电力系统两相断线计算与仿真

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1、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及仿真（1）院（系）：工程技术学院专业班级：学 号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：2015-06-15 至 2015-06-26课程设计（论文）任务及评语院（系）：工程技术学院 教研室：电气工程及其自动化原始资料：系统如图各元件参数标幺值如下（各元件及电源的各序阻抗均相同）课程设计(论文)任务T1和T2：电阻0，电抗0.2, k=1.05,标准变比侧Yn线，非标准变比侧接线；L24:电阻0.03，电抗0.08，对地容纳0.04；L23:电阻0.023，电抗0.068,对地容纳0.03；L34:电阻0.02，电抗0.06

2、，对地容纳0.032；G1和G2:电阻0，电抗0.15，电压1.05；负荷功率：S1=0.5+j0.2；任务要求：1对系统进行潮流计算；2当L23支路发生B和C两相断线时，计算系统中各节点的各 相电压和电流；3计算各条支路各相的电压和电流；4在系统正常运行方式下，对各种不同时刻BC两相断线进行 Matlab 仿真；5将断线运行计算结果及各时刻断线的仿真结果进行分析比 较，得出结论。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。本次课程设计中，根据给出的电力系统，先计算各元件参数， 然后采用对称分量法将该网络分解为正序、负序、零

3、序三个对称 序网，并且求出戴维南等效电路，再计算当L3支路发生A和C 两相断线时系统中每个节点的各相电压和电流，计算每条支路各 相的电压和电流，最后在系统正常运行方式下，对各种不同时刻 A、C两相断线进行Matlab仿真，将断线运行计算结果及仿真结 果进行分析比较。关键词：电力系统；对称分量法；Matlab仿真第1章绪论01.1电力系统概述01.2本文研究内容2第2章潮流计算32.1等效电路图32.2电路的星角变换42.3等值电路图的网络参数设定62.4功率和节点电压计算6第3章不对称故障分析及计算93.1对称分量法93.1.1正序网络103.1.2负序网络123.1.3零序网络133.2两相

4、断线的计算153.2.1B相各点电压电流183.2.2 A相各点电压电流193.2.3 C相各点电压电流19第4章仿真分析214.1仿真模型建立214.2仿真结果分析24第5章课程设计总结27参考文献29第1章绪论1.1电力系统概述电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产 及消费的系统，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，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。 由于电源点及负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储

5、存，故其生产、 输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一 个整体，电能生产必须时刻保持及消费平衡。因此，电能的集中开发及 分散使用，以及电能的连续供应及负荷的随机变化，就制约了电力系统 的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同 层次设置相应的信息及控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测 量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质 的电能。建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产及消费的集中 管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利 于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增 长的用电

6、需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重 要组成部分。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控 的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时 代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国 家经济发展水平的标志之一。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

7、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。电力系统的故障总的来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。短 路又称横向故障，断线又称为纵向故障。横向故障是指各种类型的短路， 包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。纵线故障即 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，也是一 种不对称故障。它指的是网络中的两个相邻节点之间出现了不正常断开 或三项阻抗不相等的情况。发生纵向故障时，由相邻两节点组成故障端 口。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

8、通等。本文研究电力系统发生两相断线时各节点的电压和电流。1.2本文研究内容本文的研究内容是对于电力网发生断线前后各点的电压电流的计算， 将两相断线不对称故障分用对称分量法分解为正序、负序和零序网络， 对称分量法有助于对发生断线后故障处和非故障处各点电压和电流的计 算本文，同时包括还包括系统正常运行时的潮流计算，通过潮流计算可 以求得系统正常运行时各点的参数以及电路图的绘制。当L23支路发生 B和C两相断线时，计算L23支路B和C两相发生断线时，计算系统中 各节点的各相电压和电流。进行了 Matlab仿真，先在系统正常运行方式 下，对各相电压和电流进行Matlab仿真，然后再在断线情况下对各节点

9、 电压电流进行仿真，最后将断线运行计算结果及各时刻断线的仿真结果 进行分析比较，验证计算结果是否正确。第2章潮流计算2.1等效电路图潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，对电力网络的 各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到电网各节点 的电压，并求得网络的潮流及网络中元件的电力损耗，进而求得电 能损耗。因而，通过潮流计算可以分析网络的电压水平高低、功率 分布和电力损耗的合理性和经济性等，从而对该网络的设计及运行 做出评价。本文通过潮流计算得出故障前断口电压及各个节点的正 常电压。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。G1T1L24T2G2i i0

10、.15j0.2j0.03+0.08jL23L340.2j0.15j0.023-0.068j 0.02+0.06jM/0.4+0.15J图2.1化简电路图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，进一步可以画出系统的等效电路图。4图2.2等效电路图2.2电路的星角变换根据本文设计要求标准变比侧yn接线，另一侧接线。我们将要 进行系统的潮流计算，首先需要完成系统参数计算，为了得到系统 地参数和进行计算的方便性我们有必要将系统进行星角变换如图所 示。图2.3角形接线图2.4星形接线yn接线转换接线公式;Zm=

11、 Zl 34 ZL 23/( Zl 34 +24 + 乞、(2-1)ZL34= /34 + 七 + G )(2-2)ZL23= ZL23ZL24/(ZL34 + Z +)(2-3)因为z上式得，L23=0.023+0.068j; Z =0.03+0.08j; Z =0.02+0.06j代入Z,=(0.02+0.06j) x (0.023+0.068j/(0.L02+0.06j+0.03+0.08j+0.023+0.068j) = 0.0088+0.025jZ(0.034+0.08j) x (0.02+0.06j)/(0.02+0.06j+0.03+0.08j+0.023+0.0 68j)= -

12、0.00046+0.031jZ=(0.023+0.068j) x (0.03+0.08j)/(0.d23+0.06j+0.03+0.08j+0.023+0.068j) = 0.011+0.025j2.3等值电路图的网络参数设定网络 L24： Z = 0.03 + 0.07j;b = 0.03;jQ =0.02jL24L243I网络 L23：Z = 0.023 + 0.07j;b = 0.03;jQ =0015jL23L231I网络 L34：Z = 0.02 + 0.06j;b= 0.032;jQ =0.016j对于星形接线L:23L3432网络 L23 : Zg = 0.011 + 0.025

13、j;jQ =0.015j网络 L34 : Z =0.00046 + 0.031j;jQ =0.016j网络L: Z = 0.0088 + 0.025j;jQ = 0.02j变压器 T1l ZTi=0.02j3变压器 T2： Z.2=0.02j发电机 Gl： Z：=0.01+0.09j, Vgi=1.00发电机 G2： Z；2=0.01+0.09j, V；2=1.00变比： 31.05G2负荷功率：Si=0. 4 + j0.152.4功率和节点电压计算该部分计算由三部分组成，一是由假设节点电压相等的情况下求 取中间环形网络的功率，二是由中间求得的功率求两端的功率，三 是由求得的两端的功率求得节点

14、电压，再由节点电压求得中间功率 的实际值。1 由飞=七、=1，S 24 = 0 求 S 23 和 S 34S = 一S3 =0.1856+0.0574j23 Z 23 + Z 34S = S 3 =0.2144+0.0626j34 Z + Z2. 由上步求得的功率求两端的功率由功率守恒得：S = S + S = -0.03j+0.1856+0.0574j=0.1856+0.0274jS 20 = S 2+ S 23=-0.031j+0.2144+0.0626j=0.2144+0.0316j变压器Tl4消耗的功率：ASr 1 =咯;Q Z1 = 0.0004+0.0053j变压器T2消耗的功率:

15、% =吃;气 Z2 = 0.0005+0.0070J从而求得：S = S +AS = 0.1856+0.0274j+0.0005+0.0070j=0.1861+0.03442202jS = S +AS = 0.2144+0.0316j+0.0004+0.0053j=0.2148+0 .0369j44013. 由两端功率求节点电压AV = P2 Rt 1?2 XT1 =(0.1860*0.01) + (0.0327*0.015)/1.05=0.00225V = P2*丁广 QRti =(0.1860*0.015)-(0.0327*0.01)/1.05=0.0 t i1.05023所以：V = V(1.05-AVt 1)2 + ( 8Vt 1)2 =1.042变压器低压母线的实际电压v =1.042*1/1.05=0.992同理可得：AV = P4 R