電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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課程設(shè)計(jì)(論文)

題目名稱電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課程名稱短路計(jì)算課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名劉學(xué)號(hào)0941202362系、專業(yè)電氣工程系、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師黃肇

邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

年級(jí)專業(yè)題目名稱課程名稱09電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化短路計(jì)算課程設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課程編號(hào)7一、課程設(shè)計(jì)（論文）目的1.通過課程設(shè)計(jì),使學(xué)生把握電力系統(tǒng)三相短路計(jì)算的基本原理與方法；2.把握并能熟練運(yùn)用PSCAD/MATLAB仿真軟件；3.采用PSCAD/MATLAB軟件，做出系統(tǒng)三相接線圖。12120230學(xué)生姓名劉學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)地點(diǎn)09412023622023.6.11-6.24綜合仿真試驗(yàn)室二、已知技術(shù)參數(shù)和條件某3機(jī)10節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)單線圖，如圖1所示?；鶞?zhǔn)功率為100MVA，不同電壓等級(jí)下的輸電線路典型參數(shù)（/km），如表1所示；發(fā)電機(jī)及負(fù)荷參數(shù)，如表2所示。注意雙繞組變壓器容量為100MVA，一次側(cè)星接，直接接地，二次側(cè)三角接；變壓器兩邊電壓等級(jí)不同，線路參數(shù)也應(yīng)當(dāng)不同。計(jì)算單相金屬性接地不對(duì)稱故障狀況下的故障電流和電壓。三、任務(wù)和要求1.熟悉PSCAD/MATLAB軟件；2.編寫出短路計(jì)算流程圖；3.建立系統(tǒng)三相接線圖的仿真過程；4.得出仿真結(jié)果。

注：1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；

2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。

四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括試驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）試驗(yàn)室有PSCAD等相關(guān)軟件；PSCAD指導(dǎo)說明書；電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，華中科大版；五、進(jìn)度安排2023年6月11日：下達(dá)課程設(shè)計(jì)計(jì)劃書，任務(wù)書，設(shè)計(jì)題目及分組狀況；2023年6月12日-14日：查閱資料，熟悉PSCAD軟件；2023年6月15日-20日：建立短路計(jì)算仿真模型，得出仿真結(jié)果；2023年6月11日-12日：寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告；2023年6月23日：組織辯論六、教研室審批看法教研室主任（簽字）：年月日七|、主管教學(xué)主任看法主管主任（簽字）：年月日八、備注

指導(dǎo)教師（簽字）：學(xué)生（簽字）：

目錄

1緒論11.1課題及相關(guān)技術(shù)參數(shù)11.2課題說明與要求21.3PSCAD說明21.4PSCAD設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)32方案分析與比較43仿真結(jié)果54結(jié)果分析9總結(jié)10

1緒論

1.1課題及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

某3機(jī)10節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)單線圖，如圖1.1所示?；鶞?zhǔn)功率為100MVA，不同電壓等級(jí)下的輸電線路典型參數(shù)（/km），如表1.1所示；發(fā)電機(jī)及負(fù)荷參數(shù)，如表1.2所示。注意雙繞組變壓器容量為100MVA，一次側(cè)星接，直接接地，二次側(cè)三角接；變壓器兩邊電壓等級(jí)不同，線路參數(shù)也應(yīng)當(dāng)不同。計(jì)算節(jié)點(diǎn)buse6發(fā)生金屬性單相接地故障故障電流和電壓。

Buse1T4buse4300kmbuse5100kmbuse6T6buse3~530/13.2kVG3T1buse7~G113.2/540kVbuse2T5~100km13.2/540kVL1525/13.8kVC21500MVA525kV115kV13.8kVG2T2buse8868MVAC175kmbuse9T3buse10L2525/115kVC3115/13.8kV300MVA圖1.13機(jī)10節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)單相接線圖

電壓等級(jí)（kV）正序電感/mH零序電感/mH正序電阻/?零序電阻/?正序電容/uF零序電容/?F正序阻抗角/（°）零序阻抗角/（°）

110132.5397.58.0535.20.7210.5867670220127.4382.27.0532.30.860.6058075330105.1315.34.6426.21.1130.763827550089.17273.91.9618.281.350.92867875085.35267.51.2227.291.3670.9387.472

表1.1不同電壓等級(jí)下的輸電線路典型參數(shù)（/km）

發(fā)電機(jī)及負(fù)荷G1G2G3電壓（kV）有功（MW）無功（MVar）x1626.113.4-11.218000正序電抗x0零序電抗13.813.813.810.510.5356615001094300030000.20.20.20.050.050.05L1L2表1.2發(fā)電機(jī)及負(fù)荷參數(shù)

1.2課題說明與要求

本次課程設(shè)計(jì)主要是為了把握電力系統(tǒng)短路計(jì)算的基本原理和熟練運(yùn)用PSCAD仿真軟件。課程設(shè)計(jì)的具體要求如下：

1.熟悉PSCAD軟件；2.編寫短路短路計(jì)算流程圖；3.建立系統(tǒng)接線圖的仿真過程；4.得出仿真結(jié)果。

1.3PSCAD說明PSCAD的結(jié)構(gòu)和特色：

結(jié)構(gòu)和功能

（1）有項(xiàng)目文件的創(chuàng)立、電氣主接線圖元件參數(shù)FORTRAN90編譯器，屏幕顯示曲線，結(jié)果輸出打印等環(huán)節(jié)。（2）直流電磁暫態(tài)計(jì)算

(3)電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域計(jì)算仿真，典型應(yīng)用于電力系統(tǒng)遭遇擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，各參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律；

(4)高壓直流輸電，F(xiàn)ACTS控制器的設(shè)計(jì)，

(5)電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算。特色：

(1)配有圖形輸入程序PSCAD，(2)實(shí)時(shí)曲線顯示PLOT(3)與MATLAB接口。(4)強(qiáng)大的自定義功能(5)支持子網(wǎng)嵌套的功能

(6)用戶可以根據(jù)自己需要?jiǎng)?chuàng)立具有特定功能的電路模塊(7)具有“快照〞功能

PSCAD/EMTDC在時(shí)間域描述和求解完整的電力系統(tǒng)及其控制的微分方程(包

括電磁和機(jī)電兩個(gè)系統(tǒng))。這一類的模擬工具不同于潮流和暫態(tài)視定的模擬工具。后者是用穩(wěn)態(tài)解去描述電路(即電磁過程)。但是在解電機(jī)的機(jī)械動(dòng)態(tài)(即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)微分方程。PSCAD/EMTDC的結(jié)果是作為時(shí)間的即時(shí)值被求解。但通過內(nèi)置的轉(zhuǎn)換器和測(cè)量功能(象實(shí)有效值表計(jì)，或者快速育里葉變換頻譜分析等)。這些結(jié)果能被轉(zhuǎn)換為矢量的幅值和相角。

實(shí)際系統(tǒng)的測(cè)量能夠通過好多途徑來完成。由于短路計(jì)算程序是通過穩(wěn)定方程來代表，它們只能基頻段幅值和相位。因此PSCAD的模擬結(jié)果能夠產(chǎn)生電力系統(tǒng)所有頻率的相應(yīng)，限制僅在于用戶自己選擇的時(shí)間步長(zhǎng)。這種時(shí)間步長(zhǎng)可以在毫秒到秒之間變化。

1.4PSCAD設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

基于以上簡(jiǎn)單說明，我們可以了解到PSCAD是電力專業(yè)十分有用的仿真軟件，

我們組的課題系統(tǒng)參數(shù)較多，傳統(tǒng)的手工計(jì)算不便利，于是利用PSCAD仿真運(yùn)行出結(jié)果就成了本次課程設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。利用PSCAD對(duì)單相金屬性接地短路系統(tǒng)進(jìn)行的仿真可以快速確鑿得出短路點(diǎn)的故障電流和電壓的狀態(tài)，輸出顯示快速、明白。

2方案分析與比較

方案一：采用手工計(jì)算

最開始熟悉課題之后，我們準(zhǔn)備采用手工計(jì)算的方法算出短路點(diǎn)的故障電流和電壓，由于計(jì)算參數(shù)多，計(jì)算量大，于是，我們放棄了這個(gè)方案。

方案二：用MATLAB軟件進(jìn)行相關(guān)計(jì)算

這個(gè)方案大大減少了手工計(jì)算的時(shí)間，但每次計(jì)算過程都要編寫大量程序，雖

然編程的相關(guān)指令并不難，但編程稍微有一點(diǎn)錯(cuò)誤結(jié)果就無法正確顯示，而且算出的結(jié)果并不直觀明了。所以最終我們也放棄這個(gè)方案。

方案三：用PSCAD軟件仿真

在老師的指導(dǎo)和幫助下，我們開始學(xué)習(xí)PSCAD軟件，這是電氣專業(yè)的專業(yè)仿真

軟件，開始我們并看不懂。而且關(guān)于這個(gè)軟件的教程和說明大部分是英文版的，這無疑又增加了我們的學(xué)習(xí)難度。但考慮到今后畢業(yè)設(shè)計(jì)也要學(xué)習(xí)這個(gè)軟件，我們還是硬著頭皮開始學(xué)習(xí)。在老師的耐心指導(dǎo)下，我們幾個(gè)人一小組開始學(xué)習(xí)和探討這個(gè)軟件的使用方法。從元件的選擇到布線安排、相關(guān)參數(shù)的設(shè)置到最終的調(diào)試運(yùn)行，可謂每一步大家都付出了相當(dāng)大的努力。雖然我們現(xiàn)在對(duì)這個(gè)軟件還不是特別熟悉，但是我們的課題還是成功的完成了。在仿真圖輸出顯示中，系統(tǒng)特性十分直觀快速的顯示出來了，我們覺得十分開心。

3仿真結(jié)果

PSCAD仿真圖如下圖3-1所示：假設(shè)A相金屬性接地

圖3.1A相金屬性接地的PSCAD仿真圖

輸出顯示如下圖2-2所示，點(diǎn)擊最右邊放大圖標(biāo)可放大查看每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布狀況。

圖3.2輸出端顯示圖點(diǎn)擊上圖最左端任意正弦圖標(biāo)，對(duì)應(yīng)顯示相關(guān)輸出，下圖3-3是buse6的輸出顯示：

A相單相接地短路故障時(shí)A相電壓波形圖

B相單相接地短路故障時(shí)B相電壓波形圖

C相單相接地短路故障C相電壓波形圖

4結(jié)果分析

電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，短路電流包含基頻分量(周期分量)和非周期分量。非周期分量從初始值衰減到零；周期分量從初始值衰減到穩(wěn)定值（對(duì)于無窮大功率電源，周期分量可以看作不衰減）。短路電流最大值出現(xiàn)0.01s左右。

從本設(shè)計(jì)仿真結(jié)果可知，電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，短路電流最大值出現(xiàn)0.01s左右，4秒左右衰減基本完畢。

總結(jié)

通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算有了進(jìn)一步的了解，在設(shè)計(jì)這個(gè)

3機(jī)9節(jié)點(diǎn)的課題中，通過翻閱資料，上網(wǎng)探尋等，我對(duì)PSCAD軟件的應(yīng)用及原理

有了更深一層次的認(rèn)識(shí)，既加強(qiáng)了我的理解能力,也使我能更好的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。開始時(shí)我還不太明白軟件是如何使用的，并且對(duì)其原理也不甚了解，但通過對(duì)所學(xué)知識(shí)更深入的了解和同學(xué)的講解和幫助，最終使我戰(zhàn)勝了難關(guān)，并成功地做出了設(shè)計(jì)。每天的不

同感受，我有過對(duì)知識(shí)把握不足時(shí)的迷茫，也有過思路不清時(shí)的懊惱,但一路走來，我卻收獲了知識(shí)，收獲了希望和努力后的