用计算机程序实现短路电流计算

基于Matlab语言实现电力系统短路电流计算 [摘要]在发电厂，变电所以及整个电力系统设计和运行的许多工作中都必须

依靠短路计算作为依据。基于Matlab最重要的组件之一Simulink中的电力元件库（SimPowerSystems）构建电力系统仿真模型，利用Simulink中的画图工具搭建电力系统模型也是进行电力系统故障分析，它让电力研究者从大量繁琐的理论分析及复杂的矩阵计算中解脱出来，让庞大的电力系统很直观的呈现在研究者的面前，从而将庞大的电力网搬进了办公室，为研究带来了巨大的便利。

[关键词]Matlab 仿真；SimPowerSystems；短路电流计算

Based on Matlab programs to achieve power system of

short-circuit current calculation

Abstract: Based on Matlab the most important component of the electrical component library (simulink.this SimPowerSystems) eletric power system simulation model. In Matlab simulation of lans power system for engineering design and maintenance to provide important basis. Also for the electric power research bring great convenience . Using Simulink tool builds the drawing power system model is of power system fault analysis of the common method. It makes power researchers from a large number of tedious theoretical analysis and complex matrix calculations in earnest. Make huge power system is very intuitive appear in front of the researchers, thus the huge power grids in the office for the study of the move has brought great convenience.

Key words: Matlab SimpowerSystems Short-circuit current calculation simulation

1 引言

工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于短路，而供电系统产生极大地危害。主要有：（1）由于短路时产生的很大的点动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件破坏；（2）短路时电路中电压要骤降，严重影响其中电气设备的正常运行；（3）短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大；（4）严重的短路要影响电力系统的运行稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；（5）不对称短路包括单相短路的两相短路，其短

路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路，电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，要避免这些后果就要进行短路计算，而短路电流计算是一项复杂而又责任重大的工作。这些工作历来由技术人员手工计算完成，误差比较难免，使一个完整的工作工作必需要分段进行，存在工作量大，调整不灵活等缺点。对此问题，用Matlab来解决时比较适当的。MATLAB 是由美国Mathworks 公司开发的大型软件。在MATLAB 软件中，包括了两大部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。在工程仿真方面，MATLAB 提供的软件支持几乎遍布各个工程领域，并且不断加以完善。在电力系统反面有专门的工具箱——SimPowerSystems，给从事电力研究的工作人员带来了巨大的便利，也给我们对短路电流的计算开启了一道便捷之门。

2 短路计算过程

用标么值进行计算。标么值是建立在不同电压等级的基础上各元件参数直接进行运算的，此法不仅方便简洁，而且计算结果可以直接进行分析。电力系统中各种电气设备如发电机、变压器的阻抗参数均是以本身额定值为基准值的标么值或百分值给出的，而在进行电力系统计算时，必须取统一的基准值，所以要将原来的以本身额定值为基准值的阻抗标么值换算到统一的基准值。一般先选定基准容量Sd和基准电压Ud。而在工程设计中通常取Sd=100MV·A，Ud =Uc,其中Uc为短路点的短路计算电压。因此， 基准电流为：

IdSd3UdSd3Uc

基准电抗为： XdUdUc2 Sd3Id*XsUC2UC2Sd1）电力系统的电抗标幺值： XS==/=

XdSocSdSocXTUk00Uc2UC2Uk00Sd*2）电力变压器的电抗标幺值： XT==/=

Xd100SNSd100SN2UCSdXWL3）电力线路的电抗标幺值： X*WL==Xol/=Xol2

SdUCXd三相短路电流周期分量有效值的标幺值：Ik(3)*UcSdIk(3)UC21==/= Id3X3UcSdXX*由此可得三相短路电流周期分量的有效值为：Ik(3)=Ik(3)*Id=

Id X*求得Ik(3)后，可求①I''(3)=I(3)=Ik(3)（其中Ik(3)为短路点短路电流的周期分量有效值）。

②1000kV·A及以下的电力变压器二次侧或在低压电路发生三相短路时

ish(3)=1.84I''(3) Ish(3)=1.09I''(3)。

③高压电路发生三相短路时：ish(3)=2.55I''(3)Ish(3)=1.51I''(3)。此处只列出了三相短路的计算方法，其他如单项短路，两相短路，两相接地短路均可由三相短路推算出。

3 用MATLAB计算短路电流的实现

如下图所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10Ⅱ型。要求求出此变电所高压10KV母线上K-1点短路和低压380V母线上K-2点短路的三相短路电流。

K-1∞电源架空线l=5km(2)SN10-10Ⅱ（1）10kv(4)S9-800(Yyn0)380kv(3)S9-800(Yyn0)K-2

3.1 短路计算内容概述

用Matlab中Simulink组件的SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，然后在12个不同的母线上设置单相单路、两相短路、两相接地短路、三相短路，然后分别运行该系统，通过测量元件获得各个母线不同短路类型的短路电流。

3.2力系统短路电流计算仿真运行

对上述已经放置好的电气元件进行接线即可完成电路图的绘制。注意在接线时，接线端点的提示，如果接线错误，提示颜色显示为红色。电路连线完成后所得电路如图3-1所示。

图3-1 系统仿真模型

3.2.1仿真参数设置

当电路图设计完成后，对其进行仿真，以达到观察交流电路中暂态变化情况。 （1） 对仿真参数进行如下设置：

开始时间(Start time)：0s 停止时间(Stop time)：0.0001s

求解程序类型(Type)选项：可变步长(Variable－step)，ode23(Bogacki－Shampine)

最大步长(Max step size)选项：自动(auto) 最小步长(Min step size)选项：自动(auto) 初始步长(Intial step size)选项：自动(auto) 相对容差(Relative tolerance)选项：1e-3 3.3.2仿真结果

（1）k-1点三相短路电流的波形如图3-2所示，其中：

黄色线是短路电流周期分量ip 紫红线是电路电流的非周期分量inp 绿色线是短路全电流ik

图

3-2

（2）k-2点三相短路电流的波形如图3-3所示

图

3-3

（3）得出波形图之后，把示波器换成Display(显示输入信号数值)。即可得具体的短路电流如下表格

三相短路容量 短路计算点 (3)(3) iI(3)shsh(3)''(3)Ik I I K-1点 3.08 3.08 3.08 7.85 4.65 K-2点 31．4 31.4 31.4 57.8 34.2

4结论

利用本方法就一实际系统进行了计算, 其计算结果列于表3-1 .从表3-1中结

果可见,这种短路电流计算的实现方法是有效的。通过使用MATLAB来进行短路电流计算,大大简化了手动计算公式的冗杂繁重和时间的减少，使得结果简明可见。

参考文献

【1】刘介才.工厂供电 [M].第二版. 北京.机械工业出版社.2009年7月. 【2】温步瀛，唐巍.电力工程基础[M].北京.中国电力出版社.2006. 【3】曹弋，刘怀，王恩荣.MATLAB教程及实训[M].北京.机械工业出版社.2008年4月

【4】钱可强，王槐德，韩满林.电气工程制图[M].北京.化学工业出版社.2004年6月

【5】李光琦.电力系统暂态分析( 第二版) 〔M j .北京: 中国电力出版社, 1995.6