辽宁工业大学《电力系统分析》课程设计（论文）题目：电力系统两相断线计算与仿真（1）院（系）：工程技术学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：2015-06-15至2015-06-26课程设计（论文）任务及评语院（系）：工程技术学院教研室：电气工程及其自动化摘要电力系统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。

本次课程设计中，根据给出的电力系统，先计算各元件参数，然后采用对称分量法将该网络分解为正序、负序、零序三个对称序网，并且求出戴维南等效电路，再计算当L3支路发生A和C两相断线时系统中每个节点的各相电压和电流，计算每条支路各相的电压和电流，最后在系统正常运行方式下，对各种不同时刻A、C两相断线进行Matlab仿真，将断线运行计算结果与仿真结果进行分析比较。

关键词：电力系统；对称分量法；Matlab仿真目录第1章绪论 01.1 电力系统概述 01.2 本文研究内容 (1)第2章潮流计算 (2)2.1等效电路图 (2)2.2电路的星角变换 (3)2.3等值电路图的网络参数设定 (5)2.4功率和节点电压计算 (5)第3章不对称故障分析与计算 (7)3.1对称分量法 (8)3.1.1正序网络 (8)3.1.2负序网络 (10)3.1.3零序网络 (11)3.2两相断线的计算 (12)3.2.1B相各点电压电流 (15)3.2.2 A相各点电压电流 (16)3.2.3 C相各点电压电流 (16)第4章仿真分析 (18)4.1仿真模型建立 (18)4.2仿真结果分析 (20)第5章课程设计总结 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1电力系统概述电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费的系统，它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。

由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。

因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。

据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。

建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。

电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。

电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。

电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

在电力系统计算中有潮流计算，短路计算，分别求得电力系统在各个情况下的参数，对于器件的选择，电能的分配等都有很重要的意义。

在系统运行时需要对故障发生后进行预防措施。

电力系统简单故障是指电力系统的某处发生一种故障的情况，简单不对称故障包括单相接地短路、两相短路、两相短路接地、单相断开和两相断开等。

计算这些故障发生时电力系统的重要节点的参数可以使我们经济有效地选取合适的电气设备。

电力系统的故障总的来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。

短路又称横向故障，断线又称为纵向故障。

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。

纵线故障即断线故障可分为单相断线和两相断线。

断线又称为非全相运行，也是一种不对称故障。

它指的是网络中的两个相邻节点之间出现了不正常断开或三项阻抗不相等的情况。

发生纵向故障时，由相邻两节点组成故障端口。

造成非全相断开的原因有很多，例如某一线路单相接地短路后故障相开关跳闸；导线一相或两相断线；分相检修线路或开关设备以及开关合闸过程中三相触头不同时接通等。

本文研究电力系统发生两相断线时各节点的电压和电流。

1.2本文研究内容本文的研究内容是对于电力网发生断线前后各点的电压电流的计算，将两相断线不对称故障分用对称分量法分解为正序、负序和零序网络，对称分量法有助于对发生断线后故障处和非故障处各点电压和电流的计算本文，同时包括还包括系统正常运行时的潮流计算，通过潮流计算可以求得系统正常运行时各点的参数以及电路图的绘制。

当L23支路发生B和C两相断线时，计算L23支路B和C两相发生断线时，计算系统中各节点的各相电压和电流。

进行了Matlab仿真，先在系统正常运行方式下，对各相电压和电流进行Matlab 仿真，然后再在断线情况下对各节点电压电流进行仿真，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，验证计算结果是否正确。

第2章 潮流计算2.1等效电路图潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中元件的电力损耗，进而求得电能损耗。

因而，通过潮流计算可以分析网络的电压水平高低、功率分布和电力损耗的合理性和经济性等，从而对该网络的设计及运行做出评价。

本文通过潮流计算得出故障前断口电压及各个节点的正常电压。

根据任务书中给定的电路图和给定的数据，系统图简化电路图如图2.1所示。

G1G2T1 L24 T2为了求取网络中的功率分布，可以采用近似的算法，先忽略网络中的功率损耗，由于发电机和变压器的参数相同，假设节点2和节点4的电压相同，进一步可以画出系统的等效电路图。

Z23S23 i23Z34S34 i34Z24S24 i242342S3S4jQB 24jQB 23....图2.2 等效电路图2.2电路的星角变换根据本文设计要求标准变比侧Y N 接线，另一侧Δ接线。

我们将要进行系统的潮流计算，首先需要完成系统参数计算，为了得到系统地参数和进行计算的方便性我们有必要将系统进行星角变换如图所示。

图2.3 角形接线 图2.4 星形接线Y N 接线转换Δ接线公式；)/(2324342334'24L L L L L L Z Z Z Z Z Z ++= (2-1)()'L34L24L34L34L24L23Z Z Z /Z Z Z =++ (2-2) ()'L23L23L24L34L24L23Z Z Z /Z Z Z =++ (2-3)因为L23Z =0.023+0.068j; L24Z =0.03+0.08j; L34Z =0.02+0.06j 代入上式得，'24L Z =（0.02+0.06j ）⨯（0.023+0.068j ）/(0.02+0.06j+0.03+0.08j+0.023+0.068j) = 0.0088+0.025j'L34Z = (0.03+0.08j)⨯(0.02+0.06j)/(0.02+0.06j+0.03+0.08j+0.023+0.068j)= -0.00046+0.031j 'L23Z =(0.023+0.068j)⨯(0.03+0.08j) / (0.02+0.06j+0.03+0.08j+0.023+0.068j) = 0.011+0.025j2.3等值电路图的网络参数设定网络L24: L24L243Z 0.030.07j;b 0.03;jQ 0.02j =+==- 网络L23: L23L231Z 0.0230.07j;b 0.03;jQ 0.015j =+==- 网络L34: L23L3432Z 0.020.06j;b 0.032;jQ 0.016j =+==- 对于星形接线：网络L23’:'L231Z 0.0110.025j;jQ 0.015j =+=- 网络L34’:'L342Z 0.000460.031j;jQ 0.016j =-+=- 网络L ： L 3Z 0.00880.025j;jQ 0.02j =+=- 变压器T1：Z T1=0.02j 变压器T2：Z T2=0.02j发电机G1：Z G1=0.01+0.09j ，V G1=1.00 发电机G2：Z G2=0.01+0.09j ，V G2=1.00 变比： k=1.05 负荷功率： S 1=0. 4 + j0.152.4功率和节点电压计算该部分计算由三部分组成，一是由假设节点电压相等的情况下求取中间环形网络的功率，二是由中间求得的功率求两端的功率，三是由求得的两端的功率求得节点电压，再由节点电压求得中间功率的实际值。

1.由142==V V ，024=S 求3423S S 和 由公式可得：342333423Z Z S Z S +==0.1856+0.0574j342332334Z Z S Z S +==0.2144+0.0626j2.由上步求得的功率求两端的功率 由功率守恒得：=+=23220S S S -0.03j+0.1856+0.0574j=0.1856+0.0274j =+=34440S S S -0.031j+0.2144+0.0626j=0.2144+0.0316j变压器T1消耗的功率:=+=∆1222022011T T Z Q P S 0.0004+0.0053j变压器T2消耗的功率:=+=∆2224024021T T Z Q P S 0.0005+0.0070j 从而求得：=∆+=2202T S S S 0.1856+0.0274j+0.0005+0.0070j=0.1861+0.0344j =∆+=1404T S S S 0.2144+0.0316j+0.0004+0.0053j=0.2148+0.0369j3.由两端功率求节点电压05.112121T T T X Q R P V +=∆=[(0.1860*0.01)+(0.0327*0.015)]/1.05=0.002205.112121T T T R Q X P V -=δ=[(0.1860*0.015)-(0.0327*0.01)]/1.05=0.0023所以：2)()05.1(2121T T V V V δ+=∆-=1.042变压器低压母线的实际电压V =1.042*1/1.05=0.992同理可得：05.114142T T T X Q R P V +=∆=0.002605.114142T T T R Q X P V -=δ=0.0027=4V 1.048在上述计算中都将电压降落的横分量略去不计，所得结果是2V =1.047，4V =1.047,V =0.997同计及电压降落横分量的计算结果相比较，误差是很小的。