课程设计报告63122325.docx
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课程设计报告63122325
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电力系统课程设计
题目基于三角分解法的复杂电网三相短路计算
院系信电学院
专业电气工程及其自动化
班级电气083
学生姓名徐勇军
学号
12月12日至12月23日共2周
2011年12月23日
课程设计任务书
题目基于三角分解法的复杂电网三相短路计算
院系信电学院
专业电气工程及其自动化
班级电气083
学生姓名徐勇军
学号
12月12日至12月23日共2周
指导教师(签字)
系主任(签字)
2011年12月23日
摘要
随着电力工业的发展,用电负荷的不断增加,电力系统的规模随之越来越大,这就为电力系统的分析计算增加难度,而电力系统分析计算在现代社会则显得愈加重要,尤其对于故障情况时,能够及时快速的切除故障提供依据。
本次课程设计从电力系统分析的基础知识出发,对电力系统的网络图进行简化,进行分析,运用支路追加法计算其阻抗矩阵、利用因子表分解法求解因子表、由阻抗矩阵和因子表计算任意支路短路故障点短路时的短路电流。
并对计算结果进行对比分析,回代验证其正确性,进而完成电力系统的计算部分。
电力系统的运行表明,在解决事故故障时要不断的实验,在现实设备中很难实现,一是实际的条件难以满足;二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。
考虑这两种情况,寻求一种接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具十分重要,而MATLAB软件为解决具体的工程问题提供了快速、准确和简洁的途径。
关键词:
电力系统阻抗矩阵因子表故障仿真
一、设计内容及要求5
二、设计原始资料5
(一)设计步骤5
(二)设计要点5
(三)主要技术关键的分析6
三、设计完成后提交的文件和图纸9
(一)近似计算法标幺值的计算9
(二)阻抗矩阵的形成过程12
(三)因子表的形成过程28
(四)仿真结果42
四、进程安排52
五、主要参考资料52
六、课程设计体会及总结53
一、设计内容及要求
第一阶段:
分析原始资料、明确设计内容、制定详细计划;
学习阻抗矩阵及导纳矩阵,学习利用支路追加法形成阻抗矩阵的方法,学习三角分解法求解导纳矩阵的方法;题目内容详见指导书。
第二阶段分析目标电网,生成计算模型,确定设计方法;
第三阶段:
根据前两阶段的成果,生成复杂电网的计算矩阵,完成矩阵的三角分解过程,并完成手工计算过程;
第四阶段:
上机实验,利用MATLAB验证生成矩阵的正确性,并验证短路电流计算结果的正确性,完成课程设计说明书,写明整个设计流程;
第五阶段:
修改课程设计说明书,参加答辩、完成课程
二、设计原始资料
复杂电网数据(详见指导书),电力系统故障分析教材,MATLAB7.0软件及阻抗三相短路电流计算仿真软件
(一)设计步骤
第一阶段:
分析原始资料、明确设计内容、制定详细计划;
学习阻抗矩阵及导纳矩阵,学习利用支路追加法形成阻抗矩阵的方法,学习三角分解法求解导纳矩阵的方法;
第二阶段分析目标电网,生成计算模型,确定设计方法;
第三阶段:
根据前两阶段的成果,生成复杂电网的计算矩阵,完成矩阵的三角分解过程,并完成手工计算过程;
第四阶段:
上机实验,利用MATLAB验证生成矩阵的正确性,并验证短路电流计算结果的正确性,完成课程设计说明书,写明整个设计流程;
第五阶段:
修改课程设计说明书,参加答辩、完成课程设计
(二)设计要点
本课程设计的要点是
1.学习分析复杂电网模型原始数据,并绘制电网阻抗计算模型。
2.学习复杂电网三相短路电流的计算方法,学习阻抗矩阵及导纳矩阵的含义及生成方法,学会通过支路追加法形成阻抗矩阵。
3.利用因子表法求解导纳矩阵,求解短路电流计算结果。
设计进度安排
12月12日至12月13日完成第一阶段设计内容
12月14日至12月15日完成第二阶段设计内容
12月16日完成第三阶段设计内容
12月19日至12月20日完成第四阶段设计内容
12月21日至12月23日完成第五阶段设计内容
(三)主要技术关键的分析
如下图所示复杂电网,通过对复杂电网的阻抗计算及化简,生成等效阻抗计算模型,按照图中编号的顺序,利用支路追加法,形成节点阻抗矩阵。
题目一:
计算④点短路时,故障点的短路电流及所有10kV线路的电流。
题目二:
计算⑤点短路时,故障点的短路电流及56、57、67线的电流。
要求提供电网原始数据图,化简等效后的阻抗图,生成阻抗矩阵的方法流程,计算电流的结果,Matlab程序的仿真计算过程及结果,数据的分析。
任一网络用节点阻抗矩阵表示的节点电压方程为
则任一点三相短路时的电流,其中Zf是短路支路阻抗,取决于故障回路,如果是金属性短路,其值为0;
则
则是各个结点故障状态下叠加的电压量,故障后的电压应为
,则任一支路电流,其中zij为ij两结点间的阻抗值。
利用阻抗矩阵计算短路电流的流程为
最后使用MatLab程序完成整个设计的仿真,校验利用手工方法计算结果的正确性。
三、设计完成后提交的文件和图纸
1.计算说明书部分
体现整个设计流程的计算说明,包括生成计算模型的分析,计算矩阵的生成,计算式、三角分解的计算过程及最终结果,相关故障点短路电流的计算结果;
原始复杂电网模型图纸、化简后的阻抗计算模型图纸。
(一)近似计算法标幺值的计算
根据网络中的参数计算如下:
取基准值:
因此,该网络的等效阻抗图(图1-0)可得:
图1-0阻抗标幺值等效电网图
(二)阻抗矩阵的形成过程
支路追加法计算计算阻抗矩阵如下:
取接地支路0-1为起始追加支路(如图1),接地树支
(1)
(2)追加支路0-2(如图2),接地树支
(2)
(3)追加支路0-3(如图0-3),接地树支
(3)
(4)追加支路2-3(如图4),不接地链支,对原阻抗矩阵元素进行修改
(4)
(5)追加支路2-4(如图5),不接地树支
(5)
(6)追加支路3-4(如图6),不接地链支
(6)
(7)追加支路4-5(如图7),不接地树支
(7)
(8)追加支路5-6(如图8),不接地树支
(8)
(9)追加支路6-7(如图9),不接地树支
(9)
(10)追加支路5-7(如图10),不接地链支
(10)
(11)追加支路7-8(如图11),不接地树支
(11)
(12)追加支路5-8(如图12),不接地链支
(12)
(13)追加支路8-9(如图13),不接地树支
(13)
(14)追加支路6-9(如图14),不接地链支
(14)
(15)追加支路8-9(如图1-0),不接地链支
图1-1阻抗矩阵的形成过程
(三)因子表的形成过程原始导纳矩阵:
Y=
则相应的导纳型节点方程为;
则相应的导纳型节点方程为:
则相应的导纳型节点方程为:
则相应的导纳型节点方程为:
则相应的导纳型节点方程为:
则相应的导纳型节点方程为:
则相应的导纳型节点方程为:
因子表的标准形式为:
对U求解的回代运算:
求解5节点短路时的短路故障电流和线路56,57,58的支路故障电流:
图1-2短路电流的计算过程
图1-3因子表的形成过程
(四)仿真结果
Matlab仿真程序的执行结果及清单打印稿。
Togetstarted,selectMATLABHelporDemosfromtheHelpmenu.
Theelementtype"name"mustbeterminatedbythematchingend-tag"
Couldnotparsethefile:
c:
\matlab7\toolbox\ccslink\ccslink\info.xml
请输入独立节点数:
n=9
请输入支路数:
l=15
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=1
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.15i
阻抗矩阵:
0+0.1500i
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=1
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.15i
阻抗矩阵:
0+0.1500i0
00+0.1500i
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=1
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.075i
阻抗矩阵:
0+0.1500i00
00+0.1500i0
000+0.0750i
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=3
请输入支路起始结点号(由1开始)s=2
请输入支路终止结点号(由1开始,比起始结点号大)e=3
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.1i
阻抗矩阵:
0+0.1500i00
00+0.0808i0+0.0346i
00+0.0346i0+0.0577i
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=2
请输入支路起始结点号(由1开始)s=2
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.1i
阻抗矩阵:
0+0.1500i000
00+0.0808i0+0.0346i0+0.0808i
00+0.0346i0+0.0577i0+0.0346i
00+0.0808i0+0.0346i0+0.1808i
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=3
请输入支路起始结点号(由1开始)s=3
请输入支路终止结点号(由1开始,比起始结点号大)e=4
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.1i
阻抗矩阵:
0+0.1500i000
00+0.0729i0+0.0386i0+0.0557i
00+0.0386i0+0.0557i0+0.0471i
00+0.0557i0+0.0471i0+0.1014i
请确定增加的支路种类1—接地树支;2—不接地树支;3—不接地链支;4—接地链支:
type=2
请输入支路起始结点号(由1开始)s=4
请输入支路阻抗标么值,形如“0.3i”0.03i
阻抗矩阵:
Columns1through4
0+0.1500i000
00+0.0729i0+0.0386i0+0.0557i
00+0.0386i0+0.0557i0+0.0471i
00+0.0557i0+0.0471i0+0.1014i
00+0.0557i0+0.0471i0+0.1014i
Column5
0
0+0.0557i
0+0.0471i
0+0.
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