電力系統(tǒng)分析

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學電力系統(tǒng)計算課程設計（論文）題目： 電力系統(tǒng)兩相短路計算與仿真（4）院（系）： 電 氣 工 程 學 院 專業(yè)班級： 電氣094班 學 號： 學生姓名： 王爽 指導教師： 教師職稱： 起止時間：12-07-02至12-07-13課程設計（論文）任務及評語G1 T1 1 L2 2 T2 G2 1:k k:1 L1 L3 3 S3 院（系）：電氣工程學院 教研室：電氣工程及其自動化課程設計（論文）任務GG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=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:線路長100km，電阻0.18/km，電抗0.38/km，對地容納2.78×10-6S/km；L2:線路長70km，電阻0.21/km，電抗0.40/km，對地容納3.08×10-6S/km； L3: 線路長80km，電阻0.2/km，電抗0.38/km，對地容納2.88×10-6S/km；負荷：S3=42MVA，功率因數(shù)均為0.9。任務要求（節(jié)

3、點3發(fā)生AC相金屬性短路時）：1 計算各元件的參數(shù)；2 畫出完整的系統(tǒng)等值電路圖；3 忽略對地支路，計算短路點的A、B和C三相電壓和電流；4 忽略對地支路，計算其它各個節(jié)點的A、B和C三相電壓和支路電流；5 在系統(tǒng)正常運行方式下，對各種不同時刻AC兩相短路進行Matlab仿真；6 將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進行分析比較，得出結(jié)論。指導教師評語及成績平時考核： 設計質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要目前，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和電能需求的日益增長，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，電力系統(tǒng)在人民的生活和工作中擔

4、任重要的角色，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響人們的日常生活，因此，關(guān)于電力系統(tǒng)的短路計算與仿真也越來越重要。本論文首先介紹有關(guān)電力系統(tǒng)短路故障的基本概念及短路電流的基本算法，主要講解了對稱分量法在不對稱短路計算中的應用。其次，通過具體的簡單環(huán)網(wǎng)短路實例，對兩相接地短路進行分析和計算。最后，通過MATLAB軟件對兩相接地短路故障進行仿真，觀察仿真后的波形變化，將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進行分析比較，得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；兩相接地短路；MATLAB仿真目 錄第1章 緒論11.1 電力系統(tǒng)短路計算概述11.2 本文設計內(nèi)容1第2章 電力系統(tǒng)不對稱短路計算原理12.1 對稱分量法基

5、本原理1 電力系統(tǒng)不對稱短路分析方法1 對稱分量法基本概念12.2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡32.3 兩相不對稱短路的計算步驟5第3章 電力系統(tǒng)兩相短路計算63.1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計算6 系統(tǒng)等值電路6 計算各元件的參數(shù)6 計算各元件標幺值73.2 系統(tǒng)等值電路及其化簡83.3 兩相短路計算123.4 計算其它各個節(jié)點的三相電壓和支路電流14第4章 短路計算的仿真164.1 仿真模型的建立164.2 仿真結(jié)果及分析17第5章 總結(jié)19參考文獻20第1章 緒論1.1 電力系統(tǒng)短路計算概述電力系統(tǒng)在正常運行情況以外 ，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生 非正常連接叫做短路。三相系統(tǒng)中發(fā)生的

6、短路有 4 種基本類型:三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路。三相短路是稱對稱短路，其余三類均屬不對稱短路。在中性點接 地的電力網(wǎng)絡中，以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的 90。在中性點 非直接接地的電力網(wǎng)絡中，短路故障主要是各種相間短路。產(chǎn)生單路的原因有很多，如元件損壞，氣象條件惡化，違規(guī)操作等等。目前，三相短 路電流超標問題已成為困擾國內(nèi)許多電網(wǎng)運行的關(guān)鍵問題。然而，在進行三相短路電流計算時，各設計、運行和研究部門采用的計算方法各不相同，這就有可能造成短路電流計算結(jié)論 的差異和短路電流超標判斷的差異，以及短路電流限制措施的不同。短路電流計算與分析的主要目的在于應用這些計算結(jié)

7、果進行繼電保護設計和整定值計算，開關(guān)電器、串聯(lián)電抗器、母線、絕緣子等電氣設備的設計，制定限制短路電流的措施和穩(wěn)定性分析等。1.2 本文設計內(nèi)容本次課程設計研究的是兩相短路，根據(jù)給定的系統(tǒng)圖及各個元件參數(shù)，計算短路點的電壓和電流。然后依次計算其他各節(jié)點的電壓和電流。畫出系統(tǒng)的等效電路圖，根據(jù)此等效電路圖分別計算各個支路的短路電壓和電流。忽略對地支路，重新計算各短路點的短路電壓和電流，其他各個節(jié)點及支路的電壓和電流。在系統(tǒng)正常運行方式下，對各種不同時刻三相短路進行Matlab仿真，最后將短路運行計算結(jié)果與各時刻短路的仿真結(jié)果進行分析比較。第2章 電力系統(tǒng)不對稱短路計算原理2.1 對稱分量法基本原理

8、2.1.1 電力系統(tǒng)不對稱短路分析方法在電力系統(tǒng)的故障中，僅在一處發(fā)生不對稱短路或斷線的故障稱為簡單不對稱故障。它通常分為兩類,一類叫橫向不對稱故障，包括兩相短路，單相接地短路以及兩相接地短路三種類型。分析計算不對稱故障的方法很多，目前實際中用的最多的和最基本的方法仍是對稱分量法。應用對稱分量法分析計算簡單不對稱故障時，對于各序分量的求解一般有兩種方法：一種是直接聯(lián)立求解三序的電動勢方程和三個邊界條件方程；另一種是借助于復合序網(wǎng)進行求解，即根據(jù)不同故障類型所確定的邊界條件，將三個序網(wǎng)絡進行適當?shù)逆溄樱M成一個復合序網(wǎng)，通過對復合序網(wǎng)的計算，求出電流、電壓的各序?qū)ΨQ分量。由于這種方法比較簡單，又

9、容易記憶，因此應用較廣。2.1.2 對稱分量法基本概念正常運行的電力系統(tǒng)，三相電壓、三相電流均應基本為正相序，根據(jù)負荷情況（感性或容性），電壓超前或滯后電流1個角度（），如圖2.1。圖2.1 正常運行的電力系統(tǒng)電壓電流矢量圖對稱分量法是分析電力系統(tǒng)三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不平衡的電流、電壓分解成三組對稱的正序相量、負序相量和零序相量，這樣就可把電力系統(tǒng)不平衡的問題轉(zhuǎn)化成平衡問題進行處理。在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相相量（電壓或電流），可以分解為3組三相對稱的分量。在三相電路中，對于任意一組不對稱的三相量（電流或電壓），可以分解為三相三組對稱的相量，當選擇a相作為基準時

10、，三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系(如電流)為：（2-1）上式中運算子且有；分別為a相電流的正序、負序和零序分量并且有： （2-2） 當已知三相補對稱的相量時，可由上式求得各序?qū)ΨQ分量，已知各序?qū)ΨQ分量時，也可以求出三相不對稱的相量，即 (2-3)展開（2-3）并計及（2-2）有 電壓的三相相量與其對稱分量之間的關(guān)系也與電流一樣。2.2 三相序阻抗及等值網(wǎng)絡（1）正序網(wǎng)絡正序網(wǎng)絡就是通常計算對稱短路時所用的等值網(wǎng)絡。除了中性點接地阻抗、空載線路（不計導納）以及空載變壓器（不計勵磁電流）外，電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中，并且用相應的正序參數(shù)和等值電路表示。（2）負序網(wǎng)絡負序電流能流通的元件與

11、正序電流的相同，但所有電源的負序電勢為零。因此，把正序網(wǎng)絡中各元件的參數(shù)都用負序參數(shù)代替，并令電源電勢等于零，而在短路點引入代替故障條件的不對稱電勢源中的負序分量，便得到負序網(wǎng)絡。（3）零序網(wǎng)絡在短路點施加代表故障邊界條件的零序電勢時，由于三相零序電流大小及相位相同，他們必須經(jīng)過大地（或架空地線、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接地情況及變壓器的接法有密切的關(guān)系。元件的序阻抗是指元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值，即：=/=/=/、和分別稱為該元件的正序阻抗，負序阻抗和零序阻抗。電力系統(tǒng)每個元件的正、負、零序阻抗可能相同，也可能不同，視

12、元件的結(jié)構(gòu)而定。正序（a）、負序（b）和零序（c）等值網(wǎng)絡如圖2.2。（a） （b）（c）圖2.2 正序（a）、負序（b）和零序（c）等值網(wǎng)絡2.3 兩相不對稱短路的計算步驟對稱分量法用于計算不對稱故障的基本方法：1) 列出各個序網(wǎng)； 2) 求出各個序網(wǎng)對故障點的等值阻抗； 3) 列出邊界條件或采用復合序網(wǎng)求得“基準相”的3 個序電壓和序電流； 4) 求得各相電壓和電流。第3章 電力系統(tǒng)兩相短路計算3.1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計算3.1.1 系統(tǒng)等值電路系統(tǒng)等值電路如圖3.1所示。 圖3.1系統(tǒng)等效電路圖3.1.2 計算各元件的參數(shù)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計算變壓器T1參數(shù)：=2.51 =46.48=2.7=1.94計算變壓器T2參數(shù)：=2.58 =46.5=3.1=1.893.1.3 計算各元件標幺值選擇基準值， 。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 系統(tǒng)等值電路及其

14、化簡圖3.2 系統(tǒng)等值電路元件參數(shù)計算可得網(wǎng)絡中各參數(shù)標幺值： 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忽略對地支路，當節(jié)點3發(fā)生AC兩相金屬短路時，系統(tǒng)正序網(wǎng)絡化簡過程圖如圖3.33.3.（1）合并阻抗3.3.（2）星角變換3.3（3）合并阻抗3.3.（4）最簡圖3.3.（5）正序網(wǎng)絡由圖系統(tǒng)等值電路可求：Z8=Z1+Z2=0.02+j1.45Z9=Z6+Z7=0.02+j1.45Z11=0.04+j0.06星角變換得：Z12=0.036+j0.06Z13=0

15、.045+j0.066Z14=0.06+j1.510Z15=0.056+j1.516電源合并得：E=1Zeq=Z14/Z15+Z13=0.041+j0.064負序網(wǎng)路：圖3.4負序網(wǎng)絡等值電路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負序電流能通過的元件與正序的相同，但所有電源的負序電勢為零。所以負序阻抗等值電路化簡與正序相同，得最終最簡圖如圖3.4圖3.4 負序網(wǎng)絡因為零序電流為零，所以，沒有零序網(wǎng)絡。3.3 兩相短路計算兩相短路的復合序網(wǎng)如圖所示：圖3.5 兩相短路的復合序網(wǎng)

16、AC兩相發(fā)生金屬短路，故障點的三個邊界條件為： B相正序、負序、零序電流為：=3.54+j5.54=B相正序、負序、零序電壓為：=(0.041+j0.064)(3.54+j5.54)=-0.21+j0.454A相電流為：=6+j9.4C相電流為：=-=-6-j9.4B相電壓為：=-0.42+j0.91=-0.21+j0.454所以各標幺值為：A相電壓電流為：=0.21+j0.454 6+j9.4B相電壓電流為：=-0.42+j0.91 =0C相電壓電流為：= 0.21+j0.454 =-6-j9.4因為開始取選擇基準值， 。求有名值應根據(jù)以下公式：I= 公式3.0 公式3.1所以各有名值為：A相電壓電流為： =（24.15+j52.21）kV （6+j9.4）=（3.01+j4.72）kAB相電壓電流為： =-48.3+j104.65 ）kV =0C相電壓電流為： =24.15+j52.21）kV =（-6-j9.4）=（-3.01-j4.72） kA3.4 計算其它各個節(jié)點的三相電壓和支路電流結(jié)點1和結(jié)點2的電壓標幺值為=1.05 1.05 =0=有名值為：=（）=（）kA=（）=（）kAkA由圖3.3(3)，根據(jù)戴維南定理=1.05=0.97+j0.064=1.05=1.05=0.96+j0.026=(0.97+j0.064)