可得其等值電抗為 0.517。從故障點(diǎn)看進(jìn)去，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)簡化后的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)如下圖 2.4圖 2.4 負(fù)序戴維南等效電路圖2.2.3 零序網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)施加代表故障邊界條件的零序電勢

12、是，由于三相零序電流大小及相位相同，它們必須經(jīng)過大地（或者架空地線、電纜包皮等）才能構(gòu)成通路，而且電流的流通與變壓器中性點(diǎn)接地情況及變壓器的接法有密切的關(guān)系。該電力系統(tǒng)的零序網(wǎng)路如下圖 2.5ff(2)jxiv.f(2)f(2)22ff . 圖 2.5 零序電路圖對于零序電路 xff0=x6+x7+x8=0.12+0.1+0.12=0.34從故障點(diǎn)看零序網(wǎng)絡(luò)，也是一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)。簡化后的零序網(wǎng)絡(luò)如下圖 2.6圖 2.6 零序戴維南等效電路圖2.3 單相斷線故障的計(jì)算步驟1.計(jì)算故障序電路2.計(jì)算非故障序電路ff(0)jxf(0)i.ff 00vf(0).第 3 章 電力系統(tǒng)單相斷線計(jì)算3.1 系

13、統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計(jì)算 圖3.1系統(tǒng)等值電路圖選取基準(zhǔn)容量sb=100mva,選擇第一段的額定電壓為基準(zhǔn)電壓，即vb1=10.5kv。則=10.5kv, 則=121kv1bv2bv3.2 標(biāo)幺值及參數(shù)計(jì)算3.2.1 發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值0.9410.5100325 .100.32222g*1bibgnngngvssvxx0.9410.51003210.50.322212g*2bbgnngngvssvxx3.2.2 變壓器標(biāo)幺值3 . 05 .101005 .355 .101005 .10100%22221*1bibtinntstvssvvx3 . 05 .101005 .355 .1010010.5

14、100%2222222*2bbntntstvssvvx3.2.3 線路標(biāo)幺值218. 01211004 . 0802221*1bbllvsxx215. 012110042. 0752222*2bbllvsxx196. 012110041. 0702223*3bbllvsxx12. 012110022. 0802221*1bbllvsrr112. 012110022. 0752222*2bbllvsrr105. 012110022. 0702223*3bbllvsrr0.033121100102.880)/(26-221*1bbllvsbb0.031121100102.7875)/(26-222

15、*2bbllvsbb0.028121100102.870)/(*26-2233bbllvsbb3.2.4 變壓器參數(shù)計(jì)算取 sn=100kva,低壓側(cè)額定電壓 vb=10.5kv。則變壓器的參數(shù)如下所示。1) 對于變壓器 t-1：1985101005 .10180103223221nnstsvpr8 .115101005 .101005 .1010100%32321nnstsvvx6-323201103 . 7105 .101001008 . 010100%nntvsib4-3-23201107 . 2105 .103010ntvpg2) 對于變壓器 t-2：1654101005 .10150

16、103223222nnstsvpr115.8101005 .1010010.510100%32322nnstsvvx6-3-232021016. 8105 .101001009 . 010100%nntvsib4-3-23202103 . 2105 .102510ntvpg3.3 潮流計(jì)算3.3.1 潮流計(jì)算意義潮流計(jì)算指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、元件參?shù)和發(fā)電、負(fù)荷參量條件下，計(jì)算有功功率、無功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。潮流計(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算。通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)荷點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡點(diǎn)

17、的電壓和相位角。待求的運(yùn)行狀態(tài)參量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。 潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)非常重要的分析計(jì)算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出的各種問題。對規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算可以檢驗(yàn)所提出的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求；對運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，通過潮流計(jì)算可以預(yù)知各種負(fù)荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變會不會危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)，系統(tǒng)中各種元件(線路、變壓器等)是否會出現(xiàn)過負(fù)荷，以及可能出現(xiàn)過負(fù)荷時(shí)應(yīng)事先采取哪些預(yù)防措施等。3.3.2 潮流計(jì)算將 g2 和 t2 等效為輸出負(fù)荷端，根據(jù)圖 2.2 所示。進(jìn)行潮流計(jì)

18、算?？梢缘玫礁鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)的電流、電壓。圖 2.2 系統(tǒng)等值電路圖95.j438.2511. 045j85. 0453s6 . 319. 0)33. 0017. 0(5 .1035)(2211221211jjjxrvspsttnggtrl1+jxl1rl2+jxl2rl3+jxl3123s1s1s2s3s3s2s1s23 . 322. 0j0.3)(0.025 .1035)(2222222222jjxrvspsttnggt6 . 3-81.346 . 3-19. 0-35111jjssstg3 . 3-78.323 . 3-22. 0-35222jjssstg2 . 217. 1196. 0 j10

19、5. 010.535)(2233221213jjxrvspsllnl（7 . 4-44.662 . 217. 1-3 . 378.326 . 3-81.343213jjjjsssslj8.4442. 4j0.21)(0.115 .107 . 444.66)(2222222 32 32llnssljxrvsps44. 06 .10344. 842. 43 . 3-78.327 . 4-44.662232jjjjssssl 2 .217 .11j0.218)(0.125 .1044. 06 .103)(2221122 22 21jjxrvspsllnssl16.1711.1502 .217 .11

20、44. 06 .1036 . 3-81.341211jjjjssssl74. 314.7144. 842. 47 . 444.6623 2jjsssl18kv. 01210.21816. 710.1211.15011 11 11vxqrpvll25kv. 012112. 07.161-218. 0150.1111 11 11vrqxpvll07kv. 0121215. 074. 3112. 0.141722 22 22vxqrpvll12kv. 0121112. 074. 3215. 014.7122 22 22vrqxpvllkvvvvv81.12025. 0)18. 0121()(2221

21、2112kvvvvv93.12012. 0)07. 0121()(22222223于是得其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流分別為：08. 0167 . 0121316.1711.1503111jjvsi021. 0954 . 081.120344. 0103.63222jjvsij0.022-23 . 093.12037 . 444.663333jvsi3.4 單相斷線計(jì)算3.4.1 故障序電流故障處邊界條件為公式（3-2） 。 （3-20c.fi0.a.ffbvv）若用對稱分量則表示為 2-2. （3-3.0.21.3.2.10ffffffvvviii）按公式（3-3）即可計(jì)算出故障處各序電流。 (3-4)

22、 .12020.ff0ff2ff10.1.1020.2)/xx(xfffffffffffffffffffixxxijviixxxi由公式(3-4)得故障處各序電流分別為：=2j/(j 0.34 0.517/（0.34+0.517）+0.517)=2.57.1fi=-0.34/(0.34+0.517) 2.57=-1.02.2fi=-0.517/(0.34+0.517) 2.57=1.550.fi故障相端口電壓為：58. 157. 234. 0517. 034. 0517. 03j3j3.102021cjixxxxvvfffffffffff=0fbvafv3.4.2 非故障序電流非故障相電流如公

23、式。 （3-5）.102022.b.102022.a)()(ffffffffffffffffffffixxxaxaiixxxaxai于是可以得出非故障相電流。08. 157. 2)34. 0517. 034. 0e517. 0e (120240.ajjfi58. 057. 2)34. 0517. 034. 0e517. 0e (240120.bjjfi。第 4 章 單相斷線的仿真4.1 仿真模型的建立 圖 4.1 系統(tǒng)仿真圖 圖 4.2 斷線 c 相電壓4.2 仿真結(jié)果及分析本文提出了負(fù)序電流和故障相電壓的能量測度保護(hù)。并對單相斷線故障產(chǎn)生的負(fù)序電流分布進(jìn)行了仿真分析。 基于負(fù)序電流的能量測度

24、斷線保護(hù)具有如下特點(diǎn): (1) 單相斷線故障產(chǎn)生的負(fù)序電流由故障點(diǎn)流向整個(gè)系統(tǒng),其中絕大部分經(jīng)故障線路流向電源。故障線路負(fù)序電流遠(yuǎn)大于非故障線路,方向與故障相電壓相位和與流向系統(tǒng)的負(fù)序電流方向都相反。 (2) 單相斷線故障產(chǎn)生的負(fù)序電流在系統(tǒng)中的分配不受中性點(diǎn)接地方式的影響,能量測度保護(hù)原理可以適合各種中性點(diǎn)接地方式。 (3) 故障線路的能量測度和非故障線路的能量測度正負(fù)相反，大小相差很大。故障線路的能量測度是整個(gè)系統(tǒng)最小負(fù)值，所提保護(hù)方案能可靠動作。 (4) 單相斷線故障和單相接地故障的能量測度相差很大，在接地故障時(shí)所提保護(hù)方案不會誤動。 (5) 此保護(hù)具有很高的可靠性和靈敏度。 本文首次對基于負(fù)序電流饋線斷線保護(hù)進(jìn)行了理論分析。該技術(shù)有待于進(jìn)一步研究,以滿足現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行要求。第 5 章 總結(jié)短暫的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐