電力系統(tǒng)下課程設計短路電流計算

1、(Guangzhou College of South China University of l echnology電力系統(tǒng)分析課程設計報告題目：3G9bus短路電流計算系別電氣工程學院專業(yè)班級10 級電氣四班學生姓名學號指導教師提交日期2012 年12月10日目錄一、設計目的 . 3二、短路電流計算的基本原理和方法 . 32.1 電力系統(tǒng)節(jié)點方程的建立 32.2 利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流 4三、3G9bus短路電流在計算機的編程 63.1 、三機九節(jié)點系統(tǒng) 63.3 輸出并計算結果 13四總結 . 15、設計目的1. 掌握電力系統(tǒng)短路計算的基本原理；2. 掌握并能熟練運用一門計算機語言

2、（MATLA語言或FORTRA或C語言或C+語言）；3. 采用計算機語言對短路計算進行計算機編程計算。、短路電流計算的基本原理和方法2.1電力系統(tǒng)節(jié)點方程的建立利用節(jié)點方程作故障計算，需要形成系統(tǒng)的節(jié)點導納（或阻抗）矩陣。一般短路電流 計算以前要作電力系統(tǒng)的潮流計算，假定潮流計算的節(jié)點導納矩陣已經形成，在此基礎上 通過追加支路的方式形成電力短路電流計算的節(jié)點導納矩陣 YN1）對發(fā)電機節(jié)點在每一發(fā)電機節(jié)點增加接地有源支路Ei與乙R jX i串聯(lián)求短路穩(wěn)態(tài)解：EiEQiZiR jXqi求短路起始次暫態(tài)電流解：EiEi乙R jXi一般情況下發(fā)電機定子繞組電阻忽略掉，并將巳與乙R jXi的有源支路轉化

3、成電流源,YGiBi1h EZi與導納RijXi并聯(lián)的形式2）負荷節(jié)點的處理負荷節(jié)點在短路計一算中一般作為節(jié)點的接地支路，并用恒定阻抗表示，其數(shù)值由短 路前瞬間的負荷功率和節(jié)點實際電壓算出，即首先根據(jù)給定的電力系統(tǒng)運行方式制訂系統(tǒng) 的等值電路，并進行各元件標么值參數(shù)的計算，然后利用變壓器和線路的參數(shù)形成不含發(fā)電機和負荷的節(jié)點導納矩陣YN。Vk2ZLDkRLDkjX LDk?SLDkYLDkGLDkjBLDk誥L町陽掘匣機和負荷壽值業(yè)越的接人3）如果短路故障發(fā)生在輸電線路內，在短路點要增加新節(jié)點，將一條輸電線分成兩段，并形成短路電流計算的節(jié)點導納矩陣Y,最后形成包括所有發(fā)電機支路和負荷支路的節(jié)點

4、方程如下：YV I一般，節(jié)點導納矩陣丫陣與YN階次相同。其差別只在于YN陣不含發(fā)電機和負荷的 阻抗；節(jié)點注入電流向量I中只有發(fā)電機端節(jié)點的電流不為零。有非零電流源注人的節(jié)點 稱為有源節(jié)點。系統(tǒng)中的同步調相機可按發(fā)電機處理。任進行起始次暫態(tài)電流計算時，大 型同步電動機、感應電動機以和以電動機為主要成分的綜合負荷，特別是在短路點近處的 這些負荷，必要時也可以用有源支路表示，并仿照發(fā)電機進行處理。必須指出，在計算機 已普遍應用的情況下，如果有必要的話，只要能提供短路計算所需的準確的原始數(shù)據(jù)，對 短路進行更精確的計算并不存在什么障礙。2.2利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流假定系統(tǒng)中的節(jié)點f經過渡阻抗zf發(fā)

5、生短路。過渡阻抗渡阻抗zf,不參與形成網絡 的節(jié)點導納（或阻抗）矩陣。圖 6-3中方框內的有源網絡代表系統(tǒng)正常狀態(tài)的單相等值網 絡?，F(xiàn)在我們保持故障處的邊界條件不變，把網絡的原有部分同故障支路分開（見圖6-3）容易看出，對于正常狀態(tài)的網絡而言，發(fā)生短路相當于在故障節(jié)點f增加了一個注人電流一 If（短路電流以流出故障點為正，節(jié)點電流則以注入為正）。因此，網絡中任一節(jié)點iViZjlj Zifif （i 1,2,., f,., n）的電壓可表示為：jG（ 6-3）由式（6-3）可見，任一節(jié)點i的電壓郁由兩項疊加而成。第一項表示當 lf=0 時由 網絡內所有電源在節(jié)點i產生的電壓，也就是短路前瞬間正常

6、運行狀態(tài)一F的節(jié)點電壓，（0）這是節(jié)點電壓的正常分量，記為Vi是電網的潮流解。第二項是當網絡中所有電流源都斷開，僅僅由短路電流If在節(jié)點i產生的電壓，這就是節(jié)點電壓的故障分童。上述兩個分量的疊 加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點，的實際電壓，即V V（0） Ziff （i 1,2,., f,.,n） Vf 疋0 Zifif （6-4）（o）z式中，V是短路前故障點的正常電壓；當i=f時，Zff是故障節(jié)點f的自阻抗，也稱 輸入阻抗。Vf Zfif（邊界條件方程）帶入Vf f Zifif可得：ifVfZff ZfV；v；(0)45 克踣電iftii npqkVp VqZpq對于非變壓器支路，令k=1從計算公

7、式（6-7 ）和（6-8 ）可以看到,式中所用到的Z*Z i Z Vf(0)(i 1,2,., f,.,n)Zff Zf阻抗矩陣元素都帶有列標 f。這就是說，如果網絡在正常狀態(tài)下的節(jié)點電壓為已知，為了 進行短路計算，只須利用節(jié)點阻抗矩陣中與故障點 f對應的一列元素。因此，盡管是采用了阻抗型的節(jié)點方程，但是并不需要作出全部阻抗矩陣。在短路的實際計一算中，一般只 需形成網絡的節(jié)點導納矩陣并根據(jù)具體要求，用第四章所講的方法求出阻抗矩陣的某一列或某幾列元素即可。在應用節(jié)點阻抗矩陣進行短路計算時，我們都將采用這種算法。1）解潮流計算，Vi（i 1,2,.,f ,.,n）2）修正解潮流的YN形成丫3）指定

8、短路點f丫11丫2 yMnZ1kY21丫!2- Y2nZ2kYn1Yn2 丫nnZnk001第f元素,(k 1,2,n)04）計算節(jié)點阻抗矩陣第k列V（°）lfVf5）計算短路電流：fZffZf6）計算節(jié)點電壓：viV?0）Zif If （i 1,2,., f,., n）|kVpVq7）計算支路電流：I pqzZpq8）輸出計算結果三、3G9bus短路電流在計算機的編程3.1、三機九節(jié)點系統(tǒng)27Q圖1三機九節(jié)點系統(tǒng)3支路R（ p.u.）X（ p.u.）B/2（ p.u.）1400.05761.02700.06251.03900.05861.0450.010.0850.088460.0

9、170.0920.079570.0320.1610.153表1九節(jié)點系統(tǒng)支路參數(shù)690.0390.170.179780.00850.0720.0745890.01190.10080.1045表2九節(jié)點系統(tǒng)發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機編號節(jié)點類型Pg ( p.u.)Vg (p.u.)Xd (p.u.)E (p.u.)1V1.040.31.1372PV1.631.0250.31.2113PV0.851.0250.31.043表3九節(jié)點系統(tǒng)負荷參數(shù)節(jié)點編號節(jié)點類型Pi (p.u.)Qi (p.u.)4PQ005PQ1.250.56PQ0.90.37PQ008PQ10.359PQ00主程序3.2程序設計主函數(shù)Sb

10、ase_MVA=100.fid=fope n('N odedata.txt');N=textsca n(fid, '%s %u %d %f %f %f %f %f %f) fclose(fid);bus nu mber=size(N1,1)for i=1:bus nu mberBus(i). name=N1(i);Bus(i).type=N2(i);Bus(i). no=i;Bus(i).Base_KV=N3(i);Bus(i).PG=N4(i);Bus(i).QG=N5(i);Bus(i).PL=N6(i);Bus(i).QL=N7(i);Bus(i).pb=N8(i

11、);Bus(i).V=1.0;Bus(i).angle=0; end fid=fopen('Aclinedata.txt'); A=textscan(fid, '%s %s %f %f %f %f') fclose(fid);aclinenumber=size(A1,1) for i=1:aclinenumberAcline(i).fbname=A1(i);Acline(i).tbname=A2(i);Acline(i).Base_KV=A3(i);Acline(i).R=A4(i);Acline(i).X=A5(i);Acline(i).hB=A6(i);fo

12、r k=1:busnumber if strcmp(Acline(i).fbname, Bus(k).name) Acline(i).fbno=Bus(k).no;endif strcmp(Acline(i).tbname, Bus(k).name) Acline(i).tbno=Bus(k).no;endend end fid=fopen('Transdata.txt'); T=textscan(fid, '%s %f %f %s %f %f %f %f') fclose(fid);tansnumber=size(T1,1) for i=1:tansnumbe

13、rTrans(i).fbname=T1(i);Trans(i).fbBase_KV=T2(i);Trans(i).fbrated_KV=T3(i);Trans(i).tbname=T4(i);Trans(i).tbBase_KV=T5(i);Trans(i).tbrated_KV=T6(i);Trans(i).R=T7(i);Trans(i).X=T8(i);for k=1:busnumberif strcmp(Trans(i).fbname, Bus(k).name) Trans(i).fbno=Bus(k).no;endif strcmp(Trans(i).tbname, Bus(k).n

14、ame)Trans(i).tbno=Bus(k).no;endendTrans(i).k=Trans(i).tbrated_KV*Trans(i).fbBase_KV/Trans(i).fbrated_KV/Trans(i) .tbBase_KV;tempx=Tra ns(i).fbrated_KVA2/Tra ns(i).fbBase_KVA2;Trans(i).X=tempx*Trans(i).X;Trans(i).R=tempx*Trans(i).R;end%N=0%Trans(1)%Trans(2)% for Y=G+jB matrix G,B,B2=FormYmatrix(Bus,b

15、usnumber,Acline,aclinenumber,Trans,tansnumber); %B:=B'B2:=B"dlmwrite('Gmatrix.txt', G, 'delimiter', 't','precision', 6);dlmwrite('Bmatrix.txt', B, 'delimiter', 't','precision', 6);GBB2pauseJP,JQ=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,busnumber

16、);JPiJP=-inv(JP)JQiJQ=-inv(JQ)pause%maxiteration=0for i=1:busnumberNodeV(i)=Bus(i).V;Nodea(i)=Bus(i).angle;VX(i)=Bus(i).V*cos(Bus(i).angle);VY(i)=Bus(i).V*sin(Bus(i).angle);dQGQL(i)=Bus(i).QG-Bus(i).QL;dPGPL(i)=Bus(i).PG-Bus(i).PL;endNodeV=NodeV'Nodea=Nodea'%VX=VX'%VY=VY'dQGQL=dQGQL&

17、#39;dPGPL=dPGPL'pause%for nointer=1:10maxdP=1.;maxdQ=1.;epsilon=0.000001;noiteration=0;while (maxdP>epsilon)&(maxdP>epsilon)deltaP,deltaQ,maxdP,maxdQ=FormdPQvector(Bus,NodeV,Nodea,dQGQL,dPGPL,B,G, busnumber);deltaP;deltaQ;maxdP;maxdQ;da=iJP*deltaP;dV=iJQ*deltaQ;Nodea=Nodea+da;NodeV=Nod

18、eV+dV;noiteration=noiteration+1;if noiteration>20breakendendfor i=1:busnumberBus(i).V=NodeV(i);NodeV(i)=NodeV(i)*Bus(i).Base_KV;Bus(i).angle=Nodea(i);Nodea(i)=Nodea(i)*180/pi;endnoiterationNodea=Nodea'NodeV=NodeV'Clear子函數(shù)%生成 G、B 矩陣functionG,B,X=FormYmatrix(Bus,busnumber,Acline,aclinenumbe

19、r,Trans,tansnumber)Y=zeros(busnumber);X=zeros(busnumber);for i=1:busnumberY(i,i)=Y(i,i)+Bus(i).pb*j;endfor i=1:aclinenumberf=Acline(i).fbno;t=Acline(i).tbno;Y(f,f)=Y(f,f)+Acline(i).hB*j+1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j);Y(t,t)=Y(t,t)+Acline(i).hB*j+1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j);Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Acline(i

20、).R+Acline(i).X*j);Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j);X(f,f)=X(f,f)-1/Acline(i).X;X(t,t)=X(t,t)-1/Acline(i).X;X(f,t)=1/Acline(i).X;X(t,f)=1/Acline(i).X;endfor i=1:tansnumberf=Trans(i).fbno;t=Trans(i).tbno;Y(f,f)=Y(f,f)+1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j);Y(t,t)=Y(t,t)+1/(Tra ns(i).R+Tra ns(i).X*j)/

21、Tra ns(i)."2;Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j)/Trans(i).k;Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j)/Trans(i).k;X(f,f)=X(f,f)-1/Trans(i).X;X(t,t)=X(t,t)-1/Trans(i).X;X(f,t)=1/Trans(i).X;X(t,f)=1/Trans(i).X;endG=real(Y);B=imag(Y);end%生成JP、JQ矩陣function JP,JQ=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,busnumbe

22、r)JP=B;JQ=B2;for i=1:busnumberif Bus(i).type=1for k=1:busnumberJQ(i,k)=0.;JQ(k,i)=0.;JP(i,k)=0.;JP(k,i)=0.;endJQ(i,i)=1.;JP(i,i)=1.;endif Bus(i).type=3for k=1:busnumberJQ(i,k)=0.;JQ(k,i)=0.;endJQ(i,i)=1.;endendendfunctiondeltaP,deltaQ,maxdP,maxdQ=FormdPQvector(Bus,NodeV,Nodea,dQGQL,dPGPL,B,G,busn um

23、ber)deltaQ=dQGQL;deltaP=dPGPL;maxdP=0.;maxdQ=0.;for i=1:busnumberif Bus(i).type=1deltaQ(i)=0.;deltaP(i)=0.;endif Bus(i).type=3deltaQ(i)=0.;%y1=0;%y2=0;y3=0;for k=1:busnumberif (B(i,k)=0|G(i,k)=0) %y1=y1+(G(i,k)*VX(k)-B(i,k)*VY(k);%y2=y2+(G(i,k)*VY(k)+B(i,k)*VX(k); y3=y3+NodeV(k)*(G(i,k)*cos(Nodea(i)

24、-Nodea(k)+B(i,k)*sin(Nodea(i)-Nodea(k);endenddeltaP(i)=deltaP(i)-y3*NodeV(i); %deltaP2(i)=(deltaP2(i)-(y1*VX(i)+y2*VY(i)/Bus(i).V; endif Bus(i).type=2%y1=0;%y2=0;y3=0;y4=0;for k=1:busnumberif (B(i,k)=0|G(i,k)=0) %y1=y1+(G(i,k)*VX(k)-B(i,k)*VY(k); %y2=y2+(G(i,k)*VY(k)+B(i,k)*VX(k);y3=y3+NodeV(k)*(G(i

25、,k)*cos(Nodea(i)-Nodea(k)+B(i,k)*si n(Nodea(i)-Nodea(k);y4=y4+NodeV(k)*(G(i,k)*si n(Nodea(i)-Nodea(k)-B(i,k)*cos(Nodea(i)-Nodea(k); endenddeltaP(i)=deltaP(i)-y3*NodeV(i); %deltaP2(i)=(deltaP2(i)-(y1*VX(i)+y2*VY(i)/Bus(i).V; deltaQ(i)=deltaQ(i)-y4*NodeV(i);%deltaQ2(i)=(deltaQ2(i)-(y1*VY(i)-y2*VX(i)/B

26、us(i).V;endif maxdP<abs(deltaP(i);maxdP=abs(deltaP(i);endif maxdQ<abs(deltaQ(i); maxdQ=abs(deltaQ(i);enddeltaP(i)=deltaP(i)/NodeV(i);deltaQ(i)=deltaQ(i)/NodeV(i);endend3.3輸出并計算結果由以上程序可以得出：(1) 進行系統(tǒng)正常運行狀態(tài)的潮流計算，求得(0):己知公式Vi(0) = 1- (Zf /(Z ff +Zf)因為金屬性短路時Zf = 0公式為Vi(0) = 1- (Zif/Zff)再根據(jù)公式可得，V1&am

27、p;(0) =0.2774 ; V2&(0) = 0.6770 ; V3&(0) = 0.6770 ; V4&J0;V5&(0) = 0.1870 ; V6&=0.1934 ;M&=0.54197 ; VT)= 0.5456 ;V9&(0) = 0.5511(2) 不含發(fā)電機和負荷的節(jié)點導納矩陣 Yn0017.3611i000000-hi000)ltiG000000G1LO4B117.3511i00-39.HE4111.747 i10.869fi00000011.7647 i-17.9753106.211210000010.B69610-

28、1L7S19100S, 832410l£i006.2112 i0-Sf.lGOli13.33391j000000-23.5095i乩 920l00r.0fi4SiQ05,S324i03.320i-32.3F?8i(3) 形成包括所有發(fā)電機支路和負荷支路的節(jié)點導納矩陣丫，即在Yn中的發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點的自導納上分別增加發(fā)電機導納yi和負荷導納yLD,i :-24.027810017.3E111Q：ja0QR. « 尸嚴尸I =吠 1QQQJ15.1jQ00-23.731S10000017.G64B i17 .Still0038.39a4i13.86361000000-r.9

29、?59i0G.21121000c010.a£9ciC'-L6.7SI3130S.e3：4i015. ic-Q5.2112 iQ13的的i00000G013.B8B9 i-23.fl09&i9.92061QQ17.0(431005,8324 i09,9206132.66731(4) Z Y 1，計算節(jié)點阻抗矩陣，從而得到阻抗矩陣中的第 f列;0.098810.025610.025610,079210.0644i0.063910.036310.036100356i0.025610.0963i0.02!：i0,0354 i0.048710.0367 10.0733i0.059410.03911O.D256i0.02BH0.0963 i0.03541D.036910.049410.039310 054610.075310.07S210.035410.035410.10961o.ossiiO.O3E410.0502 10.Q49310.049210.0644 10.043710.0369