電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力系統(tǒng)的短路計(jì)算能夠幫助我們避免很多不必要的損失，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力已經(jīng)和人們的生活密切相關(guān)，而建立結(jié)構(gòu)合理的大型電力系統(tǒng)不僅便于電能生產(chǎn)與消費(fèi)的集中管理、統(tǒng)一調(diào)度和分配，減少總裝機(jī)容量，節(jié)省動(dòng)力設(shè)施投資，且有利于地區(qū)能源資源的合理開發(fā)利用，更大限度地滿足地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)的用電需要。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。</p><p>　　電力系統(tǒng)的短路

2、故障是嚴(yán)重的，而又是發(fā)生幾率最多的故障，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)， 其短路電流可達(dá)數(shù)萬(wàn)安以至十幾萬(wàn)安，它們所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)將使電氣設(shè)備遭受嚴(yán)重破環(huán)。為使非故障部分從不正常運(yùn)行情況下解脫出來(lái)，這要求電氣設(shè)備必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定度，開關(guān)電氣設(shè)備必須具備足夠的開斷能力。因此，電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)運(yùn)行分析，設(shè)計(jì)計(jì)算的重要環(huán)節(jié)，許多電業(yè)設(shè)計(jì)單位和個(gè)人傾注極大精力從事這一工作的研究。由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著生產(chǎn)發(fā)展，技術(shù)進(jìn)步系統(tǒng)日

3、趨擴(kuò)大和復(fù)雜化，短路電流計(jì)算工作量也隨之增大，采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算勢(shì)在并行。 </p><p>　　我們這次課程設(shè)計(jì)使用PSCAD軟件對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行線路建模，從而計(jì)算出不同短路類型時(shí)的短路電流及其波形。</p><p>　　關(guān)鍵字：短路計(jì)算；pscad軟件使用；電力系統(tǒng)建模。 </p><p><b>　　目 錄</b></p>

4、<p><b>　　摘要</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………………………………………………………………………5</p>

5、<p>　　1.3 課題目的………………………………………………………………………6</p><p>　　2短路故障分析……………………………………………………………………6</p><p>　　2.1不對(duì)稱故障的分析…………………………………………………………6</p><p>　　2.2三相短路故障分析………………………………………………………7

6、 </p><p>　　2.3短路電流計(jì)算步驟 …………………………………………………………9</p><p>　　3方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………10</p><p>　　3.1方案概述………………………………………………………………………10</p><p>　　3.2 課題設(shè)計(jì)圖………………………………

7、…………………………………10</p><p>　　3.3 課題步驟圖…………………………………………………………………11</p><p>　　4兩相短路的仿真分析………………………………………………………12</p><p>　　4.1 PSCAD簡(jiǎn)介…………………………………………………………………12</p><p>　　4.2 兩相

8、短路故障的仿真 …………………………………………………………13</p><p>　　5總結(jié)………………………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………16</p><p><b>　　1課題概述</b></p><p><

9、b>　　1.1 課題要求</b></p><p>　?。?）通過課程設(shè)計(jì)是學(xué)生掌握電力系統(tǒng)三相短路計(jì)算的基本原理和方法；</p><p>　?。?）掌握并能熟練運(yùn)用PSCAD/MATLAB仿真軟件；</p><p>　　（3）建立系統(tǒng)三相接線圖的仿真過程；</p><p>　　（5）編寫短路計(jì)算流程圖；</p>

10、<p>　?。?）得出仿真結(jié)果。</p><p><b>　　1.2 課題內(nèi)容</b></p><p>　　測(cè)試系統(tǒng)由三個(gè)控制區(qū)域組成，區(qū)域1 是一種典型供電系統(tǒng)，總裝機(jī)容量為 5700MVA 、最大負(fù)荷為5000MW ，大部分裝機(jī)容量距離負(fù)荷相對(duì)較近，即接于母線3 容量為4400MVA 的發(fā)電廠。另外，1300MVA 是離負(fù)荷較遠(yuǎn)的核電機(jī)組，通過長(zhǎng)距離

11、500kV 線路向負(fù)荷送電。區(qū)域2 代表附近地區(qū)的總裝機(jī)容量和總負(fù)荷，此系統(tǒng)總裝機(jī)容量為60000MVA ，最大負(fù)荷為40000MW 。區(qū)域2通過2 條500kV 線路與區(qū)域1 相連，即圖1 中的線路A 和線路B。區(qū)域3 是一個(gè)大規(guī)模相鄰系統(tǒng)，裝機(jī)容量為70000MVA ，最大負(fù)荷為50000MW ，此區(qū)域也通過2 條500kV 線路與區(qū)域1 相連，即圖1.1中線路F 和G。</p><p>　　圖1.1 電力

12、系統(tǒng)單線圖</p><p><b>　　具體參數(shù)如下:</b></p><p>　　表1 用于穩(wěn)態(tài)研究的同步電機(jī)數(shù)據(jù)</p><p>　　表2 發(fā)電機(jī)開路時(shí)間參數(shù) </p><

13、p>　　表3 發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)</p><p>　　表4 STC型勵(lì)磁機(jī)參數(shù)</p><p>　　表5 BBC勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)</p><p><b>　　表6 汽輪機(jī)模型</b></p><p>　　表7 調(diào)速器參數(shù)</p>&

14、lt;p><b>　　表8 線路參數(shù)</b></p><p><b>　　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>

15、<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.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>　　

16、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)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(wàn)安培，甚至十幾萬(wàn)安培。在電流急劇增加的同時(shí)，系統(tǒng)

17、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>　　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(wú)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

18、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 三相短路故障分析</p><p>　　三相短路是四種常見的短路類型之一如圖2.2</p><p>　　圖2.2兩相與三相短路電路圖</p><p><b>　　邊界條件為：</b></p><

19、;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><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&g

20、t;<b>　　短路點(diǎn)故障電流為</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)三相電壓為</b></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

21、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&

22、gt;　　2.3短路電流計(jì)算步驟</p><p>　?。?）繪制計(jì)算系統(tǒng)圖</p><p>　　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(zhǎng)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>

23、;　　（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。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(jiǎn)便。</p><p>　　（3）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 </p><p><

24、;b>　　號(hào)及阻抗</b></p><p><b>　?。?）網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)是將等值網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)到最簡(jiǎn)單的形式，若有兩個(gè)及兩個(gè)以上的電源歸 </p><p>　　并成一個(gè)電源。有并聯(lián)的回路化簡(jiǎn)成串聯(lián)。采取多電源歸并成一個(gè)電源的方 </p><p>　　法，

25、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。</p><p>　?。?）進(jìn)行短路電流計(jì)算</p><p>　　可以用最簡(jiǎn)單的歐姆定律來(lái)計(jì)算短路電路，即I=E/X；</p><p><b>　　3方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1方案概述</b></p>

26、;<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(cè)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進(jìn)行測(cè)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><b>　　3.2課題設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　根

27、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><b>　　3.3課題步驟圖</b></p><p>　　發(fā)電機(jī)模型首先由等值發(fā)電機(jī)等效進(jìn)行仿真，在逐步加上勵(lì)磁系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)， 汽輪機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。再在發(fā)電機(jī)模型中加入各種參數(shù)最后構(gòu)成大的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。其等效圖如圖3.2所示。</p>

28、<p>　　圖3.2 發(fā)電機(jī)模型</p><p>　　我們組是實(shí)現(xiàn)6號(hào)母線的三相短路和兩項(xiàng)短路，用分線工具將單項(xiàng)線分解為三相線路，把三相線路分別接至短路控制其加以控制，控制數(shù)據(jù)見圖，在加上短路時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)短路的控制，用于控制短路時(shí)間的長(zhǎng)度，然后再三相線路上分別加上電流表用于測(cè)量短路電流，加上電壓表用于測(cè)量電壓。模型如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 短路點(diǎn)

29、的等效模型 </p><p>　　如圖所示，F(xiàn)AULTS作為短路控制器，當(dāng)開關(guān)向其輸入相應(yīng)的數(shù)值時(shí)（如圖右上方所 示），會(huì)產(chǎn)生不同的短路效果，本實(shí)驗(yàn)只做三相接地短路與兩項(xiàng)短路，所以有開關(guān)輸入數(shù)值7、8即可。TIMED FAULT LOGIC為時(shí)間控制器件，控制短路時(shí)間，最上方出現(xiàn)連接到6號(hào)母線，用與母線短路的仿真。 </p><p>　　由于線路參數(shù)比較小，且對(duì)于我們此次的6好母線短路影

30、響不大，所以在構(gòu)建電力系 統(tǒng)時(shí)，將線路參數(shù)省去。</p><p>　　4三相接地短路的仿真分析</p><p>　　4.1 pscad簡(jiǎn)介</p><p>　　Dennis Woodford博士于1976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(guó)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

31、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(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，無(wú)論是理論研究還是現(xiàn)場(chǎng)工作,都廣泛的用到了PSCAD。</p><p>　　4.2三相接地短路故障的仿真</p><p>

32、;　　4.2.1短路情況的仿真分析</p><p>　　可以看到系統(tǒng)在三相短路時(shí)其電流的波形如下。</p><p>　　（1）三相短路電流波形</p><p>　　圖4.1 三相短路時(shí)電流波形圖</p><p>　?。?）兩項(xiàng)短路電流波形</p><p>　　圖4.2 兩項(xiàng)短路電流波形</p><p

33、>　?。?）正常情況和短路情況下母線的電流</p><p>　　圖4.3 短路和正常情況下的短路電路對(duì)比</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)誤，我們通過錯(cuò)誤提示找到問題所在，原來(lái)是測(cè)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&g

34、t;　　5總結(jié)</b></p><p>　　我組的任務(wù)是對(duì)六號(hào)母線三相接地短路電流計(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，通過去圖書館借了一些有關(guān)PSCAD的書及到網(wǎng)上下一些資料來(lái)完成這些初步工作的。接下來(lái)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(lái)發(fā)現(xiàn)老是有錯(cuò)誤，無(wú)法仿真，好在后來(lái)老師發(fā)來(lái)的參考資料才弄出來(lái)。不過做出來(lái)的時(shí)

35、候卻發(fā)現(xiàn)雖然能仿真出來(lái)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PSCAD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&g

36、t;<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[M].北京：水利電力出版社，1993.12 </p><p>　　[3] 于永源，楊綺雯. 電力系統(tǒng)分析[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2004.3</p>