电力系统分析课程设计电力系统三相短路计算.doc

电力系统分析课程设计题 目: 电力系统三相短路计算 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 成绩：指导老师签名： 日期： 摘要随着现代科技的快速发展，人们对电力需求越来越高，随着电网的并网与改造，电力可以在电力线路上跨区域输送，在输送过程中对电力系统暂态稳定性影响常见的有负荷的突然变化、切除或投入系统的主要元件、电力系统的短路故障。其中短路故障对系统的扰动最为严重，在短路中，其中以三相短路最为危险，引起电力系统的扰动最大，电力系统如果能经受住三相短路的扰动，则暂态稳定性应该不容易被打破。本文针对三相短路来计算短路电流，短路功率。应用已知数据，来手算短路电流和功率，绘制等值电路。复习系统三相短路的基本原理，建立数学模型。确定合适的数值计算方法（矩阵直接求逆，节点优化编号，LR 分解）。上机编程调试，分析。仿真算例系统的短路电流支路电流和节点电压，并与手工计算比较。目录第一章 电力系统三相短路手算算法41.1 已知数据41.2短路电流计算的步骤：51.3 元件参数计算及等值电路61.4 等值网络化简71.5三相对称短路电流和容量的计算10第2章 三相短路计算机算法112.1基本原理112.2程序编写及执行122.2.1、计算机程序编写122.2.2、导纳的计算：172.2.3、计算机所求结果及分析18课程设计总结19参考文献19 第一章 电力系统三相短路手算算法图1-1为给出的原始电路图1.1 已知数据电力系统图如上图所示，系统中点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。2电力系统参数（1）发电机参数发电机：额定的有功功率，额定电压；次暂态电抗标幺值，功率因数。发电机：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率；额定电压；次暂态电抗标幺值；功率因数。（2）变压器：型号，变压器额定容量，一次电压，短路损耗，空载损耗，阻抗电压百分值，空载电流百分值。变压器：型号，变压器额定容量，一次电压，短路损耗，空载损耗，阻抗电压百分值，空载电流百分值。变压器：型号，变压器额定容量，一次电压，短路损耗，空载损耗，阻抗电压百分值，空载电流百分值。（3）线路1：钢芯铝绞线，截面，长度为，每条线路单位长度的正序电抗；每条线路单位长度的对地电容。对下标的说明，。线路2：钢芯铝绞线，截面，长度为，每条线路单位长度的正序电抗，每条线路单位长度的对地电容。线路3：钢芯铝绞线，截面，长度为，每条线路单位长度的正序电抗；每条线路单位长度的对地电容。（4）负载：容量，负载的电抗标幺值为；电动机为，起动系数，额定功率因数为。3基准数据选取设基准容量；基准电压1.2短路电流计算的步骤：1. 做出电力系统计算系统图在计算用图中应包括与短路电流计算有关的全部电力元件（如系统、发电机、变压器、输电线路等），以及它们之间的连接关系。在元件旁边应注明它们的技术数据，如额定电压、额定容量、线路的长度及线路型号等。另外，在计算图上应标明短路点。为了便于计算，每个元件按顺序编号。2. 计算各元件参数根据给定的电力系统，首先确定是用标幺值的计算方法计算短路电流，还是用实际值计算的方法。一般在有两个及两个以上的电压等级情况下用标幺值的方法较实际值的方法计算简便。用实际值计算时，首先选定一个基准值（即电压等级），此基准值应选被计算短路电流短路点的电压等级，然后将其他电压等级所有的阻抗用变压器变比原理换算到基本级上来。用标幺值计算时，首先选定一个基准容量，此基准容量的选择应上“便于计算”，使x值小数点前后的0最少。一般选取整数，如：系统大，取Sb=1000MVA;系统小，取Sb=100MVA.基准电压一般选取平均电压：Ub=Uav比额定电压高5%。3. 绘制等值网络图绘制电力系统等值网络图的目的是便于短路电流计算。图中应标明各元件的序号及阻抗。4. 网络化简网络化简是将等值网络化简到最简单的形式，若有两个及两个以上的电源，则归并成一个电源。有并联的回路化简成串联。采取多电源归并成一个电源的方法，是因为我们采取了一系列的假设条件，所以在计算中可以用电源的阻抗相并联的方法。5. 进行短路电流计算通过以上工作，把一个复杂的系统化简成只有一个等效元件的系统，等效元件的一端是综合电动势，另一端是综合阻抗和短路点，这样就可以用最简单的欧姆定律来计算短路电路，即I=E/X；式中E-系统电源对短路点的综合次暂态电动势，在化简计算中取X-系统对短路点的综合阻抗。 必须注意：根据以上步骤，用实际值求得的短路电流，都是归算到基本级的数值，要想得到非基本级的短路电流，必须根据变压器的变比换算到要计算短路电流的那个电压等级。用标幺值方法计算求得的短路电流，要想得到实际值，还必须乘以相应电压等级的基准电流值。1.3 元件参数计算及等值电路1各元件电抗标幺值计算解：选取基准容量；基准电压；负荷用额定标幺值为，电势为0.8的电源表示；设短路前系统满载运行。汽轮发电机G1：汽轮发电机G2：负载电动机M： 变压器T1：变压器T2：变压器T3：线路L1： 线路L2： 线路L3： 负荷： 1.4 等值网络化简把以上参数带入可得等值电路图如图1-2所示。图1-2 等值电路图E4=0.921E1=1.139E5=1.0786.6158化简如图1-3所示。图1-3简化等值电路图 进一步简化如图1-4、图1-5所示。E3=0.8E6=1.0920.271161.3481488141.3485.79313150.284E4=0.921E4=0.921E7=1.0786.6156.615图1-4图1-5化简如图1-6、1-7所示。18171.6198E7=1.078E4=0.921E8=1.0471.306.615图1-7图1-61.5三相对称短路电流和容量的计算1.短路点的次暂态短路电流的计算：2.冲击电流的计算：取冲击系数Kimp=1.8，计算结果如下。3.短路容量的计算：短路电流标幺值等于短路功率标幺值所以第2章 三相短路计算机算法2.1基本原理1、数学模型的建立电力网络的数学模型是指将网络的有关参数和变量及其相互关系归纳起来所组成的可反映网络性能的数学方程式。（节点电压方程回路电流方程）2、本次设计，拟采用运用节点导纳矩阵的节点电压方程。IB=YBUB3、三相对称短路计算原理及不对称短路计算原理4、计算方法的确定本次设计采用“线性方程组求解的直接法与LR 分解法”。要想用计算机算法求出短路参数，第一步工作就是求出节点导纳矩阵，所以图2-1就列出了具体方法。图2-1 导纳计算流程图短路电流、节点电压和各支路电流的流程图如图2-2所示。图2-2 节点电压和支路电流求法流程图2.2程序编写及执行2.2.1、计算机程序编写/* * 因子表、节点阻抗矩阵、短路电流节点电压及各支路电流 * * 计算程序中所用的变量说明如下: * * m：网络节点总数 * * y3mm: 各序导纳信息 * * I： 电流变量 V ：电压变量 * * f: 短路点 * * P: 短路类型 i,j,k,b: 循环控制变量 * * Va 、Ia:a相电压相电流变量 * * Bc1 Bc2 Bc3：导纳虚部变量 * * t1 t2 t3 t4：三角分解变量 * * Id ：短路点电流 * */#include <math.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#define m 7void dldl(int p,int q,float *p0,float *q0,float *v,float *v0,int m,int n,int *e,int *f)int i=0,j=0,k=0,f=0,b=0;double sqrt(double t);double pow(double n,double x);float t1=0.0,t2=0.0,t3=0.0,t4=0.0,s1=0.0,s2=0.0,p=0.0;static float Bc1mm,Bc2mm,Bc0mm,Vam,Vm3,Iam,Idm3,l1mm,l2mm,l0mm,lamm,F1m3,F0m3,h1m3,h0m3,z1mm,z2mm,z0mm,y3m=/* * 本子程序根据所给的支路导纳及有关信息,形成 * * 因子表及与短路点有关的那一列节点阻抗矩阵 * */ void jdjz(float *p0,float *q0,float *a,float *v0,int n,float *jm)int i,j; float m0;j=4*(n-1)*(n-1); for(i=0;i<m;i+) for(j=0;j<m;j+) y2ij=y1ij; for(b=0;b<3;b+) if(b!=0) for(i=1;i<m;i+) for(k=1;k<i;k+) t1+=pow(Bc1ki, 2)*Bc1kk; Bc1ii=Bc2ii=ybii-t1; for(j=i+1;j<m;j+) for(k=1;k<i;k+) t2+=pow(Bc1kj, 2)*Bc1kk; Bc1ij=Bc2ij=(ybij-t2)/Bc1ii; if(b=0) for(i=2;i<m-1;i+) for(k=1;k<i;k+) t3+=pow(Bc0kj, 2)*Bc0kk; Bc0ii=y0ii-t3; for(j=i+1;j<m-1;j+) for(k=1;k<i;k+) t4+=pow(Bc0kj, 2)*Bc0kk; Bc0ij=(y0ij-t4)/Bc0ii; for(i=1;i<m;i+) for(j=i;j<m;j+) printf("nBc1ij=%f",Bc1ij); printf("nBc0ij=%f",Bc0ij); printf("nplease input duan lu dian f= "); scanf("%d", &f); f=3; for(b=0;b<3;b+) if(b!=0) for(i=1;i<m;i+) if(i<f) F1ib=0; if(i=f) F1ib=1; if(i>f) for(k=f;k<i;k+) F1ib+=-Bc1ki*F1kb; for(i=1;i<m;i+) if(i<f) h1ib=0; h1ib=F1ib/Bc1ii; for(i=m-1;i>0;i-) for(k=i+1;k<m;k+) s1+=Bc1ik*z1kf; z1if=z2if=h1ib-s1; if(b=0) for(i=2;i<m-1;i+) if(i<f) F0ib=0; if(i=f) F0ib=1; if(i>f) for(k=f;k<i;k+) F0ib+=-Bc0ki*F0kb; for(i=2;i<m-1;i+) if(i<f) h0ib=0; h0ib=F0ib/Bc0ii; for(i=m-2;i>1;i-) for(k=i+1;k<m-1;k+) s2+=Bc0ik*z0kf; z0if=h0ib-s2; /* * 本子程序根据所给的短路阻抗及有关信息,结合故障类型计算 * * 故障处的各序短路电流、电压，各相短路电流、电压 * */ void gzdcl(int n,int l,int m,float g,float b,float e,float f, int e1,int s1,float g1,float b1,float c1,float c, float co,float p1,float q1,float p2,float q2,float p3, float q3,float p,float q,float v,float angle,int k1) extern FILE *file4;/*file6;*/FILE *fp;float t1,t2,st,en,cm,x,y,z,x1,x2,y1,y2;int i,i1,j,m1,ns,pos1,pos2,km;ns=n-1; printf("nplease input duan lu lei xing p= "); scanf("%f",&p); if(p=3) Iaf=Idf1=1/z1ff; Idf2=Idf0=0; if(p=1.1) Idf1=1/(z1ff+z0ff*z2ff/(z0ff+z2ff); Iaf=Idf1*sqrt(3)*sqrt(1-z2ff*z0ff/pow(z0ff+z2ff, 2); Idf0=-z2ff/(z2ff+z0ff)*Idf1; Idf2=-z0ff/(z2ff+z0ff)*Idf1; if(p=1) Idf1=Idf2=Idf0=1/(z0ff+z1ff+z2ff); Iaf=3*Idf1; if(p=2) Idf1=1/(z1ff+z2ff); Idf2=-Idf1; Idf0=0; Iaf=0; for(i=1;i<m;i+) Vi1=1-z1if*Idf1; Vi2=-z2if*Idf2; Vi0=-z0if*Idf0; for(i=1;i<m;i+) for(j=i+1;j<m;j+) l1ij=(Vi1-Vj1)*(-y1ij); l2ij=(Vi2-Vj2)*(-y2ij); l0ij=(Vi0-Vj0)*(-y0ij); printf("nIaf=%f",Iaf); for(i=1;i<m;i+) for(b=0;b<3;b+) Vai+=Vib; printf("nVai=%f",Vai); for(i=1;i<m;i+) for(j=i+1;j<m;j+) laij=l1ij+l2ij+l0ij; printf("nlaij=%f",laij); main() int n,m,l,k,z;float gNL,bNL;float g1L=0,0,0,0,0,0,0,0,b1L=-1.633,-1.126,-3.300,-3.300,-3.3560,-0.952,0.1566,0.3879, c1L=0,0.039,0,0,0.02,0,0.039,0,cNL=0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,coN=0,0,0,0;float d,*D;int n0,n1,row,line;int s1L=1,1,2,2,3,3,4,4, e1L=1,2,2,3,2,3,2,4; printf("shu ru jie dian shu "); scanf("%d",&z); printf("shu ru zhi lu shu "); scanf("%d",&z); D=&d;n0=2*N-2;n1=n0+1;n=4;l=8;k=1; ybus0(n,l,g,b,g1,b1,c1,c,co,k,s1,e1); scanf("%d",&z); dldl(p,q,p0,q0,v,v0,m,n,e,f,k,g); jdjz(n,l,m,g,b,e,f,e1,s1,g1,b1,c1,c,co,p1,q1,p2,q2,p3,q3,p,q,v,angle,k1); printf("n*"); scanf("%d",&z); void gzdcl( n, l,m, g, b, e, f,e1, s1, g1, b1, c1, c, co,p1,q1,p2,q2, p3,q3, p, q, v, angle, k1) printf("n*"); scanf("%d",&z);2.2.2、导纳的计算：对地电纳Y=2.2.3、计算机所求结果及分析手算算法结果如表2-1所示。表2-1故障接点标号短路点的次暂态的短路电流（）冲击电流（）短路容量（功率）70.80518.8180.5计算机算法结果如表2-2所示。表2-2故障接点标号短路点的次暂态的短路电流（）冲击电流（）短路容量（功率）70.81219.2380.61分析：在三相短路计算手算算法中，我们用等效电抗标幺值来计算短路电流，电压，功率等参数，在实际计算中，所求节点导纳矩阵中包含了部分电纳，还要考虑实际变比，两者相比较产生误差，不过误差较小，两种方法结果基本一致。课程设计总结这次通过对电力系统短路故障电流计算的课程设计，加深了我对电力系统暂态分析的了解和整体认识，特别是对电力系统短路电流的计算，巩固了我对短路的计算能力。本次课程设计使我感受最深的是计算机在电力系统领域里的巨大应用价值。在这次设计中，由于题目是典型的三相短路，且节点数不太多，线路结构不算太复杂，手算起来还是相对简单。不过手工计算起来十分地乏味，且需要有相当的耐心和精力，稍有不慎，即会出错，参数较多，不容易应付。而通过计算机来进行计算，我们只需要把计算的流程搞懂了，设计出相关的程序，这就是计算机算法的有点，只需要求出节点导纳，直接设定程序，往里边嵌套就可以直接计算出结果，且答案与实际值相差无几。学好电力系统这门课程，对以后的毕业设计和实际工作具有十分重要的意义。现阶段学好专业课不仅能增长自己的知识，提升专业水平，也为以后的考研专业课知识做了铺垫，谢谢学习路上老师的细心指导，帮我解决很多困惑。我会继续努力，做到精益求精！参考文献1电力系统分析第三版，主编 于永源 杨绮雯 中国电力出版社.