完整word版电力系统暂态分析课程设计.docx
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完整word版电力系统暂态分析课程设计
电力系统的短路计算可以帮助我们防范好多不用要的损失，随着科学技术的睁开，电力已经和人们的生活亲近相关，而成立结构合理的大型电力系统不但便于电能生产与花销的集中管理、一致调换和分配，减少总装机容量，节约动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区公民经济日益增加的用电需要。
电力系统的规模和技术水平已成为一个国家经济睁开水平的标志之一。
电力系统的短路故障是严重的，而又是发生几率最多的故障，当发生短路时，其短路电流可达数万安致使十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设施受到严重破环。
为使非故障局部从不正常运行情况下解脱出来，这要求电气设施必定有足够的机械强度和热牢固度，开关电气设施必定具备足够的开断能力。
因此，电力系统短路电流计算是电力系统运行解析，设计计算的重要环节，好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，随着生产睁开，技术进步系统日益扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增大，采用计算机辅助计算势在并行。
我们此次课程设计使用PSCAD软件对电力系统进行线路建模，从而计算出不同样短路种类时的短路电流及其波形。
要点字：
短路计算；pscad软件使用；电力系统建模。
大纲
1归纳⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
5
目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
6
2短路故障解析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
6
不称故障的解析
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
6
三相短路故障解析
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
7
短路流算步
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
3方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
方案归纳⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
步⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
11
4两相短路的仿真解析
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PSCAD介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
12
两相短路故障的仿真
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13
5⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
15
参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
16
1课题归纳
1.1课题要求
〔1〕经过课程设计是学生掌握电力系统三相短路计算的根根源理和方法；
〔2〕掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件；
〔3〕成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。
1.2课题内容
测试系统由三个控制地区组成，地区1是一种典型供电系统，总装机容量为5700MVA、最大负荷为5000MW，全局部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。
别的，1300MVA是离负荷较远的核电机组，经过长距离500kV线路向负荷送电。
地区2代表周边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。
地区2经过2条500kV线路与地区1相连，即图1中
的线路A和线路B。
地区3是一个大规模相邻系统，装机容量为70000MVA，最大负荷为50000MW，此地区也经过2条500kV线路与地区1相连，即图1.1中线路F和G。
图电力系统单线图
详尽参数以下:
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4STC型励磁机参数
表5BBC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
1.3课题目的
电力系统发生短路故障造成的危害性是最大的。
作为电力系统三大老例计算之
一，解析短路故障的参数更为重要。
目的以下：
1.经过课程设计,使学生掌握电力系统三相短路计算的根根源理与方法；
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。
2短路故障解析
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〕，按解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，不对称故障那么包括不对称短路（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，陪同短路所发生的根本现象是：
电流剧
烈增加，线端处发生三相短路时，电流的最大瞬市价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，比方系统发生三相短路时，短路点的电压将降到零，短路点周边各点的电压也将明显降低。
2.1不对称故障的解析
电力系统中发生不对称短路时，无论是单相接地短路、两相短路还是两相接地短路可是在短路点出现系统结构的不对称，而其他局部三相仍旧是对称的。
依照对称重量法列a相各序电压方程式为：
U
U
U
a1
Uk（0）Zkk1Ia1
a2
0
Zkk2Ia2
a0
0
Zkk0Ia0
上述方程式包括了六个未知量，必定依照不对称短路的详尽界线条件列出别的三
个方程才能求解。
2.2三相短路故障解析
三相短路是四种常有的短路种类之一如图
图2.2两相与三相短路电路图
界线条件为：
Ia0
IbIc
UbUcZfIb
用对称重量法可表示为
Ia0
0
Ia1
jIb
Ia2
3
Ua1
Ua2ZfIa1
复合序网络图：
图2.3两相短路的复合序网（Zf0）
正负序电流为：
Ia1
Ua（0）
Ia2
Zkk1Zkk2Zf
正负序电压为：
Ua1
（Zkk2Zf）Ia1
Ua2
Zkk2Ia1
短路点故障电流为
Ia
1
1
1
Ia1
0
Ib
a2
a
1
Ia1
j3Ia11
Ic
a
a2
1
0
1
短路点三相电压为
Ua
Ua1Ua2Ua0
（2Zkk2Zf）Ia1
Ub
a2Ua1
aUa2
Ua0
（a2Zf
Zkk2）Ia1
Uc
aUa1
a2Ua2
Ua0
（aZf
Zkk2）Ia1
假设在短路点b、c两相直接接地，那么Zf
0
，各序电流为〔设各序阻抗为纯电抗〕。
Ia0
0
Ia1
Ua（0）
Ia2
j（Xkk1Xkk2）
正负序电压为
Ua1Ua2jXkk2Ia1
各相电压为
Ua
Ua1
U
a2
U
a0
2Ua1
j2X
kk2Ia1
Ub
a2Ua1
aU
a2
U
a0
Ua1
1Ua
2
Uc
Ub
Ua1
1Ua
2
采用正序电流Ia1作为参照相量，负序电流与它的方向相反，正序电压与负序电
压相等，都比Ia1超前90，从而作出其电压、电流相量图，如图〔〕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
2.3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相关的全部电力元件〔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。
别的，在计算图上应注明短路点。
为了便于计算，每个元件按序次编号。
〔2〕计算各元件参数
依照给定的电力系统，第一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以上的电压等级情况下用标幺值的方法较实质值的方法计算简略。
〔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。
图中应注明各元件的序
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，假设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通。
采用多电源归并成一个电源的方法，是由于我们采用了一系列的假设条件，因此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；
3方案设计
3.1方案归纳
考虑到本次课程设计是基于电力系统仿真软件pscad，我们第一确定设计的大
致框架，尔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，在对题
目所要求的参数进行修正，从而完成设计内容。
3.2课题设计图
依照课题要求获取课题设计图如图3.1所示。
图课题设计图
3.3课题步骤图
发电机模型第一由等值发电机等效进行仿真，在渐渐加上励磁系统，调速系统，
汽轮机系统组成。
再在发电机模型中参加各种参数最后组成大的发电机系统。
其等效图如图3.2所示。
图发电机模型
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，尔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。
图短路点的等效模型
以以下图，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〕，会产生不同样的短路收效，本实验只做三相接地短路与两项短路，因此有开关输入数值7、8即可。
TIMEDFAULTLOGIC为时间控制器件，控制短路时间，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，因此在成立电力系统时，将线路参数省去。
4三相接地短路的仿真解析
4.1pscad简介
DennisWoodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的
初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，PSCAD是其用户界面，PSCAD
的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统解析，使电力系统复杂
局部可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。
可模拟任意大小
的交直流系统。
操作环境为：
UNIXOS，Windows95，98，NT；Fortran编写器；
阅读器和TCP/IP协议。
随着我国电力事业的睁开，无论是理论研究还是现场工作,
都广泛的用到了PSCAD。
4.2三相接地短路故障的仿真
4.2.1短路情况的仿真解析
可以看到系统在三相短路时其电流的波形以下。
〔1〕三相短路电流波形
图三相短路时电流波形图
〔2〕两项短路电流波形
图两项短路电流波形
〔3〕正常情况和短路情况下母线的电流
图4.3短路和正常情况下的短路电路对照
就整个仿真过程中而言，我们遇到了一些小小的问题，比方进行编译时提示有错误，
我们经过错误提示找到问题所在，原来是测量装置的信号标签没有和图对应好，标签
的命名也有必然要求，最后经过更正信号标签了，实现了仿真。
5总结
我组的任务是对六号母线三相接地短路电流计算。
主若是进行设计图的设计。
可
以说，第一接到这种题目，要用PSCAD去进行电力系统仿真，我实在是不知从何
下手，经过去图书馆借了一些相关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，尔后依照一些资料进行更正。
今后发现老是
有错误，无法仿真，幸好今后老师发来的参照资料才弄出来。
但是做出来的时候却发
现诚然能仿真出来但不清楚该怎么读图，幸好看了一下参照书籍才弄清楚。
总之此次课程设计收获蛮大的，对PSCAD软件有了初步认识，大体的仿真流
程以及为满足系统要求，而不断做出更正，同时意识到PSCAD的广博精深，今后
必然会进一步学习，在这个过程中，我也理解了只要专心去做，认真去做，持之以恒，
就会有新的发现，有意外的收获。
这为今后的毕业设计会有很大的帮助。
参照文件
[1]何仰赞.电力系统暂态解析[M].武汉：
华中科技大学初版社，2002.
[2]电力系统计算[M].北京：
水利电力初版社，
[3]于永源，杨绮雯.电力系统解析[M].北京：
中国电力初版社，
[4]PSCAD实验指导书.
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