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1、长 沙 学 院课程设计说明书题目电力系统简单不对称故障的计算机算法系(部)电子与通信工程系专业(班级)电气工程及其自动化 02姓名扶泗洲学号2009024106指导教师张丹，冯婉起止日期2012.12.22-2012.12.26电电力力系系统统分分析析课课程程设计设计任任务书务书系（部）：电子与通信工程系 专业：电气工程及其自动化 指导教师：冯婉课题名称电力系统简单不对称故障的计算机算法设 计 内 容 及 要 求当电力系统发生简单不对称故障时，用计算机编写程序的方式完成电力 网络中短路参数的计算。要求： 1、根据所给的电力系统，手算方式完成计算； 2、编制计算程序，通过计算机调试，机算方式完成
2、计算； 3、提交一份完整的课程设计资料，包括原理、手算过程、程序框图、源程 序、符号说明表、算例及计算结果、参考文献、设计总结等。电力网络具体见电力系统分析P340 16.4 图设 计 工 作 量1、形成所给网络的节点导纳矩阵，准备原始数据，并手工计算短路电流； 2、复习系统三相短路的基本原理，建立数学模型； 3、确定合适的数值计算方法； 4、上机编程调试，分析； 5、仿真系统的短路参数，并与手工计算比较。起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第 1 天课题介绍，答疑，收集材料第 2 天学习 MATLAB第 3 天手算短路参数，编写计算机程序第 4 天编写计算机程序并调试，比较手算与机
3、算 结果进 度 安 排第 5 天编写设计说明书教研室 意见年 月 日系（部）主 管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名 扶泗洲学号2009024106专业电气工程及其自 动化班级2设计题目指导教师指导教师意见：评定成绩： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定成绩： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见：最终评定等级： 教研室主任签名： 日期： 说明课程设计成绩分“优秀” 、 “良好” 、 “中等” 、 “及格” 、 “不及格”五等。目录目录摘摘 要要.5 一前言.5 二.电力系统短路故障的基本知识.6 2.1 短路故障的概述6 三.对称分量法及其在计算中的应用.6 3.1 不对称三相
4、量的分解6 四简单不对称短路的分析与计算.8 4.1 单相（a 相）接地短路.8 4.2 两相（b,c 相）短路10 4.3 两相（b 相和 c 相）短路 接地.11 五简单不对称短路的计算机算法 .13 5.1简单故障的计算程序原理 .13 六设计数据及记录 14 6.1设计要求.14 6.2.手算数据.14 七.总结 .18 参考文献：.19 附录20摘摘 要要在电力系统运行过程中，时常会发生故障，且大多是短路故障。短路通常分为三相短路、 单相接地短路、两相短路和两相接地短路。其中三相短路为对称短路，后三者为不对称短路。 电力运行经验指出单相接地短路占大多数，因此分析与计算不对称短路具有非
5、常重要意义。 分析计算不对称短路方法很多，目前实际最常用的方法是对称分量法。而以对称分量法 为核心的计算方法又可有解析法和计算机程序算法等，本论文的主要工作即介绍这两种计算 方法。解析法，是将微分方程代数化、暂态分析稳态化、不对称转化为对称并叠加完成不对 称故障的分析与计算。计算机程序算法是在形成三个序网的节点导纳矩阵后，对其应用高斯 消去法求得故障端点等值阻抗，根据故障类型选用相应公式计算各序电流、电压，进而合成 三相电流、电压。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 等语言完相同的事情简
6、捷得多.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。 Matlab 是一个高度集成的系统，集科学计算、图象处理、声音处理于一体，具有极 高的编程效率。近年来，Matlab 已经从最初的“矩阵实验室” ，渗透到科学与工程计算的多 个领域，在自动控制、信号处理、神经网络、模糊逻辑、小波分析等多个方向，都有着广泛 的应用。 本文根据电力系统路的特点，建立了合理的短路的数学模型，在此基础上，形成电力 系统短路电流实用汁算方法编制了对任意一个电力系统在任意点发生短路时短路电流及其 分
7、布的通用计算程序从一个侧面展示了计算机应用于电力系统的广阔前景 根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个 切实可行的电力系统计算应用程序。 电力系统短路电流计算是电力系统运行分析，设计计 算的重要环节，许多电业设计单位和个人倾注极大精力从事这一工作的研究。由于电力系统 结构复杂，随着生产发展，技术进步系统日趋扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增 大，采用计算机辅助计算势在并行。关键词: 单相接地短路，两相短路，两相接地短路，对称分量法，节点导纳矩阵一前言一前言电力系统分析是一门介绍电力系统稳态运行分析、故障分析和暂态过程分析的课程。 电力系统分析的基础为电
8、力系统潮流计算、短路故障计算和稳定计算。 在电力系统运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障（简称短路） 。所谓 短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。产 生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘损坏。此外运行人员在短路 检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。短路问题是电力技术方面的基本问题之一。在发电厂、变电站以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气接线、确定限制短路电流 措施等的重要依据。为此计算短路时各种运行参量（电流、电压等）是非常必要的。短路通常分为三相短路、单相接地短
9、路、两相短路和两相接地短路。其中三相短路为对 称短路，后三者为不对称短路。电力运行经验指出，单相接地短路占大多数。因此分析与计 算不对称短路具有非常重要意义。二二. .电力系统短路故障的基本知识电力系统短路故障的基本知识2.12.1 短路故障的概述短路故障的概述在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。所谓短路：是指电力 系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。除中性点外，相与 相或相与地之间都是绝缘的。电力系统短路可分为三相短路，单相接地短路。两相短路和两 相接地短路等。三相短路的三相回路依旧是对称的，故称为不对称短路。其他的几种短路的三相回路均不对称
10、，故称为不对称短路。电力系统运行经念表明，单 相短路占大多数，上述短路均是指在同一地点短路，实际上也可能在不同地点同时发生短路， 例如两相在不同地点接地短路。 依照短路发生的地点和持续时间不同，它的后果可能使用户的供电情况部分地或全部地 发生故障。当在有由多发电厂组成的电力系统发生端来了时，其后果更为严重，由于短路造 成电网电压的大幅度下降，可能导致并行运行的发电机失去同步，或者导致电网枢纽点电压 崩溃，所有这些可能引起电力系统瓦解而造成大面积的停电事故，这是最危险的后果。 产生短路的原因很多主要有如下几个方面（1）原件损坏，例如绝缘材料的自然老化， 设计，安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成
11、短路，(2)气象条件恶化，例如雷电造成的 闪络放电或避雷针动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。(3)违规操作，例 如运行人员带负荷拉刀闸(4)其他，例如挖沟损伤电缆。 在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的 基本计算，比如在选择发电厂和电力系统的主接线时为啦比较不同方案接图，进行电力系统 暂态稳定计算，研究短路对用户的影响。合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参 数都必须进行短路的计算和分析.三三. .对称分量法及其在计算中的应用对称分量法及其在计算中的应用3.13.1 不对称三相量的分解不对称三相量的分解人们在长期的实践中发现，在三相电
12、路中，任意一组不对称的三相相量（电压或电流） ， 可以分解为三组三相对称的相量分量，式（2-1） 。在线性电路中，可以用叠加原理对这三组对称分量按照三相电路去解，然后将其结果叠加起来。就是不对称三相电路的解答，这个方法就叫做对称分量法。设，为三相系统中任意一组不对称的三相量，可以分解为三组对称的三序分aF bF cF量如下： 120120120aaaabbbbccccFFFFFFFFFFFF（2.1） 三相序分量如图 2-1 所示：) 1 (aI)1(bI)2(aI)2(bI)2(cI)0()0()0(cbaIII正序分量 负序分量 零序分量图 2-1 三序分量正序分量：三相的正序分量大小相等
13、，彼此相位相差，与系统正常对称(1)(1)(1)abcFFF120运行对称运行方式下的相序相同，达到最大值，在电机内部产生正转磁场，这就abc是正序分量。此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：(1)(1)(1)0.abcFFF负序分量：三相的负序分量大小相等，彼此相位相差，与系统正常对(2)(2)(2)abcFFF120称运行对称运行方式下的相序相反，达到最大值，在电机内部产生反转磁场，这acb就是正序分量。此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：(2)(2)(2)0.abcFFF零序分量：三相的零序分量大小相等，相位相同，三相的零序分量同时达(0)(0)(0)abcFFF到最大值，在电机内部产
14、生漏磁，其合成磁场为零，这就是零序分量。如果以 A 相为基准相，各序分量有如下关系：正序分量： (1)aF2 (1)(1)baFa F2 (1)(1)(1)cbaFa FaF负序分量： (2)aF (2)(2)baFaF2 (2)(2)(2)cbaFaFa F零序分量： (0)aF (0)(0)baFF(0)(0)caFF其中： ；12013 22jaej 224013 22jaej ；210aa21aa 31a 于是有：（2-2）(1)(2)(0)2 (1)(2)(0)2 (1)(2)(0)aaaabaaacaaaFFFFFa FaFFFaFa FF（2-3）(1) 2 (2) 2 (0)1
15、11 1 1aabacaFF FaaF FaaF则有： )1(2)1(abIaI )1()1(acIaI )2()2(abIaI )2(2)2(acIaI )0()0()0(acbIII 其逆关系式为：（2-4）2 (1) 2 (2)(0)1113111aaabacFaaFFaaFFF 这样根据式（2-3）可以把三组三相对称向量合成三个不对称向量，而根据式（2-4）可以把三个不对称向量分解成三组对称量。四简单不对称短路的分析与计算四简单不对称短路的分析与计算电力系统发生不对称故障时，无论是单相接地短路，还是两相短路，两相短路接地，只 是短路点的电压，电流出现不对称，利用对称分量法将不对称的电流电压分解为三组对称的 序分量，由于每一序系统中三相对称，则在选好一相为基准后，每一序只需要计算一相即可， 用对称分量法计算电力
