发电厂课设.docx
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发电厂课设
摘要:
本文主要介绍电力系统短路的主要的类型，三相对称短路的计算方法，运用matlab进行编程计算，并且使用simulnik对于选择的电路进行仿真，同时针对上述三种方法计算得到的结果进行对比分析，最后设计一个简单的用户交互时的界面GUI。
关键字：
电力系统短路simulinkGUI
一课程设计意义，要求与任务
1.课程设计意义
1.1关于电力系统短路故障的计算机算法程序设计意义
电力系统正常运行的破坏多半是由于短路故障引起的，发生短路时，系统从一种状态剧变成另一种状态，并伴随复杂的暂态现象。
所谓短路故障，是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。
为了保证电力系统运行的功能和质量，在设计、分析和研究时必须保证系统的静态和动态特性。
现代电力系统是一个超高压、大容量和跨区域的巨大的联合系统，电力系统事故具有突发性强、维持时间短、复杂程度高、破坏力大的特点，因而使得事后对故障原因分析、查找变得尤其困难。
由于在实际系统上进行试验和研究比较困难，因此借助各种电力系统动态仿真软件电力系统的设计和研究已成为有效途径之一。
1.2短路电流计算的意义
1.2.1校验电气设备的机械稳定性和热稳定性;
1.2.2校验开关的遮断容量;
1.2.3确定继电保护及安全自动装置的定值;
1.2.4为系统设计及选择电气主接线提供依据;
1.2.5进行故障分析;
1.2.6确定输电线路对相邻通信线的电磁干扰
2课程设计任务
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。
通过自己设计电力系统计算程序使同学们对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机应用能力的训练。
短路计算的意义是：
2.1校验电气设备的机械稳定性和热稳定性;
2.2校验开关的遮断容量;
2.3确定继电保护及安全自动装置的定值;
2.4为系统设计及选择电气主接线提供依据;
2.5进行故障分析;
2.6确定输电线路对相邻通信线的电磁干扰
3课程设计的要求
3.1在对称短路计算、简单不对称短路计算中任选一种计算作为计算作业；
3.2计算机语言自选；
3.3设计、编制、调试出相关的通用计算程序；
3.4输入／输出数据一律以文件格式形成，对称短路计算的输入／输出数据：
输入数据可考虑为以下两个部分：
数据1（可用变量表示）：
节点数、支路数、故障节点；
数据2（可用二维数组表示）：
支路参数即，支路首端号、支路末端号；
输出数据：
节点导纳矩阵或阻抗矩阵、故障节点、故障点电流、
支路电流、各节点电压。
简单不对称短路计算的输入／输出数据
输入数据可考虑为以下两个部分：
数据1（可用变量表示）：
节点数、支路数、故障节点
数据2：
支路参数即，支路首端号、支路末端号、支路正序电
抗值、负序电抗值、零序电抗值。
输出数据（可用二维数组表示）为：
故障节点、故障点电流、各支路电流、各节点电
压的序分量和相分量。
3.5要求计算的题目（任选其一）
（1）对称短路计算；
（2）不对称短路计算；
二方案设计与论证
设计任务选择合适的设计方法，依据短路计算的意义，使得短路计算的结果极可能的准确，十分接近实际的情况。
1.采用手算的方法，依据短路计算的步骤逐步进行计算。
2.采用计算机编程计算，选择matlab，matlab具有语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。
MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。
由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。
可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。
3.采用matlab中的simulink进行仿真。
由于simulink具有丰富的可扩充的预定义模块库，交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图，以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理，通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码等优点，因而在本次计算过程中，也选择用simulink进行仿真。
4.结论：
综上所述，本次短路计算的过程中，首先采用的是手算的方法，依据短路计算的步骤，进行计算。
其次，采用matlab应用C语言编程计算，进行短路计算。
第三，利用matlab中的simulink模块中的Sympowersystem，对电路进行仿真，选择示波器，读出短路参数。
最后，将三者的结果进行对比分析，得出结论。
三计算原理与手算过程
1.短路计算的目的
为了保证电力系统安全运行，在设计中选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸，继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要准确的短路电流数据。
2.短路计算的原理
利用节点阻抗矩阵计算短路电流如图所示，假定系统中的节点f经过过渡阻抗发生短路。
对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点f增加了一个注入电流。
因此，网络中任一节点i的电压可表示为：
公式一
由式可见，任一节点电压i的电压都由两项叠加而成。
第一项是当时由网络内所有电源在节点i产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行状态下的节点电压，记为。
第二项是当网络中所有电流源都断开，电势源都短接时，仅仅由短路电流在节点i产生的电压。
这两个分量的叠加，就等于发生短路后节点i的实际电压，即
公式二
公式二也适用于故障节点f，于是有
是故障节点f的自阻抗，也称输入阻抗。
方程式含有两个未知量，根据故障的边界条件：
由以上两个方程式解出：
在形成节点导纳矩阵时，所有节点的负荷都略去不计，短路前网络处于空载状态，各节点电压的正常分量的标幺值都取作1。
这样，以上公式可简化成公式三
3.手算的过程短路电流计算的步骤：
3.1.选择短路点；
3.2.画出计算等值电路图，基准值选取；
3.3.进行等值电路的化简，求转移电抗;
3.4.求相应的计算电抗;
3.5.得到对应短路点的电流标么值，计算短路电流有名值。
4.短路计算示例
原始电力网如图2-1所示，已知发电机
：
，
.变压器
：
变比
。
变压器
：
变比
。
输电线路
:
，
。
图2-1原始电路网络及参数
试计算在下面不同地点发生三相短路时短路点的起始暂态周期电流
（1）短路点在降压变压器低压母线侧；
（2）短路点在升压变压器高压母线侧；
（3）短路点在发电机出口处。
解：
1、计算参数
取
，
，各平均额定电压分别为
、
、
发电机
：
；
变压器
：
。
输电线路
:
。
变压器
：
。
2、作等值电路
电路如图2-2所示
图2-2该电力系统的等值电路
等值电路包含短路点到电源的所有支路，但不包含短路后没有短路电流的空载电路，因而，后两点（2、3点）短路的等值电路只是等值电路的一部分。
3、计算短路点的电抗
；
；
。
4、计算起始次暂态短路电流周期分量
①短路点1：
标么值
有名值
②短路点2：
标么值
有名值
③短路点3：
标么值
有名值
四、仿真过程与仿真结果
1.simulink简介
Simulink是在Matlab环境下结合了图形界面和交互仿真功能的动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。
其中的SimPowerSystems库可以对发电、输电和配电及机电能量转换进行高效建模。
该模块集由8个子模块库组成，包含了大量电力系统的常用元器件，其中SimPowerSystems提供的应用子库中增加了电气驱动模型、柔性交流
输电系统（FACTS）模型和适合普通风能发电系统的分布式能源模块。
2.simulink的特点：
1丰富的可扩充的预定义模块库。
2交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。
3以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。
4通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。
5提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成
6使用EmbeddedMATLAB™模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。
7使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式（Normal,Accelerator,RapidAccelerator）来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型。
8图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。
9可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据等。
3.simulink仿真电路的搭建
依据选择的电路的要求，搭建的simulink的仿真电路如下图一所示。
各个参数的设置如下：
3.1发电机的参数设置双击发电机模块，弹出如图所示的参数设置对话框，设置其线电压为18Kv,中心点的接地方式为Yg接法。
短路基准容量为100MVA.基准电压为3700V。
图二发电机参数设置
3.2变压器的参数设置双击变压器模块，设计变压器的参数，设计低压绕充组的参数电压为18Kv，高压电压为220Kv，且低压绕组为Y型，高压绕组为三角形接法。
容量为200MVA，频率为60Hz，其余参数的设计如图所示。
图三变压器参数设置
3.3电阻的参数的设置参数的设置如下图所示。
其中由于电力系统中的电抗值是远远大于大于电阻值的，因而选择为电抗，如果变压器，电源等等都是选用的有名值，此处一定要把电抗的标幺值化为有名值，而且满足关系式电抗等于电感乘以角频率的。
图四电感参数设置
3.4短路点的参数的设置按照要求设置短路的参数如图所示，为三项的对称短路，而且接地，具体的设置如下图所示。
其中重要的是短路时间的设置Transitiontimes（s）选项卡中，第一项为短路的歧视的时间，第二项则为短路的终止时间。
注意设置的终止的时间一定要小于短路的方整结束时间，否则，将会导致短路尚未开始就已经结束了simulink的运行，得不到预期的结果。
图五断路器件设置
3.5另外，一定要有powergui（电力系统）模块，要不然将会导致出错，而无法运行。
3.6点击simulation菜单选项卡，设置仿真的开始的时间，结束的时间，注意上述的问题，而且solver选项卡中，选择算法，不同的算法可能运行的时间不一样，已经自己的喜好设计算法，本次仿真选用的是odes23s算法。
图六simulation属性设置选项卡
3.7另外选择示波器，万用表等原件，然后将各个元件依据电路图连接起来，点击开始按钮，开始仿真。
注意为了将仿真时的波形导入到工作空间中去，因而呢在仿真后设计示波器。
例如，要在命令窗口中绘制时间t与电压U的波形，可以作如下的设置。
在连接CLOCK的示波器的parametes选项中点击datahistory选项卡，选中Savedatatoworkspace中去，修改变量名为时间T,修改Format选项为Array，点击Ok按钮，就可以了用同样的方法设置测量电压U的示波器，点击运行，然后就可以在命令窗口中绘制两者的关系曲线了。
图一搭建仿真电路
4.simulink点击运行仿真
在本题目中，选择的是三厢的对称短路，其短路的电压，短路的电流数值一样，只是相位有差别，三相短路时，A,B,C三相电流大小相等，相位互差120度。
因而为简便起见，只是研究其中一向的电流以及电压随时间的变化的关系曲线，在仿真中是以A相为例子的。
所得的短路后的波形如下图所示。
短路点在1点时：
图八一点三相短路时A相的短路电流
分析：
在三相故障模块中，勾选PhaseAFault，PhaseBFault，PhaseCFault
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