【導(dǎo)讀】通過對電力系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程的分析，完成三相短路的基本計算，短路、BC相接地短路三種短路狀況。最后以一座實際的66KV變電站主接。電流隨時間變化的波形。此外，還在模型中設(shè)置短路環(huán)節(jié)，得到故障處短。路電流分解為正、負、零序電流，對仿真結(jié)果進行分析。要求盡量收集第一手資料，資料要真實、可靠、有代表性。要求條理清晰，數(shù)據(jù)分析詳盡。要求貼近主題，有參考價值。4認真撰寫論文，字?jǐn)?shù)在10000字以上。進行仿真，直觀的體現(xiàn)故障的變化趨勢，為今后的學(xué)習(xí)和研究打下堅實基礎(chǔ)。中文摘要（關(guān)鍵詞）················································································1. 英文摘要（關(guān)鍵詞）·········································&

　　

【正文】 時，故障處的三個邊界條件為 0,0,0 ??? cba IIU ??? 用對稱分量法表示為 00002210212021?????????aaaaaaaaaIIaIaIIaIaUUU????????? 經(jīng)過整理后便得用序分量表示的邊界條件為 021021 0aaaaaa III UUU ??? ??? ?? ??? （ 32） 聯(lián)立求解方程組（ 31）及（ 32）可得 )( 0211 ??? ? ??? XXXj EIa ?? （ 33） 公式（ 33）是單向短路計算的關(guān)鍵公式。短路電流的正序分量一經(jīng)算出，根據(jù)邊界條件（ 32）和方程式（ 31），即能確定短路點電流和電壓各序分量 100122102111102)(aaaaaaaaaaIjXUIjXUIXXjIjXEUIII??????????????????????????? （ 34） 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 兩相（ b 相和 c 相）短路 兩相短路時故障處的三個邊界條件為 cbcba UUIII ????? ???? ,0,0 （ 35） 用對稱分量表示為 022102120221021202100aaaaaaaaaaaaaaaUUaUaUUaUaIIaIaIIaIaIII????????????????????????????? （ 36） 整理后得 2121000aaaaaUUIII????????? （ 37） 根據(jù)這些條件，可用正序網(wǎng)絡(luò)和負序網(wǎng)絡(luò)組成兩相短路的復(fù)合序網(wǎng)。因此零序電 流等于零，所以復(fù)合序網(wǎng)中沒有零序網(wǎng)絡(luò)。 利用這個復(fù)合序網(wǎng)可以求出 )( 211 ?? ??? XXj EI a ?? （ 38） 以及 12222112aaaaaa IjXIjXUU II ???? ???? ?????? （ 39） 故障點故障相的電流為 11120212 3 3)(abcaaaaab IjII IjIaaIIaIaI ??? ????? ??? ??????? （ 310） 兩相電流大小相等，方向相反。它們的絕對值為 1)2( 3 acbf IIII ??? 短路點各相對地電壓為 aabcaaaaabaaaaaaUUUUUUUUaUaUIXjUUUUU???????????????212122110212121201????????????????? ? （ 311） 可見，兩相短路電流為正序電流的 3 倍；短路點非故障相電壓為正序電壓的兩倍，而故障點電壓只有非故障相電壓的一半且方向相反。 電力系統(tǒng)短路分析計算及仿真 20 兩相（ b 相和 c 相）短路接地 兩相短路接地時故障處的三個接地條件為 0,0,0 ??? cba UUI ??? （ 312） 這些條件同單相短路的條件極為相似，只要把單相短路邊界條件中的電流換為電壓，電壓換為電流就可以了。 用零序表示邊界條件為 021021 0aaaaaa UUU III ??? ??? ?? ??? （ 313） 根據(jù)邊界條件組成兩相短路接地的復(fù)合序網(wǎng)。進而可得， 102020211 )//(aaaIXX XIXXXjEI??????????????? （ 314） 以及 1020202110200aaaaaaIXX XXjUUUIXX XI???????????????????? （ 315） 短路點故障相的電流為 102022102022022110202210202220212)(2)2(33)()(2)2(33)(aaaaacaaaaabIXXXXjXIXXXaXaIIaIaIIXXXXjXIXXXaXaIIaIaI?????????????????????????????????????????????????????? （ 316） 根據(jù)上式可以求得兩相短路接地時故障電流的絕對值為 1220 20)1,1( )(13 acbf IXX XXIII ?? ??????? （ 317） 短路點非故障相電壓 102 021 33 aaa IXX XXjUU ??? ?? ????? （ 318） 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 4 Matlab(Simulink)在 電力 系統(tǒng)中的應(yīng)用 MATLAB 是美國 MathWorks 公司開發(fā)的大型數(shù)學(xué)計算軟件，它提供了強大的矩陣處理和繪圖功能，可信度高，靈活性好，還帶有一些強大的具有特殊功能的工具箱（ toolbox）。在電力系統(tǒng)仿真中應(yīng)用的工具箱為 Power System Blockset， 簡稱 PSB[16]。 在工程實際中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準(zhǔn)確的把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計算機，對其進行一步的分析和仿真。1900 年 MathWorks 軟件公司為 Matlab 提供了新的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具，并于1992 年正式將該軟件命名為 Simulink。表明該軟件的兩個主要功能： Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用 Simulink 提供的功能來對系統(tǒng)進行仿真或線性化分析 [5]。 Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。它支持線性形和非線性形系統(tǒng)，連接和離散時間模型，或者是兩者的混合，系統(tǒng)還可以是多采樣率的，比如系統(tǒng)的不同部分擁有不用的采樣率 [14]。 對于建模， Simulink 提供了一個圖形化的用戶界面（ GUI），可以用鼠標(biāo)點擊和拖拉模塊的圖標(biāo)建模，通過圖形界面，可以像用鉛筆在紙上畫圖一樣畫模型圖。它與傳統(tǒng)的方針軟件包用差分方程和微分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的有點。這是以前需要用編程語言明確的用公式表達微分方程的仿真軟件包遠遠不能相比的。 Simulink包括 Sources（輸入源）、 Sinks（輸出方式）、 Discrete（離散時間模型）、 Linear（線性環(huán)節(jié)）、 Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、 Connections（連接及接口）和 Extras（其他環(huán)節(jié)）等子模型庫。當(dāng)然用戶也可以定制或創(chuàng)建用戶自己的模塊 [9]。 所有模型是分級的，因此可以通過自上而下或者自下而上的方法建立模型?？梢栽谧罡邔用嫔喜榭匆粋€系統(tǒng)，然后通過雙擊系統(tǒng)中的各個模塊進入到系統(tǒng)的低一層面以查看到模塊的更多細節(jié)，這一方法提供了一個了解模型是如何組成以及它的各個部分是如何相互聯(lián)系的方法。 定 義完一個模塊以后，就可以通過 Simulink 的菜單或者在 Matlab 的命令窗口輸入命令對它進行仿真。菜單對于交互式工作是非常方便的，而命令行為方式對于處理成批的仿真比較有用，使用 Scopes 或者其它的顯示模塊，可以在運行仿真時觀察到仿真的結(jié)果。另外，還可以在仿真時改變參數(shù)并且立即就可看到有什么變化。仿真結(jié)果可以放在 Matlab 的工作區(qū)間（ workspace）中以待進一步的處理或者可視化。 模型分析可使用的工具包括可直接通過命令行方式調(diào)用的線性化和整理（ trimming）工具， Matlab 的其他各種工具，以及 所有應(yīng)用程序工具箱。因為 Matlab 和 Simulink 是集成在一起的，所以用戶可以在任何環(huán)境下的任意點對用戶的模型進行仿真、分析或修改 [20,21]。 Simulink 的模塊集與 Matlab 及其應(yīng)用工具箱相似， MathWorks 公司為 Simulink 提電力系統(tǒng)短路分析計算及仿真 22 供了模塊集。模塊集是 Simulink 模塊的集合，它們被分成不同的組。它包括 DSP 模塊集、定點運算模塊集、非線性控制模塊集以及電源體統(tǒng)模塊集。對于同步機作步進運動的數(shù)字仿真來說，電源系統(tǒng)模塊集中包含了我們所需的酥油模塊，如：電機、電源、電力電子管等部件?？梢允刮?們簡歷模型來仿真電源系統(tǒng)，該模塊用 Simulink 環(huán)境，可以通過點擊和拖拉來建立模型。不僅可以快速畫出電路的拓撲結(jié)構(gòu)，還可以建立模型進行各種參數(shù)的分析。 可以再 Simulink 中建立一個新的模型窗口，具體步驟如下： ⑴ 打開 Matlab 窗口，在其中輸入 simulink 后，打開各種 Matlab 元件庫； ⑵ 在 Simulink 窗口的 “File”中選擇新建模型， Simulink 就可以給提供一個新建窗口。 ⑶ 打開 “Simulink”和 “Power System Blockset”元件庫，從中選擇建立模型所需的器件。 從 分析可知，要建立控制部分所需器件位于 Simulink 下的 Sinks 庫中用鼠標(biāo)左鍵點中拖入模型窗口中；再在 Power System 中拖出變壓器；在 Electrical Source 中拖出所需電源；在 Connectors 中拖出 “接地 ”后，按電路原理圖的控制部分連接起來。這樣，找出測量點和測量元件就可以進行仿真 [19]。 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 5 66KV 平羅變電所仿真計算 平羅變電所總體說明 平羅鄉(xiāng)位于東陵區(qū)北部，九龍河的東岸。目前，這一地區(qū)韻用電設(shè)備為總?cè)萘繛?3,500 千瓦，其中包括電井 220 眼，裝機容量 5000 千瓦；排 水站 13 座，裝機容量 1257千瓦，飼料加工 35 處，裝機容量 1750 千瓦，農(nóng)機修配 5 處，裝機容量 300 千瓦，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè) 40 處，裝機容量為 2100 千瓦，脫谷用電 120 處，裝機容量 2021 千瓦。另外，該地區(qū)有 51 個村莊，大約 14,000 戶左右，每戶人口按第十次人口普查的每戶平均人口數(shù)計算，該地區(qū)常住人口有 5 萬余人，該地區(qū)照明用電及家用電器用電 975 干瓦。總耕地面積 155,000 畝，其中水田 34,300 畝 ,旱田 95,000 畝 ,菜田 25,700 畝。農(nóng)產(chǎn)品主要以水稻、玉米、高梁、蔬菜為主，該地區(qū)主要產(chǎn)糧、產(chǎn)菜地區(qū)，每年糧 食總產(chǎn)量為 4,450 萬斤，蔬菜總產(chǎn)量為 25,500 萬斤。新變電所的建成，可為平羅、造化、北陵三個鄉(xiāng)以及陵東鄉(xiāng)一部分地區(qū)提供電源。 目前這一地區(qū)由北陵、皇姑、范屯、光輝、新城子五座變電所供電，該地區(qū)絕大部分供電都在各個變電所的末端，距北陵變電所 26KM，距光輝變電所 20KM，距范屯變電所16KM，其距離都已超出 10KV 配電線路供電半徑的要求，由于供電半徑過長，造成線路末端電壓低劣，配電變壓器二次線路電壓只有 300V 左右，特別是在灌溉和排水季節(jié)，對末端電壓質(zhì)量影響更為嚴(yán)重，配電變壓器二次線路電壓只能達到 270V 左右．使該地區(qū) 12 臺大型排水設(shè)備不能同時使用。由此，導(dǎo)致泵站用電設(shè)備效率大大降低，提水、排水得不到保證，糧食產(chǎn)量也就不能得到充分提高。 另外，該地區(qū)地勢東高西低，西部低洼地區(qū)每年雨季一到，便積水成災(zāi)，內(nèi)水不能自排，嚴(yán)重者便無收成，東部較高地區(qū)雨過地干。水源不足，旱情嚴(yán)重，要想改變該地區(qū)的抗災(zāi)能力，只有打電井建排水站，用電力來提水和排水，目前這一地區(qū)已建成排水站 13 座，打屯井 220 眼，但是由于電壓質(zhì)量低劣，限制了該地區(qū)糧食的增長，阻礙了這一地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。 而且，該地區(qū)正在進行農(nóng)村產(chǎn)業(yè)改革，農(nóng)民們有強烈的打電 井種水稻的要求，該地區(qū)僅平羅一個鄉(xiāng)年開發(fā)水田 2 萬畝，打電井 70 眼，就現(xiàn)在電源情況看是遠遠滿足不了農(nóng)民要求的，更繁榮不了該地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟。為此，區(qū)鄉(xiāng)兩級政府提出了建變電所的要求。 平羅變電所建成后，可響應(yīng)黨的十六大的號召，發(fā)展鄉(xiāng)村工業(yè)，預(yù)計鄉(xiāng)村工業(yè)三年內(nèi)可達 1000 千瓦，隨著家用電器的普及，預(yù)計三年內(nèi)可增加 500 千瓦，負荷可達 9000千瓦。預(yù)計在三年內(nèi)要打水田井 200 眼，菜田電井 100 眼，還要建中型排水站一座，預(yù)計裝機容量可達 5500 千瓦 [10]。 新建變電所附近系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖 51 所示。 電力系統(tǒng)短路分析計算及仿真 24 圖 51 平羅變 電所供電區(qū)域負荷分布圖 工程概況： ⑴ 工程地址：新建變電所計劃在平羅村南，該地址在用電負荷中心，而且地勢平坦，送電線路計劃在成民線路上 “T”接，而且建設(shè)方便， 10KV 配電線走向方便合理，便于檢修維護。 ⑵ 送電線工程：新建變電所 66KV，送電距離 6 公里。 ⑶ 變電工程：按兩臺容量為 5000KVA 和 8000KVA 的主變設(shè)計，暫設(shè) 10KV 配出線六回，變電所一次采用入口刀閘，兩臺主變 66KV 側(cè)設(shè)斷路器保護。 系統(tǒng)電氣主接線圖見圖 52。 圖 52 系統(tǒng)電氣主接線圖 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 兩臺變壓器的參數(shù)見表 51。 表 51 主變壓器 型號表 型號 額定 容量 （ kVA） 額定電壓（ kV） 損耗（ kW） 阻抗電壓 % 空載電壓 % 連接組別