短路计算课程设计

1、课程设计(论文)题 目 名 称 短路计算课程设计 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、电气工程及其自动化 指 导 教 师 年月日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业级电气工程及其自动化学生姓名学 号题目名称短路计算课程设计设计时间课程名称电力系统暂态分析课程编号121202307设计地点校内一、 课程设计（论文）目的1.通过课程设计, 使学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理与方法；2.掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；3.采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统三相接线图。二、 已知技术参数和条件测试系统由三个控制区域组成，

2、区域1 是一种典型供电系统，总装机容量为 5700MVA 、最大负荷为5000MW ，大部分装机容量距离负荷相对较近，即接于母线3 容量为4400MVA 的发电厂。另外，1300MVA 是离负荷较远的核电机组，通过长距离500kV 线路向负荷送电。区域2 代表附近地区的总装机容量和总负荷，此系统总装机容量为60000MVA ，最大负荷为40000MW 。区域2通过2 条500kV 线路与区域1 相连，即图1 中的线路A 和线路B。区域3 是一个大规模相邻系统，装机容量为70000MVA ，最大负荷为50000MW ，此区域也通过2 条500kV 线路与区域1 相连，即图1.1中线路F 和G。三

3、、 任务和要求1.通过课程设计是学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理和方法；2.掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；3.建立系统三相接线图的仿真过程；4.编写短路计算流程图；5.得出仿真结果。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、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1何仰赞等.电力系统分析M. 武汉：华中理工大学出版社，2002.3 2西安交通大学等.电力系统计算M.北京：水利电力出版社，1993.12 3陈衍.电力系统稳态分析M.北京：水利电力出版社，2004.1 4李光琦.电力

4、系统暂态分析M.北京： 水利电力出版社，2002.5 5于永源，杨绮雯. 电力系统分析（第二版）M. 北京：中国电力出版社，2004.3WDT电力系统综合自动化试验台 综合仿真实验室五、进度安排2013.6.10 提前下达课程设计的计划书，设计题目、分组情况及课程设计的要求。让学生熟悉软件。2013.6.17 讲述课程设计的内容，软件的基本操作。2013.6.186.23 学生应用PSCAD/MATLAB软件，对电力系统进行建模。2013.6.246.26 建立系统接线图的仿真模型，上机调试程序，得出仿真结果，进行分析，得出结论。2013.6.276.28 写出报告（A4 打印），做好充分准备

5、，现场考核基础知识、软件操作能力。2013.6.29 交报告，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）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 电气工程及其自动化 题目名称 短路计算课程设计 课程名称 电力系统暂态分析 一、学生自我总结本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。在设计的过程中还培养出了我们的团

6、队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题。在图书馆和网上查阅了相关文献资料，并和我们组的同学进行了讨论。功夫不负有心人，我们的努力对设计还是很有帮助的。再次接触PSCAD软件，虽适应了很多但还是有很多问题存在，在看过老师给的一些教程之后慢慢的就能解决所面临的困难，最后终于可以利用该软件仿真出结果了。 学生签名： 2013年 6月 26日二、指导教师评定评分项目平时成绩答辩课程设计内容综合成绩权 重30%30%40%单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目

7、”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要随着经济的快速增长和社会的不断进步,供电系统的安全性和可靠性问题日益成为人们关注的焦点。当前,在低压电力系统的运行过程中,由于各种原因可能导致系统发生多种类型的故障,其中短路就是常见的一种,它对电力系统的危害很大。系统一旦发生短路,相关电气量会发生急剧的变化,如电流突然增大、电压降低等。准确计算短路电流,掌握短路电流的大小及其变化规律,对于继电保护的配置和电气设备的选择都非常重要。因此,短路电流计算是电力工程技术人员及技术工人不可缺少的基本技能。然而在实际的工程应用中,系统相关参数难以获取,计算过程又比较复杂,设计人员往往通过经验公式或查表来得

8、到一个近似值。这些方法既不科学又不可靠,对整个系统的安全、稳定运行造成不良影响。如今最流行的是用PSCAD软件进行短路计算。 关键字：短路计算; PSCAD目 录1 课题概述11.1课题目的11.2课题要求51.3 课题内容62短路故障分析72.1短路故障介绍72.1短路电流计算步骤72.2不对称故障的分析82.4两相短路故障分析93方案设计123.1方案概述123.2 课题设计图123.3 课题步骤图12 4两相短路的仿真分析154.1 PSCAD简介154.2短路故障的仿真 16总结23致谢24参考文献251课题概述1.1 课题目的电力系统发生短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大

9、常规计算之一，分析短路故障的参数更为重要。 目的：1.通过课程设计, 使学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理与方法；2.掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；3.采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统三相接线图。1.2 课题要求（1）通过课程设计是学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理和方法；（2）掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；（3）建立系统三相接线图的仿真过程；（5）编写短路计算流程图；（4）得出仿真结果。注意：1.查阅相关资料： 2.依据相关资料，自己做出的仿真结果是否与相关资料的结果相符？ 3.学会分析仿真结果，并得出结论。1.3 课题内容 测试系统

10、由三个控制区域组成，区域1 是一种典型供电系统，总装机容量为 5700MVA 、最大负荷为5000MW ，大部分装机容量距离负荷相对较近，即接于母线3 容量为4400MVA 的发电厂。另外，1300MVA 是离负荷较远的核电机组，通过长距离500kV 线路向负荷送电。区域2 代表附近地区的总装机容量和总负荷，此系统总装机容量为60000MVA ，最大负荷为40000MW 。区域2通过2 条500kV 线路与区域1 相连，即图1 中的线路A 和线路B。区域3 是一个大规模相邻系统，装机容量为70000MVA ，最大负荷为50000MW ，此区域也通过2 条500kV 线路与区域1相连，即图1.1

11、中线路F 和G。 图1.1 电力系统单线图具体参数如下: 表1 用于稳态研究的同步电机数据表2 发电机开路时间参数 表3 发电机数据表4 STC型励磁机参数表5 BBC励磁系统参数表6 汽轮机模型表7 调速器参数表8 线路参数2短路故障分析2.1 短路故障介绍电力系统故障表现各异，形式上又可分为短路故障、断线故障（非全相运行），按分析方法分为不对称故障、对称故障，对称故障一般指三相短路故障，不对称故障则包括不对称短路(单相短路接地、两相短路、两相短路接地)和非全相运行(单相断路、两相断路) 2种。电力系统发生短路时，伴随短路所发生的基本现象是：电流剧烈增加，线端处发生三相短路时，电流的最大瞬时

12、值可能高达额定电流的10-15倍，从绝对值讲可达上万安培，甚至十几万安培。在电流急剧增加的同时，系统中的电压大幅度下降，例如系统发生三相短路时，短路点的电压将降到零，短路点附近各点的电压也将明显降低。 2.2短路电流计算步骤（1）绘制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。一般在有两个及两个

13、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。（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。（5）进行短路电流计算可以用最简单的欧姆定律来计算短路电路，即I=E/X；2.3不对称故障的分析在电力系统的故障中，仅在一处发生不对称短路或断线的故障称为简单不对称故障。它通常分为两类,一类叫横向不对称故障，包括两相短路，

14、单相接地短路以及两相接地短路三种类型。这种故障发生在系统中某一点的一些相之间或相与地之间，是处于网络三相支路的横向，故称为横向不对称故障，其特点是由电力系统网络中的某一点（节点）和公共参考点（地接点）之间构成故障端口。该端口一个是高电位点，另一个是零电位点。另一类故障时发生在网络沿三相支路的纵向，叫纵向不对称故障，它包括一相断相和两相断相两种基本类型，其特点是由电力系统网络中的两个高电位之间构成故障端口。分析计算不对称故障的方法很多，如对称分量法、分量法以及在abc坐标系统中直接进行计算等。目前实际中用的最多的和最基本的方法仍是对称分量法，现在就重点介绍这种方法，其他方法只做简略的介绍。应用对

15、称分量法分析计算简单不对称故障时，对于各序分量的求解一般有两种方法：一种是直接联立求解三序的电动势方程和三个边界条件方程；另一种是借助于复合序网进行求解，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的链接，组成一个复合序网，通过对复合序网的计算，求出电流、电压的各序对称分量。由于这种方法比较简单，又容易记忆，因此应用较广。在所讨论的各种不对称故障的分析计算中，求出的各序电流、电压对称分量及各相电流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。在工程计算中都假定发电机转子是对称的，也就是忽略了不对称短路时的高次谐波分量。这种假定对稳极发电机和d轴及q轴都装有阻尼绕组的凸极发电机是比较

16、切合实际的。根据对称分量法列a相各序电压方程式为： 上述方程式包含了六个未知量，必须根据不对称短路的具体边界条件列出另外三个方程才能求解。2.4 两相短路故障分析两相短路是四种常见的短路类型之一如图2.2图2.2两相与三相短路电路图 边界条件为： 用对称分量法可表示为 复合序网络图：图2.3两相短路的复合序网正负序电流为： 正负序电压为： 短路点故障电流为 短路点三相电压为 若在短路点b、c两相直接接地，则，各序电流为（设各序阻抗为纯电抗）。 正负序电压为 各相电压为 选取正序电流作为参考相量，负序电流与它的方向相反，正序电压与负序电压相等，都比超前，从而作出其电压、电流相量图，如图（2.4）

17、所示。(a) 电流相量图； (b)电压相量图图2.4两相短路时短路点的电流、电压相量图3方案设计3.1方案概述考虑到本次课程设计是基于电力系统仿真软件pscad内容，我们首先确定设计的大致框架，然后在对模块进行设计，其中包括系统的输出测量模块，对故障母线和非故障母线上的短路电流短路电压进行测量，可以直观的看到各个量的变化曲线，对题目所要求的参数进行修正，从而完成设计。 3.2课题设计图根据课题要求得到课题设计图如图3.1所示。图3.1 课题设计图3.3课题步骤图发电机模型首先由等值发电机等效进行仿真，在逐步加上励磁系统，调速系统， 汽轮机系统构成。再在发电机模型中加入各种参数最后构成大的发电机

18、系统。其等效图如图3.2所示。 图3.2 发电机模型我们组是实现6号母线的三相短路和两项短路，用分线工具将单项线分解为三相线路，把三相线路分别接至短路控制其加以控制，控制数据见图，在加上短路时间控制器实现对短路的控制，用于控制短路时间的长度，然后再三相线路上分别加上电流表用于测量短路电流，加上电压表用于测量电压。模型如图3.3所示。 图3.3 短路点的等效模型 如图所示，FAULTS作为短路控制器，当开关向其输入相应的数值时（如图右上方所 示），会产生不同的短路效果，本实验只做三相接地短路与两项短路，所以有开关输入数值7、8即可。TIMED FAULT LOGIC为时间控制器件，控制短路时间，

19、最上方出现连接到6号母线，用与母线短路的仿真。 由于线路参数比较小，且对于我们此次的6好母线短路影响不大，所以在构建电力系 统时，将线路参数省去。4三相接地短路的仿真分析4.1 PSCAD简介PSCAD/EMTDC 是加拿大马尼托巴高压直流研究中心出品的一款力系统电磁暂态仿真软件，PSCAD（ Power Systems Computer Aided Design ） 是用户界面 ，EMTDC（Electromagnetic Transients including DC）是内部程序。EMTDC 最初代表直流暂态，是一套基于软件的电磁暂态模拟程序。Dennis Woodford博士于 1976

20、 年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了 EMTDC 的初版，编写这个程序的原因是因为当时现存的研究工具不能够满足曼尼托巴电力局对尼尔逊河高压直流工程进行强有力和灵活的研究的要求。自此之后程序被不断开发，至今已被广泛地应用在电力系统许多类型的模拟研究，其中包括交流研究，雷电过电压和电力电子学研究。EMTDC 开始时在大型计算机上使用。然后在 1986 年被移植到 Unix 系统和以后的 PC 机上。PSCAD 代表电力系统计算机辅助设计，PSCAD 的开发成功，使得用户能更方便地使用 EMTDC 进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意

21、大小的交直流系统。PSCAD V1 1988 年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在 1995 年 PSCAD V2 开始应用。PSCAD V3 以 PC Windows 作为平台，在 1999 年面世。目前最新版本的是 PSCAD V。用户可以通过调用随 EMTDC 主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。EMTDC 的威力之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统, 包括直流输电系统和其相关的控制系统。采用 PSCAD/EMTDC 进行的典型模拟研究包括：1.一般的交流电力系统电磁暂态研究2.直流输电结构和控制3.FACTS(灵活交流

22、输电系统)元部件模型4.由于故障、断路器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究5.绝缘配合研究6.谐波相互影响研究7.静止补偿器研究8.非线性控制系统研究9.变压器饱和研究, 如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究10.同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究11.陡前波分析研究当一台多轴系发电机与串补线路或电力电子设备相互作用时的次同步谐振现象12.向孤立负荷送电13.电力系统数字仿真实验室使用 PSCAD/EMTDC 主要进行一般的交流电力系统电磁暂态研究，进行简单和复杂电力系统的故障建模及故障仿真，分析电力系统故障电磁暂态过程。4.2三相接地短路故障的仿真短路情况的仿真分析 可以看到系统

23、在三相短路时其电流的波形如下。（1）A相接地短路波形图 图4.1.1 A相短路电压图 B相短路电压图 C相短路电压图 A相短路电流 图 B相短路电流图4.1.6 C相短路电流（2）两相不接地短路波形 图 cAB相短路电压图 aAB相短路电压图 bAB相短路电压图 bAB相短路电流图 aAB相短路电流 图 cAB两相短路电流2）两相接地短路波形（图 aAB接地短路电压图 cAB接地短路电压 图 bAB接地短路电流图 cAB接地短路电流图 aAB接地短路电流（2）三相短路波形图图 A三相短路电压图 B三相短路电压图4.4.3 A三相短路电压图4.4.4 A三相短路电流图 B三相短路电流图 C三相短

24、路电流就整个仿真过程中而言，我们遇到了很多的的问题，比如进行编译时提示有错误、参数不对、发电机名字相同这些问题。我们通过错误提示找到问题所在，通过很多次的尝试，特别是新型励磁的定义，经过很多次的实验才最终建立起来。终于实现了仿真。总结我组的任务是对七号母线三相接地短路电流计算。主要是进行设计图的设计。可以说，首先接到这种题目，要用PSCAD去进行电力系统仿真，我实在是不知从何下手，通过去图书馆借了一些有关PSCAD的书及到网上下一些资料来完成这些初步工作的。接下来就是画出一个设计图，然后根据一些资料进行修改。后来发现老是有错误，无法仿真，好在后来老师发来的参考资料才弄出来。不过做出来的时候却发现虽然能仿真出来但不清楚该怎么读图，好在看了一下参考书籍才弄清楚。这次课程设计收获蛮大的，对PSCAD软件有了初步了解，大致的仿真流程以及为满足系统要求，而不断做出修改，同时意识到PSCAD的博大精深，今后