电力系统课程设计

课程设计(论文)

题 目 名 称 电力系统暂态分析 课 程 名 称 短路计算课程设计 学 生 姓 名 刘 学 号 0941201062 系 、专 业 电气工程系、电力系统及其自动化 指 导 教 师 黄肇

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业 题目名称 课程名称 09电力系统及其自动化 短路计算课程设计 电力系统暂态分析 课程编号 7 一、课程设计（论文）目的 1.通过课程设计, 使学生掌握电力系统三相短路计算的基本原理与方法； 2.掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件； 3.采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统三相接线图。 12120230学生姓名 刘 学 号 设计时间 设计地点 0941201062 2012.6.11-6.24 综合仿真实验室 二、已知技术参数和条件 某3机10节点电力系统单线图，如图1所示。基准功率为100MVA，不同电压等级下的输电线路典型参数（/km），如表1所示；发电机及负荷参数，如表2所示。注意双绕组变压器容量为100MVA，一次侧星接，直接接地，二次侧三角接；变压器两边电压等级不同，线路参数也应当不同。计算单相金属性接地不对称故障情况下的故障电流和电压。 三、任务和要求 1.熟悉PSCAD/MATLAB软件； 2.编写出短路计算流程图； 3. 建立系统三相接线图的仿真过程； 4.得出仿真结果。

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 实验室有PSCAD等相关软件； PSCAD指导说明书； 电力系统暂态分析，华中科大版； 五、进度安排 2012年6月11日：下达课程设计计划书，任务书，设计题目及分组情况； 2012年6月12日-14日：查阅资料，熟悉PSCAD软件； 2012年6月15日-20日：建立短路计算仿真模型，得出仿真结果； 2012年6月11日-12日：写出课程设计报告； 2012年6月23日：组织答辩 六、教研室审批意见 教研室主任（签字）： 年 月 日 七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日 八、备注

指导教师（签字）： 学生（签字）：

目录

1 绪论......................................................1 1.1 课题及相关技术参数......................................1 1.2 课题说明与要求..........................................2 1.3 PSCAD说明..............................................2 1.4 PSCAD设计优点..........................................3 2 方案分析与比较............................................4 3 仿真结果..................................................5 4 结果分析..................................................9 总结.......................................................10 参考文献...................................................11

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名 刘 学 号 0941201062 系 电气工程系 专业班级 电力一班 题目名称 短路计算课程设计 课程名称 电力系统暂态分析 一、学生自我总结

本次课程设计在上次的潮流计算课程设计基础上增加了一些难度，经过两个星期的课程设计，我对短路故障的计算和原理理解的更加深刻，对PS CSD仿真软件的使用更加熟练。在担任组长的过程中，我学会了协调组员间的关系，让大家能共同努力更快的完成设计。总之这是一次难得的学习经历，在老师的指导和同学的帮助下我觉得收获很大。 学生签名：刘 2012年06月23日 二、指导教师评定 评分项目 权 重 单项成绩 指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面； 2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

平时成绩 答辩 课程设计内容 综合成绩

、

1 绪论

1.1课题及相关技术参数

某3机10节点电力系统单线图，如图1.1所示。基准功率为100MVA，不同电压等级下的输电线路典型参数（/km），如表1.1所示；发电机及负荷参数，如表1.2所示。注意双绕组变压器容量为100MVA，一次侧星接，直接接地，二次侧三角接；变压器两边电压等级不同，线路参数也应当不同。计算节点buse6发生金属性单相接地故障故障电流和电压。

Buse 1T4buse4300kmbuse5100kmbuse6T6buse3~530/13.2kVG3T1buse7~G113.2/540kVbuse2T5~100km13.2/540kVL1525/13.8kVC21500MVA525kV115kV13.8kVG2T2buse8868MVAC175kmbuse9T3buse10L2525/115kVC3115/13.8kV300MVA 图1.1 3机10节点电力系统单相接线图

电压等级（kV） 正序电感/mH 零序电感/mH 正序电阻/? 零序电阻/? 正序电容/uF 零序电容/?F 正序阻抗角/（°） 零序阻抗角/（°）

110 132.5 397.5 8.05 35.2 0.721 0.586 76 70 220 127.4 382.2 7.05 32.3 0.86 0.605 80 75 330 105.1 315.3 4.64 26.2 1.113 0.763 82 75 500 89.17 273.9 1.96 18.28 1.35 0.92 86 78 750 85.35 267.5 1.22 27.29 1.367 0.93 87.4 72

表1.1 不同电压等级下的输电线路典型参数（/km）

发电机及负荷 G1 G2 G3 电压（kV） 有功（MW） 无功（MVar） x1 626.1 13.4 -11.2 1800 0 正序电抗x0 零序电抗13.8 13.8 13.8 10.5 10.5 3566 1500 1094 3000 3000 0.2 0.2 0.2 0.05 0.05 0.05 L1 L2 表1.2 发电机及负荷参数

1.2 课题说明与要求

本次课程设计主要是为了掌握电力系统短路计算的基本原理和熟练运用PSCAD仿真软件。课程设计的具体要求如下：

1.熟悉PSCAD软件； 2.编写短路短路计算流程图； 3.建立系统接线图的仿真过程； 4.得出仿真结果。

1.3 PSCAD说明 PSCAD的结构和特色：

结构和功能

（1）有项目文件的创建、电气主接线图元件参数FORTRAN90编译器，屏幕显示曲线，结果输出打印等环节。 （2）直流电磁暂态计算

(3)电力系统时域和频域计算仿真，典型应用于电力系统遭受扰动或参数变化时，各参数随时间变化的规律；

(4)高压直流输电，FACTS控制器的设计，

(5)电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算。 特色：

(1)配有图形输入程序PSCAD， (2)实时曲线显示PLOT (3)与MATLAB接口。 (4)强大的自定义功能 (5)支持子网嵌套的功能

(6)用户可以根据自己需要创建具有特定功能的电路模块 (7)具有“快照” 功能

PSCAD/EMTDC在时间域描述和求解完整的电力系统及其控制的微分方程(包

括电磁和机电两个系统)。这一类的模拟工具不同于潮流和暂态视定的模拟工具。后者是用稳态解去描述电路(即电磁过程)。但是在解电机的机械动态(即转动惯量)微分方程。PSCAD/EMTDC的结果是作为时间的即时值被求解。但通过内置的转换器和测量功能(象实有效值表计，或者快速育里叶变换频谱分析等)。这些结果能被转换为矢量的幅值和相角。

实际系统的测量能够通过很多途径来完成。由于短路计算程序是通过稳定方程来代表，它们只能基频段幅值和相位。因此PSCAD的模拟结果能够产生电力系统所有频率的相应，限制仅在于用户自己选择的时间步长。这种时间步长可以在毫秒到秒之间变化。

1.4 PSCAD设计优点

基于以上简单说明，我们可以了解到PSCAD是电力专业十分有用的仿真软件，

我们组的课题系统参数较多，传统的手工计算不方便，于是利用PSCAD仿真运行出结果就成了本次课程设计最为关键的一个环节。利用PSCAD对单相金属性接地短路系统进行的仿真可以快速准确得出短路点的故障电流和电压的状态，输出显示快速、明了。

2 方案分析与比较

方案一：采用手工计算

最开始熟悉课题之后，我们准备采用手工计算的方法算出短路点的故障电流和电压，由于计算参数多，计算量大，于是，我们放弃了这个方案。

方案二：用MATLAB软件进行相关计算

这个方案大大减少了手工计算的时间，但每次计算过程都要编写大量程序，虽

然编程的相关指令并不难，但编程稍微有一点错误结果就无法正确显示，而且算出的结果并不直观清晰。所以最后我们也放弃这个方案。

方案三：用PSCAD软件仿真

在老师的指导和帮助下，我们开始学习PSCAD软件，这是电气专业的专业仿真

软件，开始我们并看不懂。而且关于这个软件的教程和说明大部分是英文版的，这无疑又增加了我们的学习难度。但考虑到今后毕业设计也要学习这个软件，我们还是硬着头皮开始学习。在老师的耐心指导下，我们几个人一小组开始学习和探讨这个软件的使用方法。从元件的选择到布线安排、相关参数的设置到最后的调试运行，可谓每一步大家都付出了相当大的努力。虽然我们现在对这个软件还不是特别熟悉，但是我们的课题还是成功的完成了。在仿真图输出显示中，系统特性十分直观快速的显示出来了，我们觉得非常开心。

3 仿真结果

PSCAD仿真图如下图3-1所示：假设A相金属性接地

图3.1 A相金属性接地的PSCAD仿真图

输出显示如下图2-2所示，点击最右边放大图标可放大查看每个节点的分布情况。

图 3.2 输出端显示图 点击上图最左端任意正弦图标，对应显示相关输出，下图3-3是buse6的输出显示：

A相单相接地短路故障时A相电压波形图

B相单相接地短路故障时B相电压波形图

C相单相接地短路故障C相电压波形图

4 结果分析

电力系统发生不对称短路时，短路电流包含基频分量(周期分量)和非周期分量。非周期分量从初始值衰减到零；周期分量从初始值衰减到稳定值（对于无穷大功率电源，周期分量可以看作不衰减）。短路电流最大值出现0.01s左右。

从本设计仿真结果可知，电力系统发生故障后，短路电流最大值出现0.01s左右，4秒左右衰减基本完毕。

总结

通过这次课程设计，使我对电力系统稳态潮流计算有了进一步的了解，在设计这个

3机9节点的课题中，通过翻阅资料，上网搜索等，我对PSCAD软件的应用及原理

有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。开始时我还不太明白软件是如何使用的，并且对其原理也不甚了解，但通过对所学知识更深入的了解和同学的讲解和帮助，最终使我克服了难关，并成功地做出了设计。每天的不

同感受，我有过对知识掌握不足时的迷茫，也有过思路不清时的懊恼,但一路走来，我却收获了知识，收获了希望和努力后的成果。我在这期间学会了怎么使用PSCAD软件、对我以后的帮助那是无穷无尽的。

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。本次应用设计实验是对我们过去所学电子知识的复习和检测，并进一步深入了解和巩固电子知识。

在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这些天的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发，我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际，证明自己的能力。

参考文献：

[1]何仰赞 温增银.电力系统分析[M]. 华中科技大学出版社2010.3

[2] 西安交通大学等.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1993.12 [3] 陈 衍.电力系统稳态分析[M].北京：水利电力出版社，2004.1 [4] 李光琦.电力系统暂态分析[M].北京： 水利电力出版社，2002.5

[5] 于永源，杨绮雯. 电力系统分析（第二版）[M]. 北京：中国电力出版社，2004.3

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