电力系统故障的分析与仿真.docx

电力系统故障的分析与仿真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，并根据曲线进行比拟分析得出结论。本设计建立了简单电力系统，并对其重要参数进行分析比拟，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；系统越复杂那么稳定性越好;阻抗越小那么电网强度越大等结论。关键词：电力系统；暂态；短路；PSCAD/EMTDCPowersystemfaultanalysisandsimulationAbstractheelectricalpowersystemnormaloperationdestructionismostlycausedbytheshortcircuitfailure.Forexample,thegreatshort-circuitcurrentenabletheelementmangle,thevoltagetoplummetcreatesthesystemsolutioncrackevencollapse,interferetoperipheryequipmentandsoon.Whentheshortcircuitoccurs,conditionofthesystemfromonechangetoanother,andconcomitancehasthecomplexelectromagnetismtransitionconditionphenomenon.Thereforeitisnecessitytocarryontheanalysistotheelectricalpowersystemofelectromagnetismtransitioncondition.ThisdesignusesthePSCADsoftwareestablishingelectricalpowersystemmodel,including:Transformermodel,synchronousgeneratormodel,transmissionlinemodel,loadmodelandsoon.Eachmodelbuildsintogether,thusobtainsthesimulationmodelwhichcorrespondswiththemathematicalmodel.CarryontheanalogcomputationusingEMTDC,andobtaineachparametercurve,explainthechangesituationofeachparameter,andcarryonthecomparativeanalysisaccordingtothecurvetodrawtheconclusion.Thisdesignhasestablishedthesimpleelectricalpowersystemandcarriesontheanalysiscomparisontoitsimportantparameter,educetheconclusionsthatthethree-phaseshortcircuitisthemostseriousshortcircuit,inturnnextistwodockingshortcircuits,thesingle-phaseshortcircuitandtwoshort-circuits;Theelectricalpowersystemisintricaterthenthestabilityisbetter;TheimpedanceissmallerthentheelectricalnetworkintensityisbiggerandsoonKeywords：Electricalpowersystem；transient；Shortcircuit；PSCAD/EMTDC目录摘要IAbstractI引言1第一章电力系统分析11.1 电力系统分析简介11.2 电力系统稳态分析11.3 电力系统故障分析11.4 电力系统暂态分析2第二章电力系统故障的类型32.1 根本概念3短路产生的原因32.1.2短路的后果32.2 短路故障类型42.2.1 三相短路42.2.2 两相短路接地82.2.3 两相短路92.2.4 单相短路10第三章PSCAD/EMTDC软件133.1 PSCAD/EMTDC软件功能简介133.1.1 PSCAD/EMTDC软件简介133.1.2 PSCAD/EMTDC功能简介133.1.3 PSCAD/EMTDC主要特点143.2 PSCAD/EMTDC模块介绍153.2.1 文件管理系统151 .建模(DRAFT)模块153 .运行(RUNTlME)模块16第四章电磁暂态数学模型的建立174.1 输电线数学模型的建立174.1.1 输电线数学模型174.1.2 输电线模型建立204.2 同步发电机数学模型的建立204.2.1 同步发电机数学模型204.2.2 同步机模型建立264.3 变压器数学模型的建立264.3.1 变压器数学模型264.4 电力系统数学模型的建立304.4.1 电力系统数学模型304.4.2 电力系统模型的建立315. 1三相短路故障仿真315.2 两相短路接地故障仿真325.3 两相短路故障仿真325.4 单相短路故障仿真335.5 仿真结果分析335.5.1 分析各种短路的相同点和区别33阻抗对电网强度的影响355.6 故障引起的过电压的影响分析35跳闸于非故障线路的过电压35跳闸于故障线路的过电压36总结365.7 改善系统的运行方式37励磁系统37结论37参考文献38致谢38引言电力工业是国民经济开展的根底工业。随着经济建设的开展，发电设备的容量也在相应增大。为了更好的保证平安运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑任何电力系统故障的情况，并加以研究。电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。在供电系统中，短路冲击电流会使两相邻导体间产生巨大的电动力，使元件损坏；大的短路电流将使导体温度急剧上升，会使元件烧毁；阻抗电压大幅下降，影响系统稳定性。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电磁暂态进行研究。本设计利用PSCAD软件建立了简单电力系统的仿真模型。简单电力系统模型包括：同步发电机模型、负荷模型等。通过此次设计进一步稳固和加强了四年来所学的知识，并得到了实际工作经验。设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了四年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的根底。由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多缺乏，但在指导老师和学院大力支持和帮助下，己有相当大的改良，在此表示衷心的感谢。第一章第一章电力系统分析1. 11.1电力系统分析简介运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术措施。电力系统分析包括稳态分析、故障分析和暂态分析三方面内容。1.2 1.2电力系统稳态分析主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括系统有功功率和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制问题。潮流计算是进行电力系统稳态分析的主要方法。潮流计算的结果可以给出电力系统稳态运行方式下各节点电压相量和各支路功率分布。通过调整系统运行方式的给定条件，进行必要的潮流计算，可以研究并从中选择经济上合理、技术上可行、平安可靠的正常方式，及时发现电力网元件如变压器和线路过负荷、母线电压越限等异常工况并做出适当处理。潮流计算还给出电力网的功率损耗，便于进行网损分析，并进一步制定降低网损的措施。潮流计算还可用于电力系统事故预想，通过模拟发电厂、线路、变压器等元件的开断，分析其引起潮流分布的相应改变，确定事故影响的程度和防止事故扩大的措施。潮流计算也用于输电线路工频过电压研究和调相、调压分析，为确定超高压线路并联补偿容量、变压器可调分接头设置、发电机额定功率因数等系统规划设计的主要参数以及线路绝缘水平提供局部依据。潮流计算还是考虑负荷电流的短路电流计算和稳定计算的根底，为这些计算提供初始运行方式1.3 1.3电力系统故障分析主要研究电力系统中发生单一或多重故障时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。短路电流计算是故障分析的主要内容。短路电流计算的目的，是通过计算短路电流大小，确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数，整定继电保护，分析系统中正序、负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响等。电力系统可能发生多重复杂故障的异常工况，如输电线路一点单相接地，同时一侧断路器单相跳开即是一种同时发生的二重复杂故障。复杂故障短路电流的计算对分析电力系统事故、校验继电保护装置整定、分析系统中故障电流的分布等有重要作用。1.4 1.4电力系统暂态分析主要研究系统受到扰动后电磁和机电暂态过程，包括电磁暂态和机电暂态过程。电磁暂态过程的分析。主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，一次与二次系统相互作用的控制暂态过程，以及电力电子设备的快速暂态过程，为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合和过电压保护的选择，降低或限制电力系统过电压技术措施的制定，以及电力电子控制设备的设计提供依据卬。机电暂态过程分析。主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除或投入线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。为选择规划设计中电力系统的网络结构，校验和分析运行中电力系统的稳定性能和稳定破坏事故，制定防止稳定破坏的措施提供依据。静态稳定分析是研究电力系统受到小扰动后的稳定性能，为确定输电系统的输送功率，分析静态稳定破坏和低频振荡事故的原因，选择发电机励磁调节系统、电力系统稳定器和其他控制调节装置的型式和参数提供依据。第二章第二章电力系统故障的类型2. 12.1根本概念短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。几种短路的简略记号：表2-1短路记号短路类型代表符号三相短路二相短路单相短路二相短路接地断相故障：电力系统一相断开或两相断开的情况，属于不对称性故障。断相种类:一相断开和两相断开。复杂故障：电力系统的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况。2.1.l短路产生的原因产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷开展成短路等；气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器的动作，架空线路由于大风