新版电力系统暂态上机计算课程设计报告完整无误版附程序.doc

课程设计汇报( 第二学期)名 称：电力系统暂态上机计算院 系： 电气与电子工程学院 班 级： 电气1211 学 号： 05 学生姓名： 郝阳 指导教师： 陈艳波 设计周数： 两周 成 绩： 日期： 7月4日一、课程设计目与规定巩固电力系统暂态分析理论知识，使学生掌握采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算基本措施，并深入巩固计算机编程能力，为未来从事有关技术工作打下必要基础。二、设计正文（详细内容见附录,用A4纸，页数不限）1 对称短路计算过程流程图和计算成果2 不对称短路计算过程流程图和计算成果3 静态稳定性计算过程流程图和计算成果4 暂态稳定性计算过程流程图和计算成果5 思索题三、课程设计总结或结论本次电力系统暂态上机重要讨论了计算多种类型短路故障下系统网络中电压电流分布以及电力系统静态稳定、暂态稳定问题。通过本次课程设计，本人对电力系统故障分析有了更深刻理解，电力系统故障时，大部分电磁量将随时间变化，描述其特性是微分方程，这给分析计算带来一定困难。在分析过程中一般尽量防止对微分方程直接求解，而是采用一定工具和假设使问题得以简化，即把“微分方程代数化，暂态分析稳态化”。在分析不对称故障时，各相之间电磁量耦合使问题分析更为复杂，此时常用分析措施是采用对称分量法将不对称问题转化为对称问题来求解。同步我对用来分析电力系统静态稳定试探法，用来分析电力系统暂态稳定改善欧拉法有了某些使专心得。这与手算系统短路电流时使用网络化简措施大大不一样。在学习中，参照时尚程序，我加深了对节点导纳矩阵建立措施理解与学习，巩固了不一样类型短路短路电流计算措施，和序电压、序电流，相电压、相电流基于matlab软件计算。运用小干扰分析法鉴别静态稳定可以使用劳斯判据，也可以使用特性根鉴别措施。两者都可以判断，在书中例题中使用是劳斯判据，不过，特性根鉴别放法更适合在matlab软件环境下使用，由于该软件提供了计算矩阵特性根函数，使用起来简便易懂。运用改善欧拉法计算最大切除角或切除时间虽然比较以便，不过由于计算机有效位数限制而引起舍入误差随步长减小以及运算次数增多而增大。在上机编程中体会比较深是自己犯几种错误，例如说在算短路电流时，发电机之路电流和电压与否要通过相位变换，在静态稳定计算中角度是弧度制，在计算中使用都是标幺值等等，这些看似细微地方，往往考验就是自己对电力系统分析中知识基础，虽然小不过也非常重要，往往就是这些错误会令程序得不到对成果，值得我注意和反思。总来说，结合我们上学期时尚上机编程经验，虽然这次用是matlab，不过明显感觉到对计算机处理电力系统问题简便，程序编写也显得愈加轻松和得心应手，体会到matlab软件强大。通过两个星期回忆与学习，我巩固了电力系统暂态分析理论知识，在编程过程中很深刻感受到要想得出对成果，就必须认真地理解书本上对应例题，懂得这些原理，不能仅仅照着书抄公式；同步我也初步掌握了采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算基本措施，并深入巩固计算机编程能力，为未来从事有关技术工作打下必要基础，更好地建设我国电力系统。四、参照文献1. 电力系统暂态过程，常鲜戎、赵书强编，机械工业出版社，1月，第一版；2. 电力系统分析基础，李庚银，机械工业出版社，第一版；附录（设计流程图、计算成果、思索题答案）1. 对称短路计算过程流程图和计算成果流程图：输入数据选择故障类型用节点导纳阵求逆得到节点阻抗矩阵计算各节点序电压、相电压根据故障类型计算故障点序电流、相电流计算各支路序电流、相电流计算发电机节点序电压、相电压形成节点导纳矩阵选择短路点开始计算发电机支路序电流、相电流结束计算成果：（1） 导纳矩阵：正序阻抗：负序阻抗：零序阻抗：（2） 节点3发生三相短路故障a. 故障点三序电流、三相电流有效值：I1 = 0.0000 - 9.8592iIa = 9.8592I2 = 0Ib = 9.8592I0 = 0Ic = 9.8592电压b. 各节点三序电压、三相电压有效值：节点U1U2U0UaUbUc10.4507000.45070.45070.450720.5352000.53520.53520.535230.0000000.00000.00000.000040.633800.63380.63380.633850.690100.69010.69010.6901c. 各支路三序电流、三相电流有效值：支路I1I2I0IaIbIc1-20.0000 + 0.8451i000.84510.84510.84511-30.0000 - 4.5070i004.50704.50704.50702-30.0000 - 5.3521i005.35215.35215.35211-40.0000 + 3.6620i003.66203.66203.66202-50.0000 + 6.1972i006.19726.19726.1972G10.0000 - 3.6620i03.66203.66203.6620G20.0000 - 6.1972i06.19726.19726.1972电流2. 不对称短路计算过程流程图和计算成果（1） 节点3发生A相短路接地故障：a. 故障点三序电流、三相电流有效值：I1 = 0.0000 - 3.1167iIa = 9.3500I2 = 0.0000 - 3.1167iIb = 0.0000I0 = 0.0000 - 3.1167iIc = 0.0000节点电压b. 各节点三序电压、三相电压有效值：U1U2U0UaUbUc10.8264-0.1736-0.06860.58410.95180.951820.8531-0.1469-0.04360.66250.95260.952630.6839-0.3161-0.36780.00001.02681.026840.8842-0.11580.83241.00000.832450.9020-0.09800.85731.00000.8573c. 各支路三序电流、三相电流有效值：支路I1I2I0IaIbIc1-20.0000 + 0.2671i0.0000 + 0.2671i0.0000 + 0.1247i0.65890.14250.14251-30.0000 - 1.4248i0.0000 - 1.4248i0.0000 - 1.4960i4.34550.07120.07122-30.0000 - 1.6919i0.0000 - 1.6919i0.0000 - 1.6207i5.00450.07120.07121-40.0000 + 1.1576i0.0000 + 1.1576i0.0000 + 1.3713i3.68660.21370.21372-50.0000 + 1.9590i0.0000 + 1.9590i0.0000 + 1.7453i5.66340.21370.2137G10.0000 - 1.1576i0.0000 - 1.1576i2.00500.00002.0050G20.0000 - 1.9590i0.0000 - 1.9590i3.39320.00003.3932电流（2） 节点3发生A相经10电阻接地故障a. 故障点三序电流、三相电流有效值：I1 = 0.9793 - 2.7705iIa = 8.8154I2 = 0.9793 - 2.7705iIb = 0.0000I0 = 0.9793 - 2.7705iIc = 0.0000节点电压b. 各节点三序电压、三相电压有效值：U1U2U0UaUbUc10.8456 - 0.0546i-0.1544 - 0.0546i-0.0610 - 0.0215i0.64370.92690.986720.8694 - 0.0462i-0.1306 - 0.0462i-0.0388 - 0.0137i0.70800.92810.986930.7190 - 0.0993i-0.2810 - 0.0993i-0.3269 - 0.1156i0.33331.03751.010040.8971 - 0.0364i-0.1029 - 0.0364i0.81491.00000.888850.9129 - 0.0308i-0.0871 - 0.0308i0.84321.00000.9043电流c. 各支路三序电流、三相电流有效值：支路I1I2I0IaIbIc1-2-0.0839 + 0.2375i-0.0839 + 0.2375i-0.0392 + 0.1108i0.62130.13430.13431-30.4477 - 1.2665i0.4477 - 1.2665i0.4701 - 1.3298i4.09710.06720.06722-30.5316 - 1.5040i0.5316 - 1.5040i0.5093 - 1.4406i4.71830.06720.06721-4-0.3638 + 1.0290i-0.3638 + 1.0290i-0.4309 + 1.2190i3.47580.0.2-5-0.6156 + 1.7414i-0.6156 + 1.7414i-0.5484 + 1.5515i5.33960.0.G10.3638 - 1.0290i0.3638 - 1.0290i1.89040.00001.8904G20.6156 - 1.7414i0.6156 - 1.7414i3.19920.00003.1992（3） 节点3发生b、c两相相间短路故障a. 故障点三序电流、三相电流有效值：I1 = 0.0000 - 4.9296iIa = 0I2 = 0.0000 + 4.9296iIb = 8.5383I0 = 0Ic = 8.5383节点电压b. 各节点三序电压、三相电压有效值：U1U2U0UaUbUc10.72540.274601.00000.63430.634320.76760.232401.00000.68180.681830.50000.500001.00000.50000.500040.81690.18310.92220.63380.922250.84510.15490.93220.69010.9322电流c. 各支路三序电流、三相电流有效值：支路I1I2I0IaIbIc1-20.0000 + 0.4225i0.0000 + 0.4225i00.00000.73190.73191-30.0000 - 2.2535i0.0000 - 2.2535i00.00003.90323.90322-30.0000 - 2.6761i0.0000 - 2.6761i00.00004.63514.63511-40.0000 + 1.8310i0.0000 + 1.8310i00.00003.17143.17142-50.0000 + 3.0986i0.0000 + 3.0986i00.00005.36695.3669G10.0000 - 1.8310i0.0000 - 1.8310i1.83103.66201.8310G20.0000 - 3.0986i0.0000 - 3.0986i3.09866.19723.0986（4） 节点3发生b、c两相接地短路故障a. 故障点三序电流、三相电流有效值：I1 = 0.0000 - 6.4114iIa = 0.0000I2 = 0.0000 + 3.4478iIb = 9.6262I0 = 0.0000 + 2.9636iIc = 9.6262节点电压b. 各节点三序电压、三相电压有效值：U1U2U0UaUbUc10.64280.19210.06520.90010.52580.525820.69770.16250.04150.90180.60490.604930.34970.34970.34971.04910.00000.000040.76190.12810.83330.63380.833350.79850.10840.85780.69010.8578电流c. 各支路三序电流、三相电流有效值：支路I1I2I0IaIbIc1-20.0000 + 0.5495i0.0000 - 0.2955i0.0000 - 0.1185i0.13550.77190.77191-30.0000 - 2.9309i0.0000 + 1.5761i0.0000 + 1.4225i0.06774.43224.43222-30.0000 - 3.4805i0.0000 + 1.8717i0.0000 + 1.5411i0.06775.19475.19471-40.0000 + 2.3814i0.0000 - 1.2806i0.0000 - 1.3040i0.20323.67373.67372-50.0000 + 4.0300i0.0000 - 2.1672i0.0000 - 1.6596i0.20325.95965.9596G10.0000 - 2.3814i0.0000 + 1.2806i2.06433.66202.0643G20.0000 - 4.0300i0.0000 + 2.1672i3.49346.19723.49343. 静态稳定性计算过程流程图和计算成果流程图：否否否是是是开始清屏设初值：Xd_all,Xdd_all,Xq,Xq_all,Eq0,UG0,Xe,Xd,XddKe=0.1Ke_result=Ke,delta_result=delta,P_result=Eq*U*sin(delta*pi/180)/Xd_all, delta=49求A阵特性值求Eq,Eqq求UGd,UGq,UG求K1K6Ke5.7delta=110(V10)&(V20)&(V30)结束打印Ke_result，delta_result, P_resultKe=Ke+1delta=delta+1计算成果：Ke=0.100000, delta=92, P=1.345052Ke=0.00, delta=93, P=1.363051Ke=0.300000, delta=94, P=1.380840Ke=0.400000, delta=96, P=1.398218Ke=0.500000, delta=97, P=1.415607Ke=0.600000, delta=98, P=1.432731Ke=0.700000, delta=99, P=1.449575Ke=0.800000, delta=100, P=1.466124Ke=0.900000, delta=101, P=1.482360Ke=1.000000, delta=102, P=1.498265Ke=1.100000, delta=102, P=1.514127Ke=1.00, delta=103, P=1.529419Ke=1.300000, delta=104, P=1.544342Ke=1.400000, delta=104, P=1.559111Ke=1.500000, delta=105, P=1.573400Ke=1.600000, delta=106, P=1.587273Ke=1.700000, delta=106, P=1.601053Ke=1.800000, delta=106, P=1.614344Ke=1.900000, delta=103, P=1.623638Ke=2.000000, delta=100, P=1.626568Ke=2.100000, delta=98, P=1.62837Ke=2.00, delta=95, P=1.620900Ke=2.300000, delta=93, P=1.615423Ke=2.400000, delta=90, P=1.598429Ke=2.500000, delta=88, P=1.586369Ke=2.600000, delta=86, P=1.571759Ke=2.700000, delta=84, P=1.554738Ke=2.800000, delta=82, P=1.535446Ke=2.900000, delta=81, P=1.527090Ke=3.000000, delta=79, P=1.504406Ke=3.100000, delta=77, P=1.479812Ke=3.00, delta=76, P=1.468345Ke=3.300000, delta=74, P=1.440938Ke=3.400000, delta=73, P=1.427839Ke=3.500000, delta=71, P=1.397958Ke=3.600000, delta=70, P=1.383436Ke=3.700000, delta=69, P=1.368427Ke=3.800000, delta=67, P=1.335646Ke=3.900000, delta=66, P=1.319478Ke=4.000000, delta=65, P=1.302918Ke=4.100000, delta=64, P=1.285990Ke=4.00, delta=63, P=1.268718Ke=4.300000, delta=62, P=1.251124Ke=4.400000, delta=61, P=1.233229Ke=4.500000, delta=60, P=1.215054Ke=4.600000, delta=59, P=1.196618Ke=4.700000, delta=58, P=1.177939Ke=4.800000, delta=57, P=1.159036Ke=4.900000, delta=56, P=1.139925Ke=5.000000, delta=55, P=1.120623Ke=5.100000, delta=54, P=1.101144Ke=5.00, delta=53, P=1.081504Ke=5.300000, delta=52, P=1.061715Ke=5.400000, delta=52, P=1.061829Ke=5.500000, delta=51, P=1.041864Ke=5.600000, delta=50, P=1.021780Ke=5.700000, delta=49, P=1.001590分析成果：最终选择放大倍数Ke=2.1特性曲线：4. 暂态稳定性计算过程流程图和计算成果流程图：是否开始结束输入系统数据，赋初值（delta,omega,步长h,时段长度）Duration等）等输入故障切除时间CutTimei=0i=round(CutTime/h)求时段初功角、角速度变化率求时段末功角、角速度估计值求时段末功角、角速度变化率求平均功角、角速度变化率求时段末功角、角速度计算值i=i+1显示此时功角同理求故障切除后功角变化过程画出摇摆曲线摇摆曲线：(1) 0.15s时切除故障：(2) 0.25s时切除故障：分析成果：根据摇摆曲线判断：0.15s时切除故障系统暂态稳定，0.25s时切除故障系统失稳。5. 思索题(1) 计算短路电流，书中给出手算措施与计算机编程措施有何区别？答：手算短路电流时，要将用各序等值电抗表达复杂网络简化为一种电抗值，并根据边界条件计算出三序网络关系做出复合序网图，然后计算出正负零各序电流，之后转化为abc三相短路电流。而用计算机时可以不用简化网络,求出各序导纳矩阵后运用I=YU来计算各节点正负零各序电流后再转换成三相短路电流。(2) 用计算机措施，进行电力系统时尚计算和短路电流计算，有哪些区别？答：时尚计算时所求导纳矩阵为正序导纳矩阵，而短路计算时规定出正负零三序导纳矩阵。时尚计算时需要迭代计算出成果，而短路计算一次就可以计算出短路电流。时尚计算需要选定PQ和PV 节点，短路计算不需要辨别节点类型。(3) 假如交给你一种任务，请你用已经有短路电流计算软件计算某地区电网某点发生短路后短路电流，你应当做哪些工作？（搜集哪些数据，怎样整顿，计算成果怎样分析）答：1.网络中各个发电机容量、额定电压、功率因数和正负序阻抗；变压器容量、额定电压、额定变比和短路电压百分数；各个线路电抗。2.计算各元件等值电抗，求出系统等值电路；3.短路前运行状况分析计算；4.修改程序中参数，计算故障分量。(4) 静态稳定概念，暂态稳定概念？答：静态稳定：指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步或自发振荡，自动恢复到初始运行状态能力。暂态稳定：指电力系统受到大干扰后，各发电机组保持同步运行并过渡到新或恢复到本来稳定运行状态能力。(5) 提高静态稳定、暂态稳定措施？答：提高静态稳定措施：一、 采用自动调整励磁装置二、 减小元件电抗1、 采用分裂导线2、 采用串联电容赔偿三、 提高线路标称等级四、 改善系统构造和采用中间赔偿设备提高暂态稳定措施：一、变化制动功率1、故障迅速切除和应用自动重叠闸2、对发电机进行强行励磁3、电气制动4、变压器中性点经小电阻接地5、输电线路设置开关站6、输电线路采用强行串联电容赔偿二、变化原动功率1、迅速自动调速系统或迅速关闭汽门2、联锁切除部分发电机3、合理选择远距离输电系统运行接线三、系统失去稳定后措施1、设置解列点2、短期异步运行和再同步3、做好系统“黑启动”方案6. 程序源代码（1） formAdmitanceMatrix.mfunction Z1,Z0=formAdmitanceMatrix(nbus_1,nbus_0,nbranch_1,nbranch_0,branch_1,branch_0)if( nargin3 ) disp(The input parameters are not enough for calculation! please check function formAdmitanceMatrix!);end%-计算节点导纳矩阵-%Y1=zeros(nbus_1);for m=1:nbranch_1 from_bus=branch_1(m).from; to_bus=branch_1(m).to; %write your programme here No1=from_bus; No2=to_bus; if No2=0 Y1(No1,No1)=Y1(No1,No1)+1/branch_1(m).x; else Y1(No1,No1)=Y1(No1,No1)+1/branch_1(m).x; Y1(No2,No2)=Y1(No2,No2)+1/branch_1(m).x; Y1(No1,No2)=-1/branch_1(m).x; Y1(No2,No1)=-1/branch_1(m).x; endenddisp(正序阻抗);Y1Y2=Y1; %负序等于正序disp(负序阻抗);Y2Y0=zeros(nbus_0);for m=1:nbranch_0 from_bus=branch_0(m).from; to_bus=branch_0(m).to; %write your programme here No1=from_bus; No2=to_bus; if No2=0 Y0(No1,No1)=Y0(No1,No1)+1/branch_0(m).x0; else Y0(No1,No1)=Y0(No1,No1)+1/branch_0(m).x0; Y0(No2,No2)=Y0(No2,No2)+1/branch_0(m).x0; Y0(No1,No2)=-1/branch_0(m).x0; Y0(No2,No1)=-1/branch_0(m).x0; endenddisp(零序阻抗);Y0%-计算节点阻抗矩阵-%Z1=inv(Y1);Z2=inv(Y2);Z0=inv(Y0);return;（2） shortcircuit.mfunction shortcircuit()%数据来源于教材电力系统分析基础P77例（3-4），P182例（7-3）%-输入已知条件-%bus_Num_1=5; %正负序网络节点数bus_Num_0=3; %零序网络节点数bus(1) = struct(idx,1,shift,0);bus(2) = struct(idx,2,shift,0);bus(3) = struct(idx,3,shift,0);bus(4) = struct(idx,4,shift,pi/6);bus(5) = struct(idx,5,shift,pi/6);branch_Num_1=7; %正负序网络支路数branch_Num_0=5; %零序网络支路数branch_1(1) = struct(from,1,to,2,x,j*0.1,shift,0);branch_1(2) = struct(from,1,to,3,x,j*0.1,shift,0);branch_1(3) = struct(from,2,to,3,x,j*0.1,shift,0);branch_1(4) = struct(from,1,to,4,x,j*0.05,shift,0);branch_1(5) = struct(from,2,to,5,x,j*0.025,shift,0);branch_1(6) = struct(from,4,to,0,x,j*0.1,shift,pi/6);branch_1(7) = struct(from,5,to,0,x,j*0.05,shift,pi/6);branch_0(1) = struct(from,1,to,2,x0,j*0.2);branch_0(2) = struct(from,1,to,3,x0,j*0.2);branch_0(3) = struct(from,2,to,3,x0,j*0.2);branch_0(4) = struct(from,1,to,0,x0,j*0.05);branch_0(5) = struct(from,2,to,0,x0,j*0.025);%-计算正序和负序导纳矩阵-%Z1,Z0=formAdmitanceMatrix(bus_Num_1,bus_Num_0,branch_Num_1,branch_Num_0,branch_1,branch_0); %计算节点导纳矩阵、节点阻抗矩阵，形成全局变量Z2=Z1;Fault_Node=input(输入短路点编号：;n Fault_Node=);Fault_Type=input(输入短路类型：;n(1)Fault_Type=0为三相短路;n(2)Fault_Type=1为a相接地短路;n(3)Fault_Type=2为a相经10欧姆电阻接地短路n(4)Fault_Type=3为bc两相相间短路n(5)Fault_Type=4为bc两相短路接地nFault_Type=);a=-0.5+j*sqrt(3)/2;T=1 1 1 % T为对称分量法变换矩阵，见P87公式（4-4） a2 a 1 a a2 1;%-第一步：计算短路点序电流，相电流-%计根据故障类型选择不一样计算公式，计算故障点各序电流if Fault_Type=0 %三相短路 I_Fault1=1/Z1(Fault_Node,Fault_Node); %三相短路只有正序电流 I_Fault2=0; I_Fault0=0;elseif Fault_Type=1 %a相接地短路 %write your programme here I_Fault1=1/(Z1(Fault_Node,Fault_Node)+Z2(Fault_Node,Fault_Node)+Z0(Fault_Node,Fault_Node); %3个序网阻抗串联 I_Fault2=I_Fault1; I_Fault0=I_Fault1; elseif Fault_Type=2 %a相经10欧姆电阻接地短路 %write your programme here Zf=10*50/(1152); I_Fault1=1/(Z1(Fault_Node,Fault_Node)+Z2(Fault_Node,Fault_Node)+Z0(Fault_Node,Fault_Node)+3*Zf); %3个序阻抗和电阻串联 I_Fault2=I_Fault1; I_Fault0=I_Fault1;elseif Fault_Type=3 %bc两相相间短路 %write your programme here I_Fault1=1/(Z1(Fault_Node,Fault_Node)+Z2(Fault_Node,Fault_Node); %正序阻抗和负序阻抗并联 I_Fault2=-I_Fault1; I_Fault0=0;elseif Fault_Type=4 %bc两相短路接地 %write your programme here %三个序阻抗并联 I_Fault1=1/(Z1(Fault_Node,Fault_Node)+(Z2(Fault_Node,Fault_Node)*Z0(Fault_Node,Fault_Node)/(Z2(Fault_Node,Fault_Node)+Z0(Fault_Node,Fault_Node);