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1、信息工程学院课程设计报告书题目：电力系统短路电流计算机算法专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：2010年4月28日信息工程学院课程设计任务书00毀化46) 动00 %自03目 题 计 设电 路 短 析 分 统 力 电设计技术参数:帶 0G) =X - 一 , 幺 = 和 G 压 X ,2 av33 =v- VB(0)Jo V X 出 A ，绘 赋42 220/ 耽 =4 姬o s 二 参 值(2)0 0 xo zl-於 取 G眾X 器设计要求流工 作 量宀卄 页 心 225 :吋 页 命 总 日工作计划/ 、 完 皿的纵仏 要幵元系运 或讪置个真。 要atl设、一仿果 / -， f -
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3、论文)摘要基于Mat lab最重要的组件之一 Simuli nk中的电力元件库(SimPowerSystems)构建 电力系统仿真模型，在Matlab的平台下仿真电力系统为工程设计和维修提供依据重要的依 据，同时也为电力研究带来大大的便利，利用Simulink中的画图工具搭建电力系统模型 也是进行电力系统故障分析的常用方法，它让电力研究者从大量繁琐的理论分析及复 杂的矩阵计算中解脱出来，让庞大的电力系统很直观的呈现在研究者的面前，从而将 庞大的电力网搬进了办公室，为研究带来了巨大的便利。关键词：Mat lab SimPowerSystems短路电流计算 仿真目录1需求分析11.1元件参数选择1
4、1.2 Matlab 简介22总体设计42.1设计内容概述42.2设计方案简介43详细设计53.1电力元件设计53.2电力系统模型的搭建83.3电力系统短路电流计算仿真运行144总结20参考文献211需求分析MATLAB是由美国Mathworks公司开发的大型软件。在MATLAB软件中，包括了两 大部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。在工程 仿真方面，MATLAB提供的软件支持几乎遍布各个工程领域，并且不断加以完善。在电力 系统反面有专门的工具箱 SimPowerSystems,给从事电力研究的工作人员带来了巨大的 便利。1.1元件参数的选择取基值S =12
5、0Mv.A, V =V ，各发电机电压标幺值E1=1.0对于线路: bb avxG)x() = 3x6)，对于负载：xg = L2,xC)0.35。1MWilYN1146MWVA矽a 工G 46MWr nG120 W40W2mn2MW2MWmk210V2p =15kW $=73W I %05 V%=1(5x=0134x=0161 x2 =006 cos=085 车=44W 卅=12kW I沁5 V%=1(5Vs110V110V11kTYNSL1 八22MWVA2M 4x1MWZp =18kW $0 =89WI %05 |V%=1(5 s83 mW10VV%=1(5 & 逗 31MW10V2p
6、=15kW$=73WIQyna人5MW22MWx=0136x =016x2=0073 cos=08x=0136x=0161 x2=0075 cos=08x=0128 x=01542x=0054 cos=085x=0128x=0157 2x=00591图1-11. 2Matlab 简介在科学研究和工程应用中，往往要进行大量的数学计算，其中包括矩阵运算。这些运算 一般来说难以用手工精确和快捷地进行，而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。目前 流行用Basic、Fortran和c语言编制计算程序，既需要对有关算法有深刻的了解，还需要熟 练地掌握所用语言的语法及编程技巧。对多数科学工作者而言，同时具
7、备这两方面技能有一 定困难。通常，编制程序也是繁杂的，不仅消耗人力与物力，而且影响工作进程和效率。为 克服上述困难，美国Mathwork公司于1967年推出了 “Matrix Laborato(y”写为Matlab) 软件包，并不断更新和扩充。目前最新的5.x版本(windows环境)是一种功能强、效率高 便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其中包括：一般数值分析、矩阵运算、数字信号 处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。 在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法 编程。不过，Matlab作为一种新的计算
8、机语言，要想运用自如，充分发挥它的威力，也需 先系统地学习它。但由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一 致，所以不象学习其它高级语言-如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。实践证明，你可 在几十分钟的时间内学会Matlab的基础知识，在短短几个小时的使用中就能初步掌握它从 而使你能够进行高效率和富有创造性的计算。Matlab大大降低了对使用者的数学基础和计 算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美 的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。自推出后即风行美国，流传世界。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，
9、它提供一个动态系统建模、仿真和综 合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标 操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、 贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被 要求应用于Simulink。其中电力行业的专用工具箱 SimPowerSystems也在电力系统分析 与计算中发挥了重大作用。电力系统元件库SimPowerSystems包括10类库元件分别是电源元件(ElectricalSources)、 线路元
10、件(Elements)、电力电子元件(Power Electronics)、电机元件(Machines)、连接器元件 (Connectors)、电路测量仪器(Measurements)、附加元件(Extras)、演示教程(Demos)、电力图 形用户接口 (powergui)和电力系统元件库模型(powerlib_models)。各类库元件的具体作用介绍 如下。1. 电源元件电源元件库中包含了产生电信号的各种元件。2. 线路元件3. 电力电子元件电力电子元件库中包含了各种电力电子设备元件。4. 电机元件电机元件库中包含了各种电机模型元件。5. 连接器元件连接器元件库中包含了在不同条件下用于互相
11、联接的元件。6. 电路测量仪器电路测量仪器库中包含了各种电流测量元件和电压测量元件。7. 附加元件附加元件库中包含了三相模块、特殊的测量设备以及控制模块。8. 演示教程演示教程中包含了各种演示教程和学习实例。9. 电力图形用户接口电力图形用户接口用来进行电力系统稳态分析。10. 电力系统元件库模型电力系统元件库模型包含了电力系统各种非线性模块的仿真模型。电力系统元件库 模型用来建立电力系统电路的等值仿真电路模型。2总体设计2.1设计内容概述用Matlab中Simulink组件的SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力 系统模型，然后在12个不同的母线上设置单相单路、两相短路、
12、两相接地短路、三 相短路，然后分别运行该系统，通过测量元件获得各个母线不同短路类型的短路电流。2.2设计方案简介步骤一：打开Mat lab中Simulink组件的SimPowerSystems工具箱； 步骤二：在工具箱中找到设计要求所需的电气元件复制到Simulink界面中；步骤三：双击所复制元件打开参数设置选项框，按设计要求设置相关参数； 步骤四：将相关元件放置在适合的位置并连线构成一个完整的系统。步骤五：加入测量元件并设置不同节点不同类型的短路，然后运行电路，获得短路电 流。3详细设计在Matlab的SimPowerSystems工具箱中利用相关的电力元件搭建仿真模型并运行系统, 设置短路
13、点得出访真结果。3.1电力元件设计3.1.1三相电源1. 元件模型三相电源(3-Phase Source)元件的模型如图3-1所示。Three-Phase Source图3-1三相电源2. 功能说明三相电源是电路设计中常见的电路元件。三相电源是电路中最重要的元件，它的运行特 性对电力系统的运行状态起决定性的影响。三相电源元件提供了带有串联RL支路的三相电 源。3. 参数设置双击三相电源元件，则弹出三相电源参数设置对话框，如图3-2所示。在三相电源参数 设置对话框中包括两个区域，分别是三相电源说明和参数区域。1)参数参数中包含7个选项，分别是相电压(Phase-to-phase rms volt
14、age)、A相相角(Phaseangleof phase A)、频率(Frequency)、内部连接方式(Internal connection)、短路阻抗值(Specify impedance using short-circuit level)、三相电源电阻(Source resistance)和三相电源电感(Source inductance)选项。(1) 相电压相电压表征的是三相电源A相、B相和C相的相电压。相电压的单位是伏(V),本次仿 真计算选择相电压为10KV。(2) A相相角A相相角表示的是三相电源A相的相位角。A相相角的单位是度( )。例如，A相相 角是10，则根据三相电源的相角特征得出B相相角是一110，而B相相角是130，本 次仿真计算中选A相相角为0.频率频率选项表示三相电源的电源频率值。频率的单位是赫兹(Hz)。本次仿真计算选择50Hz。 (4)内部连接方式内部连接方式表征的是三相电源的内部连接方式，如图3-3所示。图3-3内部连接方式内部连接方式有3种，分别是：Y型：表示三相电源Y型连接，中性点不接地。Yn型：表示三相电源Y型连接，中性点接过渡电阻或者消弧线圈接地。Yg型：表示三相电源Y型连接：中性点直接接地。本次仿真计算
