电力系统分析课程设计45

1、2011-2012学年度下学期电力系统分析课程设计电力系统短路故障的计算机算法程序设计姓 名学 号班 级指导教师钟建伟2012 年 2 月 20 h信息工程系课程设计任务书学牛姓名学号k030941成绩设计题目电力系统短路故障的计算机算法程序设计设计内容1、电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。设计 要 求1、在对称短路计算、简单不对称短路计算中任选一种计算作为计算作业。2、计算机语言自选。3、设计、编制、调试出相关的通用计算程序。4、输入/输出数据一律以文件格式形成。（1）对称短路计算的输入/输!1!数据（供参考）输入数据可考虑为以下两个部分：数据1 （可用变量表示）：节点数、支路数、故障

2、节点数据2 （可用二维数组表示）：支路参数即支路首端号、支路末端号、支路 电抗值。输出数据（可用二维数组表示）为：节点导纳矩阵或阻抗矩阵、故障节点、 故障点电流、支路电流、各节点电压。（2）简单不对称短路计算的输入/输出数据（供参考）输入数据可考虑为以下两个部分：数据1 （可用变量表示）：节点数、支路数、故障节点数据2 （可用二维数组表示）：支路参数即支路首端号、支路末端号、支路正序电抗值、负序电抗值、零序电抗值输出数据（可用二维数纽表示）为：故障节点、故障点电流、各支路电流、 各节点电床的序分最利相分量。5、要求计算的题目（1）采用所编制的程序进行电力系统分析例6-3题，习题6-10.6-1

3、1对称短路计算；（2）采用所编制的程序进行电力系统分析例8-5题、习题8-1简单不 对称短路计算。时 间 安 排2月20日3月4日参 考 资 料1 电力系统分析（上册）华中科技大学出版社何仰赞2 电力系统故障的计算机辅助分析重庆大学出版社米麟书等3 电力系统故障分析清华大学出版社周荣光4 短路电流实用计算方法电力工业出版社西安交通大学等5 电网计算与程序设计 湖南科学技术出版社 周作仁等6 电力系统计算 水利电力出版社 周孝信等7 电力系统计算 水利电力出版社 西安交通人学等1课程设计的目的与原理ii课程设计的目的12课程设计的原理2任务提出与方案论证2. 1课程设计说明2. 2计算条件3总体

4、设计3. 1主要参数3. 2标幺值3. 3无限大容量系统三相短路电流计算公式3. 4简化算法4详细设计4.1计算机语言4. 2程序主框图及主要数据变量说明4.3电力系统短路电流计算44程序及说明4. 5程序结果及分析5总结参考文献1课程设计的目的与原理1.1课程设计的目的根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，故后完成一个 切实可行的电力系统计算应用程序。通过口己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分 析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。1. 2课程设计的原理1. 计算机计算原理应用计算机进行电力系统计算，首先要掌握电力系统相应计算的数学模型；其次是运 用合

5、理的计算方法；第三则是选择合适的计算机语言编制计算程序。建立电力系统计算的相关数学模型，就是建立川于描述电力系统相应计算的有关参数 间的相互关系的数学方程式。该数学模型的建立往往耍突出问题的主耍方曲，即考虑影响 问题的主要因素，而忽略一些次要因素，使数学模型既能止确地反映实际问题，又使计算 不过于复杂。运用合理的计算方法，就是要求所选用的计算方法能快速准确地得出止确结果，同时 还应要求在解算过程中占用内存少，以利提高计算机的解题规模。选择合适的语言编写程序，就是首先确定用什么计算机语言来编制程序；其次是作出 计算的流程图；第三根据流程图用选择的语言编写计算程序。然后上机调试，直到语法上无错误。

6、所编制的程序难免存在逻辑错误,因此先川一个已知结果的系统作为例题进行计算。用程序计算的结果和已知结果相比鮫，如果结果相差其远就耍逐步分析程序的计算步骤, 杳出问题的出处：如果结果比较接近，则逐步分析误差来源；直到结果止确为止。故后将所编制出的止确计算程序，用于电力系统的实际计算。2. 电力系统短路计算计算机算法一般在电力系统短路计算中，多数情况下只要计算短路电流、电压的周期分量起始值。 因此，电力系统短路电流计算的数学模型，可归结为求解短路故障初始状态下的等值电路 稳态解的问题。对于三相对称短路，可建立一相等值电路的计算模型，对于不对称短路， 则可应用对称分量法建立系统的正、负、零序网络，从而

7、建立故障计算的序网模型。(1) 对称短路计算有关数学模型和原理框图以及已知结果的例题，参见电力系统分析第六章。常川 的计算方法为节点导纳矩阵法或节点阻抗矩阵法，其形成方法分别参见电力系统分析 第四章。(2) 简单不对称短路计算有关数学模型、原理框图以及己知结果的例题参见电力系统分析第八章8-4节。2任务提出与方案论证2.1课程设计说明摘要：本文根据电力系统三相对称短路的特点，建立了合理的三相短路的数学模型， 在此基础上，形成电力系统短路电流实用汁算方法；节点阻抗矩阵的支路追加法.编制 了对任意一个电力系统在任意点发生短路故障时三相短路电流及其分如的通用计算程序 该办法适用沖各种复杂结构的电力系

8、统.从一个侧而展示了计算机应用于电力系统的广阔 前景.根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个 切实可行的电力系统计算应用程序。通过白己设计电力系统计算程序使同学们对电力系统 分析有进一步理解，同吋加强计算机实际应用能力的训练。电力系统的短路故障是严重的，而又是发牛几率最多的故障，一般说來，最严重的短 路是三相短路。当发生短路时，其短路电流可达数万安以至十儿万安，它们所产生的热 效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破环。为此，当发生短路吋，继电保护装置必须 迅速切除故障线路，以避免故障部分继续遭受危害，并使非故障部分从不正常运行情况下 解脱出来，这耍求电气设备

9、必须有足够的机械强度和热稳定度，开关电气设备必须具备 足够的开断能力，即必须经得起'可能最大短路的侵扰而不致损坏。因此，电力系统短 路电流计算是电力系统运行分析，设计计算的虫要环节，许多电业设计单位和个人倾注极 大精力从事这一工作的研究。由于电力系统结构复杂，随着牛产发展，技术进步系统h趋 扩人和复朵化，短路电流计算工作量也随之增人，采丿ij计算机辅助计算势在并行。概念简介短路：电力系统故障的基木形式。短路故障：电力系统止常运行情况以外的相与相z间或相与地（或中性线）z间的连 接。短路类型：4种。最多的短路类型：单相短路对称短路（三相短路）、非对称短路（其余三种短路类型）。断线故障（非

10、全相运行、纵向故障）：一相断线、二相断线。不对称故障：非对称短路、断线故障简单、复杂故障：简单故障指系统中仅有-处短路或断线故障：复杂故障指系统中不 同地点同时发生不对称故障。短路原因、危害原因：客观（绝缘破坏：架空线绝缘子表面放电，人风、冰雹、台风）、主观（课操 作0危害：短路电流大（热效应、电动效应）、故障点附件电圧下降、功率不平衡失去稳 定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器等短路计算重要性关键词：电力系统无穷大容量供电系统，数学模型节点方程，短路电流方程，阻抗 矩阵2. 2计算条件1. 假设系统有无限大的容量.用八处短路后，系统母线

11、电压能维持不变.即计算阻抗 比系统阻抗要人得多.具体规定：对于335kv级电网中短路电流的计算，可以认为110kv及以上的系统的 容量为无限大.只要计算35kv及以下网络元件的阻抗.2. 在计算高压电器屮的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽 略其电阻;对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3吋才需计入电阻,-般也只计电 抗而忽略电阻.3. 短路电流计算公式或计算图表，都以三相短路为计算条件.因为旳相短路或二相 短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器，一定能够分断单 和短路电流或二和短路电流.3总体设计3. 1主要参数sd三相短路容量(mva)简称

12、短路容量校核开关分断容量id三相短路电流周期分量有效值(ka)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定ic三相短路第一周期全电流有效值(ka)简称冲击电流有效值校核动稳定ic三相短路第一周期全电流峰值(ka)简称冲击电流峰值校核动稳定x电抗(q)其中系统短路容量sd和计算点电抗x是关键。3. 2标么值计算吋选定一个基准容量(sjz)和基准电压(ujz).将短路计算中各个参数都转化为和 该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值)，称为标么值(这是短路电流计算最特别的 地方，目的是要简化计算).(1) 基准基准容量sjz =100 mva基准电压 ujz 规定为 8 级.230, 115, 37, 1

13、0.5, 6. 3, 3.15,0.4, 0. 23 kv 有了以上两项，各级电压的基准电流即可计算出，例:ujz (kv)3710. 56. 30.4因为 s=l. 73*u*i 所以 tjz (ka) 1.565. 59. 16144(2) 标么值计算容量标么值s*二s/sjz.例如：当10kv母线上短路容量为200 mva时,其标么值容量s* = 200/100=2.电压标么值u*二u/ujz ;电流标么值i*二i/ijz3. 3计算机语言短路电流标么值：l*d二1/x* (总电抗标么值的倒数).短路电流有效值:id= ijz* i*d二ijz/ x* (ka)冲击电流有效值:ic =

14、id * vl+2 (kc-1)2 (ka)其中kc冲击系数，取1.8所以 ic =1.52id冲击电流峰值:tc =1.41* id*kc=2. 55 id (ka)当1000kva及以下变压器二次侧短路时，冲击系数kc，取1. 3这吋:冲击电流有效值ic =1.09*id(ka)冲击电流峰值：ic =1.84 id (ka)拿握了以上知识，就能进行短路电流计算了公式不多，乂简单但问题在于短路点的 总电抗如何得到?例如：区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的 电抗,等等.一种方法是査有关设计手册，从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标 么值求得总电抗后，再用以上

15、公式计算短路电流；设计手册中还有一些图表，可以直接查 出短路电流.下面介绍一种“ 口诀式”的计算方法，只要记牢7句口诀，就可掌握短路电流计算方 法。3. 4简化算法系统电抗的计算系统电抗，白兆为一。容量增减，电抗反比。100除系统容量例：基准容m loomvao当系统容量为100mva时,系统的电抗为xs*二100/100= 1当系统容量为200mva时，系统的电抗为xs*二100/200 = 0. 5当系统容量为无穷大时，系统的电抗为xs*二100/8=0系统容量单位：mva系统容量应山当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容暈。4详细设计4. 1.计算机语言c+是一门通

16、用语言，应用的血比较广，而matlab是一门用于特殊用途的语言，提供了 专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。matlab的基木数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学，工程屮常川的形式i-分相 似,故用matlab來解算问题耍比用c, fortran等语言完相同的事情简捷得多.衣新的版本 中也加入了对c, fortran, c+ , java的支持.可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用 程序导入到matlab函数库中方便口己以后调用。matlab是一个高度集成的系统，集科学计算、图象处理、声音处理于一体，具有极高的 编程效率。近年来，加tldb已经从最初的“矩阵实验室

17、”，渗透到科学与工程计算的多个 领域，在自动控制、信号处理、神经网络、模糊逻辑、小波分析等多个方向，都有着广泛 的应用。4. 2.程序主框图及主要数据变量说明电册机负椅：电势源交呀电流源支路（同步电动机、感应电动机、以电动-机为主的综合负荷，起始次暂态电流计算）2利用节点阻抗矩阵计算短珞电流一基本原理电压正常分量:l 二工电压故障分量:zq胡-z仏有源网络fi.j有源网络il v 1乙、.匚）"罗-z必1 00） 匕+勺|边界条件:vf = zfif i疋g1 1 电力糸统节点方程的建立一等值电路的制定:发 电机：电务源丈珞f电流源支路（含同步调相机）綸电筑珞：pi型孑值电珞，r,

18、x, b 支圧 4 gr+ybn rrjxr, kr 一般负椅：恒丸酿抗.zldk2利用节点阻抗矩阵计算短路电流一近似计算方也忽略负荷电流的影响, 短路前空载,各节点故障点电流:电压：r；®=iz# +z/（2）肖点八11斥：匕=/0）-乙厶=1一一z#+z/2 利用节点阻抗矩阵计算短路电浇一计算流程图data input | y => ld可fault location : f 1（2）r - i 7,fz#+z/calculate z”./ = 1,2,calculate i| outpiit4. 3例题的求解例6-3的数据，线路的电阻与电容略去不计，电压器的标幺值等于参数

19、:zl2=j0. 105, z45=j0. 184z24=j0. 08, z23=j0. 065, z34=j0. 05yll=-jl6. 1905, y12=j90523& y21=j905238,y22=j37. 4084, y23=j15. 3846,y24二j12. 500, y32二j15. 3846, y33二-j35. 3846, y34二j20. 000, y42二j15. 5000, y43二-j9348,y45=j5. 4348,y54=j5. 4348, y55=-j9. 9802电路图流程图v输入数扌居计算川丿us1抗矩阵if列元素用公式(640)计算短路电流i

20、f if=1/ izff+zf) z用公式(6-11)计算各点电压 vi=1-zif/(zff4-zf)0-16.1905i0 + 9.5238i0000 + 9.523&0 -37.4084i0+15.3846i()+12.5(x)oi000 + 15.3846i0-35.3846i0 +20.000“00o+12.5(xx)i0 +20.000()i0-37.934 &0 + 5.4348i0000 + 5.4348i0 9.9802iz=0 + 0. 118h0 + 0. 0958 i0 + 0. 0902 i0 + 0. 0858i0 + 0. 046710 + 0.

21、095810 + 0. 1629i0 + 0. 1533i0 + 0. 1459i0 + 0. 079410 + 0. 0902i0 + 0. 1533i0 + 0. 1860i0 + 0. 161 li0 4 0. 087710 + 0. 0858 i0 + 0.1459i0 + 0. 161110 + 0. 1729i0 + 0. 0911i0 + 0. 0467i0 十 0. 0794i0 + 0. 087710 + 0. 0941i0 + 0.15151vi * =v2 ' =v3 ' =v4 =v5 ' =1if=vi " /zii=l/ziiv1=

22、v1 ' -zli*lfv2=v2 -z2i*ifv3=v3 ' -z3i*ifv4=v4 ' -z4i*lfv5=v5 ' -z5i*ifi54=(v5-v4)/z45143=(v4-v3)/z43i23=(v2-v3)/z23i12=(vl-v2)/zl2i24=(v2-v4)/z424. 4程序及说明jd=input('please inputjd=f);if jd=ly=-16.1905j,9.5238j,oz o , 0;95238j,37.4084j,15.3846j,12.5000jzo；0z15.3846j,-35.3846j,20.oo

23、oj,0；0,12.5000jz20.000jz-37.9348j,5.4348j;0,0,0,54348j,-99802jinv(y)1=1/0.1181ivl = 0v2 = l一0 0958i*iv3=l-0.0902i*iv4=l-0.0858i*iv5=l-0.0467i*i154=(v5-v4)/0.184i143=(v4-v3)/o.05i123=(v2-v3)/o.065i112=(v1-v2)/0105i124=(v2-v4)/0.08i elseif jd=2y=-16.1905j,9.5238j,9.5238j, 37.4084j,0,15.3846j,0,12.5000

24、j,0, 0 , 0;15.3846jz -35.3846j, 20.000jz12.500020.000j,-37.9348j,0；r.4348j;0,0,0,54348j,-99802j inv(y)1=1/0.1629ivl=l-0.0958i*iv2=0v3=l-0.1533i*iv4=l-0.1459i*iv5=l-0.0794i*ii54=(v5-v4)/0.184i143=(v4-v3)/0.05i123=(v2-v3)/0.065ii12=(vl-v2)/0.105i124=(v2-v4)/0.08i elseif jd=3y=-16.1905j,9.5238j,9.5238j

25、, 37.4084j,0,15.3846jz0,12.5000j,o, 0 , 0;15.3846j, -35.3846j, 20.000jz12.5000j,20.000jz-37.9348j,0；94348j;0,0,0,5.4348j,-9.9802j inv(y)1=1/0.1860ivl=l-0.0902i*iv2=l-0.1533i*iv3 = 0v4 = l0 1611i*iv5 = l一0 0877i*i154=(v5-v4)/0.184i143=(v4-v3)/0.05i123=(v2-v3)/o.065i112=(v1-v2)/0.105i124=(v2-v4)/o.08i

26、 elseif jd=4y=-16.1905j,9.5238jz9.5238jz 37.4084j, 0,15.3846jzoz12.5000jz0, 0 , 0;15.3846j, -35.3846j, 20.000jz12.5000j,20.000j,-37.9348j,0;9.4348j;0,0,0,54348j,-99802j inv(y)1=1/0.1729ivl=l-0.0858i*iv2 = l-0 1459i*iv4=0v5=l-0.0941i*ii54=(v5-v4)/0.184ii43=(v4-v3)/0.05ii23=(v2-v3)/0.065ii12=(vl-v2)/0

27、.105i124= (v2-v4)/0.08i elseif jd=5 y=-16.1905j,9.5238j,9.5238j,37.40840,15.3846j,0,12.5000j,o, 0 , 0;15.3846jz -35.3846j, 20.000jz12.500020.000j,-37.9348j,0；r.4348j;0,0,0,5.4348j,-99802j inv(y)1=1/0.1515ivl=l-0.0467i*iv2=l-0.0794i*iv3=l-0.0877i*iv4=l-0.0941i*iv5=0i54=(v5-v4)/0.184i143=(v4-v3)/0.05i

28、i23=(v2-v3)/0.065i112=(v1-v2)/o.105i124=(v2-v4)/0.08ielsec=errorend4. 5程序结果及分析节点 1: please input jd=lvll =0-16.1905ijyl2 =0 + 9.5238iyl3 二 0yl4 =0vl5 二0jy21 =0 + 9.523&v22 =0 -37.4084ijy23 =0 +15.3846ijv24 =0 +12.5000ijy25 二0y31 =0v32 =0 +15.3846ijv33 二0 -35.3846ijy34 no +2001y35 hoy41 ho12 no +

29、125i%y43 ho +2001<44 ho ,379348iy45 ho + 5.4348iy51 mov52 hoy53 hov54 no + 54348i v55 no, 9.9802ivo hcolumns 1 through 5。二 61905i 0 + 9.5238i 0054348i0 + 95238i o ,37.4084i 0+15.38420 +125000i00 +153846i0 35.3846i0 +200100 +12.50020 +20.1so 379348i0000 + 5.4348i09.9802ians =columns 1 ithrough 40+

30、 0.1181i0 + 0.095&0 + 0.0902i0 4-0.0858i0+ 0.095&0 + 0.1629i0 + 0.1533i0 +0.1459i0+ 0.0902i0 + 0.1533i0 + 0.1860i0 +0.1611i0+ 0.085&0 + 0.1459i0 + 0.1611i0 +0.1729i0+ 0.0467i0 + 0.0794i0 + 0.0877i0 +0.0941 icolumn 50 4- 0.0467i0 + 0.0794i0 + 0.0877i 0 + 0.0941i0 + 0.1515ii =0 - 8.4674i v

31、l =0 v2 =0.1888 v3 二0.2362 v4 =0.2735 v5 =0.6046 i54 二o 1.7993i i43 二0 - 0.7451i123 =0 + 0.7295i il2 二0 + 1.7983i124 二0 + 1.0584i节点 2: please input jd=2 i=0 6.1387i vl =0.4119 v2 =0 v3 =0.0589 v4 =0.1044 v5 =0.5126154= 0 2.2186ii43 =0 - 0.9085i123 =0 + 0.9066i订2 =0 - 3.9229i124 =0 + 1.3045i节点3: please input jd=3i 二0 - 5.3763ivl =0.5151v2 =0.1758v3 =0v4 =