电力系统暂态上机计算课程设计报告.docx

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电力系统暂态上机计算课程设计报告

课程设计报告

（2013—2014年度第二学期）

名称：

电力系统暂态上机计算

院系：

电气与电子工程学院

班级：

电气1106班

学号：

1111180627

学生姓名：

张明智

指导教师：

齐郑

设计周数：

两周

成绩：

日期：

2014年7月11日

一、课程设计的目的与要求

巩固电力系统暂态分析理论知识，使学生掌握采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算的基本方法，并进一步巩固计算机编程能力，为将来从事相关的技术工作打下必要的基础。

二、设计正文

1．对称短路计算过程流程图和计算结果

2．不对称短路计算过程流程图和计算结果

3．静态稳定性计算过程流程图和计算结果

4．暂态稳定性计算过程流程图和计算结果

5．思考题

（详细内容见附录）

三、课程设计总结或结论

本次课程设计首先着重分析了不同短路类型下的电网情况，对短路电流，短路电压以及电网中的电压，电流分布情况都做了相关计算。

短路电流计算分为两大方面：

对称短路计算和不对称短路计算。

在不对称故障时各相之间相互耦合，为了对其进行分析，采用了对称分量法将其转化到正负零三序里分别进行计算，然后再转化为对称的三相。

本次课程设计的第二个重点是电力系统的静态稳定性计算。

为了确定不同Ke值对应的静态稳定极限采用了试探法，以一定的步长进行试探检验前进，最终找到对应的稳定极限。

而这种计算机思维下的试错逼近方法是在平时的课堂学习中极少会用到的。

另一个重点是确定不同故障切除时间下的功角摇摆曲线，即分析暂态稳定性。

故障切除时间的不同，对应的加速面积也不同，若最大减速面积小于加速面积，系统必将失稳。

通过本次课程设计，对电力系统稳态，暂态有了全新的认识，尤其是暂态。

当时课堂学习里很多理解的不透彻的部分都在本次课设里暴露了出来，正是在一步步的问题解决当中，我对以前的知识有了全新的认识，而且发现回过头来再去看以前学过的知识，每次都有不同的体验和收获，这也就是所谓的温故而知新吧。

另外这次设计所采用的工具是ＭＡＴＬＡＢ，以前进行计算习惯使用Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ，除了对Ｓｉｍｕｌｉｎｋ较熟悉外，对ＭＡＴＬＡＢ的其它功能不太了解，尤其是编程。

通过这次课程设计，认识到ＭＡＴＬＡＢ强大的矩阵处理功能在大电力系统——多节点，复杂支路的分析计算中具有得天独厚的优势。

虽然通过本次课程设计对ＭＡＴＬＡＢ编程有了一定的了解，但要想实现更复杂的计算程序，必须在以后的时间里继续认真进行学习。

四、参考文献

1.《电力系统暂态过程》，常鲜戎、赵书强编，机械工业出版社，2010年1月，第1版；

2.《电力系统暂态分析》，李光琦，中国出版社，2007年，第三版。

3.《精通Matlab6.5》张志涌，北京航空航天大学出版社，

4.《matlab从入门到精通》矫津毅，人民邮电出版社

附录（设计流程图、计算结果、思考题答案）

1．电磁暂态过程计算

1.1三相短路计算：

计算教材《电力系统分析基础》P182例（7-3）。

要求程序根据支路阻抗自动形成节点导纳阵（导纳阵的形成参照潮流程序），用节点导纳阵求逆得到节点阻抗矩阵。

计算三相短路后故障点三序电流、三相电流；各节点三序电压、三相电压；各支路三序电流、三相电流。

（没有负序和零序）

（1）不考虑发电机节点的三序节点导纳矩阵

Y1=Y2=

Y0=

（2）考虑发电机节点的正负序导纳矩阵

YY1=YY2=

（3）三序节点阻抗矩阵

Z1=Z2=

Z0=

（4）节点3发生三相短路

●故障点三序电流：

I1=0-9.8592i

I2=0

I3=0;

三相电流：

Ia=0-9.8592i；

Ib=-8.5383+4.9296i；

Ic=8.5383+4.9296i；

●各节点三序电压、三相电压

节点

0.4507

0.0000

0.4507

-0.2254-0.3903i

-0.2254+0.3903i

0.5352

0.0000

0.5352

-0.2676-0.4635i

-0.2676+0.4635i

0.0000

0.6338

0.0000

0.5489+0.3169i

0.0000-0.6338i

-0.5489+0.3169i

0.6901

0.0000

0.5977+0.3451i

0.0000-0.6901i

-0.5977+0.3451i

●各支路三序电流、三相电流：

支路

1-2

0+0.8451i

0.7319-0.4225i

-0.7319-0.4225i

1-3

0-4.5070i

-3.9032+2.2535i

3.9032+2.2535i

2-3

0-5.3521i

-4.6351+2.6761i

4.6351+2.6761i

1-4

0+3.6620i

3.1714-1.8310i

-3.1714-1.8310i

2-5

0+6.1972i

5.3669-3.0986i

-5.3669-3.0986i

发电机1

-1.8310+3.1714i

3.6620+0.0000i

-1.8310-3.1714i

发电机23

-3.0986+5.3669i

6.1972+0.0000i

-3.0986-5.3669i

1.2不对称短路计算：

计算教材《电力系统分析基础》P238例（8-2）。

要求程序根据各序网络的支路阻抗自动形成各序网络的节点导纳阵，用节点导纳阵求逆得到节点阻抗矩阵。

计算下列四种故障情况下故障点三序电流、三相电流；各节点三序电压、三相电压；各支路三序电流、三相电流。

（1）节点3发生A相短路接地故障

（2）节点3发生A相经10Ω电阻接地故障

（3）节点3发生b、c两相短路故障

（4）节点3发生b、c两相短路接地故障

（1）节点3发生A相短路接地故障

●故障点三序电流、三相电流：

I1=0-3.1167iI2=0-3.1167iI3=0-3.1167i;

Ia=0-9.35iIb=0Ic=0

●各节点三序电压、三相电压：

节点

0.8264

-0.1736

-0.0686

0.5841

-0.3949-0.8660i

-0.3949+0.8660i

0.8351

-0.1469

-0.0436

0.6625

-0.3967-0.8660i

-0.3967+0.8660i

0.6839

-0.3161

-0.3678

0.0000

-0.5516-0.8660i

-0.5516+0.8660i

0.8842

-0.1158

0.0000

0.6655+0.5000i

0.0000-1.0000i

-0.6655+0.5000i

0.9020

-0.0980

0.0000

0.6964+0.5000i

0.0000-1.0000i

-0.6964+0.5000i

●各支路三序电流、三相电流：

支路

1-2

0+0.2671i

0+0.1247i

0+0.6589i

0.0000-0.1425i

-0.0000-0.1425i

1-3

0-1.4248i

0-1.4960i

0-4.3455i

0.0000-0.0712i

-0.0000-0.0712i

2-3

0-1.6919i

0-1.6207i

0-5.0045i

0+0.0712i

1-4

0+1.1576i

0+1.3713i

0+3.6866i

0.0000+0.2137i

-0.0000+0.2137i

2-5

0+1.9590i

0+1.7453i

0+5.6634i

0.0000-0.2137i

-0.0000-0.2137i

发电机1

-0.5788+1.0025i

0.5788+1.0025i

-0.0000+2.0050i

0.0000+0.0000i

-0.0000-2.0050i

发电机2

-0.9795+1.6966i

0.9795+1.6966i

-0.0000+3.3923i

0.0000+0.0000i

-0.0000-3.3923i

（2）节点3发生A相经10Ω电阻接地故障

●故障点三序电流、三相电流：

I1=1.1205-2.6414iI2=1.1205-2.6414iI3=1.1205-2.6414i;

Ia=3.3614-7.9241Ib=0Ic=0

●各节点三序电压、三相电压：

节点

0.8528-0.0624i

-0.1472-0.0624i

-0.0581-0.0257i

0.6476-0.1495i

-0.4109-0.8283i

-0.4109+0.9038i

0.8755-0.0528i

-0.1245-0.0528i

-0.0370-0.01571i

0.7140-0.1213i

-0.4125-0.8289i

-0.4125+0.9032i

0.7321-0.1136i

-0.2679-0.1136i

-0.3117-0.1322i

0.1525-0.3595i

-0.5438-0.8846i

-0.5438+0.8475i

0.9019-0.0416i

-0.0981-0.0416i

0.6961+0.4279i

0.0000-1.0000i

-0.6961+0.5721i

0.91701-0.0352i

-0.0830-0.0352i

0.7222+0.4390i

0.0000-1.0000i

-0.7222+0.5610i

●各支路三序电流、三相电流：

支路

1-2

-0.0960+0.2264i

-0.0448+0.1057i

-0.2369+0.5585i

0.0512-0.1207i

1-3

0.5122-1.2075i

0.5378-1.2679i

1.5622-3.6828i

0.0256-0.0604i

2-3

0.6082-1.4339i

0.5826-1.3735i

1.7991-4.2413i

--0.0256+0.0604i

-0.0256+0.0604i

1-4

-0.4162+0.9811i

-0.4930+1.1622i

-1.3253+3.1244i

-0.0768+0.1811i

2-5

-0.7043+1.6603i

-0.6275+1.4792i

-2.0360+4.7997i

0.0768-0.1811i

发电机1

-0.8510+0.6416i

0.1301+1.0577i

-0.7208+1.6993i

0.0000-0.0000i

0.7208-1.6993i

发电机23

-1.4401+1.0857i

0.2202+1.7900i

-1.2199+2.8757i

-0.0000-0.0000i

1.2199-2.8757i

（3）节点3发生b、c两相短路故障

●故障点三序电流、三相电流：

I1=0-4.9296iI2=0+4.9296iI3=0;

Ia=0Ib=-8.5383-0.0000iIc=8.5383+0.0000i

●各节点三序电压、三相电压：

节点

0.7254

0.2746

0.0000

1.0000

-0.5000-0.3903i

-0.5000+0.3903i

0.7676

0.2324

0.0000

1.0000

-0.5000-0.4635i

-0.5000+0.4635i

0.5000

0.0000

1.0000

-0.5000-0.0000i

-0.5000+0.0000i

0.8169

0.1831

0.0000

0.8660+0.3169i

0.0000-0.6338i

-0.8660+0.3169i

0.8451

0.1549

0.0000

0.8660+0.3451i

0.0000-0.6901i

-0.8660+0.3451i

●各支路三序电流、三相电流：

支路

1-2

0+0.4225i

0-0.4225i

0+0.0000i

0.7319-0.0000i

-0.7319-0.0000i

1-3

0-2.2535i

0+2.2535i

0-0.0000i

-3.9032

3.9032+0.0000i

2-3

0-2.6761i

0+2.6761i

0-0.0000i

-4.6351+0.0000i

4.6351+0.0000i

1-4

0+1.8310i

0-1.8310i

0+0.0000i

3.1714-0.0000i

-3.1714-0.0000i

2-5

0+3.0986i

0-3.0986i

5.3669+0.0000i

-5.3669-0.0000i

发电机1

-0.9155+1.5857i

-0.9155-1.5857i

-1.8310+0.0000i

3.6620+0.0000i

-1.8310-0.0000i

发电机2

-1.5493+2.6835i

-1.5493-2.6835i

-3.0986

6.1972+0.0000i

-3.0986-0.0000i

（4）节点3发生b、c两相短路接地故障

●故障点三序电流、三相电流：

I1=0-6.4114iI2=0+3.4478iI3=0+2.9636i;

Ia=0Ib=-8.5383+4.4454iIc=8.5383+4.4454i

●各节点三序电压、三相电压：

节点

0.6428

0.1921

0.0652

0.9001

-0.3522-0.3903i

-0.3500+0.3903i

0.6977

0.1625

0.0415

0.9018

-0.3887-0.4635i

-0.3887+0.4635i

0.3496

0.3497

1.0491

0.7619

0.1281

0.7707+0.3169i

0.0000-0.6338i

-0.7707+0.3169i

0.7985

0.1084

0.7854+0.3451i

0.0000-0.6901i

-0.7854+0.3451i

●各支路三序电流、三相电流：

支路

1-2

0+0.5495i

0-0.2955i

0-0.1185i

0+0.1355i

0.7319-0.2456i

-0.7319-0.2456i

1-3

0-2.9309i

0+1.5761i

0+1.4225i

0+0.0677i

-3.9032+2.0999i

3.9032+2.0999i

2-3

0-3.4805i

0+1.8717i

0+1.5411i

0-0.0677i

-4.6351+2.3455i

4.6351+2.3455i

1-4

0+2.3814i

0-1.2806i

0-1.3040i

0-0.2032i

3.1714-1.8544i

-3.1714-1.8544i

2-5

0+4.0300i

0-2.1672i

0-1.6596i

0+0.2032i

5.3669-2.5910i

-5.3669-2.5910i

发电机1

-1.1907+2.0623i

-0.6403-1.10905i

-1.8310+0.9533i

3.6620+0.0000i

-1.8310-0.9533i

发电机2

-2.0150+3.4901i

-1.0860-1.8768i

-3.0986+1.6133i

6.1972+0.0000i

-3.0986-1.6133i

程序流程图：

2．静态稳定计算

P191例（7-2）中，采用试探法选择放大倍数。

求ke的值取多大时能获得最大的传输功率。

程序流程图：

输出结果：

Ke=0.100000,delta=91,P=1.345117

Ke=0.200000,delta=92,P=1.363000

Ke=0.300000,delta=93,P=1.380693

Ke=0.400000,delta=95,P=1.398409

Ke=0.500000,delta=96,P=1.415747

Ke=0.600000,delta=97,P=1.432842

Ke=0.700000,delta=98,P=1.449679

Ke=0.800000,delta=99,P=1.466244

Ke=0.900000,delta=100,P=1.482520

Ke=1.000000,delta=101,P=1.498487

Ke=1.100000,delta=101,P=1.513985

Ke=1.200000,delta=102,P=1.529380

Ke=1.300000,delta=103,P=1.544429

Ke=1.400000,delta=103,P=1.558878

Ke=1.500000,delta=104,P=1.573336

Ke=1.600000,delta=105,P=1.587402

Ke=1.700000,delta=105,P=1.600902

Ke=1.800000,delta=105,P=1.613924

Ke=1.900000,delta=102,P=1.621480

Ke=2.000000,delta=99,P=1.622734

Ke=2.100000,delta=97,P=1.623379

Ke=2.200000,delta=94,P=1.614349

Ke=2.300000,delta=92,P=1.607801

Ke=2.400000,delta=89,P=1.589402

Ke=2.500000,delta=87,P=1.576380

Ke=2.600000,delta=85,P=1.560855

Ke=2.700000,delta=83,P=1.542968

Ke=2.800000,delta=81,P=1.522859

Ke=2.900000,delta=80,P=1.514020

Ke=3.000000,delta=78,P=1.490598

Ke=3.100000,delta=76,P=1.465314

Ke=3.200000,delta=75,P=1.453440

Ke=3.300000,delta=73,P=1.425420

Ke=3.400000,delta=72,P=1.411962

Ke=3.500000,delta=70,P=1.381541

Ke=3.600000,delta=69,P=1.366704

Ke=3.700000,delta=68,P=1.351397

Ke=3.800000,delta=66,P=1.318171

Ke=3.900000,delta=65,P=1.301745

Ke=4.000000,delta=64,P=1.284942

Ke=4.100000,delta=63,P=1.267785

Ke=4.200000,delta=62,P=1.250299

Ke=4.300000,delta=61,P=1.232503

Ke=4.400000,delta=60,P=1.214420

Ke=4.500000,delta=59,P=1.196069

Ke=4.600000,delta=58,P=1.177

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