电力系统短路电流计算机算法

信息工程学院课程设计（论文）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（论文）信息工程学院课程设计任务书学号学生姓名专业（班级）电气工程及其自动化(030746)设计题目电力系统分析短路电流计算机算法设计技术参数取基值SB=120Mv.A，VB=Vav，各发电机电压标幺值E1=1.0,对于线路：21xx=0.4km，103xx,对于负载：2.11x，35.02x,所需变压器及线路参数图中已给出。设计要求在12条母线上求取各种短路情况下的短路电流工作量总页数：26页注：可填写课程设计报告的字数要求或要完成的图纸数量。工作计划1、根据系统需要在Matlab中选择相关元件。2、根据系统所给参数设置元件的参数。3、连接相关元件组成一个系统。4、加入测量元件进行仿真运行。5、记录并分析仿真结果。参考资料何仰赞，温增银《电力系统分析》，武汉：华中科技大学出版社，2002邱关源，罗先觉《电路》，北京：高等教育出版社，2006姚俊，马松辉《Simulink建模与仿真》西安：西安电子科技大学出版社，2002指导教师签字教研室主任签字年月日信息工程学院课程设计（论文）信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名：宋江喜学号：030740636专业（班级）：电气工程及其自动化(0307、6)课程设计题目：电力系统短路电流计算机算法指导教师评语：成绩：指导教师：年月日信息工程学院课程设计（论文）摘要基于Matlab最重要的组件之一Simulink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：MatlabSimPowerSystems短路电流计算仿真信息工程学院课程设计（论文）目录1需求分析..........................................................11.1元件参数选择....................................................11.2Matlab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...........................................................21信息工程学院课程设计（论文）11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SB=120Mv.A，VB=Vav，各发电机电压标幺值E1=1.0对于线路：21xx=0.4km，103xx,对于负载：2.11x，35.02x。GGGGGGGGGGGGGGMW20MW1548.0cos073.016.0136.002NdxxxkV10kV110MW25km)62,70,75(80km)32,34,36(40MWVAdYN16211,kV10MWVAdYN1611,MW30MW120km)60,65,75(70MW63485.0cos06.0161.0134.002Ndxxx8.0cos075.0161.0136.002NdxxxMW123MW50185.0cos054.0154.0128.002NdxxxMW2528.0cos0591.0157.0128.002NdxxxMWVA63MW35MVAdYYN10211,,kV110kV110kV10kV35km)20,25,28(30kV35kV10MW15MWVAdYN10211,MWVAdYN63411,kV10MW105.10%5.0%737.1500ssVIkWpkWpMWVAdYN20211,5.10%5.0%896.1800ssVIkWpkWp5.10%5.0%737.1500ssVIkWpkWpMW255.10%35.0%1214400ssVIkWpkWp5.10%35.0%1214400ssVIkWpkWp5.10%55.0%501100ssVIkWpkWpMW80MW55.17%5.6%5.10%55.0%632.13)31()32()21(00ssssVVVIkWpkWpkm)100,120,130(140图1-1信息工程学院课程设计（论文）21.2Matlab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“MatrixLaboratory”（缩写为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，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)、线路元件(Elements)、电力电子元件(PowerElectronics)、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.线路元件线路元件库中包含了各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。信息工程学院课程设计（论文）33.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。信息工程学院课程设计（论文）42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、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Matlab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。信息工程学院课程设计（论文）53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-PhaseSource)元件的模型如图3-1所示。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