電力系統(tǒng)下課程設計

GuangzhouCollegeofSouthChinaUniversityofTechnology《電力系統(tǒng)分析》課程設計報告題目：3G9bus短路電流計算電氣工程學院10電氣工程學院10級電氣四班專業(yè)班級學生姓名學號指導教師 提交日期2012年12月10日目錄、設計目的 TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"、短路電流計算的基本原理和方法 3電力系統(tǒng)節(jié)點方程的建立 3利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流 4\o"CurrentDocument"三、3G9bus短路電流在計算機的編程 6、三機九節(jié)點系統(tǒng) 6輸出并計算結(jié)果 13四．總結(jié) 15、設計目的.掌握電力系統(tǒng)短路計算的基本原理；.掌握并能熟練運用一門計算機語言（MATLAB語言或FORTRAN或C語言或C++語言）；.采用計算機語言對短路計算進行計算機編程計算。、短路電流計算的基本原理和方法電力系統(tǒng)節(jié)點方程的建立利用節(jié)點方程作故障計算，需要形成系統(tǒng)的節(jié)點導納（或阻抗）矩陣。一般短路電流計算以前要作電力系統(tǒng)的潮流計算，假定潮流計算的節(jié)點導納矩陣已經(jīng)形成，在此基礎上通過追加支路的方式形成電力短路電流計算的節(jié)點導納矩陣YN。1）對發(fā)電機節(jié)點EZ二RjX在每一發(fā)電機節(jié)點增加接地有源支路 i與「ii串聯(lián)求短路穩(wěn)態(tài)解：Ei"QiZ"R'jXiiqi求短路起始次暫態(tài)電流解：Ei二iEZi=Ri'ijX一般情況下發(fā)電機定子繞組電阻忽略掉，并將一一般情況下發(fā)電機定子繞組電阻忽略掉，并將一■jX一、一 E.與Z一,R」的有源支路轉(zhuǎn)化成電流源i▼i i iYi=iGBi=^-Ii=iEZ與導納 RjXi并聯(lián)的形式2）負荷節(jié)點的處理1 1負荷節(jié)點在短路計一算中一般作為節(jié)點的接地支路，并用恒定阻抗表示，其數(shù)值由短路前瞬間的負荷功率和節(jié)點實際電壓算出，即首先根據(jù)給定的電力系統(tǒng)運行方式制訂系統(tǒng)的等值電路，并進行各元件標么值參數(shù)的計算，然后利用變壓器和線路的參數(shù)形成不含發(fā)電機和負荷的節(jié)點導納矩陣YN。2ZLDk二2ZLDk二 LdR- 12?kSLDkYLDk二浪一滁SLDk2Vk圖fi-1發(fā)電機和負荷等值俎路ra（S3對稱歧躇外圻3）如果短路故障發(fā)生在輸電線路內(nèi)，在短路點要增加新節(jié)點，將一條輸電線分成兩段，并形成短路電流計算的節(jié)點導納矩陣 Y，最后形成包括所有發(fā)電機支路和負荷支路的節(jié)點方程如下：二 YVI一般，節(jié)點導納矩陣Y陣與YN階次相同。其差別只在于YN陣不含發(fā)電機和負荷的阻抗；節(jié)點注入電流向量I中只有發(fā)電機端節(jié)點的電流不為零。有非零電流源注人的節(jié)點稱為有源節(jié)點。系統(tǒng)中的同步調(diào)相機可按發(fā)電機處理。任進行起始次暫態(tài)電流計算時，大型同步電動機、感應電動機以及以電動機為主要成分的綜合負荷，特別是在短路點近處的這些負荷，必要時也可以用有源支路表示，并仿照發(fā)電機進行處理。必須指出，在計算機已普遍應用的情況下，如果有必要的話，只要能提供短路計算所需的準確的原始數(shù)據(jù)，對短路進行更精確的計算并不存在什么障礙。利用節(jié)點阻抗矩陣計算短路電流假定系統(tǒng)中的節(jié)點f經(jīng)過渡阻抗zf發(fā)生短路。過渡阻抗渡阻抗zf，不參與形成網(wǎng)絡的節(jié)點導納（或阻抗）矩陣。圖6-3中方框內(nèi)的有源網(wǎng)絡代表系統(tǒng)正常狀態(tài)的單相等值網(wǎng)絡?，F(xiàn)在我們保持故障處的邊界條件不變， 把網(wǎng)絡的原有部分同故障支路分開（見圖6-3）。容易看出，對于正常狀態(tài)的網(wǎng)絡而言，發(fā)生短路相當于在故障節(jié)點 f增加了一個注人電流一If（短路電流以流出故障點為正，節(jié)點電流則以注入為正） 。因此，網(wǎng)絡中任一節(jié)點Vi二、Z"一ifZf（i=1,2,..,f,.,n）的電壓可表示為： j。 （6-3）由式（6-3）可見，任一節(jié)點i的電壓郁由兩項疊加而成。第一項表示當 If=0時由網(wǎng)絡內(nèi)所有電源在節(jié)點i產(chǎn)生的電壓，也就是短路前瞬間正常運行狀態(tài)一F 的節(jié)點電壓，,V這是節(jié)點電壓的正常分量，記為i（0）是電網(wǎng)的潮流解。第二項是當網(wǎng)絡中所有電流源都斷開，

僅僅由短路電流If在節(jié)點產(chǎn)生的電壓，僅僅由短路電流If在節(jié)點產(chǎn)生的電壓，這就是節(jié)點電壓的故障分童。上述兩個分量的疊加，就等于發(fā)生短路后節(jié)點，的實際電壓，即v!=v'i⑹一iflf（i1,2，..，f，.f（0n）V1-iflf （6-4）式中，Vi⑹是短路前故障點的正常電壓；當i=f時，Zff是故障節(jié)點f的自阻抗，也稱輸入阻抗。V Vi輸入阻抗。V Vi【ZfIf（邊界條件方程）帶入ff(jZi!f可得:ffzfzVi=VVi=Vi(o)-Zif1,2,..,f,.,n)ffZf■工存源的端網(wǎng)格pqZ存源的端網(wǎng)格pq對于非變壓器支路，令k=1。從計算公式（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f。這就是說，如果網(wǎng)絡在正常狀態(tài)下的節(jié)點電壓為已知，為了進行短路計算，只須利用節(jié)點阻抗矩陣中與故障點f對應的一列元素。因此，盡管是采用了阻抗型的節(jié)點方程，但是并不需要作出全部阻抗矩陣。在短路的實際計一算中，一般只需形成網(wǎng)絡的節(jié)點導納矩陣.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。在應用節(jié)點阻抗矩陣進行短路計算時，我們都將采用這種算法。1)解潮流計算， Vi(0)(i=1,2,..,f,.,n)2）修正解潮流的YN形成Y3）指定短路點fY11Y21Y12丫22Y■n1Yn2illillHI1nY2nYnn2k第元素,( ,,,)Lfk=1,2,,,nZk-nkL0JL0JV，.f（0）If= 5）計算短路電流： Z-ffzf6）計算節(jié)點電壓：Vi=iV⑻-ZifIf （iI2,..,f,.,n）pq7）計算支路電流:8pq7）計算支路電流:8）輸出計算結(jié)果pq三、3G9bus短路電流在計算機的編程、三機九節(jié)點系統(tǒng)圖1圖1三機九節(jié)點系統(tǒng)表1九節(jié)點系統(tǒng)支路參數(shù)支路R（p.u.）X（p.u）B/2（p.u.）1~400.05761.02~700.06251.03~900.05861.04~50.010.0850.0884~60.0170.0920.0795~70.0320.1610.1536?90.0390.170.1797?80.00850.0720.07458~90.01190.10080.1045表2九節(jié)點系統(tǒng)發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機編號節(jié)點類型Pg(p.u.)Vg(p.u.)X：(p.u)E『(p.u.)1V&1.040.31.1372PV1.631.0250.31.2113PV0.851.0250.31.043表3九節(jié)點系統(tǒng)負荷參數(shù)節(jié)點編號節(jié)點類型Pi(p.u.)Qi(p.u)4pq005pq1.250.56pq0.90.37pq008pq10.359pq00主程序程序設計主函數(shù)Sbase_MVA=100.fid=fopen('Nodedata.txt');N=textscan(fid,'%s%u%d%f%f%f%f%f%f')fclose(fid);busnumber=size(N{1},1)fori=1:busnumberBus(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;endfid=fopen('Aclinedata.txt');A=textscan(fid,'%s%s%f%f%f%f')fclose(fid);aclinenumber=size(A{1},1)fori=1:aclinenumberAcline(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:busnumberifstrcmp(Acline(i).fbname,Bus(k).name)Acline(i).fbno=Bus(k).no;endifstrcmp(Acline(i).tbname,Bus(k).name)Acline(i).tbno=Bus(k).no;endendendfid=fopen('Transdata.txt');T=textscan(fid,'%s%f%f%s%f%f%f%f')fclose(fid);tansnumber=size(T{1},1)fori=1:tansnumberTrans(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:busnumberifstrcmp(Trans(i).fbname,Bus(k).name)Trans(i).fbno=Bus(k).no;endifstrcmp(Trans(i).tbname,Bus(k).name)Trans(i).tbno=Bus(k).no;endendTrans(i).k=Trans(i).tbrated_KV*Trans(i).fbBase_KV/Trans(i).fbrated_KV/Trans(i).tbBase_KV;tempx=Trans(i).fbrated_KV八2/Trans(i).fbBase_KV八2;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);GBB2pause[JP,JQ]=FormJPQmatrix(Bus,B,B2,busnumber);JPiJP=-inv(JP)JQiJQ=-inv(JQ)pause%maxiteration=0fori=1:busnumberNodeV(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=NodeV'Nodea=Nodea'%VX=VX'%VY=VY'dQGQL=dQGQL'dPGPL=dPGPL'pause%fornointer=1:10maxdP=1.;maxdQ=1.;epsilon=0.000001;noiteration=0;while(maxdP>epsilon)&(maxdP>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;ifnoiteration>20breakendendfori=1:busnumberBus(i).V=NodeV(i);NodeV(i)=NodeV(i)*Bus(i).Base_KV;Bus(i).angle=Nodea(i);Nodea(i)=Nodea(i)*180/pi;endnoiterationNodea=Nodea'NodeV=NodeV'Clear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);fori=1:busnumberY(i,i)=Y(i,i)+Bus(i).pb*j;endfori=1:aclinenumberf=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;endfori=1:tansnumberf=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).k八2;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;fori=1:busnumberifBus(i).type==1fork=1:busnumberJQ(i,k)=0.;JQ(k,i)=0.;JP(i,k)=0.;JP(k,i)=0.;endJQ(i,i)=1.;JP(i,i)=1.;endifBus(i).type==3fork=1:busnumberJQ(i,k)=0.;JQ(k,i)=0.;endJQ(i,i)=1.;endendend%計算偏節(jié)點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.;fori=1:busnumberifBus(i).type==1deltaQ(i)=0.;deltaP(i)=0.;endifBus(i).type==3deltaQ(i)=0.;%y1=0;%y2=0;y3=0;fork=1:busnumberif(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)));endenddeltaP(i)=deltaP(i)-y3*NodeV(i);%deltaP2(i)=(deltaP2(i)-(y1*VX(i)+y2*VY(i)))/Bus(i).V;endifBus(i).type==2%y1=0;%y2=0;y3=0;y4=0;fork=1:busnumberif(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)));endenddeltaP(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;endifmaxdP<abs(deltaP(i));maxdP=abs(deltaP(i));endifmaxdQ<abs(deltaQ(i));maxdQ=abs(deltaQ(i));enddeltaP(i)=deltaP(i)/NodeV(i);deltaQ(i)=deltaQ(i)/NodeV(i);endend輸出并計算結(jié)果由以上程序可以得出：(1)進行系統(tǒng)正常運行狀態(tài)的潮流計算，求得vi(0)：己知公式可⑹=1-(Zif/(ff+Zf))因為金屬性短路時f0公式為V(0)=1-(2]"立)再根據(jù)公式可得，iv1&(0)=0.2774；v2&(0)=0.6770；v3&(0)=0.6770；v4&(0)=0；v5&(0)=0.1870；v6&(0)=0.1934；v7&(0)=0.54197；v8&(0)=0.5456；v&(0)=0.551