短路电流计算课程设计

1、课程设计(论文) 题 目 名 称 短路电流计算课程设计 课 程 名 称 电力系统暂态分析 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系 08级电力一班 指 导 教 师 袁旭龙 黄肇 2011年 7月8 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业08电气工程及其自动化学生姓名曹虎学 号题目名称短路电流计算课程设计设计时间2011.6.27-2011.7.8课程名称 电力系统暂态分析课程编号设计地点综合仿真实验室一、 课程设计（论文）目的 通过课程设计, 使学生巩固电力系统三相短路计算的基本原理与方法，掌握短路电流的数值求解方法(矩阵直接求逆，节点优化编号，LR 分解)，开发系统短路故障电流的计

2、算程序。让学生掌握用计算机仿真分析电力系统的方法。同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。已知技术参数和条件题目一：某 10 节点电力系统如图 1 所示。基准功率为100MVA，线路和变压器正序和零序电抗如表 1 所示，输电线路的电压为220kV 、110kV 。发电机正序、零序电抗包括中性点接地电抗如表 1所示（基准功率为100MVA）。忽略电阻、并联电抗和负载，并假定负序电抗等于正序电抗。计算下列不对称故障情况下的故障电流、节点电压和线路电压。节点 f 发生金属性两相短路故障。三、 任务和要求1. 按学校规定的格式编写设计论文。2. 论文主要内容有：课题名称。设计任

3、务和要求。手工计算，进行两次迭代计算（用A4纸手写）。编程：一是校验；二是最终网络潮流计算。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料何仰赞 主编.电力系统分析. 高教出版社出版.第一版.2002年刘明波 主编.大电网最优短路计算.科学出版社出版.第一版.2010年 陈珩 主编.电力系统稳态分析.中国电力出版社.第三版.2007年韩祯祥 主编.电力系统分析.浙江大学出版社.第三版.2005年五、进度安排 2011年6月27日：下达课程设计的计划书，任务书，设计题目及分组

4、情况 2011年6月28日-30日：学生完成短路计算的手工计算 2011年7月1日：讲述课程设计编程的思路、要求 2011年7月2日-4日：学生编写程序 2011年7月5日-：上机调试程序 2011年7月6日：上机调试程序，得出正确结果 2011年7月7日：完成课程设计的手工计算和计算机语言编程等设计内容，整理课程设计报告。 2011年7月8日：组织学生答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：1 绪论1.1 短路计算概述 单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路等属于不对称短路。三相短

5、路属于对称短路。就实际发生的概率来看，电力系统的短路90%为不对称短路，这90%里面90%又是单相接地短路。短路有分很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路等。此外，研究短路现象还要和电力系统的接线方式有关，如变压器中性点直接接地，中性点非直接接地等等。针对不同短路，不同的接线方式，短路发生时有不同的现象。如果是中性点非直接接地的电力系统，那么单相短路接地故障时仍然可以运行一段时间，因为此时线电压是不变的，但是故障相的对低电压变为零，非故障相的对低电压变为原来的根号3倍，这时候如果绝缘做的不好，容易使故障扩大。如果是中性点直接接地，那么就不能继续运行了，系统会产生比较大的零

6、序流线电压也发生了变化。1.2 题目要求 某 10 节点电力系统如图 1 所示。基准功率为100MVA ，线路和变压器正序和零序电抗如表 1 所示，输电线路的电压为 220kV 、110kV 。发电机正序、零序电抗包括中性点接地电抗如表 1 所示（基准功率为100MVA ）。忽略电阻、并联电抗和负载，并假定负序电抗等于正序电抗。计算 下列不对称故障情况下的故障电流、节点电压和线路电压。节点 f 发生金属性两相接地故障；（分配任务：第二组）G11234f510 G296xnxn8 7图 1.10 节点简单电力系统单线图 表 1发电机、变压器和线路的数据（p.u.）元件电压等级/kV正序电抗 x1

7、负序电抗 x2零序电抗 x0接地电抗 xn备注G1250.20.20.050.04G213.80.20.20.050.02T125/110/110T213.8/220/2200.050.050.050.00节点 1、20.040.040.080.00节点 1、90.080.080.100.00节点 2、90.020.020.040.00节点 5、100.050.050.060.00节点 5、60.020.020.050.00节点 6、10T34110/2200.210.210.40.00T78110/2200.240.240.480.00L231100.10.10.030.00L891100.

8、10.10.030.00L45L67220 0.30.30.040.002200.30.30.040.001.3 设计内容1. 根据电力系统网络图推导电力网络数学模型，写出各节点阻抗； 2. 画出并正序、负序、零序网络图； 3. 求得电短路点K等值电势和输入电抗； 4. 求解短路点的短路故障流、节点电压、线路电压；5. 上机编程调试；连调；6. 计算并分析给定系统短路电流分析并与手工计算结果作比较分析3 程序及说明 本程序采用MATLAB程序设计语言进行程序的设计。MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关

9、于矩阵和矢量的计算。MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。通过M语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。3.1 源程序流程图clear all;T=input(please input 题号数 ：);VF0=input(please input 故障点电压 ：);Y1=input(please input 正序负序

10、导纳矩阵 ：);Y0=input(please input 零序导纳矩阵 ：);N1=input(please input 网络节点数 ：);N2=input(please input 零序网络节点数 ：);N3=input(please input 短路节点号 ：);disp(fault表示输入短路类型 1表示单相a短路 2表示两相bc短路 3表示两相bc短路接地)fault=input(please input fault的值 ：);%求正序和负序因子表YY1=zeros(N1,N1);for m=1:N1 for n=m:N1 if n=m YY1(m,m)=Y1(m,m); for k

11、=1:m-1 YY1(m,m)=YY1(m,m)-YY1(k,m)*YY1(k,m)*YY1(k,k); end else YY1(m,n)=Y1(m,n); for k=1:m-1 YY1(m,n)=YY1(m,n)-YY1(k,m)*YY1(k,n)*YY1(k,k); end YY1(m,n)=YY1(m,n)/YY1(m,m); end endendfor m=1:N1 YY1(m,m)=1/YY1(m,m);endYY2=YY1;disp(正序因子表);YY1 disp(负序因子表);YY2%求零序因子表if fault=2 YY0=zeros(N2,N2);for m=1:N2 f

12、or n=m:N2 if n=m YY0(m,m)=Y0(m,m); for k=1:m-1 YY0(m,m)=YY0(m,m)-YY0(k,m)*YY0(k,m)*YY0(k,k); end else YY0(m,n)=Y0(m,n); for k=1:m-1 YY0(m,n)=YY0(m,n)-YY0(k,m)*YY0(k,n)*YY0(k,k); end YY0(m,n)=YY0(m,n)/YY0(m,m); end endendfor m=1:N2 YY0(m,m)=1/YY0(m,m);enddisp(零序因子表);YY0end%正负序阻抗矩阵第N3列元素f1=zeros(1,N1)

13、;h1=zeros(1,N1);z1=zeros(N1,N1);for k=1:N1 if k=N3 f1(1,k)=1; h1(1,k)=f1(1,k)*YY1(k,k); end if kN3 for m=N3:k-1 f1(1,k)=f1(1,k)-YY1(m,k)*f1(1,m); end h1(1,k)=f1(1,k)*YY1(k,k); endenddisp(f1的值);f1disp(h1的值);h1for m=N1:-1:1 z1(m,N3)=h1(1,m); for k=m+1:N1 z1(m,N3)=z1(m,N3)-YY1(m,k)*z1(k,N3); endendz2=z

14、1;disp(正序阻抗矩阵第N3列元素);disp(z1=);disp(z1(:,:);disp(负序阻抗矩阵第N3列元素);disp(z2=);disp(z2(:,:);%求零序阻抗矩阵第N3列元素z0=zeros(N1,N1); if fault=2f0=zeros(1,N2);h0=zeros(1,N2);for k=1:N2 if k=N3-T f0(1,k)=1; h0(1,k)=f0(1,k)*YY0(k,k); end if kN3-T for m=N3-T:k-1 f0(1,k)=f0(1,k)-YY0(m,k)*f0(1,m); end h0(1,k)=f0(1,k)*YY0

15、(k,k); endenddisp(f0的值);f0disp(h0的值);h0for m=N2:-1:1 z0(m,N3-T)=h0(1,m); for k=m+1:N2 z0(m,N3-T)=z0(m,N3-T)-YY0(m,k)*z0(k,N3-T); endenddisp(零序阻抗矩阵第N3列元素);disp(z0=);disp(z0);end%求短路电流ZFF1=z1(N3,N3);ZFF2=ZFF1;ZFF0=z0(N3-T,N3-T);IF1=0;IF2=0;IF0=0;if fault=1 IF1=VF0/(ZFF0+ZFF1+ZFF2); IF2=IF1; IF0=IF1;el

16、se fault=2; IF1=VF0/(ZFF1+ZFF2); IF2=-IF1; if fault=3 IF1=VF0/(ZFF1+ZFF2*ZFF0/(ZFF0+ZFF2); IF2=-IF1*ZFF0/(ZFF2+ZFF0); IF0=-IF1*ZFF2/(ZFF2+ZFF0); endenddisp(ZFF1 ZFF2 ZFF0的值分别为：);ZFF1ZFF2ZFF0disp(正序短路电流);IF1 %正序短路电流disp(负序短路电流);IF2 %负序短路电流disp(零序短路电流);IF0 %零序短路电流%求节点电压V1=zeros(N1,1);V2=zeros(N1,1);V0

17、=zeros(N1,1);%由于z0矩阵中的编号和实际中的编号不一样所以要进行转换%用于求节点电压的零序阻抗矩阵第N3列元素for k=1:N1 V1(k,1)=VF0-IF1*z1(k,N3); V2(k,1)=-IF2*z2(k,N3); V0(k,1)=-IF0*z0(k,N2);enddisp(节点正序电压);V1disp(节点负序电压);V2disp(节点零序电压);V0%计算短路点的线路电压a=-1/2+sqrt(3)/2*i;if fault=1 Vfa=0; Vfb=(a*a-a)*ZFF2+(a*a-1)*ZFF0*IF1; Vfc=(a-a*a)*ZFF2+(a-1)*ZF

18、F0*IF1;else if fault=2 Vfa=2*ZFF2*IF1; Vfb=-1/2*Vfa; Vfc=-1/2*Vfa; else if fault=3 Vfa=3*ZFF2*ZFF0/(ZFF2+ZFF0)*IF1; Vfb=0; Vfc=0; end endenddisp(短路点的线路电压);VfaVfbVfc3.2 程序运行运行程序并安全要求输入：please input 题号数 ：1please input 故障点电压 ：1.7940*iplease input 正序负序导纳矩阵 ：-50i,20i,0,0,0,0,0,0,25i,0;20i,-42.5i,10i,0,0,

19、0,0,0,12.5i,0;0,10i,-14.762i,4.762i,0,0,0,0,0,0;0,0,4.762i,-8.095i,3.333i,0,0,0,0,0;0,0,0,3.333i,-73.333i,20i,0,0,0,50i;0,0,0,0,20i,-73.333i,3.333i,0,0,50i;0,0,0,0,0,3.333i,-7.5i,4.167i,0,0;0,0,0,0,0,0,4.167i,-14.167i,10i,0;25i,12.5i,0,0,0,0,0,10i,-47.5i,0;0,0,0,0,50i,50i,0,0,0,-105i;please input 零序

20、导纳矩阵 ：-63.33i,33.333i,0,0,0,0,0,10i;33.333i,-35.833i,2.5i,0,0,0,0,0;0,2.5i,-27.5i,25i,0,0,0,0;0,0,25i,-66.667i,16.667i,0,0,0;0,0,0,16.667i,-61.667i,25i,0,0;0,0,0,0,25i,-27.083i,2.083i,0;0,0,0,0,0,2.083i,-35.417i,33.333i;10i,0,0,0,0,0,33.333i,-55.833i;please input 网络节点数 ：10please input 零序网络节点数 ：8plea

21、se input 短路节点号 ：4fault表示输入短路类型 1表示单相a短路 2表示两相bc短路 3表示两相bc短路接地please input fault的值 ：2正序因子表YY1 = Columns 1 through 7 0 + 0.0200i -0.4000 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0290i -0.2899 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0843i -0.4014 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1617i -0.5390 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0140i -0.2796 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0148i -0.0492 0 0 0

22、 0 0 0 0 + 0.1363i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Columns 8 through 10 0 -0.5000 0 0 -0.6522 0 0 -0.5497 0 0 -0.4234 0 0 -0.0197 -0.6989 0 -0.0058 -0.9445 -0.5680 -0.0026 -0.4291 0 + 0.0847i -0.8484 -0.1515 0 0 + 0.1407i -0.4057 0 0 0 + 0.1463i负序因子表YY2 = Columns 1 through 7 0 + 0.0200i -0

23、.4000 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0290i -0.2899 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0843i -0.4014 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1617i -0.5390 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0140i -0.2796 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0148i -0.0492 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1363i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Columns 8 through 10 0 -0.5000 0 0 -0.6522 0 0 -0.5497 0 0 -0.4234 0

24、 0 -0.0197 -0.6989 0 -0.0058 -0.9445 -0.5680 -0.0026 -0.4291 0 + 0.0847i -0.8484 -0.1515 0 0 + 0.1407i -0.4057 0 0 0 + 0.1463i零序因子表YY0 = Columns 1 through 7 0 + 0.0158i -0.5263 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0547i -0.1367 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0368i -0.9205 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0229i -0.3818 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0181i -0.

25、4521 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0634i -0.1320 0 0 0 0 0 0 0 + 0.0285i 0 0 0 0 0 0 0 Column 8 -0.1579 -0.2878 -0.0265 -0.0152 -0.0046 -0.0072 -0.9490 0 + 0.0475if1的值f1 = 0 0 0 1.0000 0.5390 0.1507 0.0074 0.0042 0.4385 0.7008h1的值h1 = Columns 1 through 7 0 0 0 0 + 0.1617i 0 + 0.0075i 0 + 0.0022i 0 + 0.0010i Col

26、umns 8 through 10 0 + 0.0004i 0 + 0.0617i 0 + 0.1025i正序阻抗矩阵第N3列元素z1= Columns 1 through 7 0 0 0 0 + 0.0975i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1146i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1631i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.2650i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1105i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1048i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1041i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1035i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1033i 0 0 0 0 0 0 0 + 0.1025i 0 0 0 Columns 8 through 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0