1、电力系统两相断线计算与仿真2辽 宁 工 业 大 学电力系统分析课程设计（论文）题目： 电力系统两相断线计算与仿真（2）院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：15-07-06至15-07-17 课程设计（论文）任务及评语G1 T1 1 L1 2 T2 G2 1:k k:1 L3 L2 3 S3 院（系）： 教研室： 课程设计（论文）任务原始资料：系统如图各元件参数如下（各序参数相同）：G1、G2：SN=30MVA，VN=10.5kV，X=0.3；T1: SN=31.5MVA，Vs%=9.5， k=10.5/121kV,Ps=210kW, Po=40kW,
2、Io%=0.85；YN/d-11T2: SN=31.5MVA，Vs%=9.5， k=10.5/121kV,Ps=180kW, Po=35kW,Io%=0.9；YN/d-11L1:线路长80km，电阻0.20/km，电抗0.4/km，对地容纳3.0010-6S/km；L2:线路长75km，电阻0.2/km，电抗0.40/km，对地容纳2.8810-6S/km； L3: 线路长100km，电阻0.18/km，电抗0.38/km，对地容纳2.7810-6S/km；负荷：S3=52MVA，功率因数为0.9。任务要求（支路L3发生AC两相断线）：1 计算各元件的参数；2 画出完整的系统等值电路图；3 忽
3、略对地支路，计算断点的A、B和C三相电压和电流；4 忽略对地支路，计算其它各个节点的A、B和C三相电压和支路电流；5 在系统正常运行方式下，对系统进行两相断线的Matlab仿真；6 将断线运行计算结果与仿真结果进行分析比较，得出结论。指导教师评语及成绩平时考核： 设计质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要凡造成电力系统运行不正常的任何连接或情况均称为电力系统的故障。电力系统的故障有多种类型，如短路、断线或它们的组合。短路又称横向故障，断线又称为纵向故障。断线故障可分为单相断线和两相断线。断线又称为非全相运行，也是
4、一种不对称故障。大多数情况下在电力系统中一次只有一处故障，称为简单故障或单重故障，但有时可能有两处或两处以上故障同时发生，称为复杂故障或多重故障。断线故障一旦发生，往往造成十分严重的后果，主要有：电力系统故障计算主要研究电力系统中发生故障（包括短路、断线和非正常操作）时故障电流、电压及其在电力网中的分布。关键词：电力系统；对称分量法；Matlab仿真第1章 绪论电力系统断线概述由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，
5、通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。 在电力系统计算中有潮流计算，短路计算，分别求得电力系统在各个情况下的参数，对于器件的选择，电能的分配等都有很重要的意义。在系统运行时需要对故障发生后进行预防措施。电力系统简单故障是指电力系统的某处发生一种故障的情况，简单不对称故障包括单相接地短路、两相短路、两相短路接地、单相断开和两相断开等。计算这些故障发生时电力系统的重要节点的参数可以使我们经济有效地选取合适的电气设备。电力系统简单故障是指电力系统的某处发生一种故障的情况，简单不对称故障包括单相接地短路、两相短路、两相短路接地、单相断开和两相断开等。电力系统短路称
6、为横向故障。它指的是在网络的某节点f处出现了相与相或相与零电位之间不正常接通的情况。发生横向故障时，由故障节点f与零电位节点组成故障端口。还有另一种不对称的情况是纵向故障，它指的是网络中的两个相邻节f和f(两点都不是零电位节点)点之间出现了三项阻抗不相等或不正常断开的情况。造成非全相断开的原因有很多，例如某一线路单相接地短路后故障相开关跳闸；导线一相或两相断线；分相检修线路或开关设备以及开关合闸过程中三相触头不同时接通等。本文设计内容电力系统运行不正常的任何连接或情况均称为电力系统的故障。电力系统的故障有多种类型，如短路、断线或它们的组合。短路称为横向故障，而断线故障又称为纵向故障。本文的研究
7、内容是对于电力网发生两相断线前后各点的电压电流的计算，将两相断线不对称故障用对称分量法分解为正序、负序和零序网络。对称分量法是分析不对称故障的常用方法，可以对发生断线后故障处和非故障处各点电压和电流计算。系统各元件参数会进行计算以及电路图的绘制，并且进行Matlab仿真。第2章 电力系统不对称故障计算原理 对称分量法基本原理三个不对称的相量，可以唯一地分解为三相对称的相量。因此在线性电路中，系统发生不对称短路时，将网络中出现的三相不对称的电压和电流，分解为正负零序三组对称分量，分别按对称三相电路去解，然后将其结果叠加起来。这种分析不对称三相电路的方法叫对称分量法。在一个三相对称的元件中（例如线
8、路、变压器和发电机），如果流过三相正序电流，则在于按键上的三相电压降也是正序的；负序零序同理。各序电压降与各序电流成线性关系；当电路中流过某一序分量的电流时，只产生同意分量的电压降。在应用对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须做出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。根据给定的电路图和上述的原则做出正序、负序和零序网络，忽略对地支路和电阻影响。三相序阻抗及等值网络a：所谓的序阻抗是指元件三相参数对称时，元
9、件两端某一序的电压降落与通过该元件同一序电流的比值。序阻抗分为正序阻抗，负序阻抗和零序阻抗。(1)正序阻抗：应用对称分量法计算时，正序电压与正序电流之比。 (2)负序阻抗：应用对称分量法计算时，负序电压与负序电流之比。(3)零序阻抗：应用对称分量法计算时，零序电压与零序电流之比。等效电路图就是把实际网络简化，使电路计算直观简单，根据课设的电路图，可以画出等效电路图。b：等效电路图。图2.1根据任务书中给定的电路图和给定的数据，系统图简化电路图如图2.1所示。为了求取网络中的功率分布，可以采用近似的算法，先忽略网络中的功率损耗，由于发电机和变压器的参数相同，假设节点2和节点4的电压相同，进一步可
10、以画出系统的等效电路图。图2.3 等效电路图两相断线故障的计算步骤（1）对各个元件进行参数计算；（2）画等效电路图；（3）通过对称分量法将网络分解为正序，负序和零序网络，并计算各相参数。第3章 电力系统两相断线计算系统等值电路及元件参数计算系统等值电路图如图3.1所示 图3.1 系统电路图（1）元件参数计算a：变压器T1电阻R：电抗： 电导G： b：变压器T2电阻R： 电抗： 电导G： c：线路L1电抗X： 电阻R： 电纳B： d：线路L2电抗X： 电阻R： 电纳B： e：线路L3；电抗X： 电阻R： 电纳B： f：负载S3；电阻R： 电抗X： 系统等值电路及其化简A相断线时各电压与电流除中性
11、点接地阻抗、空载线路以及空载变压器外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示，得到正序网络，如图3.2所示。图3.2 正序电路图对正序电路图进行星角变换星角变换计算公式为： （3-1）将各阻抗代入公式，可得 由戴维南定理，对系统的正序网络进行化简，经计算可得系统的等值电抗为：可以用戴维南定理简化，因为它为有源网络，如图3.3的形式，其中，等值电动势为图3.3 正序戴维南等效图负序电流能流通的元件与正序电流相同，但所有电源的负序电势为零。因此把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源等于零，而在故障点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序网
12、络，如图3.4所示。 图3.4 负序电路图在计算负序参数时，运用的公式和步骤和正序的相同，因此将相应的数据代入公式可得其等值阻抗：经简化后的负序网络如图3.5所示。图3.5 负序戴维南等效电路图在断路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小相位及相位相同，它们必须经过大地才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系，该电力系统的零序网路如图3.6所示。图3.6 零序电路图类似可得： 从故障点看零序网络，也是一个无源网络。简化后的零序网络示如图3.7所示。图3.7 零序戴维南等效电路图两相断线计算我们可以应用对称分量法对纵向故障进行分析。首先在故障
13、口f和 f之间插入一组不对称电势源来代替实际存在的不对称状态，然后在这组不对称电势源分解成正序、负序和零序。根据重叠原理，分别作出各序的等值网络如图3.8所示。图3.8 各序网络戴维南等效图 （3-2）上式中，是故障口ff的开路电压，而分别为正序网络、负序网络和零序网络从故障端口ff看进去的等值阻抗。若网络各元件都用纯电抗表示，则方程式（3-2）写成 （3-3）故障处的边界条件为：，这些条件同单相短路的边界条件相似，若用对称分量表示则得 （3-4）满足这样边界条件的复合序网如图3.9。故障处的电流 （3-5）图3.9 复合序网公式将上述数据带入到公式3-5中，其中，可得非故障相电流为 （3-6
14、）所以 即 故障相断口的电压为： （3-7）式3-7中，将所得数据带入式中 3-7，可得即B相各点电压电流在求B相各点电压和电流时，我们可以选取电路中的每一相的相电压基准为三相中的线电压基准：则相应的每相的容量基准作为在这过程中，标幺值没有改变，此时节点1,2,3的B相电压为V1b=1.03V2b=1.02V3b=1.02A相各点电压电流 V1a=0.64-0.48j将节点2分成两点，得到两个开式网，分别求其两个开式网对节点2的输送功率 （3-8）将公式代入到3-8式子中，就可以得到V1+0.80+0.17jV2a=0.78+0.2jV3a=0.82+0.18j代入I2a=0.34+0.06j
15、I3a=0.53+0.14jI4a=0.42+0.2jC相各点电压电流同理，C相电压与B相计算相同C相电压： V1c=-0.47-0.8jV2c=-0.42-0.8j V3c=-0.45-0.83jC相电流： I1c=-0.08-j0.3 I2c=-0.11-j0.47 I3c=-0.11-j0.48第4章 两相断线的仿真仿真模型的建立MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像
16、处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB主要功能有：（1）数值分析（2）.数值和符号计算(3).工程与
17、科学绘图（4）控制系统的设计与仿真（5）.数字图像处理（6）.数字信号处理（7）通讯系统设计与仿真（8）财务与金融工程Simulink具有从目标硬件上的 Simulink 直接运行模型的能力,其特点如下 ：(1) 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；(2) 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化；(3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；(4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。本次设计应用MATLAB软件的Simulink功能，根据任务给出的电路图和计算出
18、的参数做出如图4.1的仿真电路图。图4.1 仿真电路图4.2仿真结果分析在正常工作情况下，根据波形观察其正常运行时其个点的参数值很符合理想的实际情况，顺序往下依次为各节点的电压和电流，分别为V1，V2，V3，I1，I2，I3图4.2 仿真波形图在节点1处对线路3进行两相断线处理，再次运行，可以得到相应的波形图（图4.3,图4.4），图4.3从上到下依次为节点1电压、断口处电压、节点3的电压，图4.4为断线处的电流，其仿真X轴坐标与图4.1相同， 图4.3 电压图图4.4 电流图由上图可知，断线处的电压和电流，波动比正常相的较大，由此可知，电力系统断线对系统将产生很大的危害，所以为了能保证系统安
19、全稳定运行，减少经济损失，保证电力设备和人员安全，进行电力系统的计算是非常必要的。第5章 总结本次课程设计是电力系统两相断线计算，研究电力系统稳态情况的一种最基本的计算，电力系统是对于电力系统中发生断线前后的电力网运行的各线路和节点等得计算，其思想短路计算、网络变换、戴维南原理和序阻抗的求取，计算过程比较复杂，且过程联系紧密。它根据给定的运行条件及系统接线情况确定这整个电力系统各部分的运行状态，其中断线计算的主要目的是在电力体统规划中，用于选择接线方式，选择电气设备的导线截面和在电力系统运行中，用于确定运行方式，制定检修计划，确定调压措施以及为继电保护、自动装置设计和断线计算提供数据。在断线计
20、算中通过对支路电流分布计算，可以解决如何是系统支路达到经济分布的效果，从而有利于电力网建设和电能分配，对于在电力网中产的电能损失，两相断线可有效的解决这种问题，且自动补偿无需人员手工操作，使电能达到安全可靠的标准。参考文献1 何仰赞等.电力系统分析（上）.华中科技大学出版社.2002.1 2 于永源，杨绮霁.北京：电力系统分析（第二版），20073 彭建飞.MATLAB在电力系统仿真研究中的应用J.计算机仿真，20054 邱关源.电路（第五版）.高等教育出版社，20075 何仰赞等.电力系统分析（下）.华中科技大学出版社.2002.16 王宝华.电力系统故障分析.中国电力出版社，2006 7 吴天明等.MATLAB电力系统设计与分析.国防工业出版，20078 夏道止.电力系统分析.北京：中国电力出版社，20049 张步涵.电力系统工程基础.北京：华中科技大学出版社，200210 杨淑英.电力系统概论M .北京：中国电力出版社.2003.711 赵晶.Prote199高级应用.人民邮电出版社，2000 12电气工程师手册第二版编辑委员会.北京：机械工业出版社，200013 李光琦.电力系统暂态分析M.北京：水利电力出版社，2002.514 陈衍.电力系统稳态分析M.北京：水利电力出版社，2004.115 刘万顺.电力系统故障分析习题集.北京：水利电力出版社，2004
