电力系统分析课程设计

1电力系统分析课程设计题目:电力系统三相短路计算院系名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：成绩：指导老师签名：日期：2摘要随着现代科技的快速发展，人们对电力需求越来越高，随着电网的并网与改造，电力可以在电力线路上跨区域输送，在输送过程中对电力系统暂态稳定性影响常见的有负荷的突然变化、切除或投入系统的主要元件、电力系统的短路故障。其中短路故障对系统的扰动最为严重，在短路中，其中以三相短路最为危险，引起电力系统的扰动最大，电力系统如果能经受住三相短路的扰动，则暂态稳定性应该不容易被打破。本文针对三相短路来计算短路电流，短路功率。应用已知数据，来手算短路电流和功率，绘制等值电路。复习系统三相短路的基本原理，建立数学模型。确定合适的数值计算方法（矩阵直接求逆，节点优化编号，LR分解）。上机编程调试，分析。仿真算例系统的短路电流﹑支路电流和节点电压，并与手工计算比较。3目录第一章电力系统三相短路手算算法....................................41.1已知数据...................................................41.2短路电流计算的步骤：.........................................51.3元件参数计算及等值电路.....................................61.4等值网络化简...............................................71.5三相对称短路电流和容量的计算................................10第2章三相短路计算机算法.........................................112.1基本原理....................................................112.2程序编写及执行..............................................122.2.1、计算机程序编写.......................................122.2.2、导纳的计算：.........................................172.2.3、计算机所求结果及分析.................................18课程设计总结.......................................................19参考文献...........................................................194第一章电力系统三相短路手算算法MT1T2T2G2G2G16kV2000kWcos0.86N起动系数为6.5用电负载（电动机）(3)KLGJ-185100km100kmLGJ-15025MWcos0.8Ncos0.85N''0.13dX火电厂110MW100kmLGJ-120110kV负载''0.264dX86jMVAT3图1-1为给出的原始电路图1.1已知数据电力系统图如上图所示，系统中)3(K点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。2．电力系统参数（1）发电机参数发电机1G：额定的有功功率MW110，额定电压kVUN5.10；次暂态电抗标幺值264.0dX，功率因数85.0cosN。发电机2G：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率MW25；额定电压kVUN5.10；次暂态电抗标幺值13.0dX；功率因数80.0cosN。（2）变压器1T：型号0.15.105.1659110/107SF，变压器额定容量AMV10，一次电压kV110，短路损耗kW59，空载损耗kW5.16，阻抗电压百分值5.10%Uk，空载电流百分值0.1%0I。变压器2T：型号8.05.105.38148110/5.317SF，变压器额定容量AMV5.31，一次电压kV110，短路损耗kW148，空载损耗kW5.38，阻抗电压百分值5.10%Uk，空载电流百分值8.0%0I。变压器3T：型号9.05.105.2386110/167SF，变压器额定容量AMV16，一次电压kV110，短路损耗kW86，空载损耗kW5.23，阻抗电压百5分值5.10%Uk，空载电流百分值9.0%0I。（3）线路1：钢芯铝绞线120LGJ，截面2120mm，长度为km100，每条线路单位长度的正序电抗kmX/408.0)1(0；每条线路单位长度的对地电容kmSb/1079.26)1(0。对下标的说明)()1(0正序单位长度XX，)()2(0负序单位长度XX。线路2：钢芯铝绞线150LGJ，截面2150mm，长度为km100，每条线路单位长度的正序电抗kmX/401.0)1(0，每条线路单位长度的对地电容kmSb/1085.26)1(0。线路3：钢芯铝绞线185LGJ，截面2185mm，长度为km100，每条线路单位长度的正序电抗kmX/394.0)1(0；每条线路单位长度的对地电容kmSb/1090.26)1(0。（4）负载L：容量AMVjSL68，负载的电抗标幺值为LLLQSUX22；电动机为MW2，起动系数5.6，额定功率因数为86.0。3．基准数据选取设基准容量AMVSB100；基准电压)(kVUUavB1.2短路电流计算的步骤：1.做出电力系统计算系统图在计算用图中应包括与短路电流计算有关的全部电力元件（如系统、发电机、变压器、输电线路等），以及它们之间的连接关系。在元件旁边应注明它们的技术数据，如额定电压、额定容量、线路的长度及线路型号等。另外，在计算图上应标明短路点。为了便于计算，每个元件按顺序编号。2.计算各元件参数根据给定的电力系统，首先确定是用标幺值的计算方法计算短路电流，还是用实际值计算的方法。一般在有两个及两个以上的电压等级情况下用标幺值的方6法较实际值的方法计算简便。用实际值计算时，首先选定一个基准值（即电压等级），此基准值应选被计算短路电流短路点的电压等级，然后将其他电压等级所有的阻抗用变压器变比原理换算到基本级上来。用标幺值计算时，首先选定一个基准容量，此基准容量的选择应上“便于计算”，使x值小数点前后的0最少。一般选取整数，如：系统大，取Sb=1000MVA;系统小，取Sb=100MVA.基准电压一般选取平均电压：Ub=Uav比额定电压高5%。3.绘制等值网络图绘制电力系统等值网络图的目的是便于短路电流计算。图中应标明各元件的序号及阻抗。4.网络化简网络化简是将等值网络化简到最简单的形式，若有两个及两个以上的电源，则归并成一个电源。有并联的回路化简成串联。采取多电源归并成一个电源的方法，是因为我们采取了一系列的假设条件，所以在计算中可以用电源的阻抗相并联的方法。5.进行短路电流计算通过以上工作，把一个复杂的系统化简成只有一个等效元件的系统，等效元件的一端是综合电动势，另一端是综合阻抗和短路点，这样就可以用最简单的欧姆定律来计算短路电路，即I=E/X；式中E----系统电源对短路点的综合次暂态电动势，在化简计算中取X-----系统对短路点的综合阻抗。必须注意：根据以上步骤，用实际值求得的短路电流，都是归算到基本级的数值，要想得到非基本级的短路电流，必须根据变压器的变比换算到要计算短路电流的那个电压等级。用标幺值方法计算求得的短路电流，要想得到实际值，还必须乘以相应电压等级的基准电流值。1.3元件参数计算及等值电路1．各元件电抗标幺值计算解：选取基准容量AMVSb100；基准电压avBUU；负荷用额定标幺值为4.0LX，电势为0.8的电源表示；设短路前系统满载运行。7汽轮发电机G1：139.1527.01264.01sin204.011085.0100264.0cos/]0[]0[]0[12IXUEPSXXdNNBd汽轮发电机G2：078.16.0113.01sin416.0258.010013.0cos/]0[]0[]0[21IXUEPSXXdNNBd负载电动机M：921.051.01154.01sin615.6286.01005.61cos5.611]0[]0[]0[48IXUEPSXXIXdMNBst变压器T1：05.110100105.0%10017NBPSUkX变压器T2：333.05.31100105.0%10013NBPSUkX变压器T3：656.016100105.0%100110NBkPSUX线路L1：309.0115100100408.022)1(04NBUSLXX线路L2：303.0115100100401.022)1(06NBUSLXX线路L3：298.0115100100394.022)1(05NBUSLXX负荷：490.51006)10010()115110(8.0222293LLLQSUXXE1.4等值网络化简把以上参数带入可得等值电路图如图1-2所示。8图1-2等值电路图348.1298.005.1793.5303.0490.5169.1204.0656.0309.0375.02416.0333.02571469132104121311XXXXXXXXXXXXX078.125EE图1-3简化等值电路图化简如图1-3所示。6.6158E4=0.921E5=1.078E1=1.1399284.0169.1375.0169.1375.01211121115XXXXX092.1375.0169.1375.0139.1169.1078.115611121112XXXEXEE271.0793.5284.0793.5284.01315131516XXXXX078.1284.0793.5284.08.0793.5092.136715131513XXXEXEE进一步简化如图1-4、图1-5所示。30.1619.1615.6619.1615.6619.1271.0348.117817818161417XXXXXXXX047.1615.6619.1078.1615.68.0619.1788178417XXEXEXE化简如图1-6、1-7图1-4图1-56.6156.615E7=1.078E4=0.921E4=0.9210.28415135.793141.34888141.348160.271E6=1.092E3=0.810所示。1.5三相对称短路电流和容量的计算1.短路点的次暂态短路电流的计算：805.030.1047.1818XEI2.冲击电流的计算：取冲击系数Kimp=1.8，计算结果如下。kAIIkikAkAVSIBimimBBB81.18164.9805.028.12164.93.6310033.短路容量的计算：短路电流标幺值等于短路功率标幺值所以AMVSISBft5.80100805.0E8=1.047图1-6图1-76.6151.30E4=0.921E7=1.0788171.6191811第2章三相短路计算机算法2.1基本原理1、数学模型的建立电力网络的数学模型是指将网络的有关参数和变量及其相互关系归纳起来所组成的﹑可反映网络性能的数学方程式。（节点电压方程﹑回路电流方程）2、本次