电气专业毕业设计论文.doc
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电气专业毕业设计论文,2.3万字82页摘要:电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的，如大的短路电流使元件破损，电压的骤降造成系统解裂甚至崩溃，对周围设备的电磁干扰等。发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。所以有必要对电力系统发生故障时的电磁暂态进行分析。本设计利用pscad软件建立相关的电力系统模型，...
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2.3万字 82页
摘 要:
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的，如大的短路电流使元件破损，电压的骤降造成系统解裂甚至崩溃，对周围设备的电磁干扰等。发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。所以有必要对电力系统发生故障时的电磁暂态进行分析。
本设计利用PSCAD软件建立相关的电力系统模型，包括：变压器模型、同步发电机模型、输电线模型、负荷模型等。把各个模型搭建在一起，从而得到与数学模型相对应的仿真模型。利用EMTDC进行模拟计算，并得到各个参数的曲线，说明各个参数的变化情况，并根据曲线进行比较分析得出结论。
本设计建立了简单电力系统和复杂电力系统，并对其重要参数进行分析比较，得出了三相短路是最严重的短路，其次依次是两相接地短路、单相短路和两相短路；系统越复杂则稳定性越好；阻抗越小则电网强度越大等结论。
关键词：电力系统；暂态；短路 ；PSCAD/EMTDC
目 录
引言…………………………………………………………………………………………1
第一章 绪论 ………………………………………………………………………………2
1．1 电力系统分析简介 ………………………………………………………………2
1．1．1 电力系统稳态分析 ………………………………………………………2
1．1．2 电力系统故障分析 ………………………………………………………2
1．1．3 电力系统暂态分析 ………………………………………………………3
第二章 电力系统电磁暂态基本理论 ……………………………………………………4
2．1 基本概念 …………………………………………………………………………4
2．1．1 短路产生的原因 …………………………………………………………4
2．1．2 短路的后果 ………………………………………………………………4
2．2 短路故障类型 ……………………………………………………………………4
2．2．1 三相短路 …………………………………………………………………5
2．2．2 两相短路接地 ……………………………………………………………9
2．2．3 两相短路 ………………………………………………………………11
2．2．4 单相短路 ………………………………………………………………12
2．3 电磁暂态过程计算的基本解法…………………………………………………14
第三章 PSCAD/EMTDC软件介绍 ……………………………………………………16
3．1 PSCAD/EMTDC软件功能简介…………………………………………………16
3．1．1 PSCAD/EMTDC软件简介 ……………………………………………16
3．1．2 PSCAD／EMTDC的功能 …………………………………………………16
3．1．3 PSCAD／EMTDC主要特点 ………………………………………………17
3．2 PSCAD/EMTDC模块介绍 …………………………………………………………18
3．2．1 文件管理系统 …………………………………………………………18
3．2．2 各种模块简介 …………………………………………………………19
第四章 电力系统电磁暂态数学模型建立………………………………………………21
4．1 输电线数学模型的建立…………………………………………………………21
4．1．1 输电线数学模型 ………………………………………………………21
4．1．2 输电线模型建立 ………………………………………………………25
4．2 同步发电机数学模型的建立 …………………………………………………26
4．2．1 同步发电机数学模型 …………………………………………………26
4．2．2 同步机模型建立 ………………………………………………………32
4．3 变压器数学模型的建立 ………………………………………………………34
4．3．1 变压器数学模型 ………………………………………………………34
4．3．2 变压器模型的建立 ……………………………………………………41
4．4 电力系统数学模型的建立 ……………………………………………………42
4．4．1 电力系统数学模型 ……………………………………………………42
4．4．2 电力系统模型的建立 …………………………………………………42
第五章 单机无穷大电力系统电磁暂态仿真 …………………………………………44
5．1 三相短路故障仿真 ……………………………………………………………44
5．2 两相短路接地故障仿真 ………………………………………………………47
5．3 两相短路故障仿真 ……………………………………………………………51
5．4 单相短路故障仿真 ……………………………………………………………54
5．5 仿真结果分析 …………………………………………………………………58
5．5．1 分析各种短路的相同点和区别 ………………………………………58
5．5．2 阻抗对电网强度的影响 ………………………………………………59
第六章 复杂电力系统电磁暂态仿真 …………………………………………………63
6．1 三相短路故障仿真 ……………………………………………………………63
6．2 两相短路接地故障仿真 ………………………………………………………66
6．3 两相短路故障仿真 ……………………………………………………………69
6．4 单相短路故障仿真 ……………………………………………………………72
6．5 仿真结果分析 …………………………………………………………………75
结论………………………………………………………………………………………76
参考文献…………………………………………………………………………………77
结 论
本设计主要研究的是电网的短路类型和参数发生改变时，短路故障对电网的影响。本论文主要是以简单系统和复杂系统在暂态时的仿真计算为例，分别对电力系统在发生短路时的重要参量进行了仿真计算，并且对其仿真结果作了详细的分析。
本设计主要是用PSCAD/EMTDC软件对四种短路进行仿真模拟计算，得出短路点、同步发电机、电力系统的电压和电流等重要参数的仿真图形并进行比较，相对于书本上建立数学模型解数学方程的方法来说直观、易懂。由于实际的电力系统很大，受软件功能局限，并不能仿真出整个电力系统模型，所以本设计中的仿真计算结果与实际数据还有一些出入，但是其参数变化情况基本一致。
设计中的仿真计算结果表明，当电网参数改变时，电力系统的安全运行直接受到影响，即当电网阻抗增加时，电网的稳定性下降，电网的强度减弱，受短路的影响较大；结果还表明，当发生三相短路时对系统危害最大，其次是两相接地短路，再次是单相接地短路，最后是两相相间短路；还得出复杂系统比简单系统稳定的结论。
参考文献
[1] 程中智，张克让等 .中国电力百科全书-电力系统卷 .北京. 中国电力出版社.2000：99-101,382-385
[2] 刘万顺 .电力系统故障分析.水利中国电力出版社.1986：139-163
[3] 何仰赞 .电力系统分析.武汉.华中科技大学出版社.2002：133-159,202-212
[4] 韦刚.电力系统分析要点与习题.北京.中国电力出版社.2004：191-213
[5] 张广溢，郭前岗.电机学.重庆.重庆大学出版社.2002：175-178
[6] H.W.Dommel. 李永在等译.电力系统电磁暂态计算理论.加拿大.水利电力出版社.1986：1-6
[7] Lou van der Sluis.王一宇等译.电力系统暂态.北京.中国电力出版社.
2006：24-56
[8] 陈亚民.电力系统计算程序及其实现.水利电力出版社.1991：67-98
[9] Roger C.Dugan,MarkF.McGranaghan,H.Wayne beaty. Electrical Power Systems Quality . McGraw-hill.1996：97-111
[10] Hadi Saadat . Power System Analysis . McGraw-hill.1999：48-101
[11] Jan Machowski,janusz W.Bialek,james R.Bumby . POWER SYSTEM DYNAMICS AND STABILITY. MILEY. 1997：22-87
[12] Electric Power Research Institute . Power System Technology . IEEE. 1999 ：692-695
摘 要:
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的，如大的短路电流使元件破损，电压的骤降造成系统解裂甚至崩溃，对周围设备的电磁干扰等。发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。所以有必要对电力系统发生故障时的电磁暂态进行分析。
本设计利用PSCAD软件建立相关的电力系统模型，包括：变压器模型、同步发电机模型、输电线模型、负荷模型等。把各个模型搭建在一起，从而得到与数学模型相对应的仿真模型。利用EMTDC进行模拟计算，并得到各个参数的曲线，说明各个参数的变化情况，并根据曲线进行比较分析得出结论。
本设计建立了简单电力系统和复杂电力系统，并对其重要参数进行分析比较，得出了三相短路是最严重的短路，其次依次是两相接地短路、单相短路和两相短路；系统越复杂则稳定性越好；阻抗越小则电网强度越大等结论。
关键词：电力系统；暂态；短路 ；PSCAD/EMTDC
目 录
引言…………………………………………………………………………………………1
第一章 绪论 ………………………………………………………………………………2
1．1 电力系统分析简介 ………………………………………………………………2
1．1．1 电力系统稳态分析 ………………………………………………………2
1．1．2 电力系统故障分析 ………………………………………………………2
1．1．3 电力系统暂态分析 ………………………………………………………3
第二章 电力系统电磁暂态基本理论 ……………………………………………………4
2．1 基本概念 …………………………………………………………………………4
2．1．1 短路产生的原因 …………………………………………………………4
2．1．2 短路的后果 ………………………………………………………………4
2．2 短路故障类型 ……………………………………………………………………4
2．2．1 三相短路 …………………………………………………………………5
2．2．2 两相短路接地 ……………………………………………………………9
2．2．3 两相短路 ………………………………………………………………11
2．2．4 单相短路 ………………………………………………………………12
2．3 电磁暂态过程计算的基本解法…………………………………………………14
第三章 PSCAD/EMTDC软件介绍 ……………………………………………………16
3．1 PSCAD/EMTDC软件功能简介…………………………………………………16
3．1．1 PSCAD/EMTDC软件简介 ……………………………………………16
3．1．2 PSCAD／EMTDC的功能 …………………………………………………16
3．1．3 PSCAD／EMTDC主要特点 ………………………………………………17
3．2 PSCAD/EMTDC模块介绍 …………………………………………………………18
3．2．1 文件管理系统 …………………………………………………………18
3．2．2 各种模块简介 …………………………………………………………19
第四章 电力系统电磁暂态数学模型建立………………………………………………21
4．1 输电线数学模型的建立…………………………………………………………21
4．1．1 输电线数学模型 ………………………………………………………21
4．1．2 输电线模型建立 ………………………………………………………25
4．2 同步发电机数学模型的建立 …………………………………………………26
4．2．1 同步发电机数学模型 …………………………………………………26
4．2．2 同步机模型建立 ………………………………………………………32
4．3 变压器数学模型的建立 ………………………………………………………34
4．3．1 变压器数学模型 ………………………………………………………34
4．3．2 变压器模型的建立 ……………………………………………………41
4．4 电力系统数学模型的建立 ……………………………………………………42
4．4．1 电力系统数学模型 ……………………………………………………42
4．4．2 电力系统模型的建立 …………………………………………………42
第五章 单机无穷大电力系统电磁暂态仿真 …………………………………………44
5．1 三相短路故障仿真 ……………………………………………………………44
5．2 两相短路接地故障仿真 ………………………………………………………47
5．3 两相短路故障仿真 ……………………………………………………………51
5．4 单相短路故障仿真 ……………………………………………………………54
5．5 仿真结果分析 …………………………………………………………………58
5．5．1 分析各种短路的相同点和区别 ………………………………………58
5．5．2 阻抗对电网强度的影响 ………………………………………………59
第六章 复杂电力系统电磁暂态仿真 …………………………………………………63
6．1 三相短路故障仿真 ……………………………………………………………63
6．2 两相短路接地故障仿真 ………………………………………………………66
6．3 两相短路故障仿真 ……………………………………………………………69
6．4 单相短路故障仿真 ……………………………………………………………72
6．5 仿真结果分析 …………………………………………………………………75
结论………………………………………………………………………………………76
参考文献…………………………………………………………………………………77
结 论
本设计主要研究的是电网的短路类型和参数发生改变时，短路故障对电网的影响。本论文主要是以简单系统和复杂系统在暂态时的仿真计算为例，分别对电力系统在发生短路时的重要参量进行了仿真计算，并且对其仿真结果作了详细的分析。
本设计主要是用PSCAD/EMTDC软件对四种短路进行仿真模拟计算，得出短路点、同步发电机、电力系统的电压和电流等重要参数的仿真图形并进行比较，相对于书本上建立数学模型解数学方程的方法来说直观、易懂。由于实际的电力系统很大，受软件功能局限，并不能仿真出整个电力系统模型，所以本设计中的仿真计算结果与实际数据还有一些出入，但是其参数变化情况基本一致。
设计中的仿真计算结果表明，当电网参数改变时，电力系统的安全运行直接受到影响，即当电网阻抗增加时，电网的稳定性下降，电网的强度减弱，受短路的影响较大；结果还表明，当发生三相短路时对系统危害最大，其次是两相接地短路，再次是单相接地短路，最后是两相相间短路；还得出复杂系统比简单系统稳定的结论。
参考文献
[1] 程中智，张克让等 .中国电力百科全书-电力系统卷 .北京. 中国电力出版社.2000：99-101,382-385
[2] 刘万顺 .电力系统故障分析.水利中国电力出版社.1986：139-163
[3] 何仰赞 .电力系统分析.武汉.华中科技大学出版社.2002：133-159,202-212
[4] 韦刚.电力系统分析要点与习题.北京.中国电力出版社.2004：191-213
[5] 张广溢，郭前岗.电机学.重庆.重庆大学出版社.2002：175-178
[6] H.W.Dommel. 李永在等译.电力系统电磁暂态计算理论.加拿大.水利电力出版社.1986：1-6
[7] Lou van der Sluis.王一宇等译.电力系统暂态.北京.中国电力出版社.
2006：24-56
[8] 陈亚民.电力系统计算程序及其实现.水利电力出版社.1991：67-98
[9] Roger C.Dugan,MarkF.McGranaghan,H.Wayne beaty. Electrical Power Systems Quality . McGraw-hill.1996：97-111
[10] Hadi Saadat . Power System Analysis . McGraw-hill.1999：48-101
[11] Jan Machowski,janusz W.Bialek,james R.Bumby . POWER SYSTEM DYNAMICS AND STABILITY. MILEY. 1997：22-87
[12] Electric Power Research Institute . Power System Technology . IEEE. 1999 ：692-695
