电力系统分析课程设计-电力系统三相短路计算

1电力系统分析课程设计题 目: 电力系统三相短路计算 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 成绩：指导老师签名：日期：2摘要随着现代科技的快速发展，人们对电力需求越来越高，随着电网的并网与改造，电力可以在电力线路上跨区域输送，在输送过程中对电力系统暂态稳定性影响常见的有负荷的突然变化、切除或投入系统的主要元件、电力系统的短路故障。其中短路故障对系统的扰动最为严重，在短路中，其中以三相短路最为危险，引起电力系统的扰动最大，电力系统如果能经受住三相短路的扰动，则暂态稳定性应该不容易被打破。本文针对三相短路来计算短路电流，短路功率。应用已知数据，来手算短路电流和功率，绘制等值电路。复习系统三相短路的基本原理，建立数学模型。确定合适的数值计算方法（矩阵直接求逆，节点优化编号，LR 分解）。上机编程调试，分析。仿真算例系统的短路电流支路电流和节点电压，并与手工计算比较。3目录第一章 电力系统三相短路手算算法 .41.1 已知数据 .41.2 短路电流计算的步骤： .51.3 元件参数计算及等值电路 .61.4 等值网络化简 .71.5 三相对称短路电流和容量的计算 .10第 2 章 三相短路计算机算法 .112.1 基本原理 .112.2 程序编写及执行 .122.2.1、计算机程序编写 .122.2.2、导纳的计算： .172.2.3、计算机所求结果及分析 .18课程设计总结 .19参考文献 .194第一章 电力系统三相短路手算算法MT 1T 2 T 2G 2G 2G 16 k V2 0 0 0 k Wcos.8N起动系数为 6 . 5用电负载 （ 电动机 ）(3)KL G J - 1 8 51 0 0 k m1 0 0 k mL G J - 1 5 02 5 M Wcos0.8Ncos0.85N'13dX火电厂1 1 0 M W1 0 0 k m L G J - 1 2 01 1 0 k V负载'264dX86jMAT 3图 1-1 为给出的原始电路图1.1 已知数据电力系统图如上图所示，系统中 点发生三相短路故障，分析与计算产)3(K生最大可能的故障电流和功率。2电力系统参数（1）发电机参数发电机 ：额定的有功功率 ，额定电压 ；次暂态电抗1GMW10kVUN5.10标幺值 ，功率因数 。264.0dX85.cosN发电机 ：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率 ；MW2额定电压 ；次暂态电抗标幺值 ；功率因数 。kVUN5.113.0dX80.cosN（2）变压器 ：型号 ，变压器额定容量T .5.65910/7SF，一次电压 ，短路损耗 ，空载损耗 ，阻抗电压百AMV10 kWk6分值 ，空载电流百分值 。5.%k .%0I变压器 ：型号 ，变压器额定容量2 8.01384/.3，一次电压 ，短路损耗 ，空载损耗 ，阻抗电压.3kV1kkW53百分值 ，空载电流百分值 。.0Uk .0I变压器 ：型号 ，变压器额定容量3T 9.526/7SF，一次电压 ，短路损耗 ，空载损耗 ，阻抗电压百AMV16kkW8k25分值 ，空载电流百分值 。5.10%Uk 9.0%I（3）线路 1：钢芯铝绞线 ，截面 ，长度为 ，每条线路12LGJ2mkm10单位长度的正序电抗 ；每条线路单位长度的对地电容kX/48.0)1(。kmSb/079.26)1(0对下标的说明 ， 。)()1(0正 序单 位 长 度)()2(0负 序单 位 长 度X线路 2：钢芯铝绞线 ，截面 ，长度为 ，每条线路5LGJ1mkm10单位长度的正序电抗 ，每条线路单位长度的对地电容kX/4.)1(0。kmSb/85.6)1(0线路 3：钢芯铝绞线 ，截面 ，长度为 ，每条线路85LGJ21mkm10单位长度的正序电抗 ；每条线路单位长度的对地电容kX/394.0)1(。kmSb/09.26)1(0（4）负载 ：容量 ，负载的电抗标幺值为 ；电LAMVjL68 LLQSUX2动机为 ，起动系数 ，额定功率因数为 。MW25. 86.03基准数据选取设基准容量 ；基准电压SB10)(kVUavB1.2 短路电流计算的步骤：1. 做出电力系统计算系统图在计算用图中应包括与短路电流计算有关的全部电力元件（如系统、发电机、变压器、输电线路等） ，以及它们之间的连接关系。在元件旁边应注明它们的技术数据，如额定电压、额定容量、线路的长度及线路型号等。另外，在计算图上应标明短路点。为了便于计算，每个元件按顺序编号。2. 计算各元件参数根据给定的电力系统，首先确定是用标幺值的计算方法计算短路电流，还是用实际值计算的方法。一般在有两个及两个以上的电压等级情况下用标幺值6的方法较实际值的方法计算简便。用实际值计算时，首先选定一个基准值（即电压等级） ，此基准值应选被计算短路电流短路点的电压等级，然后将其他电压等级所有的阻抗用变压器变比原理换算到基本级上来。用标幺值计算时，首先选定一个基准容量，此基准容量的选择应上“便于计算” ，使 x 值小数点前后的 0 最少。一般选取整数，如：系统大，取Sb=1000MVA;系统小，取 Sb=100MVA.基准电压一般选取平均电压：Ub=Uav 比额定电压高 5%。3. 绘制等值网络图绘制电力系统等值网络图的目的是便于短路电流计算。图中应标明各元件的序号及阻抗。4. 网络化简网络化简是将等值网络化简到最简单的形式，若有两个及两个以上的电源，则归并成一个电源。有并联的回路化简成串联。采取多电源归并成一个电源的方法，是因为我们采取了一系列的假设条件，所以在计算中可以用电源的阻抗相并联的方法。5. 进行短路电流计算通过以上工作，把一个复杂的系统化简成只有一个等效元件的系统，等效元件的一端是综合电动势，另一端是综合阻抗和短路点，这样就可以用最简单的欧姆定律来计算短路电路，即 I=E/X；式中 E-系统电源对短路点的综合次暂态电动势，在化简计算中取 X-系统对短路点的综合阻抗。必须注意：根据以上步骤，用实际值求得的短路电流，都是归算到基本级的数值，要想得到非基本级的短路电流，必须根据变压器的变比换算到要计算短路电流的那个电压等级。用标幺值方法计算求得的短路电流，要想得到实际值，还必须乘以相应电压等级的基准电流值。1.3 元件参数计算及等值电路1各元件电抗标幺值计算解：选取基准容量 ；基准电压 ；负荷用额定标幺AMVSb10avBU7值为 ，电势为 0.8 的电源表示；设短路前系统满载运行。4.0LX汽轮发电机 G1： 139.527.064.1sin48.20co/0012 IXUEPSdNB汽轮发电机 G2： 8.3.si.c/002 IdNB负载电动机 M： 921.05.14.0sin628.5.61co.10048 IXUEPSIdMNBst变压器 T1： .1.%17 NBkX变压器 T2： 3.05.003 BPS变压器 T3： 6.1.10 NBkUX线路 L1： 309.5048.22)1(04 BSL线路 L2： .1.22)1(06 NBUX线路 L3： 98.05394.022)1(05 BSL负荷： 490.516)0(8. 2293 LLQSUXE1.4 等值网络化简把以上参数带入可得等值电路图如图 1-2 所示。8图 1-2 等值电路图 348.129.05.1754169.20.6.1.03.271469302131 X 078.125E图 1-3 简化等值电路图化简如图 1-3 所示。6.6158E4=0.921E5=1.078 E1=1.1399284.0169.375.01215 X9.1.375.8612EE2.0793.524.013516 X078.184.7153 EE进一步简化如图 1-4、图 1-5 所示。30.169.5.27.348.11781647 X化简如图 1-6、1-047.165.88174 EE图 1-4 图 1-56.615 6.615E7=1.078E4=0.921E4=0.9210.28415 135.793141.3488 8141.348160.271E6=1.092 E3=0.8107 所示。1.5 三相对称短路电流和容量的计算1.短路点的次暂态短路电流的计算： 805.3.1478XEI2.冲击电流的计算：取冲击系数 Kimp=1.8，计算结果如下。 kAIki kAVSIBimB 81.64.9805.2.1236033.短路容量的计算：短路电流标幺值等于短路功率标幺值所以 AMVSIBft 5.801.0E8=1.047图 1-6 图 1-76.6151.30E4=0.921E7=1.0788171.6191811第 2 章 三相短路计算机算法2.1 基本原理1、数学模型的建立电力网络的数学模型是指将网络的有关参数和变量及其相互关系归纳起来所组成的可反映网络性能的数学方程式。（节点电压方程回路电流方程）2、本次设计，拟采用运用节点导纳矩阵的节点电压方程。IB=YBUB3、三相对称短路计算原理及不对称短路计算原理4、计算方法的确定本次设计采用“线性方程组求解的直接法与LR 分解法”。要想用计算机算法求出短路参数，第一步工作就是求出节点导纳矩阵，所以图 2-1 就列出了具体方法。输入原始数据 ， 并初始化各支路矩阵导纳计算各支路导纳计算各支路对角元 ， 非对角元素计算各接地各支路导纳输出数据输出数据图 2-1 导纳计算流程图12短路电流、节点电压和各支路电流的流程图如图 2-2 所示。输入数据形成节点导纳矩阵并化成三角矩阵选择短路点 K