三相短路故障分析與計(jì)算的算法設(shè)計(jì)

1、蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院 “三相短路故障分析與計(jì)算的算法設(shè)計(jì)”電力系統(tǒng)專業(yè)本科課程設(shè)計(jì)論文學(xué)生姓名：可風(fēng)學(xué) 號(hào)：08230438專 業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化日 期：2011年6月摘要電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障造成的危害性是最大的。作為電力系統(tǒng)三大計(jì)算之一，分析與計(jì)算三相短路故障的參數(shù)更為重要。本設(shè)計(jì)是通過(guò)兩種不同的方法進(jìn)行分析與計(jì)算三相短路故障的各參數(shù)，進(jìn)一步提高短路故障分析與計(jì)算的 精度和速度，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行、設(shè)備選擇、繼電保護(hù)等提供重要依據(jù)。基于Matlab最重要的組件之一Simulink中的電力元件庫(kù)（SimPowerSystems）構(gòu)建電力系統(tǒng)仿真模型，在Matlab的平臺(tái)

2、下仿真電力系統(tǒng)為工程設(shè)計(jì)和維修提供依據(jù)，同時(shí)也為電力研究帶來(lái)大大的便利，利用Simulink中的畫(huà)圖工具搭建電力系統(tǒng)模型也是進(jìn)行電力系統(tǒng)故障分析的常用方法，它讓電力研究者從大量繁瑣的理論分析及復(fù)雜的矩陣計(jì)算中解脫出來(lái)，讓龐大的電力系統(tǒng)很直觀的呈現(xiàn)在研究者的面前，從而將龐大的電力網(wǎng)搬進(jìn)了計(jì)算機(jī)，為研究帶來(lái)了巨大的便利。關(guān)鍵詞： 三相短路計(jì)算，Matlab，SimPowerSystems，仿真目錄1. 緒論1.1電力系統(tǒng)三大計(jì)算1.2電力系統(tǒng)短路故障概述2. 短路電流計(jì)算（解析法）2.1參數(shù)數(shù)據(jù)2.2電抗標(biāo)幺值定義2.3短路次暫態(tài)電流（功率）標(biāo)幺值計(jì)算2.4各元件電抗標(biāo)幺值2.5三相短路電流及短路

3、功率3. 導(dǎo)納矩陣形成與計(jì)算（Y矩陣法）3.1導(dǎo)納矩陣等值電路3.2導(dǎo)納計(jì)算公式3.3變壓器變比的定義3.4 導(dǎo)納矩陣的形成3.5三相短路電流及短路功率4. 計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)4.1計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言4.2程序流程4.3程序清單及說(shuō)明4.4程序結(jié)果及分析5. 基于Matlab電力系統(tǒng)模型搭建與仿真5.1 Matlab簡(jiǎn)介5.2 總體設(shè)計(jì)5.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容概述5.2.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介5.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)5.3.1電力元件設(shè)計(jì)5.3.2電力系統(tǒng)模型的搭建5.3.3電力系統(tǒng)模型三相短路仿真6結(jié)論7致謝8參考文獻(xiàn)9附錄9.1 系統(tǒng)等值電路圖9.2 計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)流程圖9.3 計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)程序清單9.4 Matl

4、ab電力系統(tǒng)模型仿真圖1. 緒論1.1電力系統(tǒng)三大計(jì)算1.潮流計(jì)算研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種基本電氣計(jì)算，常規(guī)潮流計(jì)算的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。潮流計(jì)算的結(jié)果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)。2.短路故障計(jì)算主要研究電力系統(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。短路電流計(jì)算是故障分析的的主要內(nèi)容。短路電流計(jì)算的目的，是確定短路故障的嚴(yán)重程度，選擇電氣設(shè)備參數(shù)。整定繼電保護(hù)，分析系統(tǒng)中負(fù)序及零序電流的分布，從而確定其對(duì)電氣設(shè)備和系統(tǒng)的影響。3.穩(wěn)定性計(jì)

5、算給定運(yùn)行條件下的電力系統(tǒng)，在受到擾動(dòng)后，重新回復(fù)到運(yùn)行平衡狀態(tài)的能力。系統(tǒng)中的多數(shù)變量可維持在一定的范圍，使整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)性質(zhì)的不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性可分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定三類。1.2電力系統(tǒng)短路故障概述電力系統(tǒng)的短路故障是嚴(yán)重的，而又是發(fā)生幾率最多的故障。一般說(shuō)來(lái)，最嚴(yán)重的短路是三相短路。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)， 其短路電流可達(dá)數(shù)萬(wàn)安以至十幾萬(wàn)安，它們所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)將使電氣設(shè)備遭受嚴(yán)重破環(huán)。為此，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，繼電保護(hù)裝置必須迅速切除故障線路，以避免故障部分繼續(xù)遭受危害，并使非故障部分從不正常運(yùn)行情況下解脫出來(lái)，這要求電氣設(shè)備必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定度，開(kāi)關(guān)電氣設(shè)

6、備必須具備足夠的開(kāi)斷能力，即必須經(jīng)得起“可能最大短路的侵?jǐn)_”而不致?lián)p壞。因此，電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)運(yùn)行分析，設(shè)計(jì)計(jì)算的重要環(huán)節(jié)，許多電業(yè)設(shè)計(jì)單位和個(gè)人傾注極大精力從事這一工作的研究。由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著生產(chǎn)發(fā)展，技術(shù)進(jìn)步系統(tǒng)日趨擴(kuò)大和復(fù)雜化，短路電流計(jì)算工作量也隨之增大，采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算勢(shì)在必行。1. 短路故障（橫向故障）：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。 短路類型：4種。 1) 單相接地短路（發(fā)生概率最大的短路類型）2) 兩相短路3) 兩相短路接地4) 三相短路（對(duì)稱短路、最嚴(yán)重的短路類型）2. 短路原因及危害 原因：客觀（絕緣破壞：架空

7、線絕緣子表面放電，大風(fēng)、冰雹、臺(tái)風(fēng)）、主觀（誤操作）。 危害：短路電流大（熱效應(yīng)、電動(dòng)效應(yīng)）、故障點(diǎn)附件電壓下降、功率不平衡失去穩(wěn)定、不對(duì)稱故障產(chǎn)生不平衡磁通影響通信線路。 3. 解決措施：繼電保護(hù)快速隔離、自動(dòng)重合閘、串聯(lián)電抗器等。2. 短路電流計(jì)算（解析法）2.1參數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)基準(zhǔn)容量SB=100MV·A；基準(zhǔn)電壓UB=UavkV。（1）SB的選取是為了計(jì)算元件參數(shù)標(biāo)幺值計(jì)算方便，取SB-100MV·A，可任意設(shè)值但必須唯一值進(jìn)行分析與計(jì)算。（2）UB的選取是根據(jù)所設(shè)計(jì)的題目可知系統(tǒng)電壓有110kV、6kV、10kV，而平均額定電壓分別為115、6.3、10.5kV。平均電

8、壓Uav與線路額定電壓相差5%的原則，故取UB=Uav。（3）為次暫態(tài)短路電流有效值，短路電流周期分量的時(shí)間t等于初值（零）時(shí)的有效值。滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個(gè)條件下的最大次暫態(tài)短路電流作為計(jì)算依據(jù)。（4）為沖擊電流，即為短路電流的最大瞬時(shí)值（滿足產(chǎn)生最大短路電流的三個(gè)條件及時(shí)間=0.01s）。一般取沖擊電流=××=2.55。（5）為短路電流沖擊系數(shù)，主要取決于電路衰減時(shí)間常數(shù)和短路故障的時(shí)刻。其范圍為12，高壓網(wǎng)絡(luò)一般沖擊系數(shù)=1.8。2.2電抗標(biāo)幺值定義（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值 公式式中 發(fā)電機(jī)電抗百分?jǐn)?shù)，由發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)的； 已設(shè)定的基準(zhǔn)容量（基值功率），； 發(fā)電機(jī)的

9、額定有功功率，MW發(fā)電機(jī)額定有功功率因數(shù)。（2）負(fù)載電抗標(biāo)幺值 公式式中 U元件所在網(wǎng)絡(luò)的電壓標(biāo)幺值； 負(fù)載容量標(biāo)幺值； 負(fù)載無(wú)功功率標(biāo)幺值。（3）變壓器電抗標(biāo)幺值 公式變壓器中主要指電抗，因其電抗，即可忽略，由變壓器電抗有名值推出變壓器電抗標(biāo)幺值為 公式式中 %變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)； 基準(zhǔn)容量，MVA 、變壓器銘牌參數(shù)給定額定容量，MVA、額定電壓，kV； 基準(zhǔn)電壓取平均電壓，kV。（4）線路電抗標(biāo)幺值 公式式中 線路單位長(zhǎng)度電抗； 線路長(zhǎng)度，km； 基準(zhǔn)容量，MVA； 輸電線路額定平均電壓，基準(zhǔn)電壓，kV。輸電線路的等值電路中有四個(gè)參數(shù)，一般電抗，故0。由于不做特殊說(shuō)明，故電導(dǎo)、電納一般不

10、計(jì)，故而只求電抗標(biāo)幺值。（5）電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值（近似值） cos 公式式中 設(shè)定的基準(zhǔn)容量，MVA； 電動(dòng)機(jī)額定的有功功率，MW； cos電動(dòng)機(jī)額定有功功率因數(shù)。2.3短路次暫態(tài)電流（功率）標(biāo)幺值計(jì)算（1）短路次暫態(tài)電流標(biāo)幺值（） （?。?（kA） 公式基準(zhǔn)容量；基準(zhǔn)電壓(kV)。（2）沖擊電流（）的計(jì)算（kA） 公式（3）短路容量的計(jì)算（） 公式2.4各元件電抗標(biāo)幺值1.電力系統(tǒng)等值電路如圖22. 各元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算。設(shè)基準(zhǔn)容量； 基準(zhǔn)電壓。（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值由公式得;（2）變壓器電抗值標(biāo)幺值由公式得；（3）線路電抗標(biāo)幺值由公式得；（4）負(fù)載電抗標(biāo)幺值由公式得（5）電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值由

11、公式得3.等值簡(jiǎn)化電路圖。（1）等值電路簡(jiǎn)化過(guò)程如圖2和圖3所示。（2）考慮電動(dòng)機(jī)的影響后，短路點(diǎn)的等值電抗為2.5三相短路電流及短路功率短路次暫態(tài)電流標(biāo)幺值： 短路次暫態(tài)電流有名值： 沖擊電流：短路功率：3. 導(dǎo)納矩陣形成與計(jì)算（Y矩陣法）3.1導(dǎo)納矩陣等值電路導(dǎo)納矩陣等值電路如圖4所示，節(jié)點(diǎn)數(shù)為，電抗標(biāo)幺值參考圖2。3.2導(dǎo)納計(jì)算公式 公式式中 3.3變壓器變比的定義式中 變壓器變比標(biāo)幺值3.4導(dǎo)納矩陣的形成對(duì)地電納Y=3.5三相短路電流及短路功率短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值為短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流為短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流有名值為(kA)短路點(diǎn)沖擊電流為(kA)短路點(diǎn)短路功率為(MVA)兩種算法的次暫態(tài)

12、短路電流比較誤差為I=10.08-9.22=0.86(kA)4. 計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)4.1計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言C是一門(mén)通用語(yǔ)言，應(yīng)用的面比較廣，而MatLab是一門(mén)用于特殊用途的語(yǔ)言，提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。  Matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多.在新的版本中也加入了對(duì)C,FORTRAN,C+ ,JAVA的支持.可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用。Matlab是一個(gè)高

13、度集成的系統(tǒng)，集科學(xué)計(jì)算、圖象處理、聲音處理于一體，具有極高的編程效率。近年來(lái)，Matlab已經(jīng)從最初的“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，滲透到科學(xué)與工程計(jì)算的多個(gè)領(lǐng)域，在自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析等多個(gè)方向，都有著廣泛的應(yīng)用。4.2程序流程見(jiàn)附錄。4.3程序清單及說(shuō)明見(jiàn)附錄。4.4程序結(jié)果及分析見(jiàn)附錄。5. 基于Matlab電力系統(tǒng)模型搭建與仿真5.1 Matlab簡(jiǎn)介MATLAB 是由美國(guó)Mathworks 公司開(kāi)發(fā)的大型軟件。在MATLAB 軟件中，包括了兩大部分：數(shù)學(xué)計(jì)算和工程仿真。其數(shù)學(xué)計(jì)算部分提供了強(qiáng)大的矩陣處理和繪圖功能。在工程仿真方面，MATLAB 提供的軟件支持幾乎遍布各

14、個(gè)工程領(lǐng)域，并且不斷加以完善。在電力系統(tǒng)反面有專門(mén)的工具箱SimPowerSystems，給從事電力研究的工作人員帶來(lái)了巨大的便利。 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。其中電力行業(yè)的專用工具箱SimPowerSys

15、tems也在電力系統(tǒng)分析與計(jì)算中發(fā)揮了重大作用。電力系統(tǒng)元件庫(kù)SimPowerSystems包括10 類庫(kù)元件分別是電源元件(ElectricalSources)、線路元件(Elements)、電力電子元件(Power Electronics)、電機(jī)元件(Machines)、連接器元件(Connectors)、電路測(cè)量?jī)x器(Measurements)、附加元件(Extras)、演示教程 (Demos)、電力圖形用戶接口(powergui)和電力系統(tǒng)元件庫(kù)模型(powerlib_models)。5.2 總體設(shè)計(jì)5.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容概述用Matlab中Simulink組件的SimPowerSyste

16、ms工具箱構(gòu)建設(shè)計(jì)要求所給的電力系統(tǒng)模型，然后在電動(dòng)機(jī)母線上設(shè)置三相短路，運(yùn)行該系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量元件獲得該母線三相短路的短路電流。5.2.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介步驟一：打開(kāi)Matlab中Simulink組件的SimPowerSystems工具箱；步驟二：在工具箱中找到設(shè)計(jì)要求所需的電氣元件復(fù)制到Simulink界面中;步驟三：雙擊所復(fù)制元件打開(kāi)參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)框，按設(shè)計(jì)要求設(shè)置相關(guān)參數(shù)；步驟四：將相關(guān)元件放置在適合的位置并連線構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。步驟五：加入測(cè)量元件并設(shè)置節(jié)點(diǎn)的三相短路，然后運(yùn)行電路，獲得短路電流。5.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)在Matlab的SimPowerSystems工具箱中利用相關(guān)的電力元件搭建

17、仿真模型并運(yùn)行系統(tǒng)，設(shè)置短路點(diǎn)得出訪真結(jié)果。5.3.1電力元件設(shè)計(jì)1. 三相電源（1）元件模型三相電源(3-Phase Source)元件的模型如圖5-1 所示，見(jiàn)附錄。圖5-1 三相電源（2）功能說(shuō)明三相電源是電路設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的電路元件。三相電源是電路中最重要的元件，它的運(yùn)行特性對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)起決定性的影響。三相電源元件提供了帶有串聯(lián)RLC支路的三相電源。（3）參數(shù)設(shè)置雙擊三相電源元件，則彈出三相電源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖5-2所示，見(jiàn)附錄。圖5-2 三相電源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框2. 變壓器元件 在電力系統(tǒng)電路中，變壓器元件用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種電路中的變壓器。在變壓器元件中包括 6 種元件，在本次仿真計(jì)

18、算中采用三相變壓器（雙繞組）元件。 (1)元件模型，如圖5-3所示，見(jiàn)附錄。圖5-3三相變壓器（雙繞組）元件(2) 參數(shù)設(shè)置雙擊三相變壓器（雙繞組）元件，則彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖5-4所示，見(jiàn)附錄。圖5-4三相變壓器（雙繞組）元件3. 輸電線路輸電線路有兩種包括雙回線和單回線。(1)元件模型，如圖5-5所示，見(jiàn)附錄。圖5-5輸電線路元件(2)參數(shù)設(shè)置雙擊三相輸電線路元件，在三相輸電線路元件對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，如圖5-6所示，見(jiàn)附錄。 圖5-6三相輸電線路元件參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)框5.3.2電力系統(tǒng)模型的搭建1. 從電源元件庫(kù)選擇三相電源(3-Phase Source)元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中。步驟一

19、：將交流電流源元件依次編號(hào)G1、G2、G3。 步驟二：雙擊交流電流源元件，在交流電流源元件參數(shù)對(duì)話框中如下設(shè)置：峰值振幅(Peak Amplitude)：10KV 初始相位(Phase)：0 頻率(Frequency)：50 內(nèi)部連接方式（internal connection）:Y測(cè)量(Measurements)選項(xiàng)：選擇不測(cè)量 單擊 OK按鈕完成對(duì)三相電源(3-Phase Source)元件的設(shè)置。 2. 從線路元件(Elements)庫(kù)中選擇變壓器（雙繞組）元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中。步驟一：將交流變壓器元件依次編號(hào)T1、T2、T3。 步驟二：雙擊變壓器元件，在變壓器元件參數(shù)對(duì)話框中如下

20、設(shè)置：容量（Nominal）:根據(jù)系統(tǒng)選擇頻率(Frequency)：50 各繞組參數(shù)設(shè)置：根據(jù)系統(tǒng)選擇雙繞組內(nèi)部連接方式（internal connection）:Yn(ABCn) D11(abc)測(cè)量(Measurements)選項(xiàng)：選擇不測(cè)量 單擊 OK按鈕完成對(duì)變壓器元件的設(shè)置。 3. 從線路元件(Elements)庫(kù)中選擇輸電線路（雙回線型及單回線型）元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中。步驟一：將輸電線路元件元件依次編號(hào)L120、L150、L185。 步驟二：雙擊輸電線路元件，在輸電線路元件參數(shù)對(duì)話框中如下設(shè)置：頻率(Frequency)：50 單位長(zhǎng)度阻抗（Resistance per u

21、nit length）： 0.01273 0.3864單位長(zhǎng)度電感(Inductance per unit length )：0.9337e-3 4.1264e-3單位長(zhǎng)度電容(Capacitance per unit length )：12.74e-9 7.751e-9線路長(zhǎng)度：100Km。在本設(shè)計(jì)中，三相型輸電線路元件的參數(shù)如下設(shè)置： 頻率：50正序阻抗和零序阻抗：0.01273 0.3684 正序電感和零序電感：0.9337e-3 4.1264e-3 正序電容和零序電容：12.74e-9 7.751e-9 線路長(zhǎng)度(Line Length)：100Km。測(cè)量(Measurements)選

22、項(xiàng)：選擇不測(cè)量。4. 下面對(duì)測(cè)量元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。從電路測(cè)量?jī)x器(Measurements)庫(kù)中選擇電流計(jì)(Current Measurement)元件，復(fù)制后粘貼在電路圖中。 將電流計(jì)元件名稱改為 I，表示對(duì)電源電流進(jìn)行測(cè)量。雙擊電流計(jì)元件，在彈出的電流計(jì)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中看到，輸出的信號(hào)為電流幅值。5. 選擇接地(Ground)元件、節(jié)點(diǎn)等，進(jìn)行合理放置，對(duì)上述已經(jīng)放置好的電氣元件進(jìn)行接線即可完成電路圖的繪制。注意在接線時(shí)，接線端點(diǎn)的提示，如果接線錯(cuò)誤，提示顏色顯示為紅色。電路連線完成后所得電路圖及各子系統(tǒng)接線圖見(jiàn)附錄所示（陰影部分表示含有子系統(tǒng)）。5.3.3電力系統(tǒng)模型三相短路仿真當(dāng)電路圖設(shè)計(jì)

23、完成后，對(duì)其進(jìn)行仿真，以達(dá)到觀察交流電路中暫態(tài)變化情況。1.在電路圖的菜單選項(xiàng)中，選擇仿真(Simulation)菜單，激活仿真參數(shù)(Simulation arameters)命令，彈出仿真參數(shù)對(duì)話框，如圖5-7所示，見(jiàn)附錄。 圖5-7仿真參數(shù)對(duì)話框根據(jù)對(duì)暫態(tài)過(guò)程時(shí)間的估算，對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置。 開(kāi)始時(shí)間(Start time)：0s 停止時(shí)間(Stop time)：0.0001s 求解程序類型(Type)選項(xiàng)：可變步長(zhǎng)(Variablestep)，ode23(BogackiShampine) 最大步長(zhǎng)(Max step size)選項(xiàng)：自動(dòng)(auto) 最小步長(zhǎng)(Min step siz

24、e)選項(xiàng)：自動(dòng)(auto) 初始步長(zhǎng)(Intial step size)選項(xiàng)：自動(dòng)(auto) 相對(duì)容差(Relative tolerance)選項(xiàng)：1e-3 2.仿真結(jié)果 加入測(cè)量元件并設(shè)置三相短路點(diǎn)運(yùn)行系統(tǒng)，仿真結(jié)果如圖5-8所示，見(jiàn)附錄。圖5-8 節(jié)點(diǎn)三相短路仿真結(jié)果6結(jié)論1解析法短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值為 短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流為 2.Y矩陣法短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值為 短路點(diǎn)的導(dǎo)納標(biāo)幺值為 短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流為 3.優(yōu)缺點(diǎn)（1）解析法誤差大，每一短路處需要逐一分析與計(jì)算。（2）Y矩陣計(jì)算時(shí)考慮對(duì)地電容，變壓器實(shí)際變比，則誤差??；Y矩陣對(duì)角元素將各節(jié)點(diǎn)的等值短路電抗（阻抗）均求出；使分析其他點(diǎn)

25、的短路故障提供了更容易更直觀的參數(shù)值；Y矩陣程序通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。（3）兩種分析與計(jì)算三相短路故障的各參數(shù)結(jié)果，如圖6所示。7致謝為期半個(gè)月的電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)，我以本設(shè)計(jì)題目入手，一開(kāi)始沒(méi)有任何思路和方向。但通過(guò)老師的指點(diǎn)，我明白了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于短路電流的計(jì)算，難點(diǎn)在于程序的設(shè)計(jì)和仿真。依據(jù)老師推薦的方法，從圖書(shū)館借閱了有關(guān)于電力系統(tǒng)計(jì)算、Matlab電力系統(tǒng)建模以及仿真的書(shū)籍，認(rèn)真研究并通過(guò)Matlab做出了電力系統(tǒng)初步模型，但對(duì)于系統(tǒng)仿真還存在著許多問(wèn)題。通過(guò)老師進(jìn)一步的講解以及對(duì)于Matlab電力系統(tǒng)元件庫(kù)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，更加熟悉了電力系統(tǒng)模型的原理及仿真的過(guò)程。通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我掌握了

26、電力系統(tǒng)綜合知識(shí)的運(yùn)用，了解了現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析的軟件運(yùn)行及計(jì)算機(jī)建模仿真。在此，對(duì)老師在本次課程設(shè)計(jì)中對(duì)我的指導(dǎo)與鼓勵(lì)表示衷心的感謝！8參考文獻(xiàn)著作：1 作者、譯者、書(shū)名、版本、出版地、出版社、出版時(shí)間。 期刊：序號(hào)作者、譯者、文章題目、期刊名、年份、卷號(hào)（期數(shù)）、引用部分起止頁(yè)。 9附錄9.1 系統(tǒng)等值電路圖9.2 計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)流程圖 輸入數(shù)據(jù) 形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣/支路阻抗矩陣選擇故障點(diǎn)f 用公式計(jì)算短路電流 用公式計(jì)算個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓 用公式計(jì)算指定支路的電流 輸出結(jié)果9.3 計(jì)算機(jī)算法設(shè)計(jì)程序清單程序1清單：（C語(yǔ)言）本程序的功能是計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值。#include <stdio.h

27、>#include <math.h>#define SB 100#define Uav 115void main()double XdG,SnG,CosG,X1,X2,UkT,SnT,X3,X4,X5,P,Q,Uf,X9,X10,Pm,CosM,x,b,l,X6,X7,X8,Y1,Y2,Y3,Sl,Ufb,Slb;/定義各支路電抗X1-X10,發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗XdG,額定容量SnG,變壓器百分?jǐn)?shù)UkT,額定容量SnT,負(fù)荷功率P,Q,等指電壓Uf,電動(dòng)機(jī)功率Pm,功角因數(shù)CosM,線路電阻x,電容b,長(zhǎng)度l,對(duì)地電納Y1-Y3./發(fā)電機(jī)G2電抗標(biāo)幺值：printf("

28、;n Please input the parameter of generator n 請(qǐng)輸入發(fā)電機(jī)G2參數(shù):XdG,SnG,CosGnn1:"); / 電抗標(biāo)幺值定義，發(fā)電機(jī)電抗。scanf("%lf,%lf,%lf",&XdG,&SnG,&CosG);X1=XdG*SB/(SnG/CosG);/發(fā)電機(jī)G3電抗標(biāo)幺值：printf("n please input the parameter of generator n 請(qǐng)輸入發(fā)電機(jī)G3參數(shù):XdG,SnG,CosGn2:"); / 電抗標(biāo)幺值定義，發(fā)電機(jī)電抗。sca

29、nf("n%lf,%lf,%lf",&XdG,&SnG,&CosG);X2=XdG*SB/(SnG/CosG);/變壓器T1-T3電抗標(biāo)幺值：printf("n Please input the parameter of transformer n 請(qǐng)輸入變壓器T1參數(shù):UkT,SnTnn1:");scanf("%lf,%lf",&UkT,&SnT);X3= (UkT/100)*SB/SnT;printf("n2:");scanf("%lf,%lf",&a

30、mp;UkT,&SnT); X4= (UkT/100)*SB/SnT;printf("n3:");scanf("%lf,%lf",&UkT,&SnT);X5= (UkT/100)*SB/SnT;/負(fù)載電抗標(biāo)幺值：printf("n Please input the parameter of load n 請(qǐng)輸入負(fù)載參數(shù) :Uf,P Qnn");scanf("%lf,%lf,%lf",&Uf,&P,&Q);Sl=sqrt(P*P+Q*Q);Ufb=Uf/Uav;Slb=

31、Sl/SB;X9=(Ufb*Ufb)/(Slb*Slb)*(Q/SB);/負(fù)載電動(dòng)機(jī)電抗標(biāo)幺值：printf("n Please input the M of load n 請(qǐng)輸入電動(dòng)機(jī)負(fù)載參數(shù) :Pm,CosMnn");scanf("%lf,%lf",&Pm,&CosM);X10=1/6.5*100/(Pm/CosM);/線路L1-L3電抗標(biāo)幺值及對(duì)地電納Y1-Y3：printf("nPlease input the parameter of line n 請(qǐng)輸入線路參數(shù) :x,b,ln");printf("

32、;nFor example:x=0.4,b=2.74e-6,l=100");printf("nL1:");scanf("%lf,%lf,%lf",&x,&b,&l);X6=x*l*SB/(Uav*Uav);Y1=(double)1/2*b*l*(Uav*Uav)/SB;printf("n2:");scanf("%lf,%lf,%lf",&x,&b,&l);X7=x*l*SB/(Uav*Uav);Y2=(double)1/2*b*l*(Uav*Uav)/SB;

33、 printf("n3:");scanf("%lf,%lf,%lf",&x,&b,&l);X8=x*l*SB/(Uav*Uav);Y3=(double)1/2*b*l*(Uav*Uav)/SB; printf("n 各元件電抗標(biāo)幺值計(jì)算結(jié)果如下：");/輸出發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值X1,X2：printf("n X1=%lf.X2=%lfn",X1,X2);/輸出變壓器電抗標(biāo)幺值X3,X4,X5printf("n X3=%lf, X4=%lf, X5=%lfn",X3,X4,X5

34、);/輸出線路電抗標(biāo)幺值x6,x7,x8：printf("n X6=%lf,X7=%lf,X8=%lfn",X6,X7,X8);/輸出負(fù)載電抗標(biāo)幺值X9,X10:printf("n X9=%lf,X10=%lfn",X9,X10);/輸出對(duì)地電納Y1,Y2,Y3printf("n Y1=%lf,Y2=%lf,Y3=%lfn",Y1,Y2,Y3);printf("n The End ! 輸入任意鍵退出nn");getchar();程序1結(jié)果分析：程序2清單：（Matlab語(yǔ)言）>> %本程序的功能是計(jì)算三

35、相短路的短路電流，各節(jié)點(diǎn)電壓，各支路電流 NF=input('請(qǐng)輸入短路點(diǎn)的數(shù)目：NF='); n=input('請(qǐng)輸入獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)：n='); nl=input('請(qǐng)輸入支路數(shù)：nl='); B=input('請(qǐng)輸入由線路參數(shù)形成的矩陣：B='); V0=input('請(qǐng)輸入由各節(jié)點(diǎn)的初電壓標(biāo)幺值形成的列矩陣：V0='); D=input('請(qǐng)輸入由短路號(hào)，短路點(diǎn)阻抗組成的矩陣:D='); m=0;Z=zeros(n);V=zeros(n);I=zeros(nl); for k1=1:nl p=B(

36、k1,1);q=B(k1,2); if B(k1,6)=0 k=1./B(k1,5); else k=B(k1,5); end if p=0 if q>m Z(q,q)=B(k1,3);m=m+1; else for i=1:m Z(i,m+1)=-Z(i,q);Z(m+1,i)=-Z(q,i); end Z(m+1,m+1)=Z(q,q)+B(k1,3); for i=1:m for j=1:m Z(i,j)=Z(i,j)-Z(i,m+1)*Z(m+1,j)./Z(m+1,m+1); end Z(i,m+1)=0; end for i=1:m+1 Z(m+1,i)=0; end end else if q>m for i=1:m Z(i,q)=Z(i,p)*k;Z(q,i)=Z(p,i)*k; end Z(q,q)=k2*Z(p,p)+k2*B(k1,3); m=m+1; else fo