1、邵 陽 學 院電力系統暫態分析課程設計題目：電力系統短路故障電流計算姓 名 劉 彪 年 級 04級 專 業 電氣工程及其自動化 學 號 0441025035 院 系 信息與電氣工程系 指導老師 黃 肇 王曉芳 信息與電氣工程系電氣工程及其自動化教研室制目 錄第一部分 電力系統短路故障電流計算任務.(1)一 題目二設計目的與要求三主要內容四基本原理五、計算實例六、短路電流計算的步驟七、對稱短路計算原理框圖第二部分 手工計算所得結果.(8)一、元件參數計算及等值電路二、三相對稱短路電流和容量的計算第三部分 本題目的計算機解法.(13)一、計算機程序編寫二、計算機設計序所得結果第四部分 課程設計總結

2、. (20)第一部分 電力系統短路故障電流計算任務一題目電力系統短路故障電流的計算機計算二設計目的與要求電力系統發生短路故障造成的危害性是最大的。作為電力系統三大計算之一，分析短路故障的參數更為重要。通過課程設計, 使學生鞏固電力系統三相短路計算的基本原理與方法，掌握短路電流的數值求解方法，開發系統短路故障電流的計算程序。同時，通過軟件開發，也有助于計算機操作能力和軟件開發能力的提高。要求手工計算和計算機仿真出給定系統短路后的短路電流（含支路電流）和節點電壓。開發語言：fortran 或c 語言或matlab軟件。三主要內容1. 形成算例系統節點導納矩陣,準備原始數據，并手工計算短路電流。2.

3、 復習系統三相短路的基本原理，建立數學模型。3. 確定合適的數值計算方法（矩陣直接求逆，節點優化編號，lr 分解）。4. 上機編程調試，分析。5. 仿真算例系統的短路電流支路電流和節點電壓，并與手工計算比較。6. 上機演示答辯，書寫該課程設計說明書。四基本原理1、數學模型的建立電力網絡的數學模型是指將網絡的有關參數和變量及其相互關系歸納起來所組成的可反映網絡性能的數學方程式。（節點電壓方程回路電流方程）2、本次設計，擬采用運用節點導納矩陣的節點電壓方程。ib=ybub3、三相對稱短路計算原理及不對稱短路計算原理2、計算方法的確定本次設計采用“線性方程組求解的直接法與lr 分解法”。五、計算實例

4、 1電力系統圖電力系統圖如上圖所示，系統中點發生三相短路故障，編程分析與計算產生最大可能的故障電流和功率。2電力系統參數（1）發電機參數發電機：額定的有功功率，額定電壓；次暫態電抗標幺值，功率因數。發電機：火電廠共兩臺機組，每臺機組參數為額定的有功功率；額定電壓；次暫態電抗標幺值；功率因數。（2）變壓器銘牌參數可從參考文獻中的新編工廠電氣設備手冊查得。變壓器：型號，變壓器額定容量，一次電壓，短路損耗，空載損耗，阻抗電壓百分值，空載電流百分值。變壓器：型號，變壓器額定容量，一次電壓，短路損耗，空載損耗，阻抗電壓百分值，空載電流百分值。變壓器：型號，變壓器額定容量，一次電壓，短路損耗，空載損耗，阻

5、抗電壓百分值，空載電流百分值。（3）線路參數可從參考文獻中的新編工廠電氣設備手冊查得。線路1：鋼芯鋁絞線，截面，長度為，每條線路單位長度的正序電抗；每條線路單位長度的對地電容。對下標的說明，。線路2：鋼芯鋁絞線，截面，長度為，每條線路單位長度的正序電抗，零序電抗；每條線路單位長度的對地電容。線路3：鋼芯鋁絞線，截面，長度為，每條線路單位長度的正序電抗；每條線路單位長度的對地電容。（4）負載：容量，負載的電抗標幺值為；電動機為，起動系數，額定功率因數為。3基準數據選取設基準容量；基準電壓六、短路電流計算的步驟：1. 做出電力系統計算系統圖在計算用圖中應包括與短路電流計算有關的全部電力元件（如系統

6、、發電機、變壓器、輸電線路等），以及它們之間的連接關系。在元件旁邊應注明它們的技術數據，如額定電壓、額定容量、線路的長度及線路型號等。另外，在計算圖上應標明短路點。為了便于計算，每個元件按順序編號。2. 計算各元件參數根據給定的電力系統，首先確定是用標幺值的計算方法計算短路電流，還是用實際值計算的方法。一般在有兩個及兩個以上的電壓等級情況下用標幺值的方法較實際值的方法計算簡便。用實際值計算時，首先選定一個基準值（即電壓等級），此基準值應選被計算短路電流短路點的電壓等級，然后將其他電壓等級所有的阻抗用變壓器變比原理換算到基本級上來。用標幺值計算時，首先選定一個基準容量，此基準容量的選擇應上“便于

7、計算”，使x值小數點前后的0最少。一般選取整數，如：系統大，取sb=1000mva;系統小，取sb=100mva.基準電壓一般選取平均電壓：ub=uav比額定電壓高5%，un(kv) 220 110 35 10 0.38 ;uav(kv) 230 115 37 10.5 0.4 然后算出基準電流值。3. 繪制等值網絡圖繪制電力系統等值網絡圖的目的是便于短路電流計算。圖中應標明各元件的序號及阻抗。4. 網絡化簡網絡化簡是將等值網絡化簡到最簡單的形式，若有兩個及兩個以上的電源，則歸并成一個電源。有并聯的回路化簡成串聯。采取多電源歸并成一個電源的方法，是因為我們采取了一系列的假設條件，所以在計算中可

8、以用電源的阻抗相并聯的方法。5. 進行短路電流計算通過以上工作，把一個復雜的系統化簡成只有一個等效元件的系統，等效元件的一端是綜合電動勢，另一端是綜合阻抗和短路點，這樣就可以用最簡單的歐姆定律來計算短路電路，即i=e/x；式中e-系統電源對短路點的綜合次暫態電動勢，在化簡計算中取1；x-系統對短路點的綜合阻抗。 必須注意：根據以上步驟，用實際值求得的短路電流，都是歸算到基本級的數值，要想得到非基本級的短路電流，必須根據變壓器的變比換算到要計算短路電流的那個電壓等級。用標幺值方法計算求得的短路電流，要想得到實際值，還必須乘以相應電壓等級的基準電流值。七、對稱短路計算原理框圖1以下子程序實現的是短

9、路電流、節點電壓和各支路電流的流程圖：2.以下實現的是節點導納矩陣的程序流程圖：3.以下實現的是根據節點導鈉矩陣求因子表的流程圖： 第二部分 手工計算所得結果一、元件參數計算及等值電路1各元件電抗標幺值計算解：選取基準容量；基準電壓；負荷用額定標幺值為，電勢為0.8的電源表示；設短路前系統滿載運行。汽輪發電機g1：汽輪發電機g2：負載電動機m： 變壓器t1：變壓器t2：變壓器t3：線路l1： 線路l2： 線路l3： 負荷： 2.等值電路圖3等值簡化電路圖 4.等值網絡化簡計算過程： 二、三相對稱短路電流和容量的計算1.短路點的次暫態短路電流的計算：2.沖擊電流的計算：3.短路容量的計算：第三部

10、分 本題目的計算機解法（c語言設計）一、計算機程序編寫/* * 各序導納矩陣計算程序中所用的變量說明如下: * * n:網絡節點總數. * * l:網絡的支路總數. * * n1:n0+1 k:打印開關.k=1,則打印;否則,不打印. * * g(i,j):ybus的電導元素(實部). * * b(i,j):ybus的電納元素(虛部). * * g1(i) :第i支路的串聯電導. b1(i):第i支路的串聯電納. * * c1(i) :第i支路的pie型對稱接地電納. * * c(i,j):第i節點j支路不對稱接地電納. * * co(i) :第i節點的接地電納. * * s1(i) :第i節

11、點的起始節點號. e1(i):第i節點的終止節點號. * */#include #include #define n 7#define l 12#define f1(i) (i-1) /* 把習慣的一階矩陣的下標轉化為c語言數組下標*/#define f2(i,j,n) (i-1)*(n)+j-1) /* 把習慣的二階矩陣的下標轉化為c語言數組下標*/ file*file2=null,*file4=null,*file6=null;/* * 本子程序根據所給的支路導納及有關信息,形成結點 * * 導納矩陣,如打印參數k=1,則輸出電導矩陣g和電納矩b * */void ybus(int n,i

12、nt l,float *g,float *b,float *g1,float *b1,float *c1,float *c,float *co,int k,int *s1,int *e1)extern file *file4;file *fp;int i,j,io,i0;int pos1,pos2;int st,en;if(file4=null)fp=stdout;elsefp=file4; /* 輸出到文件 */ /* 初始化矩陣g,b */for(i=1;i=n;i+)for(j=1;j=n;j+)pos2=f2(i,j,n);gpos2=0;bpos2=0; / * 計算支路導納 */f

13、or(i=1;i=l;i+) /* 計算對角元 */pos1=f1(i);st=s1pos1;en=e1pos1;pos2=f2(st,st,n);gpos2+=g1pos1;bpos2+=b1pos1+c1pos1;pos2=f2(en,en,n);gpos2+=g1pos1;bpos2+=b1pos1+c1pos1; /* 計算非對角元 */pos2=f2(st,en,n);gpos2-=g1pos1;bpos2-=b1pos1;gf2(en,st,n)=gf2(st,en,n);bf2(en,st,n)=bf2(st,en,n); /* 計算接地支路導納 */ for(i=1;i=n;i

14、+)/*對稱部分*/bf2(i,i,n)+=cof1(i); /* 非對稱部分*/for(j=1;j=l;j+)bf2(i,i,n)+=cf2(i,j,l);if(k!=1) return; /* 如果k不為 1,則返回;否則,打印導納矩陣 */fprintf(fp,n jie dian dao na ju zhen y12(bus):);fprintf(fp,n * dian dao g *);for(io=1;ion?n:(io+4);fprintf(fp,n);for(j=io;j=i0;j+) fprintf(fp,%13d,j);for(i=1;i=n;i+)fprintf(fp,n

15、%2d,i);for(j=io;j=i0;j+)fprintf(fp,%13.6f,gf2(i,j,n);fprintf(fp,n);fprintf(fp,n * dian na b *);for(io=1;ion?n:(io+4);fprintf(fp,n);for(j=io;j=i0;j+)fprintf(fp,%13d,j);for(i=1;i=n;i+)fprintf(fp,n%2d,i);for(j=io;j=i0;j+)fprintf(fp,%13.6f,bf2(i,j,n);fprintf(fp,n);fprintf(fp,n*);/* * 因子表、節點阻抗矩陣、短路電流節點電壓

16、及各支路電流 * * 計算程序中所用的變量說明如下: * * m：網絡節點總數 * * y3mm: 各序導納信息 * * i： 電流變量 v ：電壓變量 * * f: 短路點 * * p: 短路類型 i,j,k,b: 循環控制變量 * * va 、ia:a相電壓相電流變量 * * bc1 bc2 bc3：導納虛部變量 * * t1 t2 t3 t4：三角分解變量 * * id ：短路點電流 * */#include #include#include#define m 7void dldl(int p,int q,float *p0,float *q0,float *v,float *v0,in

17、t m,int n,int *e,int *f)int i=0,j=0,k=0,f=0,b=0;double sqrt(double t);double pow(double n,double x);float t1=0.0,t2=0.0,t3=0.0,t4=0.0,s1=0.0,s2=0.0,p=0.0;static float bc1mm,bc2mm,bc0mm,vam,vm3,iam,idm3,l1mm,l2mm,l0mm,lamm,f1m3,f0m3,h1m3,h0m3,z1mm,z2mm,z0mm,y3m=10.841 0 0 -6.006 0 0 0, 0 6.426 -1.524

18、 0 0 0 0, 0 -1.524 4.761 -3.236 0 0 0, -6.006 0 -3.236 15.898 -3.300 -3.356 0, 0 0 0 -3.300 3.482 0 0, 0 0 0 -3.356 0 4.308 -0.952, 0 0 0 0 0 -0.952 2.578/* * 本子程序根據所給的支路導納及有關信息,形成 * * 因子表及與短路點有關的那一列節點阻抗矩陣 * */ void jdjz(float *p0,float *q0,float *a,float *v0,int n,float *jm)int i,j; float m0;j=4*(n

19、-1)*(n-1); for(i=0;im;i+) for(j=0;jm;j+) y2ij=y1ij; for(b=0;b3;b+) if(b!=0) for(i=1;im;i+) for(k=1;ki;k+) t1+=pow(bc1ki, 2)*bc1kk; bc1ii=bc2ii=ybii-t1; for(j=i+1;jm;j+) for(k=1;ki;k+) t2+=pow(bc1kj, 2)*bc1kk; bc1ij=bc2ij=(ybij-t2)/bc1ii; if(b=0) for(i=2;im-1;i+) for(k=1;ki;k+) t3+=pow(bc0kj, 2)*bc0k

20、k; bc0ii=y0ii-t3; for(j=i+1;jm-1;j+) for(k=1;ki;k+) t4+=pow(bc0kj, 2)*bc0kk; bc0ij=(y0ij-t4)/bc0ii; for(i=1;im;i+) for(j=i;jm;j+) printf(nbc1ij=%f,bc1ij); printf(nbc0ij=%f,bc0ij); printf(nplease input duan lu dian f= ); scanf(%d, &f); f=3; for(b=0;b3;b+) if(b!=0) for(i=1;im;i+) if(if) for(k=f;ki;k+)

21、 f1ib+=-bc1ki*f1kb; for(i=1;im;i+) if(i0;i-) for(k=i+1;km;k+) s1+=bc1ik*z1kf; z1if=z2if=h1ib-s1; if(b=0) for(i=2;im-1;i+) if(if) for(k=f;ki;k+) f0ib+=-bc0ki*f0kb; for(i=2;im-1;i+) if(i1;i-) for(k=i+1;km-1;k+) s2+=bc0ik*z0kf; z0if=h0ib-s2; /* * 本子程序根據所給的短路阻抗及有關信息,結合故障類型計算 * * 故障處的各序短路電流、電壓，各相短路電流、電壓

22、* */ void gzdcl(int n,int l,int m,float g,float b,float e,float f, int e1,int s1,float g1,float b1,float c1,float c, float co,float p1,float q1,float p2,float q2,float p3, float q3,float p,float q,float v,float angle,int k1) extern file *file4;/*file6;*/file *fp;float t1,t2,st,en,cm,x,y,z,x1,x2,y1,y

23、2;int i,i1,j,m1,ns,pos1,pos2,km;ns=n-1; printf(nplease input duan lu lei xing p= ); scanf(%f,&p); if(p=3) iaf=idf1=1/z1ff; idf2=idf0=0; if(p=1.1) idf1=1/(z1ff+z0ff*z2ff/(z0ff+z2ff); iaf=idf1*sqrt(3)*sqrt(1-z2ff*z0ff/pow(z0ff+z2ff, 2); idf0=-z2ff/(z2ff+z0ff)*idf1; idf2=-z0ff/(z2ff+z0ff)*idf1; if(p=1)

24、 idf1=idf2=idf0=1/(z0ff+z1ff+z2ff); iaf=3*idf1; if(p=2) idf1=1/(z1ff+z2ff); idf2=-idf1; idf0=0; iaf=0; for(i=1;im;i+) vi1=1-z1if*idf1; vi2=-z2if*idf2; vi0=-z0if*idf0; for(i=1;im;i+) for(j=i+1;jm;j+) l1ij=(vi1-vj1)*(-y1ij); l2ij=(vi2-vj2)*(-y2ij); l0ij=(vi0-vj0)*(-y0ij); printf(niaf=%f,iaf); for(i=1;

25、im;i+) for(b=0;b3;b+) vai+=vib; printf(nvai=%f,vai); for(i=1;im;i+) for(j=i+1;j disp(y)因子表：dul0.092200-0.554000000.1556-1.524000000-1.52400.2100-3.2360000-0.54400-3.23600.0629-3.3000-3.35600000-3.30000.287200000-3.356000.2321-0.952000000-0.95200.38793.計算機所求結果：故障接點標號短路點的次暫態的短路電流（）沖擊電流（）短路容量（功率）71.963

26、8245.7388ka195.7836kma第四部分 課程設計總結這次通過對電力系統短路故障電流計算的課程設計，加深了我對電力系統暫態分析的了解和整體認識，特別是對電力系統短路電流的計算，鞏固了我對短路的計算能力。同時，通過此次設計也熟練了電腦上的一些基本操作，如：autocad，word等軟件以及鞏固了c語言編程的相關知識。當然，在這次設計中，離不開老師的指導和很多同學的共同努力，讓我意識到個人能力的局限性和團隊合作的重要性。由于本人能力有限，知識上還有不足之處。因此，在設計上可能存在一些錯誤，希望各位老師予以夠斧正！本次課程設計使我感受最深的是計算機在電力系統領域里的巨大應用價值。在這次設計中，用手工計算是相當麻煩的，短路電流