电力系统短路潮流计算.doc
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《电力系统分析》课程报告
题目：
基于Matlab电力系统短路潮流计算
系别电气工程系
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
提交日期2012年6月15日
目录
一．短路的原因及其后果
1.1短路的原因………………………………………………………………3
1.2短路的后果…………………………………………………………………3
二．短路类型
2.1对称短路-三相短路………………………………………………………………3
2.2不对称短路………………………………………………………………3
三．电力系统短路潮流计算的意义和目的
3.1短路潮流计算的意义…………………………………………………………………4
3.2短路潮流计算的目的……………………………………………………………5
四．短路潮流计算的基本原理
五．短路计算机计算的流程
5.1短路计算流程图………………………………………………………………6
5.2短路计算源程序图……………………………………………………………7
5.3运行计算结果及分析………………………………………………………………12
六．总结
七．参考文献
八．附录
一、短路的原因及其后果
1.1短路的原因
1、电气设备及载流导体因绝缘老化，或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；
2、架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；
3、电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路；
4、运行人员违反安全操作规程而误操作，如带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。
1.2短路的后果
1、强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；
2、巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；
3、短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏；
4、短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。
这是短路所导致的最严重的后果。
5、巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。
二、短路类型
2.1、对称短路——三相短路
三相电流和电压仍是对称的k（3）
2.2、不对称短路：
两相短路：
k
（2）
单相接地短路：
k
（1）
两相短路接地：
k（1,1）
相间短路与接地短路：
相间短路：
三相短路、两相短路
接地短路：
单相接地短路、两相短路接地
三、电力系统短路潮流计算的意义和目的
3.1短路潮流计算的意义
短路潮流计算是电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算，继电保护整定，安全分析的必要工具。
MATLAB自1980年问世以来，它的强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来许多方便。
在处理短路潮流计算时，其计算机软件的速度已无法满足大电网模拟和实时控制的仿真要求，而高效的短路问题相关软件的研究已成为大规模电力系统仿真计算的关键。
随着计算机技术的不断发展和成熟，对MATLAB短路潮流计算的研究为快速、详细地解决大电网的计算问题开辟了新思路。
短路潮流计算是电力系统分析中的一种基本的计算，其任务时要根据给定的网络接线和其他已知条件，计算网络中的功率分布、功率损耗和未知的节点电压。
采用计算机计算，可以减轻计算人员的工作量，提高计算准确度和计算速度。
短路潮流计算是电力系统分析中的一种基本的计算，其任务时要根据给定的网络接线和其他已知条件，计算网络中的功率分布、功率损耗和未知的节点电压。
采用计算机计算，可以减轻计算人员的工作量，提高计算准确度和计算速度。
3.2短路潮流计算的目的
1、为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；
2、为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；
3、为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。
四、短路潮流计算的基本原理
短路电流计算的关键是化简网络以求得各电源点相对短路点的转移阻抗。
那么根据上面介绍的数学模型，在程序设计时，关键也就在于如何化简节点导纳矩阵，求得各电源节点相对于短路点的互导纳，进而求得转移电抗，查曲线数字表求得短路电流。
对总节点数为Ｎ，电源节点数为Ｍ的网络，设其节点导纳矩阵为Ｙ，我们可以利用高斯消元法消去Ｎ－Ｍ－１个中间节点和联络节点，将其化简为仅含有Ｍ个电源节点和一个短路节点的等效网络。
化简后的矩阵为转移导纳矩阵，转移导纳矩阵仍然是对称矩阵，其阶数为Ｍ＋１阶，矩阵中各元素的意义与化简前相同，即：
对角线元素ＹＹｉｉ称为节点ｉ的自导纳，其值等于接于节点ｉ的所有支路导纳之和。
非对角线元素ＹＹｉｊ称为节点ｉ、ｊ间的互导纳，它等于直接联接于节点ｉ、ｊ间的支路导纳的负值。
所以各电源节点与电源节点之间的转移阻抗就是转移导纳矩阵中对应的互导纳的倒数，于是便可求得各电源供给的短路电流。
各电源供给的短路电流之和就是短路点的总短路电流。
这一系列过程都可以由微机自动完成。
其步骤如下。
１）准备工作：
将网络中的各节点用从１起的正整数编号，先电源节点后其它节点。
２）支路阻抗计算：
各支路按其元件性质不同分别计算阻抗。
３）节点导纳矩阵形成：
根据数学模型中介绍的节点导纳矩阵中各元素的意义，可由上一步中的各支路阻抗值形成节点导纳矩阵。
４）节点导纳矩阵化简：
利用高斯消元法进行化简。
５）查曲线：
运算曲线以曲线数字表的形式存放在磁盘中。
应用时按电源的性质（水轮发电机、汽轮发电机或系统）区分，调用不同的运算曲线。
如果数值介于两数之间，则用插值法求结果。
实践证明，采用线性插值得到的结果已经能够满足一般的计算要求。
五、短路计算机计算的流程
5.1短路计算流程图
输入数据
用公式（6-10）计算短路电流İf
输出结果
用公式（6-9）计算指定支路电流
用公式（6-11）计算各节点电压
计算节点阻抗矩阵第f列元素
选择故障点f
形成节点导纳矩阵并进行三角分解
￣
5.2短路计算源程序图
Sbase_MVA=100.
fid=fopen（'Nodedata.txt'）;
N=textscan（fid,'%s%u%d%f%f%f%f%f%f'）;
fclose（fid）;
busnumber=size（N{1},1）
fori=1:
busnumber
Bus（i）.name=N{1}（i）;
Bus（i）.type=N{2}（i）;
Bus（i）.no=i;
Bus（i）.Base_KV=N{3}（i）;
Bus（i）.PG=N{4}（i）;
Bus（i）.QG=N{5}（i）;
Bus（i）.PL=N{6}（i）;
Bus（i）.QL=N{7}（i）;
Bus（i）.pb=N{8}（i）;
Bus（i）.V=1.0;
Bus（i）.angle=0;
end
fid=fopen（'Aclinedata.txt'）;
A=textscan（fid,'%s%s%f%f%f%f'）;
fclose（fid）;
aclinenumber=size（A{1},1）
fori=1:
aclinenumber
Acline（i）.fbname=A{1}（i）;
Acline（i）.tbname=A{2}（i）;
Acline（i）.Base_KV=A{3}（i）;
Acline（i）.R=A{4}（i）;
Acline（i）.X=A{5}（i）;
Acline（i）.hB=A{6}（i）;
fork=1:
busnumber
ifstrcmp（Acline（i）.fbname,Bus（k）.name）
Acline（i）.fbno=Bus（k）.no;
end
ifstrcmp（Acline（i）.tbname,Bus（k）.name）
Acline（i）.tbno=Bus（k）.no;
end
end
end
fid=fopen（'Transdata.txt'）;
T=textscan（fid,'%s%f%f%s%f%f%f%f'）;
fclose（fid）;
tansnumber=size（T{1},1）
fori=1:
tansnumber
Trans（i）.fbname=T{1}（i）;
Trans（i）.fbBase_KV=T{2}（i）;
Trans（i）.fbrated_KV=T{3}（i）;
Trans（i）.tbname=T{4}（i）;
Trans（i）.tbBase_KV=T{5}（i）;
Trans（i）.tbrated_KV=T{6}（i）;
Trans（i）.R=T{7}（i）;
Trans（i）.X=T{8}（i）;
fork=1:
busnumber
ifstrcmp（Trans（i）.fbname,Bus（k）.name）
Trans（i）.fbno=Bus（k）.no;
end
ifstrcmp（Trans（i）.tbname,Bus（k）.name）
Trans（i）.tbno=Bus（k）.no;
end
endTrans（i）.k=Trans（i）.tbrated_KV*Trans（i）.fbBase_KV/Trans（i）.fbrated_KV/Trans（i）.tbBase_KV;
tempx=Trans（i）.fbrated_KV^2/Trans（i）.fbBase_KV^2;
Trans（i）.X=tempx*Trans（i）.X;
Trans（i）.R=tempx*Trans（i）.R;
end
%N=0
%Trans
（1）
%Trans
（2）
%forY=G+jBmatrix
[G,B,B2]=FormYmatrix（Bus,busnumber,Acline,aclinenumber,Trans,tansnumber）;%B:
=B';B2:
=B"
dlmwrite（'Gmatrix.txt',G,'delimiter','\t','precision',6）;
dlmwrite（'Bmatrix.txt',B,'delimiter','\t','precision',6）;
%G
%B
%B2
YN=G+j*B%不包括发电机导纳和负荷导纳的节点导纳矩阵
pause
[JP,JQ]=FormJPQmatrix（Bus,B,B2,busnumber）;
JP;
iJP=-inv（JP）;
JQ;
iJQ=-inv（JQ）;
%pause
%maxiteration=0
fori=1:
busnumber
NodeV（i）=Bus（i）.V;
Nodea（i）=Bus（i）.angle;
VX（i）=Bus（i）.V*cos（Bus（i）.angle）;
VY（i）=Bus（i）.V*sin（Bus（i）.angle）;
dQGQL（i）=Bus（i）.QG-Bus（i）.QL;
dPGPL（i）=Bus（i）.PG-Bus（i）.PL;
end
NodeV=NodeV';
Nodea=Nodea';
%VX=VX'
%VY=VY'
dQGQL=dQGQL';
dPGPL=dPGPL';
%pause;
%fornointer=1:
10
maxdP=1.;
maxdQ=1.;
epsilon=0.000001;
noiteration=0;
while（maxdP>epsilon）&（maxdQ>epsilon）
[deltaP,deltaQ,maxdP,maxdQ]=FormdPQvector（Bus,NodeV,Nodea,dQGQL,dPGPL,B,G,busnumber）;
deltaP;
deltaQ;
maxdP
maxdQ
da=iJP*deltaP;
dV=iJQ*deltaQ;
Nodea=Nodea+da;
NodeV=NodeV+dV;
noiteration=noiteration+1
pause
ifnoiteration>20
break
end
end
fori=1:
busnumber
Bus（i）.V=NodeV（i）;
NodeV（i）=NodeV（i）*Bus（i）.Base_KV;
Bus（i）.angle=Nodea（i）;
Nodea（i）=Nodea（i）*180/pi;
end
noiteration
%潮流计算结束
Nodea=Nodea'
NodeV=NodeV'
%潮流计算节点电压模及相角
y=1.0/（j*0.3）
pause
fori=1:
3
YN（i,i）=YN（i,i）+y;%将发电机导纳加入节点导纳矩阵
end
fori=4:
9
y=（Bus（i）.PL-j*Bus（i）.QL）/Bus（i）.V^2
YN（i,i）=YN（i,i）+y;%将负荷导纳加入节点导纳矩阵
end
YN%包括发电机导纳和负荷导纳的节点导纳矩阵
uM=[0.00.00.01.00.00.00.00.00.0]';%以第四个元素为1的单位向量
Z4=inv（YN）*uM%Z4:
节点阻抗矩阵的第四列
If=（Bus（4）.V*cos（Bus（4）.angle）+j*Bus（4）.V*sin（Bus（4）.angle））/Z4（4）%母线对地短路电流标幺值
IB230=100.0/sqrt（3）/230.0
Ifymzh=abs（If*IB230）%母线对地短路电流有名值1.6208kA
fori=1:
busnumberV0（i）=Bus（i）.V*cos（Bus（i）.angle）+j*Bus（i）.V*sin（Bus（i）.angle）;
Vf（i）=V0（i）-Z4（i）*If;
end
V0
Vf
%由V0和Vf计算各支路电流程序补上
fori=1:
busnumber
fork=1:
busnumber
I（i,k）=（Vf（k）-Vf（i））*YN（i,j）;%求出各支路电流
end
end
5.3运行计算结果及分析
Sbase_MVA=100
busnumber=9
aclinenumber=6
tansnumber=3
YN=
0-17.3611i000+17.3611i00000
00-16.0000i00000+16.0000i00
000-17.0648i000000+17.0648i
0+17.3611i003.3074-39.3089i-1.3652+11.6041i-1.9422+10.5107i000
000-1.3652+11.6041i2.5528-17.3382i0-1.1876+5.9751i00
000-1.9422+10.5107i03.2242-15.8409i00-1.2820+5.5882i
00+16.0000i00-1.1876+5.9751i02.8047-35.4456i-1.6171+13.6980i0
000000-1.6171+13.6980i2.7722-23.3032i-1.1551+9.7843i
000+17.0648i00-1.2820+5.5882i0-1.1551+9.7843i2.4371-32.1539i
maxdP=1.9161e-007
maxdQ=7.6235e-007
noiteration=9
Nodea=
09.66874.7711-2.4066-4.3499-4.01733.79910.62151.9256
NodeV=181818227220224229227231
YN=
0-20.6944i000+17.3611i00000
00-19.3333i00000+16.0000i00
000-20.3982i000000+17.0648i
0+17.3611i003.3074-39.3089i-1.3652+11.6041i-1.9422+10.5107i000
000-1.3652+11.6041i3.9159-17.8835i0-1.1876+5.9751i00
000-1.9422+10.5107i04.1700-16.1562i00-1.2820+5.5882i
00+16.0000i00-1.1876+5.9751i02.8047-35.4456i-1.6171+13.6980i
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