短路电流计算课程设计

课程设计(论文)题目名称短路电流计算课程设计课程名称电力系统暂态分析学生姓名学号0841229001系、专业电气工程系08级电力一班指导教师袁旭龙黄肇2011年7月8 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业08电气工程及其自动化学生姓名曹虎学号0841229001题目名称短路电流计算课程设计设计时间2011.6.27- 2011.7.8课程名称电力系统暂态分析课程编号121202307 设计地点综合仿真实验室一、课程设计（论文）目的通过课程设计, 使学生巩固电力系统三相短路计算的基本原理与方法，掌握短路电流的数值求解方法(矩阵直接求逆，节点优化编号，LR 分解)，开发系统短路故障电流的计算程序。

让学生掌握用计算机仿真分析电力系统的方法。

同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。

已知技术参数和条件题目一：某 10 节点电力系统如图 1 所示。

基准功率为100MVA，线路和变压器正序和零序电抗如表 1 所示，输电线路的电压为220kV 、110kV。

发电机正序、零序电抗包括中性点接地电抗如表 1所示（基准功率为100MVA）。

忽略电阻、并联电抗和负载，并假定负序电抗等于正序电抗。

计算下列不对称故障情况下的故障电流、节点电压和线路电压。

节点f 发生金属性两相短路故障。

三、任务和要求1.按学校规定的格式编写设计论文。

2.论文主要内容有：①课题名称。

②设计任务和要求。

③手工计算，进行两次迭代计算（用A4纸手写）。

④编程：一是校验；二是最终网络潮流计算。

⑤收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料何仰赞主编.电力系统分析. 高教出版社出版.第一版.2002年刘明波主编.大电网最优短路计算.科学出版社出版.第一版.2010年陈珩主编.电力系统稳态分析.中国电力出版社.第三版.2007年韩祯祥主编.电力系统分析.浙江大学出版社.第三版.2005年五、进度安排2011年6月27日：下达课程设计的计划书，任务书，设计题目及分组情况2011年6月28日-30日：学生完成短路计算的手工计算2011年7月1日：讲述课程设计编程的思路、要求2011年7月2日-4日：学生编写程序2011年7月5日-：上机调试程序2011年7月6日：上机调试程序，得出正确结果2011年7月7日：完成课程设计的手工计算和计算机语言编程等设计内容，整理课程设计报告。

2011年7月8日：组织学生答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年月日七|、主管教学主任意见主管主任（签字）：年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：1 绪论1.1 短路计算概述单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路等属于不对称短路。

三相短路属于对称短路。

就实际发生的概率来看，电力系统的短路90%为不对称短路，这90%里面90%又是单相接地短路。

短路有分很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路等。

此外，研究短路现象还要和电力系统的接线方式有关，如变压器中性点直接接地，中性点非直接接地等等。

针对不同短路，不同的接线方式，短路发生时有不同的现象。

如果是中性点非直接接地的电力系统，那么单相短路接地故障时仍然可以运行一段时间，因为此时线电压是不变的，但是故障相的对低电压变为零，非故障相的对低电压变为原来的根号3倍，这时候如果绝缘做的不好，容易使故障扩大。

如果是中性点直接接地，那么就不能继续运行了，系统会产生比较大的零序流线电压也发生了变化。

1.2 题目要求某10 节点电力系统如图 1 所示。

基准功率为100MVA，线路和变压器正序和零序电抗如表 1 所示，输电线路的电压为220kV、110kV。

发电机正序、零序电抗包括中性点接地电抗如表 1 所示（基准功率为100MVA）。

忽略电阻、并联电抗和负载，并假定负序电抗等于正序电抗。

计算下列不对称故障情况下的故障电流、节点电压和线路电压。

节点 f 发生金属性两相接地故障；（分配任务：第二组）G1 1234f510G2~~96x n x n87图1. 10 节点简单电力系统单线图表1 发电机、变压器和线路的数据（p.u.）元件电压等级/kV 正序电抗x1负序电抗x2零序电抗x0接地电抗x n 备注G1 25 0.2 0.2 0.05 0.04G2 13.8 0.2 0.2 0.05 0.02T1 25/110/110T2 13.8/220/220 0.05 0.05 0.05 0.00 节点1、2 0.04 0.04 0.08 0.00 节点1、9 0.08 0.08 0.10 0.00 节点2、9 0.02 0.02 0.04 0.00 节点5、10 0.05 0.05 0.06 0.00 节点5、6 0.02 0.02 0.05 0.00 节点6、10T34110/220 0.21 0.21 0.4 0.00T78110/220 0.24 0.24 0.48 0.00L23110 0.1 0.1 0.03 0.00L89110 0.1 0.1 0.03 0.00L 45L 67 220 0.3 0.3 0.04 0.00 220 0.3 0.3 0.04 0.001.3 设计内容1. 根据电力系统网络图推导电力网络数学模型，写出各节点阻抗；2. 画出并正序、负序、零序网络图；3. 求得电短路点K等值电势和输入电抗；4. 求解短路点的短路故障流、节点电压、线路电压；5. 上机编程调试；连调；6.计算并分析给定系统短路电流分析并与手工计算结果作比较分析3程序及说明本程序采用MATLAB程序设计语言进行程序的设计。

MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。

它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。

MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。

通过M语言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。

MATLAB设计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。

原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。

3.1 源程序流程图clear all;T=input('please input 题号数：');VF0=input('please input 故障点电压：');Y1=input('please input 正序负序导纳矩阵：');Y0=input('please input 零序导纳矩阵：');N1=input('please input 网络节点数：');N2=input('please input 零序网络节点数：');N3=input('please input 短路节点号：');disp('fault表示输入短路类型1表示单相a短路2表示两相bc短路3表示两相bc短路接地')fault=input('please input fault的值：');%求正序和负序因子表YY1=zeros(N1,N1);for m=1:N1for n=m:N1if n==mYY1(m,m)=Y1(m,m);for k=1:m-1YY1(m,m)=YY1(m,m)-YY1(k,m)*YY1(k,m)*YY1(k,k);endelseYY1(m,n)=Y1(m,n);for k=1:m-1YY1(m,n)=YY1(m,n)-YY1(k,m)*YY1(k,n)*YY1(k,k);endYY1(m,n)=YY1(m,n)/YY1(m,m);endendendfor m=1:N1YY1(m,m)=1/YY1(m,m);endYY2=YY1;disp('正序因子表');YY1disp('负序因子表');YY2%求零序因子表if fault==2YY0=zeros(N2,N2);for m=1:N2for n=m:N2if n==mYY0(m,m)=Y0(m,m);for k=1:m-1YY0(m,m)=YY0(m,m)-YY0(k,m)*YY0(k,m)*YY0(k,k);endelseYY0(m,n)=Y0(m,n);for k=1:m-1YY0(m,n)=YY0(m,n)-YY0(k,m)*YY0(k,n)*YY0(k,k);endYY0(m,n)=YY0(m,n)/YY0(m,m);endendendfor m=1:N2YY0(m,m)=1/YY0(m,m);enddisp('零序因子表');YY0end%正负序阻抗矩阵第N3列元素f1=zeros(1,N1);h1=zeros(1,N1);z1=zeros(N1,N1);for k=1:N1if k==N3f1(1,k)=1;h1(1,k)=f1(1,k)*YY1(k,k);endif k>N3for m=N3:k-1f1(1,k)=f1(1,k)-YY1(m,k)*f1(1,m);endh1(1,k)=f1(1,k)*YY1(k,k);endenddisp('f1的值');f1disp('h1的值');h1for m=N1:-1:1z1(m,N3)=h1(1,m);for k=m+1:N1z1(m,N3)=z1(m,N3)-YY1(m,k)*z1(k,N3);endendz2=z1;disp('正序阻抗矩阵第N3列元素');disp('z1=');disp(z1(:,:));disp('负序阻抗矩阵第N3列元素');disp('z2=');disp(z2(:,:));%求零序阻抗矩阵第N3列元素z0=zeros(N1,N1);if fault==2f0=zeros(1,N2);h0=zeros(1,N2);for k=1:N2if k==N3-Tf0(1,k)=1;h0(1,k)=f0(1,k)*YY0(k,k);endif k>N3-Tfor m=N3-T:k-1f0(1,k)=f0(1,k)-YY0(m,k)*f0(1,m);endh0(1,k)=f0(1,k)*YY0(k,k);endenddisp('f0的值');f0disp('h0的值');h0for m=N2:-1:1z0(m,N3-T)=h0(1,m);for k=m+1:N2z0(m,N3-T)=z0(m,N3-T)-YY0(m,k)*z0(k,N3-T);endenddisp('零序阻抗矩阵第N3列元素');disp('z0=');disp(z0);end%求短路电流ZFF1=z1(N3,N3);ZFF2=ZFF1;ZFF0=z0(N3-T,N3-T);IF1=0;IF2=0;IF0=0;if fault==1IF1=VF0/(ZFF0+ZFF1+ZFF2);IF2=IF1;IF0=IF1;elsefault==2;IF1=VF0/(ZFF1+ZFF2);IF2=-IF1;if fault==3IF1=VF0/(ZFF1+ZFF2*ZFF0/(ZFF0+ZFF2));IF2=-IF1*ZFF0/(ZFF2+ZFF0);IF0=-IF1*ZFF2/(ZFF2+ZFF0);endenddisp('ZFF1 ZFF2 ZFF0的值分别为：');ZFF1ZFF2ZFF0disp('正序短路电流');IF1 %正序短路电流disp('负序短路电流');IF2 %负序短路电流disp('零序短路电流');IF0 %零序短路电流%求节点电压V1=zeros(N1,1);V2=zeros(N1,1);V0=zeros(N1,1);%由于z0矩阵中的编号和实际中的编号不一样所以要进行转换%用于求节点电压的零序阻抗矩阵第N3列元素for k=1:N1V1(k,1)=VF0-IF1*z1(k,N3);V2(k,1)=-IF2*z2(k,N3);V0(k,1)=-IF0*z0(k,N2);enddisp('节点正序电压');V1disp('节点负序电压');V2disp('节点零序电压');V0%计算短路点的线路电压a=-1/2+sqrt(3)/2*i;if fault==1Vfa=0;Vfb=[(a*a-a)*ZFF2+(a*a-1)*ZFF0]*IF1;Vfc=[(a-a*a)*ZFF2+(a-1)*ZFF0]*IF1;elseif fault==2Vfa=2*ZFF2*IF1;Vfb=-1/2*Vfa;Vfc=-1/2*Vfa;elseif fault==3Vfa=3*ZFF2*ZFF0/(ZFF2+ZFF0)*IF1;Vfb=0;Vfc=0;endendenddisp('短路点的线路电压');VfaVfbVfc3.2程序运行运行程序并安全要求输入：please input 题号数：1please input 故障点电压：1.7940*iplease input 正序负序导纳矩阵：[-50i,20i,0,0,0,0,0,0,25i,0;20i,-42.5i,10i,0,0,0,0,0,12.5i,0;0,10i,-14.762i,4.762i,0,0,0,0,0,0; 0,0,4.762i,-8.095i,3.333i,0,0,0,0,0;0,0,0,3.333i,-73.333i,20i,0,0,0,50i;0,0,0,0,20i,-73.333i,3 .333i,0,0,50i;0,0,0,0,0,3.333i,-7.5i,4.167i,0,0;0,0,0,0,0,0,4.167i,-14.167i,10i,0;25i,12.5i,0,0 ,0,0,0,10i,-47.5i,0;0,0,0,0,50i,50i,0,0,0,-105i;]please input 零序导纳矩阵：[-63.33i,33.333i,0,0,0,0,0,10i;33.333i,-35.833i,2.5i,0,0,0,0,0;0,2.5i,-27.5i,25i,0,0,0,0;0,0,2 5i,-66.667i,16.667i,0,0,0;0,0,0,16.667i,-61.667i,25i,0,0;0,0,0,0,25i,-27.083i,2.083i,0;0,0,0, 0,0,2.083i,-35.417i,33.333i;10i,0,0,0,0,0,33.333i,-55.833i;]please input 网络节点数：10please input 零序网络节点数：8please input 短路节点号：4fault表示输入短路类型1表示单相a短路2表示两相bc短路3表示两相bc短路接地please input fault的值：2正序因子表YY1 =Columns 1 through 70 + 0.0200i -0.4000 0 0 0 0 00 0 + 0.0290i -0.2899 0 0 0 00 0 0 + 0.0843i -0.4014 0 0 00 0 0 0 + 0.1617i -0.5390 0 00 0 0 0 0 + 0.0140i -0.2796 00 0 0 0 0 0 + 0.0148i -0.04920 0 0 0 0 0 0 + 0.1363i0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 00 0 0 0 0 0 0Columns 8 through 100 -0.5000 00 -0.6522 00 -0.5497 00 -0.4234 00 -0.0197 -0.69890 -0.0058 -0.9445-0.5680 -0.0026 -0.42910 + 0.0847i -0.8484 -0.15150 0 + 0.1407i -0.40570 0 0 + 0.1463i负序因子表YY2 =Columns 1 through 70 + 0.0200i -0.4000 0 0 0 0 00 0 + 0.0290i -0.2899 0 0 0 00 0 0 + 0.0843i -0.4014 0 0 00 0 0 0 + 0.1617i -0.5390 0 00 0 0 0 0 + 0.0140i -0.2796 00 0 0 0 0 0 + 0.0148i -0.04920 0 0 0 0 0 0 + 0.1363i0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0Columns 8 through 100 -0.5000 00 -0.6522 00 -0.5497 00 -0.4234 00 -0.0197 -0.69890 -0.0058 -0.9445-0.5680 -0.0026 -0.42910 + 0.0847i -0.8484 -0.15150 0 + 0.1407i -0.40570 0 0 + 0.1463i零序因子表YY0 =Columns 1 through 70 + 0.0158i -0.5263 0 0 0 0 00 0 + 0.0547i -0.1367 0 0 0 00 0 0 + 0.0368i -0.9205 0 0 00 0 0 0 + 0.0229i -0.3818 0 00 0 0 0 0 + 0.0181i -0.4521 00 0 0 0 0 0 + 0.0634i -0.13200 0 0 0 0 0 0 + 0.0285i0 0 0 0 0 0 0Column 8-0.1579-0.2878-0.0265-0.0152-0.0046-0.0072-0.94900 + 0.0475if1的值f1 =0 0 0 1.0000 0.5390 0.1507 0.0074 0.0042 0.4385 0.7008h1的值h1 =Columns 1 through 70 0 0 0 + 0.1617i 0 + 0.0075i 0 + 0.0022i 0 + 0.0010iColumns 8 through 100 + 0.0004i 0 + 0.0617i 0 + 0.1025i正序阻抗矩阵第N3列元素z1=Columns 1 through 70 0 0 0 + 0.0975i 0 0 00 0 0 0 + 0.1146i 0 0 00 0 0 0 + 0.1631i 0 0 00 0 0 0 + 0.2650i 0 0 00 0 0 0 + 0.1105i 0 0 00 0 0 0 + 0.1048i 0 0 00 0 0 0 + 0.1041i 0 0 00 0 0 0 + 0.1035i 0 0 00 0 0 0 +0.1033i 0 0 00 0 0 0 + 0.1025i 0 0 0Columns 8 through 100 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0负序阻抗矩阵第N3列元素z2=Columns 1 through 70 0 0 0 + 0.0975i 0 0 00 0 0 0 + 0.1146i 0 0 00 0 0 0 + 0.1631i 0 0 00 0 0 0 + 0.2650i 0 0 00 0 0 0 + 0.1105i 0 0 00 0 0 0 + 0.1048i 0 0 00 0 0 0 + 0.1041i 0 0 00 0 0 0 + 0.1035i 0 0 00 0 0 0 + 0.1033i 0 0 00 0 0 0 + 0.1025i 0 0 0Columns 8 through 100 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0f0的值f0 =0 0 1.0000 0.9205 0.3515 0.1589 0.0210 0.0631h0的值h0 =Columns 1 through 70 0 0 + 0.0368i 0 + 0.0211i 0 + 0.0064i 0 + 0.0101i 0 + 0.0006iColumn 80 + 0.0030i零序阻抗矩阵第N3列元素z0=Columns 1 through 70 0 0 + 0.0053i 0 0 0 00 0 0 + 0.0091i 0 0 0 00 0 0 + 0.0603i 0 0 0 00 0 0 + 0.0254i 0 0 0 00 0 0 + 0.0111i 00 0 00 0 0 + 0.0105i 0 0 0 00 0 0 + 0.0034i 0 0 0 00 0 0 + 0.0030i 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0Columns 8 through 100 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0ZFF1 ZFF2 ZFF0的值分别为：ZFF1 =0 + 0.2650iZFF2 =0 + 0.2650iZFF0 =0 + 0.0603i正序短路电流IF1 =3.3848负序短路电流IF2 =-3.3848零序短路电流IF0 =节点正序电压V1 =0 + 1.4640i0 + 1.4060i0 + 1.2418i0 + 0.8970i0 + 1.4199i0 + 1.4394i0 + 1.4418i0 + 1.4437i0 + 1.4445i0 + 1.4470i 节点负序电压V2 =0 + 0.3300i0 + 0.3880i0 + 0.5522i0 + 0.8970i0 + 0.3741i0 + 0.3546i0 + 0.3522i0 + 0.3503i0 + 0.3495i0 + 0.3470i 节点零序电压V0 =短路点的线路电压Vfa =0 + 1.7940i Vfb =0 - 0.8970i Vfc =0 - 0.8970i4 总结与体会这次课程设计历时两个星期多，通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。