兰州理工大学课程设计说明书
目录
一．任务书
二．单相短路接地电流电压计算与分析方法
2.1计算条件
2.2计算步骤
三．单相短路接地电流电压程序编制方法
3.1.程序主框图
3.2.程序代码
3.3.运行结果
四.结论
五.参考文献
六.附录
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一．任务书
本文针对以下例题进行详细的计算机算法的分析和设计。
例：如下图所示，一个环形（或称网形）网络，已知各元件的参数为：
发电机G1~G3：100MW,10.5kV,=0.86,Xd"=0.183；
变压器T1~T3：120MVA,115∕10.5kV,Us%=10.5；
线路：三条线路完全相同，长50km，电抗0.44Ω∕km；
试计算母线③单相短路后瞬时的①线路上的电流以及母线①，②的电压。
系统图
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二．单相短路接地电流电压计算与分析方法2.1计算条件1．假设系统有无限大的容量。短路后，系统母线电压能维持不变。即计算阻抗比系统阻抗要大得多。2.在计算高压电器中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽略其电阻；对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻。3.短路电流计算公式或计算图表，都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流。
1.参数计算
输电线路额定平均电压基准电压.(KV)
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2.形成三个序网的纳矩阵，并对导纳矩阵进行三角分解
正、负序网络
零序网络
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导纳矩阵
正、负序导纳矩阵：
零序导纳矩阵：
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（2）三角分解
零序：
形成R和(即因子表)。应用式计算得,和。即得==-J26.6666
得=1/-j26.6666=j0.0375
==j0.375j10=-0.375
==j0.375j10=-0.375
=-=-j33.3333-(-j26.6666)
=-j29.583334
=j0.033803
=
=j0.33803?j10+j0.3752?6.6666)j2
=-0.464791
d33=Y33-（r122d11+r232d22）
=-j20+j10.3752×26.6666+0.4647912×29.583334
=j9.859093
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=j0.101420
因子表中内容为：j0.0375，-0.375，j0.033803,-0.464791,j0.101420
正、负序：
节点导纳矩阵为:
其因子表为：j0.034426-0.172131-0.172131j0.021203-0.124263j0.118890
3.计算三序网与f点的阻抗
（1）零序
在节点③注入单位电流，即I=利用一直求得的R和D-1，按式计算电压向量，即节点③的自阻抗和互阻抗为
=
=
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（2）正、负序
在节点③注入单位电流，求单位相量即为节点③的零序自、互阻抗，即
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4.根据故障类型选择不同公式计算故障处各序电流、电压
正、负序故障分量网络
零序故障网络
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不对称短路：
（1）近似的实用计算中，对于短路故障可假设各节点短路前瞬间电压均为1。如果要求准确计算故障前的运行情况，则需要进行潮流计算。
（2）成正序、负序和零序节点导纳矩阵。发电机的正序电抗用Xd”,可计算故障后瞬时的量。发电机的负序电抗近似等于Xd”。当不考虑负荷影响时，在正、序负序网络不接入负荷阻抗。因为负荷的中性点一般不接地，所以零序无通路。
（3）形成三个序网的节点导纳矩阵后，可求得故障端点的等值阻抗。对于短路故障，只要令If=1（其余节点电流均为零），分别应用三个序网的节点导纳矩阵求解一次即可得到三个序网和f点的有关阻抗。
（4）根据不同的故障，分别利用下表列出的公式计算故障处各序电流、电压，进而合成得到单相电流、电压。
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故障种类 故障端各序电流公式 故障端口各序电压公式 单相短路
两相短路
两相短路接地
同单相短路 故障种类 故障端各序电流公式 故障端口各序电压公式 一相断线
两相断线
同一相断线 图中节点1、2的正序电压故障分量为
1、2两点的正序电压为
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1、2两节点的负序电压为
1、2两点节点的零序电压所示的零序网络求得即：
1、2两节点的三相电压为
它们的有效值为
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由此结果可知，在非故障处a相电压并不为0，而b,c相电压较故障处低
从上节点3各序电压由线路1-3三相电流为
有名值则为：
G1端电压的正序分量（故障分量）和负序分量已知，可得：
故
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由于发电机端电压的零序分量为零，故三相电压由证、负序合成。考虑到变压器为Yd1接线，所以在合成三相电压前正序分量要逆时针方向转.即
它们的有效值为
5.故障处的各序电流
?三个序网对故障点的等值阻抗
7.故障处的各序电压
计算两发电机的正序电流（故障分量）和负序电流
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三．单相短路接地电流电压程序编制方法
不对称故障计算程序框图
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3.2.程序代码
clear
ZZ(1,2)=j0.1;ZZ(1,3)=j0.1;ZZ(2,3)=j0.1;%节点i,j之间的阻抗（i
YB=[-j26.666666j10j10
j10-j33.333333j10
j10j10-j20.0];%输入节点导纳矩阵
n=3;%输入网络的节点数
k=3;%确定短路点的节点号
fori=1:n
ifi==k
II(i)=1;
else
II(i)=0;
end
end
Z(:,k)=YB\II'';
Zk=Z(:,k)%节点m的自阻抗和互阻抗
k,Ik=1/Z(k,k)
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fori=1:n
U(i)=1-Z(i,k)Ik;
end
Un=U''
fori=1:n
forj=1:n
ifi
I(i,j)=(U(i)-U(j))/ZZ(i,j);%支路电流的实用计算
ij(1)=i;ij(2)=j;
ij,Iij=I(i,j)
end
end
end
%不对称短路：
clear
ZZ1(1,2)=j0.1;ZZ1(1,3)=j0.1;
ZZ1(2,3)=j0.1;%节点m,n之间的正序阻抗（m
ZZ2(1,2)=j0.1;ZZ2(1,3)=j0.1;
ZZ2(2,3)=j0.1;%节点m,n之间的负序阻抗（m
ZZ0(1,2)=j0.2;ZZ0(1,3)=j0.2;
ZZ0(2,3)=j0.2;%节点m,n之间的零序阻抗（m
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Y1=[-j26.6266j10j10
j10-j33.2933j10
j10j10-j19.96];%输入正序网络节点导纳矩阵
Y2=[-j26.6266j10j10
j10-j33.2933j10
j10j10-j19.96];%输入负序网
%网络节点导纳矩阵
Y0=[-j30j5j5
j5-j50j5
j5j5-j10];%输入零序网络节点导纳矩阵
YY1=[-j39.96j10j10j200
j10-j59.96j100j40
j10j10-j19.9600
j2000-j300
0j4000-j60];
YY2=YY1;%输入包括发电机机端电压节点的正，负序网络节点导纳矩阵
N1=3;%输入网络的节点数
N2=5;%输入包括所有发电机节点的网络的节点数
k=3;%输入短路点的节点号
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fault=1;%输入短路类型f(3)=3;f(1)=1;f(2)=2;f(1,1)=4
%第一部分：计算所有节点的a,b,c三相电压
forp=1:N1
ifp==k
I(p)=1;
else
I(p)=0;
end
end
Z1(:,k)=Y1\I'';Zk1=Z1(:,k);%正序网络中节点m的自阻抗和互阻抗
Z2(:,k)=Y2\I'';Zk2=Z2(:,k);%负序网络中节点m的自阻抗和互阻抗
Z0(:,k)=Y0\I'';Zk0=Z0(:,k);%零序网络中节点m的自阻抗和互阻抗
iffault==1%根据故障类型选择不同的计算公式
Ik1=1/(Z1(k,k)+Z2(k,k)+Z0(k,k));
Ik2=Ik1;Ik0=Ik1;
else
iffault==2
Ik1=1/(Z1(k,k)+Z2(k,k));
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Ik2=-Ik1;Ik0=0;
else
iffault==3
Ik1=1/Z1(k,k);Ik2=0;Ik0=0;
else
iffault==4
Ik1=1/(Z1(k,k)+Z2(k,k)Z0(k,k)/(Z2(k,k)+Z0(k,k)));
Ik2=-Ik1Z0(k,k)/(Z2(k,k)+Z0(k,k));
Ik0=-Ik1Z2(k,k)/(Z2(k,k)+Z0(k,k));
end
end
end
Ik1%计算短路节点的正序电流
forp=1:N1
ifp==k
I(p)=1;
else
I(p)=0;
end
end
abs(Iabc)
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end
%第三部分：计算发电机的端电压
forp=1:N2
ifp==k
II(p)=-Ik1;
else
II(p)=0;
end
end
vv1(:,k)=YY1\II.'';
vv2(:,k)=YY2\II.'';
forp=1:N2
V1(p)=1;
end
v1=V1''+vv1(:,k);v2=vv2(:,k);v0=0;
a1=sqrt(3)/2+j0.5;a2=sqrt(3)/2-j0.5;a0=0;
form=N1+1:N2
m
Vabc=I([v1(m)v2(m)v0].[a1a2a0]).'';%考虑到变压器为Y/△-11接线
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VVabc=abs(Vabc)%VVabc表示发电机机端a,b,c三相电压的有效值机端a,b,c三相电压的有效值
end
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3.3.运行结果
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四.结论
经过MATLAB计算机算法的计算，得到的短路电流参数与手算相同，证明了相关MATLAB程序的正确性。通过两种算法的比较，计算机算法与传统手算相比较的优势不言自明。MATLAB基础及其应用是一门实践性很强的专业课，MATLAB在当今社会发展异常迅速，已经从最初的“矩阵实验室”，渗透到科学与工程计算的多个领域，在自动控制、信号处理、神经网络、模糊逻辑、小波分析等多个方向，都有着广泛的应用，因此学好MATLAB对我们非常重要。
知识，学会了怎样把课本理论知识运动到实际中去。从确定课题后开始着手准备，我查阅了很多资料。在做设计时，也复习了很多专业课的知识，发现了以前知识上存在的漏洞，这使得我的专业知识得到了巩固和提高。
经过此次设计，我深刻的感觉到了MATLAB功能的强大，尤其是它的计算能力。由于水平有限，在这次设计中遇到了不少困难，但最终还是圆满完成了此次的课程设计，这当然是与老师的教导是分不开的，借此机会对陈老师表示深深的谢意！
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五.参考文献
[1]祝淑萍等.电力系统分析课程设计与综合实验[M].中国电力出版社.2007.
[2]何仰赞、温增银.电力系统分析（上、下册）[M].华中科技大学出版社.2007.
[3]陈珩.电力系统稳态分析[M].中国电力出版社,1999.
[4]祝淑萍等.电力系统分析课程[M].中国电力出版社.2007.
[5]刘可真、陈勇.电力系统潮流计算的Matlab程序改进方法[J],科技创新导报，No.24.2008.
[6]刘卫国主编.MATLAB程序设计与应用（第二版）[M].高等教育出版社.2001.
[7]孟祥萍.电力系统分析[M],高等教育版社.2003.
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六.附录
6-1程序框图
6-2程序代码
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