【導(dǎo)讀】通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過(guò)程的分析，完成三相短路的基本計(jì)算，短路、BC相接地短路三種短路狀況。最后以一座實(shí)際的66KV變電站主接。電流隨時(shí)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(fù)、零序電流，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。要求盡量收集第一手資料，資料要真實(shí)、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(jià)值。4認(rèn)真撰寫論文，字?jǐn)?shù)在10000字以上。進(jìn)行仿真，直觀的體現(xiàn)故障的變化趨勢(shì)，為今后的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。中文摘要（關(guān)鍵詞）················································································1. 英文摘要（關(guān)鍵詞）·········································&

　　

【正文】 時(shí)，故障處的三個(gè)邊界條件為 0,0,0 ??? cba IIU ??? 用對(duì)稱分量法表示為 00002210212021?????????aaaaaaaaaIIaIaIIaIaUUU????????? 經(jīng)過(guò)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(jì)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(diǎn)電流和電壓各序分量 100122102111102)(aaaaaaaaaaIjXUIjXUIXXjIjXEUIII??????????????????????????? （ 34） 沈陽(yáng)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(shí)故障處的三個(gè)邊界條件為 cbcba UUIII ????? ???? ,0,0 （ 35） 用對(duì)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(fù)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(gè)復(fù)合序網(wǎng)可以求出 )( 211 ?? ??? XXj EI a ?? （ 38） 以及 12222112aaaaaa IjXIjXUU II ???? ???? ?????? （ 39） 故障點(diǎn)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(duì)值為 1)2( 3 acbf IIII ??? 短路點(diǎn)各相對(duì)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(diǎn)非故障相電壓為正序電壓的兩倍，而故障點(diǎn)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(jì)算及仿真 20 兩相（ b 相和 c 相）短路接地 兩相短路接地時(shí)故障處的三個(gè)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(jìn)而可得， 102020211 )//(aaaIXX XIXXXjEI??????????????? （ 314） 以及 1020202110200aaaaaaIXX XXjUUUIXX XI???????????????????? （ 315） 短路點(diǎn)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(shí)故障電流的絕對(duì)值為 1220 20)1,1( )(13 acbf IXX XXIII ?? ??????? （ 317） 短路點(diǎn)非故障相電壓 102 021 33 aaa IXX XXjUU ??? ?? ????? （ 318） 沈陽(yáng)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(guó) MathWorks 公司開發(fā)的大型數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，它提供了強(qiáng)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(qiáng)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(jiǎn)稱 PSB[16]。 在工程實(shí)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(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計(jì)算機(jī)，對(duì)其進(jìn)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(gè)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(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線性化分析 [5]。 Simulink 是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)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(duì)于建模， Simulink 提供了一個(gè)圖形化的用戶界面（ GUI），可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖拉模塊的圖標(biāo)建模，通過(guò)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(diǎn)。這是以前需要用編程語(yǔ)言明確的用公式表達(dá)微分方程的仿真軟件包遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能相比的。 Simulink包括 Sources（輸入源）、 Sinks（輸出方式）、 Discrete（離散時(shí)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(kù)。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(jí)的，因此可以通過(guò)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€(gè)系統(tǒng)，然后通過(guò)雙擊系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)入到系統(tǒng)的低一層面以查看到模塊的更多細(xì)節(jié)，這一方法提供了一個(gè)了解模型是如何組成以及它的各個(gè)部分是如何相互聯(lián)系的方法。 定 義完一個(gè)模塊以后，就可以通過(guò) Simulink 的菜單或者在 Matlab 的命令窗口輸入命令對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單對(duì)于交互式工作是非常方便的，而命令行為方式對(duì)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(yùn)行仿真時(shí)觀察到仿真的結(jié)果。另外，還可以在仿真時(shí)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(jìn)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(guò)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?yàn)?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(diǎn)對(duì)用戶的模型進(jìn)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(jì)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(diǎn)運(yùn)算模塊集、非線性控制模塊集以及電源體統(tǒng)模塊集。對(duì)于同步機(jī)作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字仿真來(lái)說(shuō)，電源系統(tǒng)模塊集中包含了我們所需的酥油模塊，如：電機(jī)、電源、電力電子管等部件?？梢允刮?們簡(jiǎn)歷模型來(lái)仿真電源系統(tǒng)，該模塊用 Simulink 環(huán)境，可以通過(guò)點(diǎn)擊和拖拉來(lái)建立模型。不僅可以快速畫出電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還可以建立模型進(jìn)行各種參數(shù)的分析。 可以再 Simulink 中建立一個(gè)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(kù)； ⑵ 在 Simulink 窗口的 “File”中選擇新建模型， Simulink 就可以給提供一個(gè)新建窗口。 ⑶ 打開 “Simulink”和 “Power System Blockset”元件庫(kù)，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(kù)中用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)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(lái)。這樣，找出測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量元件就可以進(jìn)行仿真 [19]。 沈陽(yáng)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(jì)算 平羅變電所總體說(shuō)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(jī)容量 5000 千瓦；排 水站 13 座，裝機(jī)容量 1257千瓦，飼料加工 35 處，裝機(jī)容量 1750 千瓦，農(nóng)機(jī)修配 5 處，裝機(jī)容量 300 千瓦，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè) 40 處，裝機(jī)容量為 2100 千瓦，脫谷用電 120 處，裝機(jī)容量 2021 千瓦。另外，該地區(qū)有 51 個(gè)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(jì)算，該地區(qū)常住人口有 5 萬(wàn)余人，該地區(qū)照明用電及家用電器用電 975 干瓦?？偢孛娣e 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(wàn)斤，蔬菜總產(chǎn)量為 25,500 萬(wàn)斤。新變電所的建成，可為平羅、造化、北陵三個(gè)鄉(xiāng)以及陵?yáng)|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(gè)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(guò)長(zhǎng)，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(duì)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(dá)到 270V 左右．使該地區(qū) 12 臺(tái)大型排水設(shè)備不能同時(shí)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(shì)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(wú)收成，東部較高地區(qū)雨過(guò)地干。水源不足，旱情嚴(yán)重，要想改變?cè)摰貐^(qū)的抗災(zāi)能力，只有打電井建排水站，用電力來(lái)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(zhǎng)，阻礙了這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 而且，該地區(qū)正在進(jìn)行農(nóng)村產(chǎn)業(yè)改革，農(nóng)民們有強(qiáng)烈的打電 井種水稻的要求，該地區(qū)僅平羅一個(gè)鄉(xiāng)年開發(fā)水田 2 萬(wàn)畝，打電井 70 眼，就現(xiàn)在電源情況看是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)。為此，區(qū)鄉(xiāng)兩級(jí)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(hào)召，發(fā)展鄉(xiāng)村工業(yè)，預(yù)計(jì)鄉(xiāng)村工業(yè)三年內(nèi)可達(dá) 1000 千瓦，隨著家用電器的普及，預(yù)計(jì)三年內(nèi)可增加 500 千瓦，負(fù)荷可達(dá) 9000千瓦。預(yù)計(jì)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(jì)裝機(jī)容量可達(dá) 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(jì)算及仿真 24 圖 51 平羅變 電所供電區(qū)域負(fù)荷分布圖 工程概況： ⑴ 工程地址：新建變電所計(jì)劃在平羅村南，該地址在用電負(fù)荷中心，而且地勢(shì)平坦，送電線路計(jì)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(hù)。 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(tái)容量為 5000KVA 和 8000KVA 的主變?cè)O(shè)計(jì)，暫設(shè) 10KV 配出線六回，變電所一次采用入口刀閘，兩臺(tái)主變 66KV 側(cè)設(shè)斷路器保護(hù)。 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(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 兩臺(tái)變壓器的參數(shù)見表 51。 表 51 主變壓器 型號(hào)表 型號(hào) 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