電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 課題概述…………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1課題要求………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2課題內(nèi)容………………………………………………………………………1</p>&l

2、t;p>　　1.3 課題目的………………………………………………………………………2</p><p>　　2短路故障分析……………………………………………………………………2</p><p>　　2.1 不對(duì)稱故障的分析…………………………………………………………2</p><p>　　2.2對(duì)稱分量法基本原理………………………………………………………2

3、</p><p>　　2.3 兩相短路故障分析…………………………………………………………4</p><p>　　2.4 短路電流計(jì)算步驟…………………………………………………………7</p><p>　　3方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………9</p><p>　　3.1方案概述……………………………………………

4、…………………………9</p><p>　　3.2 課題設(shè)計(jì)圖……………………………………………………………………4</p><p>　　4兩相短路的仿真分析………………………………………………………10</p><p>　　4.1 PSCAD簡介…………………………………………………………………10</p><p>　　4.2 兩相短路故障

5、的仿真 …………………………………… ………………10</p><p>　　5總結(jié)………………………………………………………………………………13</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………14</p><p><b>　　1課題概述</b></p><p><b>

6、　　1.1 課題要求</b></p><p>　?。?）熟悉PSCAD軟件；</p><p>　?。?）編寫短路計(jì)算流程圖；</p><p>　?。?）建立系統(tǒng)三相接線圖的仿真過程； </p><p>　?。?）得出仿真結(jié)果。</p><p><b>　　1.2 課題內(nèi)容</b><

7、;/p><p>　　某3機(jī)9節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)單線圖，如圖2所示?；鶞?zhǔn)功率為，不同電壓等級(jí)下的輸電線路典型參數(shù)（/km），如表1所示；發(fā)電機(jī)及負(fù)荷參數(shù)，如表2所示。注意雙繞組變壓器容量為100MVA，一次側(cè)星接，直接接地，二次側(cè)三角接；變壓器兩邊電壓等級(jí)不同，線路參數(shù)也應(yīng)當(dāng)不同。計(jì)算下列不對(duì)稱故障情況下的故障電流和電壓。節(jié)點(diǎn)buse6發(fā)生金屬性兩相短路故障。</p><p>　　圖1.1 3機(jī)9節(jié)

8、點(diǎn)電力系統(tǒng)單線圖</p><p><b>　　具體參數(shù)如下</b></p><p>　　表1 不同電壓等級(jí)下的輸電線路典型參數(shù)（/km）</p><p>　　表2 發(fā)電機(jī)及負(fù)荷參數(shù)</p><p><b>　

9、　1.3 課題目的</b></p><p>　　電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障造成的危害性是最大的。作為電力系統(tǒng)三大常規(guī)計(jì)算之一，分析短路故障的參數(shù)更為重要。</p><p><b>　　目的如下：</b></p><p>　　1.通過課程設(shè)計(jì), 使學(xué)生掌握電力系統(tǒng)三相短路計(jì)算的基本原理與方法；</p><p>　　2

10、.掌握并能熟練運(yùn)用PSCAD/MATLAB仿真軟件；</p><p>　　3.采用PSCAD/MATLAB軟件，做出系統(tǒng)三相接線圖。</p><p><b>　　2 短路故障分析</b></p><p>　　電力系統(tǒng)故障表現(xiàn)各異，形式上又可分為短路故障、斷線故障（非全相運(yùn)行），按分析方法分為不對(duì)稱故障、對(duì)稱故障，對(duì)稱故障一般指三相短路故障，不對(duì)

11、稱故障則包括不對(duì)稱短路(單相短路接地、兩相短路、兩相短路接地)和非全相運(yùn)行(單相斷路、兩相斷路) 2種。電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，伴隨短路所發(fā)生的基本現(xiàn)象是：電流劇烈增加，線端處發(fā)生三相短路時(shí)，電流的最大瞬時(shí)值可能高達(dá)額定電流的10-15倍，從絕對(duì)值講可達(dá)上萬安培，甚至十幾萬安培。在電流急劇增加的同時(shí)，系統(tǒng)中的電壓大幅度下降，例如系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路點(diǎn)的電壓將降到零，短路點(diǎn)附近各點(diǎn)的電壓也將明顯降低。 </p><p&

12、gt;　　2.1不對(duì)稱故障的分析</p><p>　　電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，無論是單相接地短路、兩相短路還是兩相接地短路只是在短路點(diǎn)出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，而其它部分三相仍舊是對(duì)稱的。根據(jù)對(duì)稱分量法列a相各序電壓方程式為： </p><p>　　上述方程式包含了六個(gè)未知量，必須根據(jù)不對(duì)稱短路的具體邊界條件列出另外三個(gè)方程才能求解。</p><p>　　2.2對(duì)稱

13、分量法基本原理</p><p>　　對(duì)稱分量法是一種將不對(duì)稱三相分量分解為三相對(duì)稱分量的方法，采用這種方法能比較清晰地對(duì)電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路故障情況進(jìn)行分析。若以A相電流為基準(zhǔn)相，三相向量與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系為：</p><p><b>　　式（2.1）</b></p><p>　　式中: ，，且有，；</p><p>

14、　　、、分別為A相電流的正序、負(fù)序、零序分量，并且有： </p><p><b>　　，，，</b></p><p>　　， 式（2.2）</p><p>　　由上式可以作出三相量的對(duì)稱分量，見圖2.1。</p><p

15、>　　圖2.1正序、負(fù)序、零序電流的對(duì)稱分量圖</p><p>　　將公式（2-3）代入公式（2-2），得</p><p><b>　　式（2.4）</b></p><p>　　電力系統(tǒng)運(yùn)行情況雖然復(fù)雜，但是用對(duì)稱分量法，可以把不對(duì)稱短路故障分解為三相對(duì)稱分量來處理，把負(fù)載端的不對(duì)稱電壓和電流看成是三組（正序、負(fù)序、零序）對(duì)稱電壓和電流的

16、疊加，由于發(fā)電機(jī)只有正序電勢，因此只有正序網(wǎng)絡(luò)存在發(fā)電機(jī)電勢，負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)只有負(fù)序阻抗和零阻抗，由此可以得其電動(dòng)勢平衡方程式：</p><p><b>　　式（2.5）</b></p><p>　　其中為正序電勢，、、分別為正序、負(fù)序、零序的電抗，、、為A相電壓的正序、負(fù)序、零序分量[8]。</p><p>　　2.3 兩相短路故障分析<

17、;/p><p>　　兩相短路是四種常見的短路類型之一如圖2.2</p><p>　　圖2.2兩相短路電路圖</p><p><b>　　邊界條件為：</b></p><p>　　用對(duì)稱分量法可表示為</p><p><b>　　復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)圖：</b></p><

18、;p>　　圖2.3兩相短路的復(fù)合序網(wǎng)</p><p><b>　　正負(fù)序電流為：</b></p><p><b>　　正負(fù)序電壓為：</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)故障電流為</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)三相電壓為</b>&

19、lt;/p><p>　　若在短路點(diǎn)b、c兩相直接接地，則，各序電流為（設(shè)各序阻抗為純電抗）。</p><p><b>　　正負(fù)序電壓為</b></p><p><b>　　各相電壓為</b></p><p>　　選取正序電流作為參考相量，負(fù)序電流與它的方向相反，正序電壓與負(fù)序電壓相等，都比超前，從而作出

20、其電壓、電流相量圖，如圖（2.4）所示。</p><p>　　電流相量圖； (b)電壓相量圖</p><p>　　圖2.4兩相短路時(shí)短路點(diǎn)的電流、電壓相量圖</p><p><b>　　短路電流計(jì)算步驟</b></p><p>　?。?）繪制計(jì)算系統(tǒng)圖</p><p

21、>　　在計(jì)算用圖中應(yīng)包括與短路電流計(jì)算有關(guān)的全部電力元件（如系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等），以及它們之間的連接關(guān)系。在元件旁邊應(yīng)注明它們的技術(shù)數(shù)據(jù)，如額定電壓、額定容量、線路的長度及線路型號(hào)等。另外，在計(jì)算圖上應(yīng)標(biāo)明短路點(diǎn)。為了便于計(jì)算，每個(gè)元件按順序編號(hào)。</p><p>　　（2）計(jì)算各元件參數(shù)</p><p>　　根據(jù)給定的電力系統(tǒng)，首先確定是用標(biāo)幺值的計(jì)算方法計(jì)算短路電流

22、，還是用實(shí)際值計(jì)算的方法。一般在有兩個(gè)及兩個(gè)以上的電壓等級(jí)情況下用標(biāo)幺值的方法較實(shí)際值的方法計(jì)算簡便。</p><p>　　用實(shí)際值計(jì)算時(shí)，首先選定一個(gè)基準(zhǔn)值（即電壓等級(jí)），此基準(zhǔn)值應(yīng)選被計(jì)算短路電流短路點(diǎn)的電壓等級(jí)，然后將其他電壓等級(jí)所有的阻抗用變壓器變比原理換算到基本級(jí)上來。</p><p>　　用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，首先選定一個(gè)基準(zhǔn)容量，此基準(zhǔn)容量的選擇應(yīng)上“便于計(jì)算”，使x值小數(shù)點(diǎn)前后的

23、0最少。一般選取整數(shù)，如：系統(tǒng)大，取Sb=1000MVA;系統(tǒng)小，取Sb=100MVA。</p><p>　　基準(zhǔn)電壓一般選取平均電壓：Ub=Uav比額定電壓高5%，</p><p>　　Un(kV) 220 110 35 10 0.38 ;</p><p>　　Uav(kV) 230 115 37 10.5 0.4 然后算出基準(zhǔn)電流值。</p&

24、gt;<p>　?。?）繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖</p><p>　　繪制電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖的目的是便于短路電流計(jì)算。圖中應(yīng)標(biāo)明各元件的序號(hào)及阻抗。</p><p><b>　?。?）網(wǎng)絡(luò)化簡</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)化簡是將等值網(wǎng)絡(luò)化簡到最簡單的形式，若有兩個(gè)及兩個(gè)以上的電源，則歸并成一個(gè)電源。有并聯(lián)的回路化簡成串聯(lián)。采取多電源歸

25、并成一個(gè)電源的方法，是因?yàn)槲覀儾扇×艘幌盗械募僭O(shè)條件，所以在計(jì)算中可以用電源的阻抗相并聯(lián)的方法。</p><p>　?。?）進(jìn)行短路電流計(jì)算</p><p>　　通過以上工作，把一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)化簡成只有一個(gè)等效元件的系統(tǒng)，等效元件的一端是綜合電動(dòng)勢，另一端是綜合阻抗和短路點(diǎn)，這樣就可以用最簡單的歐姆定律來計(jì)算短路電路，即I=E/X；式中E----系統(tǒng)電源對(duì)短路點(diǎn)的綜合次暫態(tài)電動(dòng)勢，在化簡計(jì)

26、算中取1；X-----系統(tǒng)對(duì)短路點(diǎn)的綜合阻抗。</p><p>　　必須注意：根據(jù)以上步驟，用實(shí)際值求得的短路電流，都是歸算到基本級(jí)的數(shù)值，要想得到非基本級(jí)的短路電流，必須根據(jù)變壓器的變比換算到要計(jì)算短路電流的那個(gè)電壓等級(jí)。用標(biāo)幺值方法計(jì)算求得的短路電流，要想得到實(shí)際值，還必須乘以相應(yīng)電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電流值。</p><p><b>　　3方案設(shè)計(jì)</b></p&

27、gt;<p><b>　　3.1方案概述</b></p><p>　　考慮到本次課程設(shè)計(jì)是基于電力系統(tǒng)仿真軟件pscad，我們首先確定設(shè)計(jì)的大致框架，然后在對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括系統(tǒng)的輸出測量模塊，對(duì)故障母線和非故障母線上的短路電流短路電壓、有功與無功進(jìn)行測量，可以直觀的看到各個(gè)量的變化曲線，在對(duì)題目所要求的參數(shù)進(jìn)行修正，從而完成設(shè)計(jì)內(nèi)容。 </p><p

28、><b>　　3.2課題設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　根據(jù)課題要求得到課題設(shè)計(jì)圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 課題設(shè)計(jì)圖</p><p>　　4兩相短路的仿真分析</p><p>　　4.1 pscad簡介</p><p>　　Dennis Woodford博士于19

29、76年在加拿大曼尼托巴水電局開發(fā)完成了EMTDC的初版，是一種世界各國廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件， PSCAD是其用戶界面，PSCAD的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進(jìn)行電力系統(tǒng)分析，使電力系統(tǒng)復(fù)雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端?？赡M任意大小的交直流系統(tǒng)。操作環(huán)境為：UNIX OS， Windows95， 98， NT；Fortran 編輯器；瀏覽器和TCP/IP協(xié)議。隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，無

30、論是理論研究還是現(xiàn)場工作,都廣泛的用到了PSCAD。</p><p>　　程序EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）是目前世界上被廣泛使用的一種電力系統(tǒng)仿真分析軟件，它即可以研究交直流電力系統(tǒng)問題，又能完成電力電子仿真及其非線性控制的多功能（Versatile Tool）工具。PSCAD（Power System Computer Aided Design）是

31、EMTDC的前處理程序，用戶在面板上可以構(gòu)造電氣連接圖，輸入各元件的參數(shù)值，運(yùn)行時(shí)則通過FORTRAN編譯器進(jìn)行編譯、連接，運(yùn)行的結(jié)果可以隨著程序運(yùn)行的進(jìn)度在PLOT中實(shí)時(shí)生成曲線，以檢驗(yàn)運(yùn)算結(jié)果是否合理，并能與MATLAB接口。EMTDC/PSCAD主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域計(jì)算仿真，典型應(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，電參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律；另外EMTDC/PSCAD還可以廣泛的應(yīng)用于高壓直流輸電、FACTS控制器的設(shè)

32、計(jì)、電力系統(tǒng)諧波分析及其電力電子仿真。軟件還可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器（Real Time Digital Simulator，RTDS）的前置端(Front End)。此外，EMTDC/PSCAD還具有強(qiáng)大的自定義功能，</p><p>　　4.2兩相短路故障的仿真</p><p>　　4.2.1正常情況的仿真分析</p><p>　　可以看到系統(tǒng)正常時(shí)其電壓電流的波

33、形如下。</p><p><b>　　(1)電壓波形</b></p><p>　　圖4.1 正常時(shí)電壓圖</p><p><b>　　（2）電流波形</b></p><p>　　圖4.2 正常時(shí)電流波形圖</p><p>　　4.2.2 兩相短路的仿真</p>

34、<p><b>　　(1)電壓波形</b></p><p>　　圖4.3 兩相短路時(shí)電壓波形圖</p><p><b>　　(2)電流波形</b></p><p>　　圖4.4 兩相短路時(shí)電流波形圖</p><p>　　就整個(gè)仿真過程中而言，我們遇到了一些小小的問題，比如進(jìn)行編譯時(shí)提示有錯(cuò)

35、誤，我們通過錯(cuò)誤提示找到問題所在，原來是測量裝置的信號(hào)標(biāo)簽沒有和圖對(duì)應(yīng)好，標(biāo)簽的命名也有一定要求，最后通過更改信號(hào)標(biāo)簽了，實(shí)現(xiàn)了仿真。</p><p><b>　　5總結(jié)</b></p><p>　　我組的任務(wù)是對(duì)3機(jī)9節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)進(jìn)行短路電流計(jì)算。主要是進(jìn)行設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)?？梢哉f，首先接到這種題目，要用PSCAD去進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真，我實(shí)在是不知從何下手，通過去圖書館借

36、了一些有關(guān)PSCAD的書及到網(wǎng)上下一些資料來完成這些初步工作的。接下來就是畫出一個(gè)設(shè)計(jì)圖，然后根據(jù)一些資料進(jìn)行修改。后來發(fā)現(xiàn)老是有錯(cuò)誤，無法仿真，好在后來老師發(fā)來的參考資料才弄出來。不過做出來的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)雖然能仿真出來但不清楚該怎么讀圖，好在看了一下參考書籍才弄清楚。</p><p>　　總之這次課程設(shè)計(jì)收獲蠻大的，對(duì)PSCAD軟件有了初步了解，大致的仿真流程以及為滿足系統(tǒng)要求，而不斷做出修改，同時(shí)意識(shí)到PSCA

37、D的博大精深，今后一定會(huì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)，在這個(gè)過程中，我也明白了只要用心去做，認(rèn)真去做，持之以恒，就會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)，有意外的收獲。這為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)有很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 何仰贊.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[2] 電力系統(tǒng)計(jì)算[