电力系统分析实验报告

南昌大学实验报告

学生姓名：熊一凡学号：6100307146 专业班级：电力系统072班

实验类型：□验证□综合■设计□创新实验日期：

实验成绩：

一、实验项目名称

电力系统短路计算实验

二、实验目的与要求：

目的：通过实验教学加深学生的基本概念，掌握电力系统的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统进行电力系统计算和仿真实验，以达到理论联系实际的效果。通过电子计算机对电力系统短路等计算的数学模拟，分析电力系统的故障计算方法、实现工程计算的功能。提高处理电力系统工程计算问题的实际能力，以及实现对电力系统仿真的过程分析。

要求：

l、使学生掌握对电力系统进行计算、仿真试验的方法，了解实验对电力系统分析研究的必要性和意义。

2、使学生掌握使用实验设备计算机和相关计算软件、编程语言。

3、应用电子计算机完成电力系统的短路计算。

4、应用电子计算机及相关软件对电力系统进行仿真。

三、主要仪器设备及耗材

1.每组计算机1台、相关计算软件1套

四、实验步骤

1.将事先编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移

动存储设备导入计算机。

2.在相应的编程环境下对程序进行组织调试。

3.应用计算例题验证程序的计算效果。

4.对调试正确的计算程序进行存储、打印。

5.完成本次实验的实验报告。

五、实验数据及处理结果

运行自行设计的程序，把结果与例题的计算结果相比较，验证所采用的短路电流计算方法及程序运行的正确性。如果采用的是近似计算方法，还需分析由于近似所产生的误差是否在运行范围内。

实验程序：

clear;

clc;

n=4;

A=[0 0 -1.961i 0;

0 0 -1.695i 0;

-1.961i -1.695i 0 -0.699i;

0 0 -0.699i 0];

B=[-5i -0.25i 0 0];

K=[1 1 1 1;

1 1 1 1;

1 1 1 1;

1 1 1 1];

f=4;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %

Y=zeros(n);C=zeros(n);D=zeros(n);M=zeros(1,n);N=zeros(1,n);

for a=1:n

for b=1:n

if a~=b

if K(a,b)~=1

if B(a)~=0

C(a,b)=A(a,b)/(K(a,b)*K(a,b));

C(b,a)=A(a,b);

end

if B(a)==0

C(a,b)=A(a,b);

C(b,a)=A(a,b)/(K(a,b)*K(a,b));

end

end

if K(a,b)==1

D(a,b)=A(a,b);

end

else continue

end

end

end

for a=1:n

for b=1:n

if a~=b

Y(a,b)=A(a,b)/K(a,b)*(-1);

M(1,a)=M(1,a)+C(a,b);N(1,a)=N(1,a)+D(a,b);

else continue

end

end

end

for a=1:n

Y(a,a)=B(a)+M(1,a)+N(1,a);

end

Z=inv(Y);

If=1/Z(f,f);

If

%输出短路故障点电流

运行结果：

If =

0 - 0.4889i

实验例题所给结果短路电流：If = - j0.4895，与程序运行结果在误差允许范围之内，故验证了该程序的正确性。

六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议

1. 理解课本上讲述的同步电机突然三相短路的物理分析。

答：同步电机稳态对称运行时，电枢磁势大小不随时间变化，而在空间以同步速旋转，同转子没有相对运动，故不会在转子绕组中感应电流。突然三相短路，定转子间电流会相互影响。实际电机中存在多个有互感磁耦合关系的绕组，其电阻相对较小，对于每个绕组都遵守磁链守恒原则。

现在分析无阻尼绕组同步电机突然三相短路时的情况（分析中同步电机是理想化的，电机转速不变，各参数用标幺值表示），短路前电机处于空载状态，定子侧总磁链]0[0f ad i x =ψ，当转子以同步速ω旋转，

定子各相绕组磁链将随α作正弦变化，若短路发生在t=0时刻， ,cos 000αψψ=a ),120cos(0000-ψ=αψb )120cos(0000+ψ=αψc 。为维持磁链初值不变，定子三相绕组将出现电流，其所产生磁链

),cos(000t a a ωαψψ+ψ-=∆

),120cos(0000-+ψ-=∆t b b ωαψψ

),120cos(0000++ψ-=∆t c c ωαψψ

因此，短路后定子侧将出现：①基频电流，由三相对称绕组的基频电流产生的交变磁链，用以抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；②直流ap i ：对各绕组产生的不变0a ψ、0b ψ、0c ψ，来维持定子

绕组的磁链初值不变；③倍频电流ω2i ：定子各相直流产生的恒定磁势

，当转子旋转时，因转子纵横轴磁阻不同，转子每转过0180，磁阻经历一个变化周期，为适应磁阻的变化，产生倍频电流与直流共同作用，才能维持定子侧磁链初值不变。

转子侧产生：①附加直流分量fa i ∆：为抵消定子电流对转子产生的强

烈电枢反应影响，维持磁链不变，该附加直流与原直流同向，加强了励磁绕组的磁场，而且fa i ∆产生磁通的一部分也要穿过定子绕组，故

激起定子基频电流大大超过稳态短路电流

②转子基频交流：为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反应，该基频电流在转子产生脉振磁场，分解为正反两方向磁场，又来影响定子侧的ap i 以及在定子侧产生两倍频的交变磁链，定子侧的ω2i 就是为了

抵消该磁链而产生的。

2. 简述无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路电流所含各种分

量以及各自由电流衰减时间常数的确定，有阻尼绕组同步电机突然三相短路时有什么不同之处？