基于matlab的電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)湖 北 民 族 學(xué) 院信息工程學(xué)院題目: 基于matlab的電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2011年6 月1 日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計(jì)題目基于matlab的電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)置基準(zhǔn)值SB100MVA , UBUav對于處，取則,對于處，取則，設(shè)計(jì)要求1結(jié)合已學(xué)過的課程，通過實(shí)踐鞏固并擴(kuò)大知識面。2完成一個(gè)簡單電力系統(tǒng)或變電所的規(guī)劃設(shè)計(jì)，掌握電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)

2、計(jì)的基本要求和基本步驟，為今后參加實(shí)際工作打下實(shí)踐基礎(chǔ)。3結(jié)合實(shí)例，完成相應(yīng)潮流和短路計(jì)算，強(qiáng)化電力系統(tǒng)基本計(jì)算能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的工作作風(fēng)。工作量共19頁工作計(jì)劃15,16周，兩周時(shí)間參考資料1 何仰贊 溫增銀.電力系統(tǒng)分析M 武漢：華中科技大學(xué)出版社 2002年2 熊信銀 張步涵.電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)M 武漢：華中科技大學(xué)出版社 2003年3邱關(guān)源 ，羅先覺.電路基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社.2006年指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 班級： 課程設(shè)計(jì)題目： 基于matlab的電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算 指導(dǎo)教師評語： 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評定表摘 要隨

3、著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，在這種情況下，許多大型的電力科研實(shí)驗(yàn)很難進(jìn)行，尤其是電力系統(tǒng)中對設(shè)備和人員等危害最大的事故故障，尤其是短路故障，而在分析解決事故故障時(shí)要不斷的實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)實(shí)設(shè)備中很難實(shí)現(xiàn)，一是實(shí)際的條件難以滿足；二是從系統(tǒng)的安全角度來講也是不允許進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的?？紤]這兩種情況，尋求一種最接近于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的數(shù)字仿真工具十分重要，而MATLAB軟件中的SIMULINK是用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成開發(fā)環(huán)境，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，為解決具體的工程問題提供了更為快速、準(zhǔn)確和簡潔的途徑。關(guān)鍵詞：短路電流計(jì)算，MATLAB，仿真A

4、bstractAlong with the development of the electric power industry, the scale of the power system is more and more big, in this case, many large power research is difficult to, especially in the power system, equipment and personnel to the harm such as the biggest accident, especially fault fault loca

5、tion, and on the analysis of the accident to solve the fault of the experiment, in the reality constantly in equipment, it is difficult to accomplish a is practical conditions to meet; The security of the system from the perspective is not allowed in the experiment. Consider the two kinds of circums

6、tances, for one of the most close to power system actual the operation condition of digital simulation tool is very important, and MATLAB software SIMULINK is used for the dynamic system modeling, simulation and analysis of the integrated development environment, is combined with the block diagram i

7、nterface and interactive simulation of nonlinear dynamic system ability of simulation tools, to solve the specific engineering problem, provides a more rapid, accurate and simple way.Keywords: short-circuit current calculation, MATLAB, the simulatio TOC o 1-3 h z u 目錄 TOC o 1-3 h z u 1 概述1.1短路產(chǎn)生的原因(

8、1）.元件損壞例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)，安裝維護(hù)不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等，(2).氣象條件惡化例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌(3).違規(guī)操作，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；(4). 其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。1.2短路的危害（1）由于短路時(shí)產(chǎn)生的很大的點(diǎn)動力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件破壞；（2）短路時(shí)電路中電壓要驟降，嚴(yán)重影響其中電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；（3）短路時(shí)保護(hù)裝置動作，要造成停電，而且越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大；（4）嚴(yán)重的短路要影

9、響電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列；（5）不對稱短路包括單相短路的兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變磁場，對附近的通信線路，電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使之發(fā)生誤動作。1.3短路故障分析的內(nèi)容和目的短路故障分析的主要內(nèi)容包括故障后電流的計(jì)算、短路容量的計(jì)算、故障后系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓的計(jì)算以及其他的一些分析和計(jì)算，如故障時(shí)線路電流與電壓之間的相位關(guān)系等。短路電流計(jì)算與分析的主要目的在于應(yīng)用這些計(jì)算結(jié)果進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定值計(jì)算，開關(guān)電器、串聯(lián)電抗器、母線、絕緣子等電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)，制定限制短路電流的措施和穩(wěn)定性分析等。1.4防范短路電流的措施1.

10、做好短路電流的計(jì)算，正確選擇及校驗(yàn)電氣設(shè)備，電氣設(shè)備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。2.正確選擇繼電保護(hù)的整定值和熔體的額定電流，采用速斷保護(hù)裝置，以便發(fā)生短路時(shí)，能快速切斷短路電流，減少短路電流持續(xù)時(shí)間，減少短路所造成的損失。3.在變電站安裝避雷針，在變壓器四周和線路上安裝避雷器，減少雷擊損害。4.保證架空線路施工質(zhì)量，加強(qiáng)線路維護(hù)，始終保持線路弧垂一致并符合規(guī)定。5.帶電安裝和檢修電氣設(shè)備，注重力要集中，防止誤接線，誤操作，在帶電部位距離較近的部位工作，要采取防止短路的措施。6.加強(qiáng)治理，防止小動物進(jìn)入配電室，爬上電氣設(shè)備。 7.及時(shí)清除導(dǎo)電粉塵，防止導(dǎo)電粉塵進(jìn)入電氣設(shè)備。8.在電纜埋設(shè)

11、處設(shè)置標(biāo)記，有人在四周挖掘施工，要派專人看護(hù)，并向施工人員說明電纜敷設(shè)位置，以防電纜被破壞引發(fā)短路。9電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)人員應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)規(guī)程，嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，正確操作電氣設(shè)備，禁止帶負(fù)荷拉刀閘、帶電合接地刀閘。線路施工，維護(hù)人員工作完畢，應(yīng)立即拆除接地線。要經(jīng)常對線路、設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，迅速進(jìn)行檢修。短路計(jì)算2.1簡單不對稱故障的分析在電力系統(tǒng)的故障中，僅在一處發(fā)生不對稱短路或斷線的故障稱為簡單不對稱故障。它通常分為兩類,一類叫橫向不對稱故障，包括兩相短路，單相接地短路以及兩相接地短路三種類型。這種故障發(fā)生在系統(tǒng)中某一點(diǎn)的一些相之間或相與地之間，是處于網(wǎng)絡(luò)三相支路的橫向，故稱為

12、橫向不對稱故障，其特點(diǎn)是由電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）和公共參考點(diǎn)（地接點(diǎn)）之間構(gòu)成故障端口。該端口一個(gè)是高電位點(diǎn)，另一個(gè)是零電位點(diǎn)。另一類故障時(shí)發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)沿三相支路的縱向，叫縱向不對稱故障，它包括一相斷相和兩相斷相兩種基本類型，其特點(diǎn)是由電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)高電位之間構(gòu)成故障端口。分析計(jì)算不對稱故障的方法很多，如對稱分量法、分量法以及在abc坐標(biāo)系統(tǒng)中直接進(jìn)行計(jì)算等。目前實(shí)際中用的最多的和最基本的方法仍是對稱分量法，現(xiàn)在就重點(diǎn)介紹這種方法，其他方法只做簡略的介紹。應(yīng)用對稱分量法分析計(jì)算簡單不對稱故障時(shí)，對于各序分量的求解一般有兩種方法：一種是直接聯(lián)立求解三序的電動勢方程和三個(gè)邊界條件方程；

13、另一種是借助于復(fù)合序網(wǎng)進(jìn)行求解，即根據(jù)不同故障類型所確定的邊界條件，將三個(gè)序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)逆溄?，組成一個(gè)復(fù)合序網(wǎng)，通過對復(fù)合序網(wǎng)的計(jì)算，求出電流、電壓的各序?qū)ΨQ分量。由于這種方法比較簡單，又容易記憶，因此應(yīng)用較廣。在所討論的各種不對稱故障的分析計(jì)算中，求出的各序電流、電壓對稱分量及各相電流、電壓值，一般都是指起始時(shí)或穩(wěn)態(tài)時(shí)的基頻分量。在工程計(jì)算中都假定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是對稱的，也就是忽略了不對稱短路時(shí)的高次諧波分量。這種假定對穩(wěn)極發(fā)電機(jī)和d軸及q軸都裝有阻尼繞組的凸極發(fā)電機(jī)是比較切合實(shí)際的。2.2短路電流的計(jì)算過程用標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算。標(biāo)么值是建立在不同電壓等級的基礎(chǔ)上各元件參數(shù)直接進(jìn)行運(yùn)算的，此法不僅

14、方便簡潔，而且計(jì)算結(jié)果可以直接進(jìn)行分析。電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器的阻抗參數(shù)均是以本身額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)么值或百分值給出的，而在進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，必須取統(tǒng)一的基準(zhǔn)值，所以要將原來的以本身額定值為基準(zhǔn)值的阻抗標(biāo)么值換算到統(tǒng)一的基準(zhǔn)值。一般先選定基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud。而在工程設(shè)計(jì)中通常取Sd=100MVA， =,其中Uc為短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓。因此，基準(zhǔn)電流為： 基準(zhǔn)電抗為： (1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值： =/=2）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值： =/=3）電力線路的電抗標(biāo)幺值： =/=三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值：=/=由此可得三相短路電流周期分量的有效值為：=求得后，可求=

15、（其中為短路點(diǎn)短路電流的周期分量有效值）。1000kVA及以下的電力變壓器二次側(cè)或在低壓電路發(fā)生三相短路時(shí)=1.84 =1.09。高壓電路發(fā)生三相短路時(shí)：=2.55=1.51。此處只列出了三相短路的計(jì)算方法，其他如單項(xiàng)短路，兩相短路，兩相接地短路均可由三相短路推算出。以圖1做具體說明 圖1.短路點(diǎn)等效2.2.1選擇基準(zhǔn)值SB100MVA , UBUav對于處，取則,對于處，取則，2.2.2計(jì)算系統(tǒng)各元件阻抗標(biāo)幺值等值阻抗：變壓器阻抗標(biāo)幺值 則2.2.3求短路電流的周期分量及沖擊電流圖2.110kV短路點(diǎn)等效電路110kV等級短路點(diǎn)：短路點(diǎn)最大短路電流標(biāo)幺值：短路電流周期分量：沖擊電流：短路容量

16、： 圖3.10kV短路點(diǎn)等效圖10kV等級短路點(diǎn)：短路點(diǎn)最大短路電流標(biāo)幺值：短路電流周期分量：沖擊電流：短路容量：用MATLAB計(jì)算短路電流3.1MATLAB簡介 MATLAB (Matrix Laboratory)為美國Mathworks公司1983年首次推出的一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件，其功能不斷擴(kuò)充，版本不斷升級，1992年推出劃時(shí)代的4.0版，1993年推出了可以配合Microsoft Windous使用的微機(jī)版，95年4.2版，97年5.0版，99年5.3版，5.X版無論是界面還是內(nèi)容都有長足的進(jìn)展，其幫助信息采用超文本格式和PDF格式，可以方便的瀏覽。至2001年6月推出6.1

17、版，2002年6月推出6.5版，繼而推出6.5.1版, 2004年7月MATLAB7和Simulink6.0被推出，目前的最新版本為7.1版。MATLAB將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問題的分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還提供了專業(yè)水平的符號計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能，是具有全部語言功能和特征的新一代軟件開發(fā)平臺。MATLAB 已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺、功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等國家的高校，MATLAB已成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號處理、時(shí)間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具。成

18、為攻讀學(xué)位的本科、碩士、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開發(fā)部門，MATLAB被廣泛的應(yīng)用于研究和解決各種具體問題。在中國，MATLAB也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來，因?yàn)闊o論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從MATLAB中找到合適的功能。3.1.1MATLAB應(yīng)用 1.數(shù)值分析2.數(shù)值和符號計(jì)算3.工程與科學(xué)繪圖4.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真5.技術(shù)6.技術(shù)7.通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真8.財(cái)務(wù)與金融工程3.2Simulink簡介Simulink是最重要的組件之一，它提供一個(gè)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。S

19、imulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。3.2.1Simulink功能 1.Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)，被廣泛應(yīng)用于、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系

20、統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 2.Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對各種，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。. 3.構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB 緊密集成，可以直接訪問MA

21、TLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 3.2.2Simulink特點(diǎn) 1豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫 2.交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖 3.以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 4.通過Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼 5.提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 6.使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法 7.使用定步長或變步長運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal

22、,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型 8.圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 9.可訪問MATLAB從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) 10.模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤3.3用MATLAB計(jì)算短路電流的實(shí)現(xiàn)假設(shè)電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10型。要求求出此變電所高壓10KV母線上K-1點(diǎn)短路和低壓380V母線上K-2點(diǎn)短路的三相短路電流。3.3.1短路計(jì)算內(nèi)容概述用Matlab中Simulink組件的SimPowerSystem

23、s工具箱構(gòu)建設(shè)計(jì)要求所給的電力系統(tǒng)模型，然后在12個(gè)不同的母線上設(shè)置單相單路、兩相短路、兩相接地短路、三相短路，然后分別運(yùn)行該系統(tǒng)，通過測量元件獲得各個(gè)母線不同短路類型的短路電流。3.3.2電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算仿真運(yùn)行圖3-1 系統(tǒng)仿真模型3.3.3仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)電路圖設(shè)計(jì)完成后，對其進(jìn)行仿真，以達(dá)到觀察交流電路中暫態(tài)變化情況。對仿真參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置：開始時(shí)間(Start time)：0s停止時(shí)間(Stop time)：0.0001s求解程序類型(Type)選項(xiàng)：可變步長(Variablestep)，ode23(BogackiShampine)最大步長(Max step size)選項(xiàng)：自動(auto)最小步長(Min step size)選項(xiàng)：自動(auto)初始步長(Intial step size)選項(xiàng)：