電力系統(tǒng)下課程設(shè)計(jì)報(bào)告-短路電流計(jì)算.doc

.電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 3G9bus短路電流計(jì)算 系 別 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 10級(jí)電氣四班 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 提交日期 2012年12月10日 目錄一、設(shè)計(jì)目的2二、短路電流計(jì)算的基本原理和方法22.1電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)方程的建立22.2利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流3三、3G9bus短路電流在計(jì)算機(jī)的編程53.1、三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)53.3輸出并計(jì)算結(jié)果12四總結(jié)14一、設(shè)計(jì)目的1.掌握電力系統(tǒng)短路計(jì)算的基本原理；2.掌握并能熟練運(yùn)用一門(mén)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（MATLAB語(yǔ)言或FORTRAN或C語(yǔ)言或C+語(yǔ)言）；3.采用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)短路計(jì)算進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程計(jì)算。二、短路電流計(jì)算的基本原理和方法2.1電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)方程的建立利用節(jié)點(diǎn)方程作故障計(jì)算，需要形成系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納（或阻抗）矩陣。一般短路電流計(jì)算以前要作電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算，假定潮流計(jì)算的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣已經(jīng)形成，在此基礎(chǔ)上通過(guò)追加支路的方式形成電力短路電流計(jì)算的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣YN。1）對(duì)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)在每一發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)增加接地有源支路 與串聯(lián)求短路穩(wěn)態(tài)解: 求短路起始次暫態(tài)電流解: 一般情況下發(fā)電機(jī)定子繞組電阻忽略掉，并將與的有源支路轉(zhuǎn)化成電流源與導(dǎo)納并聯(lián)的形式2）負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在短路計(jì)一算中一般作為節(jié)點(diǎn)的接地支路，并用恒定阻抗表示，其數(shù)值由短路前瞬間的負(fù)荷功率和節(jié)點(diǎn)實(shí)際電壓算出，即首先根據(jù)給定的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式制訂系統(tǒng)的等值電路，并進(jìn)行各元件標(biāo)么值參數(shù)的計(jì)算，然后利用變壓器和線路的參數(shù)形成不含發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 YN 。 3）如果短路故障發(fā)生在輸電線路內(nèi)，在短路點(diǎn)要增加新節(jié)點(diǎn)，將一條輸電線分成兩段，并形成短路電流計(jì)算的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y，最后形成包括所有發(fā)電機(jī)支路和負(fù)荷支路的節(jié)點(diǎn)方程如下：一般，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 Y 陣與 YN 階次相同。其差別只在于 YN 陣不含發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的阻抗；節(jié)點(diǎn)注入電流向量 I中只有發(fā)電機(jī)端節(jié)點(diǎn)的電流不為零。有非零電流源注人的節(jié)點(diǎn)稱為有源節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)中的同步調(diào)相機(jī)可按發(fā)電機(jī)處理。任進(jìn)行起始次暫態(tài)電流計(jì)算時(shí)，大型同步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以及以電動(dòng)機(jī)為主要成分的綜合負(fù)荷，特別是在短路點(diǎn)近處的這些負(fù)荷，必要時(shí)也可以用有源支路表示，并仿照發(fā)電機(jī)進(jìn)行處理。必須指出，在計(jì)算機(jī)已普遍應(yīng)用的情況下，如果有必要的話，只要能提供短路計(jì)算所需的準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)，對(duì)短路進(jìn)行更精確的計(jì)算并不存在什么障礙。2.2利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣計(jì)算短路電流假定系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)f經(jīng)過(guò)渡阻抗zf發(fā)生短路。過(guò)渡阻抗渡阻抗zf，不參與形成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納（或阻抗）矩陣。圖6-3中方框內(nèi)的有源網(wǎng)絡(luò)代表系統(tǒng)正常狀態(tài)的單相等值網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在我們保持故障處的邊界條件不變，把網(wǎng)絡(luò)的原有部分同故障支路分開(kāi)（見(jiàn)圖6-3）。容易看出，對(duì)于正常狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)而言，發(fā)生短路相當(dāng)于在故障節(jié)點(diǎn)f增加了一個(gè)注人電流一 If （短路電流以流出故障點(diǎn)為正，節(jié)點(diǎn)電流則以注入為正）。因此，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn) i 的電壓可表示為： （6-3）由式（6-3）可見(jiàn)，任一節(jié)點(diǎn) i 的電壓郁由兩項(xiàng)疊加而成。第一項(xiàng)表示當(dāng) If=0時(shí)由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電源在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生的電壓，也就是短路前瞬間正常運(yùn)行狀態(tài)一 F 的節(jié)點(diǎn)電壓，這是節(jié)點(diǎn)電壓的正常分量，記為是電網(wǎng)的潮流解。第二項(xiàng)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有電流源都斷開(kāi)，僅僅由短路電流If在節(jié)點(diǎn)i產(chǎn)生的電壓，這就是節(jié)點(diǎn)電壓的故障分童。上述兩個(gè)分量的疊加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點(diǎn)，的實(shí)際電壓，即 （6-4）式中，是短路前故障點(diǎn)的正常電壓；當(dāng)i=f時(shí)，是故障節(jié)點(diǎn) f 的自阻抗，也稱輸入阻抗。（邊界條件方程）帶入可得： 對(duì)于非變壓器支路，令 k=1。從計(jì)算公式（6-7）和（6-8）可以看到，式中所用到的阻抗矩陣元素都帶有列標(biāo)f。這就是說(shuō)，如果網(wǎng)絡(luò)在正常狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)電壓為已知，為了進(jìn)行短路計(jì)算，只須利用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣中與故障點(diǎn)f對(duì)應(yīng)的一列元素。因此，盡管是采用了阻抗型的節(jié)點(diǎn)方程，但是并不需要作出全部阻抗矩陣。在短路的實(shí)際計(jì)一算中，一般只需形成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣并根據(jù)具體要求，用第四章所講的方法求出阻抗矩陣的某一列或某幾列元素即可。在應(yīng)用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，我們都將采用這種算法。1） 解潮流計(jì)算，2） 修正解潮流的YN形成Y3） 指定短路點(diǎn)f4） 計(jì)算節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣第k列5） 計(jì)算短路電流：6） 計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓： 7） 計(jì)算支路電流：8） 輸出計(jì)算結(jié)果三、3G9bus短路電流在計(jì)算機(jī)的編程3.1、三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)圖1 三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)表1 九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)支路參數(shù)支路R（p.u.）X（p.u.）B/2（p.u.）1400.05761.02700.06251.03900.05861.0450.010.0850.088460.0170.0920.079570.0320.1610.153690.0390.170.179780.00850.0720.0745890.01190.10080.1045表2 九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)參數(shù)發(fā)電機(jī)編號(hào)節(jié)點(diǎn)類型PG（p.u.）VG（p.u.）（p.u.）（p.u.）1V1.040.31.1372PV1.631.0250.31.2113PV0.851.0250.31.043表3 九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)節(jié)點(diǎn)類型Pi（p.u.）Qi（p.u.）4PQ005PQ1.250.56PQ0.90.37PQ008PQ10.359PQ00主程序3.2 程序設(shè)計(jì)主函數(shù)Sbase_MVA=100.fid=fopen(Nodedata.txt);N=textscan(fid, %s %u %d %f %f %f %f %f %f)fclose(fid);busnumber=size(N1,1)for i=1:busnumber Bus(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); Bus(i).pb=N8(i); Bus(i).V=1.0; Bus(i).angle=0;endfid=fopen(Aclinedata.txt);A=textscan(fid, %s %s %f %f %f %f)fclose(fid);aclinenumber=size(A1,1)for i=1:aclinenumber Acline(i).fbname=A1(i); Acline(i).tbname=A2(i); Acline(i).Base_KV=A3(i); Acline(i).R=A4(i); Acline(i).X=A5(i); Acline(i).hB=A6(i); for k=1:busnumber if strcmp(Acline(i).fbname, Bus(k).name) Acline(i).fbno=Bus(k).no; end if strcmp(Acline(i).tbname, Bus(k).name) Acline(i).tbno=Bus(k).no; end end endfid=fopen(Transdata.txt);T=textscan(fid, %s %f %f %s %f %f %f %f)fclose(fid);tansnumber=size(T1,1)for i=1:tansnumber Trans(i).fbname=T1(i); Trans(i).fbBase_KV=T2(i); Trans(i).fbrated_KV=T3(i); Trans(i).tbname=T4(i); Trans(i).tbBase_KV=T5(i); Trans(i).tbrated_KV=T6(i); Trans(i).R=T7(i); Trans(i).X=T8(i); for k=1:busnumber if strcmp(Trans(i).fbname, Bus(k).name) Trans(i).fbno=Bus(k).no; end if strcmp(Trans(i).tbname, Bus(k).name) Trans(i).tbno=Bus(k).no; end end Trans(i).k=Trans(i).tbrated_KV*Trans(i).fbBase_KV/Trans(i).fbrated_KV/Trans(i).tbBase_KV; tempx=Trans(i).fbrated_KV2/Trans(i).fbBase_KV2; Trans(i).X=tempx*Trans(i).X; Trans(i).R=tempx*Trans(i).R;end%N=0%Trans(1)%Trans(2)% for Y=G+jB matrixG,B,B2=FormYmatrix(Bus,busnumber,Acline,aclinenumber,Trans,tansnumber); %B:=B;B2:=Bdlmwrite(Gmatrix.txt, G, delimiter, t,precision, 6);dlmwrite(Bmatrix.txt, B, delimiter, t,precision, 6);GBB2pauseJP,JQ=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,busnumber);JPiJP=-inv(JP)JQiJQ=-inv(JQ)pause%maxiteration=0for i=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; endNodeV=NodeVNodea=Nodea%VX=VX%VY=VYdQGQL=dQGQLdPGPL=dPGPLpause%for nointer=1:10maxdP=1.;maxdQ=1.;epsilon=0.000001;noiteration=0;while (maxdPepsilon)&(maxdPepsilon)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; if noiteration20 break endendfor i=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;endnoiterationNodea=NodeaNodeV=NodeVClear子函數(shù)%生成G、B矩陣function G,B,X=FormYmatrix(Bus,busnumber,Acline,aclinenumber,Trans,tansnumber)Y=zeros(busnumber);X=zeros(busnumber);for i=1:busnumberY(i,i)=Y(i,i)+Bus(i).pb*j;endfor i=1:aclinenumber f=Acline(i).fbno; t=Acline(i).tbno; Y(f,f)=Y(f,f)+Acline(i).hB*j+1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j); Y(t,t)=Y(t,t)+Acline(i).hB*j+1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j); Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j); Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Acline(i).R+Acline(i).X*j); X(f,f)=X(f,f)-1/Acline(i).X; X(t,t)=X(t,t)-1/Acline(i).X; X(f,t)=1/Acline(i).X; X(t,f)=1/Acline(i).X; endfor i=1:tansnumber f=Trans(i).fbno; t=Trans(i).tbno; Y(f,f)=Y(f,f)+1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j); Y(t,t)=Y(t,t)+1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j)/Trans(i).k2; Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j)/Trans(i).k; Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Trans(i).R+Trans(i).X*j)/Trans(i).k; X(f,f)=X(f,f)-1/Trans(i).X; X(t,t)=X(t,t)-1/Trans(i).X; X(f,t)=1/Trans(i).X; X(t,f)=1/Trans(i).X; endG=real(Y);B=imag(Y);end%生成JP、JQ矩陣function JP,JQ=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,busnumber)JP=B;JQ=B2;for i=1:busnumber if Bus(i).type=1 for k=1:busnumber JQ(i,k)=0.; JQ(k,i)=0.; JP(i,k)=0.; JP(k,i)=0.; end JQ(i,i)=1.; JP(i,i)=1.; end if Bus(i).type=3 for k=1:busnumber JQ(i,k)=0.; JQ(k,i)=0.; end JQ(i,i)=1.; end endend%計(jì)算偏節(jié)點(diǎn)PQ差量function deltaP,deltaQ,maxdP,maxdQ=FormdPQvector(Bus,NodeV,Nodea,dQGQL,dPGPL,B,G,busnumber) deltaQ=dQGQL; deltaP=dPGPL; maxdP=0.; maxdQ=0.; for i=1:busnumber if Bus(i).type=1 deltaQ(i)=0.; deltaP(i)=0.; end if Bus(i).type=3 deltaQ(i)=0.; %y1=0; %y2=0; y3=0; for k=1:busnumber if (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)*sin(Nodea(i)-Nodea(k); end end deltaP(i)=deltaP(i)-y3*NodeV(i); %deltaP2(i)=(deltaP2(i)-(y1*VX(i)+y2*VY(i)/Bus(i).V; end if Bus(i).type=2 %y1=0; %y2=0; y3=0; y4=0; for k=1:busnumber if (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)*sin(Nodea(i)-Nodea(k); y4=y4+NodeV(k)*(G(i,k)*sin(Nodea(i)-Nodea(k)-B(i,k)*cos(Nodea(i)-Nodea(k); end end deltaP(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; end if maxdPabs(deltaP(i); maxdP=abs(deltaP(i); end if maxdQabs(deltaQ(i); maxdQ=abs(deltaQ(i); end deltaP(i)=deltaP(i)/NodeV(i); deltaQ(i)=deltaQ(i)/NodeV(i);endend3.3輸出并計(jì)算結(jié)果由以上程序可以得出：（1）進(jìn)行系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的潮流計(jì)算，求得：己知公式1-（Zif/(Zff+Zf)）因?yàn)榻饘傩远搪窌r(shí)Zf0公式為1-（Zif/Zff）再根據(jù)公式可得，V1&(0) =0.2774 ； V2&(0) 0.6770； V3&(0)0.6770； V4&(0) 0；V5