电力系统单相断线计算与仿真(1)

辽宁工业大学《电力系统分析》课程设计（论文）题目：电力系统单相断线计算与仿真（1）

院（系）：工程技术学院

专业班级:电气工程及

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起止时间：15-06-15至15-06-26

原始资料：系统如图

摘要

电力系统的设计和运行中，需要考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。轻则造成电流增大，电压下降，从而危及设备的安全或使设备无法正常运行；重则将导致电力系统对用户的正常供电局部甚至全部遭到破坏，从而对国民经济造成重大损失

本论文主要介绍有关电力系统故障的基本概念及故障计算中标幺值的特点，并通过断线计算对电力系统的运行状态有一个初步的认识，同时对电力系统进行不对称故障的分析计算，主要内容为单相断线的分析计算，最后，通过Matlab软件对单相断线故障进行仿真，观察仿真后的波形变化，将单相断线运行计算结果与各时刻线路的仿真结果进行分析比较，得出结论。

关键词：单相断线；潮流计算；Matlab仿真

目录

第1章绪论 (1)

1.1电力系统概况 (1)

1.2本设计研究内容 (2)

第2章潮流计算 (3)

2.1潮流计算的意义 (3)

2.2等值电路图 (3)

2.3潮流计算 (4)

2.4A相断线时各电压与电流 (5)

第3章 MATLAB仿真 (10)

3.1MATLAB仿真电路图 (10)

3.2仿真结果分析比较 (11)

第4章课程设计总结 (13)

参考文献 (14)

第1章绪论

1.1电力系统概况

在电力系统的运行过程中，不可避免地会出现故障，尽管故障出现的几率很小，持续的时间也不长，但产生的后果却往往十分的严重。电力系统发生故障时，运行状态将经历剧变化，轻则造成电流增大，电压下降，从而危及设备的安全或使设备无法正常运行；重则将导致电力系统对用户的正常供电局部甚至全部遭到破坏，从而对国民经济造成重大损失，因此对电力系统故障应以高度重视。

作为电力系统三大计算之一，电力系统的故障计算主要计算电力系统的故障所引起的电磁暂态过程，即电参量（电压、电流）和磁参量（磁链）的变化情况，分析故障发生的原因及其产生的后果，从而为防止故障的发生和尽可能减少故障产生的损害提出有效措施。电力系统故障属暂态范围，大部分电磁量将随时间变化，描述其特性的是微分方程，这给分析计算带来一定困难。在分析过程中通常尽量避免对微分方程直接求解，而是采用一定工具（如拉普拉斯变换）和假设使问题得以简化，即把“微分方程代数化，暂态分析稳态化”。在分析不对称故障时，各相之间电磁量的耦合使问题的分析更加复杂，此时常用的分析方法是尽量避开对不对称故障直接求解，而采用一定的工具（如对称分量变换）将不对称问题转化为对称问题的迭加进行处理，即把“不对称问题对称化”。这就是电力系统故障计算方法的特点。

凡造成电力系统运行不正常的任何连接或情况均称为电力系统的故障。电力系统的故障有多种类型，如短路、断线或它们的组合。短路称为横向故障，而断线故障又称为纵向故障。三相断线如同开断一条支路，一般不作为故障处理。断线又称为非全相运行，也是一种不对称故障。大多数情况下在电力系统中一次只有一处故障，称为简单故障或单重故障，但有时可能有两处或两处以上故障同时发生，称为复杂故障或多重故障。造成断线原因有很多，如导线因机械负荷过载或因质量事故断开，或某处发生单相接地后断路器将故障相断开等。电力系统发生不对称纵向故障时，虽然不像不对称短路那样引起超大的短路电流和电压的急剧下降，但会产生大的负序和零序电流。负序电流使发电机绕组过热，零序电流对通讯系统产生干扰，它们引起的电压电流不对称可能使某些继电保护误动作。因此必须掌握非全相运行的分析方法。

对故障端口进行戴维南等值，得到各序网络故障口电压方程式，式中故障端口电压和电流的各序分量之间的关系则由具体的边界条件确定。本文单相故障发生在a相，单相故障时的故障和两相故障时的非故障相通常称为特殊相。所谓特殊相，是指该相的状态有别于另外两相。我们把a相当作特殊相，同选取a相作为对称分量的基准相是一致的。在这种条件下，用对称分量表示的边界条件最为简单。

1.2本设计研究内容

电力系统故障总的来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。横向故障是指各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。而我们这次研究的课题属于纵向故障。通过数据对系统进行分析比较，从而可以看出单相断线对电力系统的影响。本文通过对给定的系统进行潮流计算、求支路单相断线的各相电压和电流、计算各条支路电压和电流和对系统进各种不同A相断。最后将断线运行计算结果与各时刻断线的仿真结果进行分析比较，得出结论。而且通过对内容设计过程中的计算研究，我们将得到的数据记录并运用在Matlab 仿真中。最后仿真与我们研究的内容对照呼应，相互验证。得出最后的结论。

第2章潮流计算

2.1潮流计算的意义

电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、各支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。

潮流计算也是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。

2.2等值电路图

图2.1等值电路图