电力系统下课程设计报告

1、老詢理N *穿广州学院Guangzhou College of South China University of Technology电力系统分析课程设计报告题目：3G9bus短路电流计算系别电气工程学院专业班级10 级电气四班学生姓名学号指导教师提交日期2012 年12月10日目录一、设计目的 3二、短路电流计算的基本原理和方法 32.1电力系统节点方程的建立 32.2利用节点阻抗矩阵计算短路电流 4三、3G9bus短路电流在计算机的编程 63.1、三机九节点系统 63.3输出并计算结果 13四总结 15、设计目的1. 掌握电力系统短路计算的基本原理；2. 掌握并能熟练运用一门计算机语言（

2、MATLA语言或FORTRA或C语言或C+h语言）；3.采用计算机语言对短路计算进行计算机编程计算。、短路电流计算的基本原理和方法2.1电力系统节点方程的建立利用节点方程作故障计算，需要形成系统的节点导纳（或阻抗）矩阵。一般短路电流计算以前要作电力系统的潮流计算，假定潮流计算的节点导纳矩阵已经形成，在此基础上通过追加支路的方式形成电力短路电流计算的节点导纳矩阵YN1）对发电机节点在每一发电机节点增加接地有源支路Ei与ZRijX i串联求短路稳态解：Ei =EQj乙=R jXqi求短路起始次暂态电流解：E =E乙=R+ jXi般情况下发电机定子绕组电阻忽略掉，并将巳与乙=R jXi的有源支路转化

3、成电流源1Y =G +Bi =h =巳忆与导纳R +jXi并联的形式2）负荷节点的处理负荷节点在短路计一算中一般作为节点的接地支路，并用恒定阻抗表示，其数值由短路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出，即首先根据给定的电力系统运行方式制订系统 的等值电路，并进行各元件标么值参数的计算，然后利用变压器和线路的参数形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵YN。Z LDk = RLDk +jX LDkVk2S_DkYLDk - GLDk ' jBLDk 二I¥1 fi-1境电机和负荷曙负电跡的接人图c-m对称址跻井折3）如果短路故障发生在输电线路内，在短路点要增加新节点，将一条输电线 分成两

4、段，并形成短路电流计算的节点导纳矩阵Y,最后形成包括所有发电机支路和负荷支路的节点方程如下：YV =1一般，节点导纳矩阵丫阵与YN阶次相同。其差别只在于YN阵不含发电机和负荷的 阻抗；节点注入电流向量I中只有发电机端节点的电流不为零。有非零电流源注人的节点 称为有源节点。系统中的同步调相机可按发电机处理。任进行起始次暂态电流计算时，大 型同步电动机、感应电动机以及以电动机为主要成分的综合负荷，特别是在短路点近处的 这些负荷，必要时也可以用有源支路表示，并仿照发电机进行处理。必须指出，在计算机 已普遍应用的情况下，如果有必要的话，只要能提供短路计算所需的准确的原始数据，对 短路进行更精确的计算并

5、不存在什么障碍。2.2利用节点阻抗矩阵计算短路电流假定系统中的节点f经过渡阻抗zf发生短路。过渡阻抗渡阻抗zf,不参与形成网络 的节点导纳（或阻抗）矩阵。图6-3中方框内的有源网络代表系统正常状态的单相等值网络。现在我们保持故障处的边界条件不变，把网络的原有部分同故障支路分开（见图6-3）容易看出，对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点f增加了一个注人电流一 If（短路电流以流出故障点为正，节点电流则以注入为正）。因此，网络中任一节点iVi =H Zjlj Zifllf （i =1,2,., f,., n）的电压可表示为：jG（ 6-3）由式（6-3）可见，任一节点i的电压郁由两项叠

6、加而成。第一项表示当lf=0 时由网络内所有电源在节点i产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行状态一F的节点电压，（0）这是节点电压的正常分量，记为Vi是电网的潮流解。第二项是当网络中所有电流源都断开，仅仅由短路电流If在节点i产生的电压，这就是节点电压的故障分童。上述两个分量的叠 加，就等于发生短路后节点，的实际电压，即V =VZif Ilf （i=1,2,.,仁.,n）Vf =Vf（0） Zif If （ 6-4）（o）Z式中，i是短路前故障点的正常电压；当i=f时，"是故障节点f的自阻抗，也称V _ z IVV（0） z I输入阻抗。Vf如f（边界条件方程）带入Vf=Vf-Zif

7、 1 f可得：IlfVfZff ZfVVVf(i=1,2,.,f,.,n)Si行潇曲端网皓对于非变压器支路，令图的5玄路电流计誅Zff ZfkVp -Vqpq :Zpqk=1。从计算公式（6-7 ）和（6-8 ）可以看到，式中所用到的 阻抗矩阵元素都带有列标 f。这就是说，如果网络在正常状态下的节点电压为已知，为了 进行短路计算，只须利用节点阻抗矩阵中与故障点 f对应的一列元素。因此，尽管是采用了阻抗型的节点方程，但是并不需要作出全部阻抗矩阵。在短路的实际计一算中，一般只 需形成网络的节点导纳矩阵并根据具体要求，用第四章所讲的方法求出阻抗矩阵的某一列或某几列元素即可。在应用节点阻抗矩阵进行短路

8、计算时，我们都将采用这种算法。1）解潮流计算，呼（i 二1,2，.，f，.，n）2）修正解潮流的YN形成丫3）指定短路点fY2iY2Y22Yn2(-第f 元素,(k =1,2,川,n)出5)计算短路电流：If Nzf6)计算节点电压：Vi 二Vi(0) Zf Ilf (i =1,2,.,f,., n)IkVp-Vq7)计算支路电流：1 pq _zzpq8)输出计算结果三、3G9bus短路电流在计算机的编程3.1、三机九节点系统27Q图1三机九节点系统3表1九节点系统支路参数支路R( p.u.)X( p.u.)B/2( p.u.)1400.05761.02700.06251.03900.0586

9、1.0450.010.0850.088460.0170.0920.079570.0320.1610.153690.0390.170.179780.00850.0720.0745890.01190.10080.1045表2九节点系统发电机参数发电机编号节点类型Pg ( p.u.)Vg (p.u.)X； (p.u.)E“(p.u.)1V1.040.31.1372PV1.631.0250.31.2113PV0.851.0250.31.043表3九节点系统负荷参数节点编号节点类型Pi (p.u.)Qi (p.u.)4PQ005PQ1.250.56PQ0.90.37PQ008PQ10.359PQ00主程

10、序3.2程序设计主函数Sbase_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);B

11、us(i).pb=N8(i);Bus(i).V=1.0;Bus(i).a ngle=0;endfid=fope n('Acli nedata.txt');A=textsca n(fid, '%s %s %f %f %f %f) fclose(fid);acli nenu mber=size(A1,1)for i=1:acli nenu mberAcli ne(i).fb name=A1(i);Acli ne(i).tb name=A2(i);Acli ne(i).Base_KV=A3(i);Acli ne(i).R=A4(i);Acli ne(i).X=A5(i);Ac

12、li ne(i).hB=A6(i);for k=1:bus nu mberif strcmp(Acli ne(i).fb name, Bus(k) .n ame)Acli ne(i).fb no=Bus(k). no;endif strcmp(Acli ne(i).tb name, Bus(k) .n ame)Acli ne(i).tb no=Bus(k). no;endendendfid=fope n('Tra nsdata.txt');T=textsca n(fid, '%s %f %f %s %f %f %f %f) fclose(fid);tansnu mber

13、=size(T1,1)for i=1:ta nsnu mberTran s(i).fb name=T1(i);Tran s(i).fbBase_KV=T2(i);Tran s(i).fbrated_KV=T3(i);Tran s(i).tb name=T4(i);Tran s(i).tbBase_KV=T5(i);Tran s(i).tbrated_KV=T6(i);Tran s(i).R=T7(i);Tran s(i).X=T8(i);for k=1:bus nu mberif strcmp(Tra ns(i).fb name, Bus(k) .n ame)Tran s(i).fb no=B

14、us(k) .no;endif strcmp(Tra ns(i).tb name, Bus(k) .n ame)Tran s(i).tb no=Bus(k) .no;endendTran s(i).k=Tra ns(i).tbrated_KV*Tra ns(i).fbBase_KV/Tra ns(i).fbrated_KV/Tra ns(i) .tbBase_KV;tempx=Tra ns(i).fbrated_KVA2/Tra ns(i).fbBase_KVA2;Tran s(i).X=tempx*Tra ns(i).X;Tran s(i).R=tempx*Tra ns(i).R;end%N

15、=0%Tra ns(1)%Tra ns(2)% for Y=G+jB matrixG,B,B2=FormYmatrix(Bus,bus nu mber,Acli ne,acli nenu mber,Tra ns,ta nsnu mber);%B:=B'B2:=B"dlmwrite('Gmatrix.txt', G, 'delimiter', 't','precisi on', 6);dlmwrite('Bmatrix.txt', B, 'delimiter', 't'

16、;,'precisi on', 6);GBB2pauseJP,JQ=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,bus number);JPiJP=-i nv(JP)JQiJQ=-i nv (JQ)pause%maxiterati on=0for i=1:bus nu mberNodeV(i)=Bus(i).V;Nodea(i)=Bus(i).a ngle;VX(i)=Bus(i).V*cos(Bus(i).a ngle);VY(i)=Bus(i).V*si n(Bus(i).a ngle);dQGQL(i)=Bus(i).QG-Bus(i).QL;dPGPL(i)=Bus(

17、i).PG-Bus(i).PL;endNodeV=NodeV'Nodea=Nodea'%VX=VX'%VY=VY'dQGQL=dQGQL'dPGPL=dPGPL'pause%for noi nter=1:1OmaxdP=1.;maxdQ=1.;epsilo n=0.000001;no iteratio n=0;while (maxdP>epsil on)&( maxdP>epsil on)deltaP,deltaQ,maxdP,maxdQ=FormdPQvector(Bus,NodeV,Nodea,dQGQL,dPGPL,B,

18、G, bus nu mber);deltaP;deltaQ;maxdP;maxdQ;da=iJP*deltaP;dV=iJQ*deltaQ;Nodea=Nodea+da;NodeV=NodeV+dV;no iteratio n=no iteratio n+1;if n oiteratio n>20breakendendfor i=1:bus nu mberBus(i).V=NodeV(i);NodeV(i)=NodeV(i)*Bus(i).Base_KV;Bus(i).a ngle=Nodea(i);Nodea(i)=Nodea(i)*180/pi;endno iterati onNod

19、ea=Nodea'NodeV=NodeV'Clear子函数%生成G B矩阵fun cti onG,B,X=FormYmatrix(Bus,bus nu mber,Acli ne,acli nenu mber,Tra ns,ta nsnu mber)Y=zeros(bus nu mber);X=zeros(bus nu mber);for i=1:bus nu mberY(i,i)=Y(i,i)+Bus(i).pb*j;endfor i=1:acli nenu mberf=Acli ne(i).fb no;t=Acli ne(i).tb no;Y(f,f)=Y(f,f)+Acli

20、 ne(i).hB*j+1/(Acli ne(i).R+Acli ne(i).X*j);Y(t,t)=Y(t,t)+Acli ne(i).hB*j+1/(Acli ne(i).R+Acli ne(i).X*j);Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Acli ne(i). R+Acli ne(i).X*j);Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Acli ne(i) .R+Acli ne(i).X*j);X(f,f)=X(f,f)-1/Acli ne(i).X;X(t,t)=X(t,t)-1/Acli ne(i).X;X(f,t)=1/Acl in e(i).X;X(t,f)=1/Acl in e(i

21、).X;endfor i=1:ta nsnu mberf=Tra ns(i).fb no;t=Tra ns(i).tb no;Y(f,f)=Y(f,f)+1/(Tra ns(i).R+Tra ns(i).X*j);Y(t,t)=Y(t,t)+1/(Tra ns(i).R+Tra ns(i).X*j)/Tra ns(i)."2;Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Tra ns(i).R+Tra ns(i).X*j)/Tra ns(i).k;Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Tra ns(i).R+Tra ns(i).X*j)/Tra ns(i).k;X(f,f)=X(f,f)-1/Tra

22、 ns(i).X;X(t,t)=X(t,t)-1/Tra ns(i).X;X(f,t)=1/Tra ns(i).X;X(t,f)=1/Tra ns(i).X;endG=real(Y);B=imag(Y);end%生成JP、JQ矩阵fun ctio n JP,JQ=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,bus nu mber) JP=B;JQ=B2;for i=1:bus nu mberif Bus(i).type=1for k=1:bus nu mberJQ(i,k)=0.;JQ(k, i)=0.;JP(i,k)=0.;JP( k,i)=0.;endJQ(i,i)=1.;JP(i,i)

23、=1.;endif Bus(i).type=3for k=1:bus nu mberJQ(i,k)=0.;JQ(k, i)=0.;endJQ(i,i)=1.；endendendfun cti ondeltaP,deltaQ,maxdP,maxdQ=FormdPQvector(Bus,NodeV,Nodea,dQGQL,dPGPL,B,G,busn umber)deltaQ=dQGQL;deltaP=dPGPL;maxdP=0.;maxdQ=0.;for i=1:bus nu mberif Bus(i).type=1deltaQ(i)=0.;deltaP(i)=0.;endif Bus(i).t

24、ype=3deltaQ(i)=0.;%y1=0;%y2=0;y3=0;for k=1:bus nu mberif (B(i,k)=0|G(i,k)=0)%y仁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)-Nodea(k)+B(i,k)*si n(Nodea(i)-Nodea(k);endenddeltaP(i)=deltaP(i)-y3*NodeV(i); %deltaP2(i)=(deltaP2(i)-(y1*VX(i)+y2*VY(i)

25、/Bus(i).V;endif Bus(i).type=2%y1=0;%y2=0;y3=0;y4=0;for k=1:bus nu mberif (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)-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)

26、-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)/Bus(i).V;endif maxdP<abs(deltaP(i);maxdP=abs(deltaP(i);endif maxdQ<abs(deltaQ(i); maxdQ=abs(deltaQ(i);enddeltaP(i)=d

27、eltaP(i)/NodeV(i);deltaQ(i)=deltaQ(i)/NodeV(i);endend3.3输出并计算结果由以上程序可以得出：(1)进行系统正常运行状态的潮流计算，求得Vi(0):己知公式Vi(0) = 1- (Zf /(Z ff +Zf)因为金属性短路时Zf = 0公式为Vi(0) = 1-(Zf/Zff)再根据公式可得，V1&(0) =0.2774 ; V2&(0) = 0.6770 ; V3&(0) = 0.6770 ; V4&J0;V5&(0) = 0.1870 ; V6&(0) = 0.1934 ; M&=0

28、.54197 ; VT)= 0.5456 ;V9&(0) = 0.5511(2)不含发电机和负荷的节点导纳矩阵 Yn00-17.0643100j0017.0643117.3611 i0 0-35.99M111.7S471L0.8S9£i00000 011.7647 i-17-975910L 21U10000Q10.869510005.9324 10IGi00G. 211210-36.100H13J8S9i000 000j13.33391-23.80鮎 i9.9206100 17jO4Bi005.3824 109.9206 1-32,87Bi形成包括所有发电机支路和负荷支路的节

29、点导纳矩阵丫，即在Yn中的发电机节点和负荷节点的自导纳上分别增加发电机导纳yi和负荷导纳yLD,i :4.0278i0o17.3E11100000Q-22. c7 j.0Q00i0Q0a-23J31S100000r.ousi17.3611100-39,99541ll.?647i10,36561000000U.7fi4Ti-17,5759i06.211210000010,8£96i016.76191005.36241Qlfi. i0Q211； i0-36.1QOU13.363910Qa000Q13.3B39i-；3.B09Si9.92Q610017.04ei00S.832410-32.86191(4) Z二丫，计算节点阻抗矩阵，从而得到阻抗矩阵中的第 f列;0.09E810.02561010256 i0.0792 10*06 的 i0.063910-0363 10436 i0.035610.025610*0963i0.023110.0354i0.048710.036710.0739i0 0594 i0.039110.025610.028110.0963 10.035410.0369i0.045410.0393i0.0546i0.075310.0792 10.035410.0354 10.109610.089110.088410.050210