强烈推荐电力系统暂态上机计算毕业论文报告.docx
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强烈推荐电力系统暂态上机计算毕业论文报告
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课程设计报告
(2012—2013年度第二学期)
名称:
电力系统暂态上机
院系:
电气与电子工程学院
成绩:
日期:
2013年7月1日
一、课程设计的目的与要求
巩固电力系统暂态分析理论知识,使学生掌握采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算的基本方法,并进一步巩固计算机编程能力,为将来从事相关的技术工作打下必要的基础。
二、设计正文(详细内容见附录,用A4纸,页数不限)
1.对称短路计算过程流程图和计算结果
2.不对称短路计算过程流程图和计算结果
3.静态稳定性计算过程流程图和计算结果
4.暂态稳定性计算过程流程图和计算结果
5、思考题
6、实验程序
三、课程设计总结或结论
本次电力系统暂态上机主要讨论了计算各种类型短路故障下系统网络中的电压电流分布以及电力系统的静态稳定、暂态稳定问题。
在短路电流的计算过程中,先通过计算系统各个节点的导纳矩阵,再通过判断系统的故障节点号和故障类型代入相应的公式进行计算。
其中,将故障后的电气量分成故障分量和正常分量,通过故障类型判断故障分量和正常分量的值,相加后通过对称分量法的矩阵转换即可得出所求的电气量的数值。
在静态稳定性的计算中,计算出发电机中的各个参数值和放大倍数,根据相应的对应关系通过特征值判据判断稳定性,进而计算Pe的值,从而判断其最大功率。
在暂态稳定性的计算中,设置了相应的切除时间和分段时间,每一个分段时间进行一次计算,在切除故障前和后分别进行计算,进而得出相应曲线,并通过多次尝试的除最大切除时间大约为2s。
通过此次学习,了解到电力系统的故障时,大部分电磁量将随时间变化,描述其特性的是微分方程,这给分析计算带来一定困难。
在分析过程中通常尽量避免对微分方程直接求解,而是采用一定的工具和假设使问题得以简化,即把“微分方程代数化,暂态分析稳态化”。
在分析不对称故障时,各相之间电磁量的耦合使问题的分析更为复杂,此时常用的分析方法是采用对称分量法将不对称问题转化为对称问题来求解。
另外,通过此次课程设计,我学习并掌握了一定的Matlab知识,对简单的选择语句、循环语句、数组的使用等有了一些了解,为今后学习、工作中再次学习使用此软件打下了基础,获益匪浅。
四、参考文献
1.《电力系统暂态分析》,李光琦,中国电力出版社,2006年,第三版;
2.《电力系统分析》(上、下),何仰赞,华中科技大学出版社,1998年,第二版。
3.《电力系统故障的计算机辅助分析》重庆大学出版社米麟书等
4.《电力系统潮流计算》天津大学出版社宋文南等
5.《电力系统故障分析》清华大学出版社周荣光
6.《短路电流实用计算方法》电力工业出版社西安交通大学等
7.《精通Matlab6.5》北京航空航天大学出版社,张志涌
附录(设计流程图、计算结果、思考题答案)
1、对称短路计算流程图及计算结果
●过程流程图
●计算结果节点导纳矩阵
图1Y1、Y2的计算结果
图2Y0的计算结果
图3YY1、YY2的结算结果
(2)节点3发生三相短路故障
a、故障点三序电流、三相电流:
I1=0-9.8592iI2=0I0=0;Ia=0-9.8592iIb=-8.5383+4.9296iIc=8.5383+4.9296i
b.各节点三序电压、三相电压:
节点
U1
U2
U0
Ua
Ub
Uc
1
0.4507
0
0
0.4507
-0.2254-0.3903i
-0.2254+0.3903i
2
0.5352
0
0
0.5352
-0.2676-0.4635i
-0.2676+0.4635i
3
0
0
0
0
0
0
4
0.6338
0
0
0.5489+0.3169i
0.0000-0.6338i
-0.5489+0.3169i
5
0.6091
0
0
0.5977+0.3451i
0.0000-0.6901i
-0.5977+0.3451i
c.各支路三序电流、三相电流:
支路
I1
I2
I0
Ia
Ib
Ic
1-2
0+0.8451i
0
0
0+0.8451i
0.7319-0.4225i
-0.7319-0.4225i
1-3
0-4.5070i
0
0
0-4.5070i
-3.9032+2.2535i
3.9032+2.2535i
2-3
0-5.3521i
0
0
0-5.3521i
-4.6351+2.6761i
4.6351+2.6761i
1-4
0+3.6620i
0
0
0+3.6620i
3.1714-
1.8310i
-3.1714-
1.8310i
2-5
0+6.1972i
0
0
0+6.1972i
5.3669-
3.0968i
-5.3669-
3.0968i
发电机1
-1.8310+3.1714i
0
0
-1.8310+3.1714i
3.6620
-1.8310-3.1714i
发电机23
-3.0986+5.3669i
0
0
-3.0986+5.3669i
6.1972-0.0000i
-3.0986-5.3669i
2、不对称短路计算的流程图及计算结果
●流程图
●计算结果
(1)节点3发生A相短路接地故障
a.故障点三序电流、三相电流:
I1=0-3.1080iI2=0-3.1080iI0=0-3.1080i;Ia=0-9.3241iIb=0-0.0000iIc=0-0.0000i
b.各节点三序电压、三相电压:
节点
U1
U2
U0
Ua
Ub
Uc
1
0.8268
-0.1732
-0.0715
0.5822
-0.3983-0.8660i
-0.3983+0.8660i
2
0.8535
-0.1465
-0.0459
0.6610
-0.3994-0.8660i
-0.3994+0.8660i
3
0.6848
-0.3152
-0.3695
0.0000
-0.5543-0.8660i
-0.5543+0.8660i
4
0.8846
-0.1154
0
0.6661+0.5000i
0.0000-1.0000i
-0.6661+0.5000i
5
0.9023
-0.0977
0
0.6968+0.5000i
0.0000-1.0000i
-0.6968+0.5000i
c.各支路三序电流、三相电流:
支路
I1
I2
I0
Ia
Ib
Ic
1-2
0+0.2664i
0+0.2664i
0+0.1280i
0+0.6608i
0-0.1384i
0-0.1384i
1-3
0-1.4208i
0-1.4208i
0-1.4900i
0-4.3517i
0.0000-0.0692i
-0.0000-0.0692i
2-3
0-1.6872i
0-1.6872i
0-1.6180i
0-4.9924i
0.0000+0.0692i
-0.0000+0.0692i
1-4
0+1.1544i
0+1.1544i
0+1.3621i
0+3.6709i
0.0000+0.2077i
-0.0000+0.2077i
2-5
0+1.9536i
0+1.9536i
0+1.7459i
0+5.6532i
0.0000-0.2077i
-0.0000-0.2077i
发电机1
-0.5772+0.9997i
0.5772+0.9997i
0
-0.0000+1.9995i
0.0000-0.0000i
-0.0000-1.9995i
发电机23
-0.9768+1.6919i
0.9768+1.6919i
0
-0.0000+3.3838i
0.0000-0.0000i
-0.0000-3.3838i
(2)节点3发生A相经10Ω电阻接地故障
a.故障点三序电流、三相电流:
I1=1.1152-2.6363iI2=1.1152-2.6363iI0=1.1152-2.6363i;Ia=3.3456-7.9088iIb=0Ic=0
b.各节点三序电压、三相电压:
节点
U1
U2
U0
Ua
Ub
Uc
1
0.8531-0.0621i
-0.1469-0.0621i
-0.0607-0.0257i
0.6456-0.1499i
-0.4138-0.8296i
-0.4138+0.9025i
2
0.8757-0.0526i
-0.1243-0.0526i
-0.0389-0.0165i
0.7125-0.1216i
-0.4147-0.8299i
-0.4147+0.9021i
3
0.7326-0.1131i
-0.2674-0.1131i
-0.3134-0.1326i
0.1518-0.3588i
-0.5460-0.8855i
-0.5460+0.8466i
4
0.9021-0.0414i
-0.0979-0.0414i
0
0.6964+0.4283i
0.0000-1.0000i
-0.6964+0.5717i
5
0.9171-0.0350i
-0.0829-0.0350i
0
0.7225+0.4393i
0.0000-1.0000i
-0.7225+0.5607i
c.各支路三序电流、三相电流:
支路
I1
I2
I0
Ia
Ib
Ic
1-2
-0.0956+0.2260i
-0.0956+0.2260i
-0.0459+0.1085i
-0.2371+0.5605i
0.0497-0.1174i
0.0497-0.1174ii
1-3
0.5098-1.2052i
0.5098-1.2052i
0.5346-1.2639i
1.5542-3.6742i
0.0248-0.0587i
0.0248-0.0587i
2-3
0.6054-1.4311i
0.6054-1.4311i
0.5806-1.3724i
1.7913-4.2346i
-0.0248+0.0587i
-0.0248+0.0587i
1-4
-0.4142+0.9792i
-0.4142+0.9792i
-0.4887+1.1553i
-1.3172+3.1137i
-0.0745+0.1761i
-0.0745+0.1761i
2-5
-0.7010+1.6571i
-0.7010+1.6571i
-0.6265+1.4809i
-2.0284+4.7951i
0.0745-0.1761i
0.0745-0.1761i
发电机1
-0.8483+0.6409i
0.1309+1.0551i
0
-0.7174+1.6960i
0.0000-0.0000i
0.7174-1.6960i
发电机23
-1.4356+1.0846i
0.2215+1.7856i
0
-1.2141+2.8702i
-0.0000-0.0000i
1.2141-2.8702i
(3)节点3发生b、c两相短路故障
a.故障点三序电流、三相电流:
I1=0-4.9296iI2=0+4.9296iI0=0;Ia=0Ib=-8.6078-0.0000iIc=8.6078+0.0000i
b.各节点三序电压、三相电压:
节点
U1
U2
U0
Ua
Ub
Uc
1
0.7254
0.2746
0
1.0000
-0.5000-0.3903i
-0.5000+0.3903i
2
0.7676
0.2324
0
1.0000
-0.5000-0.4635i
-0.5000+0.4635i
3
0.5000
0.5000
0
1.0000
-0.5000
-0.5000
4
0.8169
0.1831
0
0.8660+0.3169i
0.0000-0.6338i
-0.8660+0.3169i
5
0.8451
0.1549
0
0.8660+0.3451i
0.0000-0.6901i
-0.8660+0.3451i
c.各支路三序电流、三相电流:
支路
I1
I2
I0
Ia
Ib
Ic
1-2
0+0.4225i
0-0.4225i
0
0
0.7319
-0.7319
1-3
0-2.2535i
0+2.2535i
0
0
-3.9032
3.9032
2-3
0-2.6761i
0+2.6761i
0
0
-4.6351
4.6351
1-4
0+1.8310i
0+-1.8310i
0
0
3.1714
3.1714
2-5
0+3.0986i
0-3.0986i
0
0
5.3669
-5.3669
发电机1
-0.9155+1.5857i
-0.9155-1.5857i
0
-1.8310
3.6620
-1.8310
发电机2、3
-1.5493+2.6835i
-1.5493-2.6835i
0
-3.0986
6.1972
-3.0986
(4)节点3发生b、c两相短路接地故障
a.故障点三序电流、三相电流:
I1=0-6.4036iI2=0+3.4556iI0=0+2.9480i;Ia=0Ib=-8.5383+4.4220iIc=8.5383+4.4220i
b.各节点三序电压、三相电压:
节点
U1
U2
U0
Ua
Ub
Uc
1
0.6432
0.1925
0.0678
0.9036
-0.3500-0.3903i
-0.3500+0.3903i
2
0.6981
0.1629
0.0436
0.9046
-0.3870-0.4635i
-0.3870+0.4635i
3
0.3505
0.3505
0.3505
1.0515
0
0
4
0.7622
0.1283
0
0.7712+0.3169i
0.0000-0.6338i
-0.7712+0.3169i
5
0.7987
0.1086
0
0.7858+0.3451i
0.0000-0.6901i
-0.7858+0.3451i
c.各支路三序电流、三相电流:
支路
I1
I2
I0
Ia
Ib
Ic
1-2
0+0.5489i
0-0.2962i
0-0.1214i
0+0.1304i
0.7319-0.2477i
-0.7319-0.2477i
1-3
0-2.9274i
0+1.5797i
0+1.4133i
0+0.0657i
-3.9032+2.0872i
3.9032+2.0872i
2-3
0-3.4762i
0+1.8759i
0+1.5347i
0-0.0657i
-4.6351+2.3349i
4.6351+2.3349i
1-4
0+2.3785i
0-1.2835i
0-1.2920i
0-0.1970i
3.1714-1.8394i
-3.1714-1.8394i
2-5
0+4.0251i
0-2.1721i
0-1.6561i
0+0.1970i
5.3669-2.5826i
-5.3669-2.5826i
发电机1
-1.1892+2.0598i
-0.6417-1.1115i
0
-1.8310+0.9483i
3.6620
-1.8310-0.9483i
发电机2、3
-2.0126+3.4858i
-1.0860-1.8811i
0
-3.0986+1.6048i
6.1972+0.0000i
-3.0986-1.6048i
3.静态稳定性计算过程流程图和计算结果
●过程流程图
●计算结果
因此,Ke=2.1时,P最大,静态稳定性最好
4、暂态稳定性计算过程流程图和计算结果
●过程流程图
●计算结果
0.15s切除故障时的摇摆曲线0.25s切除故障时的摇摆曲线
0.15s切除故障时,系统为暂态稳定,最大切此时系统出现失稳现象
除时间大约为0.2s。
5、思考题
a.计算短路电流,书中给出的手算方法与计算机编程方法有何区别?
答:
手算短路电流时,要将用各序等值电抗表示的复杂网络简化为一个电抗值,并根据边界条件计算出三序网络的关系做出复合序网图,然后计算出正负零各序电流,之后转化为abc三相短路电流。
而用计算机时可以不用简化网络,求出各序导纳矩阵后利用I=YU来计算各节点正负零各序电流后再转换成三相短路电流。
b.用计算机方法,进行电力系统潮流计算和短路电流计算,有哪些区别?
答:
1、计算机潮流计算是根据发电机和线路参数算出系统中各线路的功率和电压分布,所计算的数值实际各节点电压和各个线路流过的功率。
而短路计算所涉及的电气量为电压和电流,需计算短路点的电压电流,以及故障后其他节点的电压和各个线路流过的电流。
2、.潮流计算时所求的导纳矩阵为正序的导纳矩阵,而短路计算时要求出正负零三序的导纳矩阵。
3、潮流计算时需要迭代计算出结果,而短路计算一次就可以计算出短路电流。
4、潮流计算需要选定PQ和PV节点,短路计算不需要区分节点类型。
c.如果交给你一个任务,请你用已有的短路电流计算软件计算某地区电网某点发生短路后的短路电流,你应该做哪些工作?
(收集哪些数据,如何整理,计算结果如何分析)
答:
1.网络中各个发电机的容量、额定电压、功率因数和正负序阻抗;变压器的容量、额定电压、额定变比和短路电压百分数;各个线路的电抗。
2.计算各元件等值电抗,求出系统的等值电路;
3.短路前运行状况的分析计算;
4.修改程序中的参数,计算故障分量。
d.静态稳定的概念,暂态稳定的概念?
答:
静态稳定是指电力系统受到小干扰之后,不发生非周期性失步或自发震荡,自动恢复到初始运行状态的能力。
暂态稳定是指电力系统受到大的干扰后,各发电机组保持同步运行并且过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力。
e.提高静态稳定、暂态稳定的措施?
答:
提高静态稳定性的措施有
✓采用自动调节励磁装置
✓减小元件的电抗
✓提高线路标称电压等级
✓改善系统的结构和采用中间补偿设备
提高暂态稳定性的措施有
⏹改变制动功率
1 故障的快速切除和自动重合闸装置的应用
2 对发电机进行强行励磁
3 电气制动
4 变压器中性点经小电阻接地
5 输电线路设置开关站
6 输电线路采用强行串联电容补偿
⏹改变原动功率
1 快速的自动调速系统或者快速关闭进气门
2 连锁切除部分发电机
3 合理合理选择远距离输电系统的运行接线
6、原始程序
●Matrix
clc;
clear;
bus_Num1=3;%节点数
bus_Num2=5;%包括发电机节点的节点数
branch_Num1=3;%线路数
branch_Num2=5;%包括发电机支路的支路数
branch1_No1=[1,1,2];
branch1_No2=[2,3,3];
%输入支路各序阻抗,z1_branch表示支路正序阻抗,z2_branch表示支路负序阻抗,z0_branch表示支路零序阻抗
z1_branch
(1)=j*0.1;
z1_branch
(2)=j*0.1;
z1_branch(3)=j*0.1;
z2_branch=z1_branch;
z0_branch
(1)=j*0.2;
z0_branch
(2)=j*0.2;
z0_branch(3)=j*0.2;
%节点导纳矩阵,Y1表示不计发电机节点的正序网络节点导纳阵,Y2表示不计发电机节点的负序网络节点导纳阵,Y0表示不计发电机节点的零序网络节点导纳阵,
Y1=zeros(bus_Num1);
Y1(1,1)=1(j*0.15);
Y1(2,2)=1(j*0.075);
%正序节点导纳矩阵
fori=1:
branch_Num1
a=1z1_branch(i);
b=branch1_No1(i);
c=branch1_No2(i);
Y1(b,b)=Y1(b,b)+a;
Y1(b,c)=Y1(b,c)-a;
Y1(c,b)=Y1(c,b)-a;
Y1(c,c)=Y1(c,c)+a;
end
Y2=Y1;%负序等于正序
Y0=zeros(bus_Num1);
Y0(1,1)=1(j*0.0525);
Y0(2,2)=1(j*0.0263);
%零序节点导纳矩阵
fori=1:
branch_Num1
a=1z0_branch(i);
b=branch1_No1(i);
c=branch1_No2(i);
Y0(b,b)=Y0(b,b)+a;
Y0(b,c)=-a;
Y0(c,b)=-a;
Y0(c,c)=Y0(c,c)+a;
end
%节点导纳矩阵,YY1表示计及发电机节点的正序网络节点导纳阵,YY2表示计及发电机节点的负序网络节点导纳阵
z1_branch(4)=j*0.05;
z1_branch(5)=j*0.025;
z2_b
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