三相短路故障分析与计算的算法设计

兰州理工大学技术工程学院

“三相短路故障分析与计算的算法设计”电力系统专业

本科课程设计论文

学生姓名：可风

学号：********

专业：电力系统及其自动化

日期：2011年6月

摘要

电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大计算之一，分析与计算三相短路故障的参数更为重要。本设计是通过两种不同的方法进行分析与计算三相短路故障的各参数，进一步提高短路故障分析与计算的精度和速度，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。

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，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计算机，为研究带来了巨大的便利。

关键词：三相短路计算，Matlab，SimPowerSystems，仿真

目录

1. 绪论

1.1电力系统三大计算....................................

1.2电力系统短路故障概述 ................................

2. 短路电流计算（解析法）

2.1参数数据............................................

2.2电抗标幺值定义......................................

2.3短路次暂态电流（功率）标幺值计算 ....................

2.4各元件电抗标幺值....................................

2.5三相短路电流及短路功率 ..............................

3. 导纳矩阵形成与计算（Y矩阵法）

3.1导纳矩阵等值电路....................................

3.2导纳计算公式........................................

3.3变压器变比的定义....................................

3.4 导纳矩阵的形成......................................

3.5三相短路电流及短路功率 ..............................

4. 计算机算法设计

4.1计算机编程语言......................................

4.2程序流程............................................

4.3程序清单及说明......................................

4.4程序结果及分析......................................

5. 基于Matlab电力系统模型搭建与仿真

5.1 Matlab简介.........................................

5.2 总体设计............................................

5.2.1设计内容概述......................................

5.2.2 设计方案简介......................................

5.3 详细设计............................................

5.3.1电力元件设计......................................

5.3.2电力系统模型的搭建 ................................

5.3.3电力系统模型三相短路仿真 .......................... 6．结论 ......................................................... 7．致谢 ......................................................... 8．参考文献 .................................................... 9．附录 .........................................................

9.1 系统等值电路图 .............................................

9.2 计算机算法设计流程图 ......................................

9.3 计算机算法设计程序清单....................................

9.4 Matlab电力系统模型仿真图.................................

1.绪论

1.1电力系统三大计算

1.潮流计算

研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

2.短路故障计算

主要研究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。

3.稳定性计算

给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新回复到运行平衡状态的能力。系统中的多数变量可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类。

1.2电力系统短路故障概述

电力系统的短路故障是严重的，而又是发生几率最多的故障。一般说来，最严重的短路是三相短路。当发生短路时，其短路电流可达数万安以至十几万安，它们所产生的热效应和电动力效应将使电气设备遭受严重破环。为此，当发生短路时，继电保护装置必须迅速切除故障线路，以避免故障部分继续遭受危害，并使非故障部分从不正常运行情况下解脱出来，这要求电气设备必须有足够的机械强度和热稳定度，开关电气设备必须具备足够的开断能力，即必须经得起“可能最大短路的侵扰”而不致损坏。

因此，电力系统短路电流计算是电力系统运行分析，设计计算的重要环节，许多电业设计单位和个人倾注极大精力从事这一工作的研究。由于电力系统结构复杂，随着生产发展，技术进步系统日趋扩大和复杂化，短路电流计算工作量也随之增大，采用计算