电力系统故障课程设计

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1、摘要随着电力工业的飞跃发展，在电力系统的规划，设计和运行中，需要进行大量的足够精确与足够快速的计算与分析（包括故障计算在内）。如果用手算或借助计算器来进行这些计算，即使对于相当小的电力系统也是很困难的。为此，人们曾用建立系统模型的方法进行模拟计算：如1916年首次出现了电力系统直观计算台。专用于短路电流计算；1929年又出现了比直观计算台功能更完善的模拟计算装置—交流计算台，用来进行电力系统的所中计算。但由于交流计算台迷你系统的规模、计算速度、精确度等均受到一定的限制，很难满足现代大型电力系统快速精确计算的要求。由于计算机的

2、迅速发展和普及应用，特别是存储容量的不断扩大和计算速度的不断提高，为现代电力系统的各种计算，控制和信息处理，提供了现实性和可能性。从20世纪50年代中期开始，计算机已越来越多的用于解决电力系统的有关计算问题，现在包括电力系统各种模拟仿真系统在内，已有许多采用计算机进行电力系统各种模拟和计算的成功例子。其中特别重要的是，需要掌握电力系统故障计算用的数学模型和计算方法。首先，必须建立电力系统故障状态下的足够精确的数学表达式，这种数学表达式通常叫做数学模型。数学模型必须是能满足要求，而且是可以求解的。我们用计算机通过对数学模型的解

3、算，即可得出所需要的解答。其次，根据所建立的数学模型，确定适当的计算方法。所选用的计算方法应当是能快速，可靠地得出正确解答。在电力系统故障计算中，根据导纳型节点方程的系数矩阵对称不变，而对常数项变化时进行多次求解的特点。以因子表求解法为基础的一些计算形式，已获得普遍应用。关键词：电力系统故障支路追加法因子表仿真551.课程设计意义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。短路电流计算是故障分析的的主要内容。短路电流计算的目的，是确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数。整定继电保

4、护，分析系统中负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响。2.课程设计要点和原理2.1本课程设计的要点是：1.学习分析复杂电网模型原始数据，并绘制电网阻抗计算模型。2.学习复杂电网三相短路电流的计算方法，学习阻抗矩阵及导纳矩阵的含义及生成方法，学会通过支路追加法形成阻抗矩阵。3利用因子表法求解导纳矩阵，求解短路电流计算结果。4.学会使用MATLAB短路电流计算程序进行仿真。2.2课程设计原理2.2.1支路追加法形成阻抗矩阵节点阻抗矩阵式关于网络电路参数对节点电压和节点电流的阻抗特性的描述，它取决于构成网络中各支路

5、的电气参数和它们最终的链接方式。我们可以把整个网络看成是从第一条支路开始，逐渐地增接支路，最后将全部支路按预定方式连接起来而形成的。这样，节点阻抗矩阵也就相应的由一阶开始，随着支路的逐条追加而演变成最终的n阶节点阻抗矩阵。这种形成节点阻抗矩阵的方法，叫做支路追加法。支路追加法比较直观，同时也容易适应网络接线变更时对阻抗的修正。（1）追加树支。设原网络N已有m个节点（纠结点），其相应的节点阻抗矩阵为：55当在原网络的节点i追加接地树支i-j时，网络中增加的一个节点j,因而相应的阻抗矩阵也变为方针，即①:当追加不接地树支时，可得

6、j列的全部非对角元素为：有节点阻抗矩阵元素的物理意义可知，节点j的自阻抗为：②：当追加接地树支0-j时，则可根据节点阻抗元素的物理意义直接得出，与原网络相对应的元素保持不变，而j行与j列的全部对角元素均为零，对角元素为，即（2）追加链支。①：当追加的是不接地链支时，任意相应的元素为：②：当向原网络中的节点i追加接地链支，凡元素下标中有j的全为零，所以，应按下式修改网络的节点阻抗元素，即:55综上所述可知，追加树支时运算量很小，但追加链支时，则需要修改原网络的全部元素，其运算量相当大，故用支路追加法形成节点阻抗矩阵的速度，主要

7、取决于追加链支所需的运算量，因此，必须合理地安排支路追加顺序，尽可能在矩阵阶数较低的情况下追加树支。比如说，原网络每增加一个新节点时，应将有关的链支追加完毕后，才追加下一条心得树支。2.2.2因子表求解法求解导纳型矩阵在电力系统的实际计算中，需要多次求解导纳型节点方程。当系统接线方式和电路参数都保持不变时，节点导纳矩阵Y也保持不变，只有待求向量U是随向量I的改变而改变，比如在系统不同位置故障时，计算序网中的节点电压就属于这样的问题。为了充分利用Y不变这个特点，常用一种称为“因子表求解发”对这类导纳型节点方程组求解。自左至右逐

8、列消去节点导纳型矩阵对角线以下的元素，称为按列消去过程。消去过程也可以按列进行，即自上至下逐列消去导纳型对角线左边的元素。按列消去和按行消去的实质相同，差别仅在于运算次序的不同。对于n阶导纳型节点方程而言，按列消去运算过程可归纳为：规格化运算：消去运算：同时，对I进行前代消去运算，相应步骤