短路电流计算

课程设计报告

题目：短路电流计算

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一、计算原理： (1)

二、计算流程： (1)

三、程序分析： (3)

四、短路电流计算主程序输入文件清单： (4)

五、导纳矩阵程序输入文件清单： (7)

六、整理计算结果： (8)

七、短路电流计算的要点： (12)

八、体会 (12)

附件一： (13)

一、计算原理：

基于节点阻抗矩阵用MATLAB 语言编写程序计算图1所示的算例系统的三相短路电流，当4号母线发生金属性三相短路时（z f =0），分别按照精确算法和近似算法计算短路电流、系统中各节点电压以及网络中各支路的电流分布，并对两种情况下的计算结果进行比较。

近似算法是指：形成节点导纳矩阵时，所有节点的负荷都略去不计，短路前网络处于空载状态，短路前各节点电压均为1.0。

(3)

图1 三机九节点系统

二、计算流程：

计算流程框图:

进行系统正常运行状态的潮流计算，求得(0)i

V &

形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵Y N ；

将发电机表示为电流源i

I &(/i di E x ''''=)和导纳i y (1/di jx ''=)的并联组合；节点负荷用恒阻抗的接地支路表示；形成包括所有发电机支路和负荷支路的节点导纳矩阵Y ，即在Y N 中的发电机节点和负荷节点的自导纳上分别增加发电机导纳i y 和负荷导纳,LD i y ；

利用，计算节点阻抗矩阵，从而得到阻抗矩阵中的第f列

计算短路电流

计算系统中各节点电压

计算各支路的短路电流

乘以IB得到有名值

解毕

注：计算短路电流以及各端电压请参见附录一。

三、程序分析：

为了计算短路电流，那么必须先得出计算导纳矩阵的程序，其中我们需要根据以下导纳矩阵的公式

变压器：

线路：

接地支路：

211;11;i ,i i ,i j ,j j ,j i ,j i ,j j ,i j ,i

Y Y Y Y R jX k (R jX )Y Y Y Y k(R jX )k(R jX )??

←+←+??++????

??←-←-??++??

11;2211;i ,i i ,i j ,j j ,j i ,j i ,j j ,i j ,i B B Y Y j Y Y j R jX R jX Y Y Y Y R jX R jX ?

?←++←++??++????

??←-←-

??++??

1i ,i i ,i Y Y R jX ??

←+??

四、短路电流计算主程序输入文件清单：

Sbase_MVA=100.

fid=fopen('Nodedata.txt');

N=textscan(fid, '%s %u %d %f %f %f %f %f %f');

fclose(fid);

busnumber=size(N{1},1)

for i=1:busnumber

Bus(i).name=N{1}(i);

Bus(i).type=N{2}(i);

Bus(i).no=i;

Bus(i).Base_KV=N{3}(i);

Bus(i).PG=N{4}(i);

Bus(i).QG=N{5}(i);

Bus(i).PL=N{6}(i);

Bus(i).QL=N{7}(i);

Bus(i).pb=N{8}(i); %接地电抗（或电容）导纳标幺值Bus(i).V=1.0;

Bus(i).angle=0;

end

fid=fopen('Aclinedata.txt');

A=textscan(fid, '%s %s %f %f %f %f');

fclose(fid);

aclinenumber=size(A{1},1)

for i=1:aclinenumber

Acline(i).fbname=A{1}(i);

Acline(i).tbname=A{2}(i);

Acline(i).Base_KV=A{3}(i);

Acline(i).R=A{4}(i);

Acline(i).X=A{5}(i);

Acline(i).hB=A{6}(i);

for k=1:busnumber

if strcmp(Acline(i).fbname, Bus(k).name)

Acline(i).fbno=Bus(k).no;

end

if strcmp(Acline(i).tbname, Bus(k).name)

Acline(i).tbno=Bus(k).no;

end

fid=fopen('Transdata.txt');

T=textscan(fid, '%s %f %f %s %f %f %f %f');

fclose(fid);

tansnumber=size(T{1},1)

for i=1:tansnumber

Trans(i).fbname=T{1}(i);

Trans(i).fbBase_KV=T{2}(i);

Trans(i).fbrated_KV=T{3}(i);

Trans(i).tbname=T{4}(i);

Trans(i).tbBase_KV=T{5}(i);

Trans(i).tbrated_KV=T{6}(i);

Trans(i).R=T{7}(i);

Trans(i).X=T{8}(i);

for k=1:busnumber

if strcmp(Trans(i).fbname, Bus(k).name)

Trans(i).fbno=Bus(k).no;

end

if strcmp(Trans(i).tbname, Bus(k).name)

Trans(i).tbno=Bus(k).no;

end

Trans(i).k=Trans(i).tbrated_KV*Trans(i).fbBase_KV/Trans(i).fbrated_KV/Trans(i).tbBase_KV; tempx=Trans(i).fbrated_KV^2/Trans(i).fbBase_KV^2;

Trans(i).X=tempx*Trans(i).X;

Trans(i).R=tempx*Trans(i).R;

end

[G,B,B2]=FormYmatrix(Bus,busnumber,Acline,aclinenumber,Trans,tansnumber); %B:=B';B2:=B"

%dlmwrite('Gmatrix.txt', G, 'delimiter', '\t','precision', 6);

%dlmwrite('Bmatrix.txt', B, 'delimiter', '\t','precision', 6);

YN=j*B2 %按近似算法所得的节点导纳矩阵，YN不包括发电机导纳和负荷导纳的节点导纳矩阵pause

y=1.0/(j*0.15) %每一台发电机的次暂态电抗0.15

for i=1:3

YN(i,i)=YN(i,i)+y; %将发电机导纳加入节点导纳矩阵

end

%荷导节点开路

YN %包括发电机导纳节点导纳矩阵

pause

Z=inv(YN) %Z节点阻抗矩阵

%4号节点三相短路

If=(Bus(4).V*cos(Bus(4).angle)+j*Bus(4).V*sin(Bus(4).angle))/Z(4,4) %母线对地短路电流标幺值/(0-9.1239)i/pu

IB=Sbase_MVA/sqrt(3)/230 %0.251kA

Ifymzh=abs(If*IB) %母线对地短路电流有名值 2.2903kA

for i=1:busnumber

V0(i)=Bus(i).V*cos(Bus(i).angle)+j*Bus(i).V*sin(Bus(i).angle);

Vf(i)=V0(i)-Z(i,4)*If;

I(i)=Vf(i)/Z(i,4);

I(i)=abs(I(i)*IB);

end

pause

V0 %1 1 1 1 1 1 1 1 1

Vf %0.2775 0.6769 0.6771 0.0000 0.1874 0.1935 0.5422 0.5459 0.5509

Clear

五、导纳矩阵程序输入文件清单：

function [G,B,X]=FormYmatrix(Bus,busnumber,Acline,aclinenumber,Trans,tansnumber)

Y=zeros(busnumber);

X=zeros(busnumber);

for i=1:busnumber

Y(i,i)=Y(i,i)+1/j*Bus(i).pb;

end

for i=1:aclinenumber

f=Acline(i).fbno;

t=Acline(i).tbno;

Y(f,f)=Y(f,f)+j*Acline(i).hB+1/(Acline(i).R+j*Acline(i).X);

Y(t,t)=Y(t,t)+j*Acline(i).hB+1/(Acline(i).R+j*Acline(i).X);

Y(f,t)=Y(f,t)-1/(Acline(i).R+j*Acline(i).X);

Y(t,f)=Y(t,f)-1/(Acline(i).R+j*Acline(i).X);

X(f,f)=X(f,f)-1/Acline(i).X;

X(t,t)=X(t,t)-1/Acline(i).X;

X(f,t)=1/Acline(i).X;

X(t,f)=1/Acline(i).X;

end

for i=1:tansnumber

f=Trans(i).fbno;

t=Trans(i).tbno;

Y(f,f)=Y(f,f)+1/(Trans(i).R+j*Trans(i).X);

Y(t,t)=Y(t,t)+1/[(Trans(i).R+j*Trans(i).X)/Trans(i).k^2];

Y(f,t)=Y(f,t)-1/[(Trans(i).R+j*Trans(i).X)/Trans(i).k];

Y(t,f)=Y(t,f)-1/[(Trans(i).R+j*Trans(i).X)/Trans(i).k];

X(f,f)=X(f,f)-1/Trans(i).X;

X(t,t)=X(t,t)-1/Trans(i).X;

X(f,t)=1/Trans(i).X;

X(t,f)=1/Trans(i).X;

end

G=real(Y);

B=imag(Y);

end

六、整理计算结果：

Sbase_MVA =

100

busnumber =

aclinenumber =

tansnumber =

YN =

Columns 1 through 5

0 -17.3611i 0 0 0 +17.3611i 0 0 0 -16.0000i 0 0 0 0 0 0 -17.0648i 0 0 0 +17.3611i 0 0 0 -39.9954i 0

+11.7647i

0 0 0 0 +11.7647i 0 -

17.9759i

0 0 0 0 +10.8696i 0 0 0 +16.0000i 0 0 0 +

6.2112i

0 0 0 0 0 0 0 0 +17.0648i 0 0

Columns 6 through 9

0 0 0 0

0 0 +16.0000i 0 0

0 0 0 0 +17.0648i

0 +10.8696i 0 0 0

0 0 + 6.2112i 0 0

0 -16.7519i 0 0 0 + 5.8824i

0 0 -36.1001i 0 +13.8889i 0

0 0 +13.8889i 0 -23.8095i 0 + 9.9206i

0 + 5.8824i 0 0 + 9.9206i 0 -32.8678i

y =

0 - 6.6667i

YN =

Columns 1 through 5

0 -24.0278i 0 0 0 +17.3611i 0 0 0 -22.6667i 0 0 0 0 0 0 -23.7315i 0 0 0 +17.3611i 0 0 0 -39.9954i 0

+11.7647i

0 0 0 0 +11.7647i 0 -

17.9759i

0 0 0 0 +10.8696i 0 0 0 +16.0000i 0 0 0 +

6.2112i

0 0 0 0 0 0 0 0 +17.0648i 0 0

Columns 6 through 9

0 0 0 0

0 0 +16.0000i 0 0

0 0 0 0 +17.0648i

0 +10.8696i 0 0 0

0 0 + 6.2112i 0 0

0 -16.7519i 0 0 0 + 5.8824i

0 0 -36.1001i 0 +13.8889i 0

0 0 +13.8889i 0 -23.8095i 0 + 9.9206i

0 + 5.8824i 0 0 + 9.9206i 0 -32.8678i

Z =

Columns 1 through 5

0 + 0.0988i 0 + 0.0256i 0 + 0.0256i 0 + 0.0792i 0 +

0.0644i

0 + 0.0256i 0 + 0.0963i 0 + 0.0281i 0 + 0.0354i 0 +

0.0487i

0 + 0.0256i 0 + 0.0281i 0 + 0.0963i 0 + 0.0354i 0 +

0.0369i

0 + 0.0792i 0 + 0.0354i 0 + 0.0354i 0 + 0.1096i 0 +

0.0891i

0 + 0.0644i 0 + 0.0487i 0 + 0.0369i 0 + 0.0891i 0 +

0.1378i

0 + 0.0639i 0 + 0.0367i 0 + 0.0494i 0 + 0.0884i 0 + 0.0758i

0 + 0.0363i 0 + 0.0739i 0 + 0.0398i 0 + 0.0502i 0 + 0.0690i

0 + 0.0360i 0 + 0.0594i 0 + 0.0546i 0 + 0.0498i 0 + 0.0617i

0 + 0.0356i 0 + 0.0391i 0 + 0.0753i 0 + 0.0492i 0 + 0.0514i

Columns 6 through 9

0 + 0.0639i 0 + 0.0363i 0 + 0.0360i 0 + 0.0356i

0 + 0.0367i 0 + 0.0739i 0 + 0.0594i 0 + 0.0391i

0 + 0.0494i 0 + 0.0398i 0 + 0.0546i 0 + 0.0753i

0 + 0.0884i 0 + 0.0502i 0 + 0.0498i 0 + 0.0492i

0 + 0.0758i 0 + 0.0690i 0 + 0.0617i 0 + 0.0514i

0 + 0.1412i 0 + 0.0520i 0 + 0.0590i 0 + 0.0687i

0 + 0.0520i 0 + 0.1047i 0 + 0.0842i 0 + 0.0554i

0 + 0.0590i 0 + 0.0842i 0 + 0.1227i 0 + 0.0760i

0 + 0.0687i 0 + 0.0554i 0 + 0.0760i 0 + 0.1048i

If =

0 - 9.1239i

IB =

0.2510

Ifymzh =

2.2903

Z =

Columns 1 through 5

0 + 0.0988i 0 + 0.0256i 0 + 0.0256i 0 + 0.0792i 0 + 0.0644i

0 + 0.0256i 0 + 0.0963i 0 + 0.0281i 0 + 0.0354i 0 + 0.0487i

0 + 0.0256i 0 + 0.0281i 0 + 0.0963i 0 + 0.0354i 0 + 0.0369i

0 + 0.0792i 0 + 0.0354i 0 + 0.0354i 0 + 0.1096i 0 + 0.0891i

0 + 0.0644i 0 + 0.0487i 0 + 0.0369i 0 + 0.0891i 0 + 0.1378i

0 + 0.0639i 0 + 0.0367i 0 + 0.0494i 0 + 0.0884i 0 + 0.0758i

0 + 0.0363i 0 + 0.0739i 0 + 0.0398i 0 + 0.0502i 0 + 0.0690i

0 + 0.0360i 0 + 0.0594i 0 + 0.0546i 0 + 0.0498i0 + 0.0617i

0 + 0.0356i 0 + 0.0391i 0 + 0.0753i 0 + 0.0492i 0 + 0.0514i

Columns 6 through 9

0 + 0.0639i 0 + 0.0363i 0 + 0.0360i 0 + 0.0356i

0 + 0.0367i 0 + 0.0739i 0 + 0.0594i 0 + 0.0391i

0 + 0.0494i 0 + 0.0398i 0 + 0.0546i 0 + 0.0753i

0 + 0.0884i 0 + 0.0502i 0 + 0.0498i 0 + 0.0492i

0 + 0.0758i 0 + 0.0690i 0 + 0.0617i 0 + 0.0514i

0 + 0.1412i 0 + 0.0520i 0 + 0.0590i 0 + 0.0687i

0 + 0.0520i 0 + 0.1047i 0 + 0.0842i 0 + 0.0554i

0 + 0.0590i 0 + 0.0842i 0 + 0.1227i 0 + 0.0760i

0 + 0.0687i 0 + 0.0554i 0 + 0.0760i 0 + 0.1048i

If =

0 - 9.1239i

IB =

0.2510

Ifymzh =

2.2903

V0 =

1 1 1 1 1 1 1 1 1

Vf =

0.2775 0.6769 0.6771 0.0000 0.1874 0.1935 0.5422 0.5459 0.5509

I =

0.8795 4.7978 4.8020 0.0000 0.5281 0.5493 2.7131 2.7529 2.8096

七、短路电流计算的要点：

1、对发电机节点在每一发电机节点增加接地有源支路一般情况下发电机定子

绕组电阻Ri忽略掉，并将的电压源与阻抗有源支路转化成电流源与导纳并联的支路。

2、负荷节点的处理，负荷节点在短路计算中一般作为节点的接地支路，并用恒

定阻抗表示，其数值由短路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出。

3、如果短路故障发生在输电线路内，在短路点要增加新节点，将一条输电线分

成两段，并形成短路电流计算的节点导纳矩阵Y 。

八、体会

本次课程设计进一步加深了我对matlab软件的应用，让我认识到matlab的用途远不止计算这么简单，更多的是数据的处理分析。在做课程设计的过程中，收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、解决问题的能力，也间接学会了很多学习的方法，而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

附件一：

计算短路电流：

计算各节点电压：

计算各支路电流：

计算有名值：

(0)f

ff f

V Z z I =+&&(0)(1,2,..,,.,)i if f

i V Z I i f n V =-=&&&*

j i j

j ij

i V V k Z I -=&&&*

3B ij ij ar

S I I V =