电力系统短路故障分析的MATLAB辅助程序设计-短路计算程序(共28页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上电力系统短路故障分析的MATLAB辅助程序设计电力系统短路故障可分为三相对称短路故障(three-phase balanced faults)和不对称短路故障(unbalanced faults )。不对称短路故障又分为单相接地短路故障(single line-to-ground fault)、两相短路故障 (line-to-line fault)以及两相接地短路故障(double line-to-ground fault)。根据故障分析结果可以对继电保护装置、自动装置进行整定计算，我们可以建立算法来形成节点阻抗矩阵,利用节点阻抗矩阵来计算短路故障情况下的节点电压和线

2、路电流。一、三相对称短路故障进行三相短路计算需要两个程序：zbuild / zbuildpi和symfault程序 ，zbuild、zbuildpi用来在MATLAB中形成节点阻抗矩阵，symfault用来计算三相对称故障。Zbus=zbuild(zdata) 这里的参数zdata是一个(e×4)阶矩阵，e是拓扑图的总支路数目。第一列和第二列为元素两端的节点编号，第三列和第四列分别是线路的电阻、电抗的标幺值。连接在0节点和发电机节点之间的发电机阻抗可能是次暂态电抗、暂态电抗或同步电抗，而且这个矩阵中还包含并联电抗器和负荷阻抗。Zbus=zbuildpi(linedata,gendat

3、a,yload) 这个函数与潮流计算程序是相容的，第一个参数linedata与潮流计算程序中的文件是一致的。第一列和第二列为节点编号；第三列到第五列分别是线路的电阻、电抗以及1/2线路电纳值，这三项都为在统一基准容量下的标幺值；最后一列是变压器分接头位置，对线路来说，必须输入1；线路无输入顺序。发电机参数不包含在Linedata参数中，而是包含在第二个参数gendata中，gendata是一个g×4阶矩阵,g是发电机总数。第一列和第二列为0节点、发电机节点编号，第三列和第四列为发电机的暂态电阻和暂态电抗。最后一个参数yload是可选择的，这个矩阵有两列，第一列为节点编号，第二列为复数

4、导纳值，yload可以由潮流程序lfguss，lfnewton或者decouple自动生成。Zbuild和 zbuildpi两个函数可以通过建立算法求出节点阻抗矩阵。首先添加所有与参考节点相连的树支，然后添加其余的树支，最后添加共轭连支。程序symfault(zdata,Zbus,V)用来计算三相对称故障，程序要求输入zdata和Zbus两个矩阵，第三个参数V是可选的。如果V不存在，程序将默认故障前所有的节点电压标幺值为1.0，如果变量V存在，那么V包括节点编号和复数电压值。电压向量V也可以由潮流计算程序自动生成。当symfault程序运行时，用户要输入故障节点编号和故障阻抗，运行可得到总的故

5、障电流，节点电压幅值以及故障情况下的线路电流。在三相短路计算中，zbuild 和symfault程序，zbuildpi和symfault程序都可以进行计算，下面是三相短路计算使用的程序代码：（1）Zbuild.m程序代码：function Zbus = zbuild(linedata)nl = linedata(:,1); nr = linedata(:,2); R = linedata(:,3);X = linedata(:,4);nbr=length(linedata(:,1); nbus = max(max(nl), max(nr);for k=1:nbr if R(k) = inf |

6、 X(k) =inf R(k) = ; X(k) = ;%无穷 else, endend ZB = R + j*X;Zbus = zeros(nbus, nbus);tree=0; %从参考总线0上添加一个分支 for I = 1:nbr ntree(I) = 1; if nl(I) = 0 | nr(I) = 0 if nl(I) = 0 n = nr(I); elseif nr(I) = 0 n = nl(I); end if abs(Zbus(n, n) = 0 Zbus(n,n) = ZB(I);tree=tree+1; %new else Zbus(n,n) = Zbus(n,n)*

7、ZB(I)/(Zbus(n,n) + ZB(I); end ntree(I) = 2; else,end end% 添加一个新总线分支到现有总线上while tree < nbus for n = 1:nbus nadd = 1; if abs(Zbus(n,n) = 0 for I = 1:nbr if nadd = 1; if nl(I) = n | nr(I) = n if nl(I) = n k = nr(I); elseif nr(I) = n k = nl(I); end if abs(Zbus(k,k) = 0 for m = 1:nbus if m = n Zbus(m,

8、n) = Zbus(m,k); Zbus(n,m) = Zbus(m,k); else, end end Zbus(n,n) = Zbus(k,k) + ZB(I); tree=tree+1; nadd = 2; ntree(I) = 2; else, end else, end else, end end else, endend end %增加两个原有总线间的支路阻抗 for n = 1:nbus for I = 1:nbr if ntree(I) = 1 if nl(I) = n | nr(I) = n if nl(I) = n k = nr(I); elseif nr(I) = n k

9、 = nl(I); end DM = Zbus(n,n) + Zbus(k,k) + ZB(I) - 2*Zbus(n,k); for jj = 1:nbus AP = Zbus(jj,n) - Zbus(jj,k); for kk = 1:nbus AT = Zbus(n,kk) - Zbus(k, kk); DELZ(jj,kk) = AP*AT/DM; end end Zbus = Zbus - DELZ; ntree(I) = 2; else,end else,end end end（2）Zbuildpi.m程序代码：% This program forms the complex b

10、us impedance matrix by the method% of building algorithm. Bus zero is taken as reference.% This program is compatible with power flow data. function Zbus, linedata = zbuildpi(linedata, gendata, yload)ng=length(gendata(:,1);nlg=gendata(:,1);nrg=gendata(:,2); zg= gendata(:,2) + j*gendata(:,3);nl = lin

11、edata(:,1); nr = linedata(:,2); R = linedata(:,3);X = linedata(:,4);nbr=length(linedata(:,1); nbus = max(max(nl), max(nr);nc = length(linedata(1,:);for k=1:nbr if R(k) = inf | X(k) = inf R(k) = ; X(k) = ; else, endend if nc > 4BC = linedata(:,5); for n = 1:nbus yc(n) = 0; nlc(n) = 0; nrc(n) = n;

12、for k = 1:nbr if nl(k) = n | nr(k) = n yc(n) = yc(n) + j*BC(k); else, end end endelseif nc=4 yc= zeros(1, nbr); endnlc=nlc' nrc=nrc' yc=yc.'ZB = R + j*X;if exist('yload') = 1 yload = yload.' yc =yc + yload;else, endm = 0;for n = 1:nbus if abs(yc(n) =0 m=m+1; nlcc(m) = nlc(n);

13、 nrcc(m) = nrc(n); zc(m) = 1/yc(n); else, endendnlcc=nlcc' nrcc=nrcc' zc=zc.'nl=nlg; nlcc; nl; nr = nrg; nrcc; nr; ZB = zg; zc; ZB;linedata=nl nr real(ZB) imag(ZB);nbr= length(nl);Zbus = zeros(nbus, nbus);tree=0; %从参考总线0上添加一个分支 for I = 1:nbr ntree(I) = 1; if nl(I) = 0 | nr(I) = 0 if nl(I

14、) = 0 n = nr(I); elseif nr(I) = 0 n = nl(I); end if abs(Zbus(n, n) = 0 Zbus(n,n) = ZB(I); tree=tree+1; else Zbus(n,n) = Zbus(n,n)*ZB(I)/(Zbus(n,n) + ZB(I); end ntree(I) = 2; else,end end % 添加一个新总线分支到现有总线上while tree < nbus for n = 1:nbus nadd = 1; if abs(Zbus(n,n) = 0 for I = 1:nbr if nadd = 1 if

15、nl(I) = n | nr(I) = n if nl(I) = n k = nr(I); elseif nr(I) = n k = nl(I); end if abs(Zbus(k,k) = 0 for m = 1:nbus if m = n Zbus(m,n) = Zbus(m,k); Zbus(n,m) = Zbus(m,k); else, end end Zbus(n,n) = Zbus(k,k) + ZB(I); tree=tree+1; nadd = 2; ntree(I) = 2; else, end else, end else, end end else, endendend

16、 %增加两个原有总线间的支路阻抗 for n = 1:nbus for I = 1:nbr if ntree(I) = 1 if nl(I) = n | nr(I) = n if nl(I) = n k = nr(I); elseif nr(I) = n k = nl(I); end DM = Zbus(n,n) + Zbus(k,k) + ZB(I) - 2*Zbus(n,k); for jj = 1:nbus AP = Zbus(jj,n) - Zbus(jj,k); for kk = 1:nbus AT = Zbus(n,kk) - Zbus(k, kk); DELZ(jj,kk) =

17、AP*AT/DM; end end Zbus = Zbus - DELZ; ntree(I) = 2; else,end else,end end end（3）symfault.m程序代码：% 此程序用来计算电网的三相对称故障% 计算前需要用户生成节点阻抗矩阵% 节点阻抗矩阵可由函数Zbus = zbuild(zdata)生成%此程序需要用户按提示输入短路节点编号和过度电阻Zf% 向量V是可选参数，包含节点编号和复数电压%V可由潮流程序lfgauss, lfnewton,decouple自动生成. % 如果V不存在，程序将默认故障前所有的节点电压标幺值为1.0% 程序可得到总的故障电流, 节点

18、电压幅值及输电线路的电流function symfaul(zdata, Zbus, V) nl = zdata(:,1); nr = zdata(:,2); R = zdata(:,3);X = zdata(:,4);nc = length(zdata(1,:); if nc > 4 BC = zdata(:,5); elseif nc =4, BC = zeros(length(zdata(:,1), 1); endZB = R + j*X;nbr=length(zdata(:,1); nbus = max(max(nl), max(nr);if exist('V')

19、= 1 if length(V) = nbus V0 = V; else, endelse, V0 = ones(nbus, 1) + j*zeros(nbus, 1);endfprintf('Three-phase balanced fault analysis n')ff = 999;while ff > 0nf = input('Enter Faulted Bus No. -> '); rtn=isempty(nf); if rtn=1; nf=-1; end while nf <= 0 | nf > nbus fprintf(&#

20、39;Faulted bus No. must be between 1 & %g n', nbus) nf = input('Enter Faulted Bus No. -> '); rtn=isempty(nf); if rtn=1; nf=-1; end endrtz=1; while rtz=1 fprintf('nEnter Fault Impedance Zf = R + j*X in ') Zf = input('complex form (for bolted fault enter 0). Zf = ');

21、 rtz=isempty(Zf); endfprintf(' n')fprintf('Balanced three-phase fault at bus No. %gn', nf) If = V0(nf)/(Zf + Zbus(nf, nf);Ifm = abs(If); Ifmang=angle(If)*180/pi;fprintf('Total fault current = %8.4f per unit nn', Ifm)%fprintf(' p.u. nn', Ifm)fprintf('Bus Voltages d

22、uring fault in per unit nn')fprintf(' Bus Voltage Anglen')fprintf(' No. Magnitude degreesn') for n = 1:nbus if n=nf Vf(nf) = V0(nf)*Zf/(Zf + Zbus(nf,nf); Vfm = abs(Vf(nf); angv=angle(Vf(nf)*180/pi; else, Vf(n) = V0(n) - V0(n)*Zbus(n,nf)/(Zf + Zbus(nf,nf); Vfm = abs(Vf(n); angv=an

23、gle(Vf(n)*180/pi; end fprintf(' %4g', n), fprintf('%13.4f', Vfm),fprintf('%13.4fn', angv) end fprintf(' n') fprintf('Line currents for fault at bus No. %gnn', nf)fprintf(' From To Current Anglen')fprintf(' Bus Bus Magnitude degreesn') for n= 1:

24、nbus for I = 1:nbr if nl(I) = n | nr(I) = n if nl(I) =n k = nr(I); elseif nr(I) = n k = nl(I); end if k=0 Ink = (V0(n) - Vf(n)/ZB(I); Inkm = abs(Ink); th=angle(Ink); if real(Ink) > 0 fprintf(' G '), fprintf('%7g',n), fprintf('%12.4f', Inkm) fprintf('%12.4fn', th*18

25、0/pi) elseif real(Ink) =0 & imag(Ink) < 0 fprintf(' G '), fprintf('%7g',n), fprintf('%12.4f', Inkm) fprintf('%12.4fn', th*180/pi) else, end Ign=Ink; elseif k = 0 Ink = (Vf(n) - Vf(k)/ZB(I)+BC(I)*Vf(n); Inkm = abs(Ink); th=angle(Ink); if real(Ink) > 0 fprintf

26、('%7g', n), fprintf('%10g', k), fprintf('%12.4f', Inkm), fprintf('%12.4fn', th*180/pi) elseif real(Ink) =0 & imag(Ink) < 0 fprintf('%7g', n), fprintf('%10g', k), fprintf('%12.4f', Inkm), fprintf('%12.4fn', th*180/pi) else, end el

27、se, end else, end end if n=nf fprintf('%7g',n), fprintf(' F'), fprintf('%12.4f', Ifm) fprintf('%12.4fn', Ifmang) else, endend resp=0; while strcmp(resp, 'n')=1 & strcmp(resp, 'N')=1 & strcmp(resp, 'y')=1 & strcmp(resp, 'Y')=

28、1 resp = input('Another fault location? Enter ''y'' or ''n'' within single quote -> '); if strcmp(resp, 'n')=1 & strcmp(resp, 'N')=1 & strcmp(resp, 'y')=1 & strcmp(resp, 'Y')=1 fprintf('n Incorrect reply, try

29、again nn'), end end if resp = 'y' | resp = 'Y' nf = 999; else ff = 0; endend 二、不对称短路故障不对称故障包括单相接地短路(single line-to-ground fault)，两相短路(line-to-line fault )，和两相接地短路(double line-to-ground fault)。这里介绍三个程序来分析不对称短路故障：单相接地lgfault(zdata0,zbus0,zdata1,zbus1,zdata2,zbus2,V) 两相短路llfault(zda

30、ta1,zbus1,zdata2,zbus2,V) 两相接地短路dlgfault(zdata0,zbus0,zdata1,zbus1,zdata2,zbus2,V)对于lgfault和dlgfault需要输入正序、零序、负序节点阻抗矩阵Zbus1、Zbus0和Zbus2，而llfault只需输入正序和负序节点阻抗矩阵Zbus1、Zbus2，最后参数V是可以选择的。如果用户未输入V，程序则默认所有故障前的电压为1.0pu。如果用户输入参数V，则需要输入节点编号以及节点电压的复数值。变量V可由潮流计算程序获得。零序网络和正序网络的节点阻抗矩阵分别通过函数Zbus0=zbuild（zdata0）和Z

31、bus1=zbuild（zdata1）获得。参数zdata1包含正序网络阻抗，参数zdata0包含零序网络阻抗。参数zdata1、zdata2、zdata0均为e×4阶矩阵，e为元件的个数。第一列和第二列是节点编号，第三列和第四列分别是线路电阻和电抗（均为标幺值）。节点0为参考节点，发电机节点到节点0的阻抗为发电机阻抗，可以是发电机的次暂态电抗、暂态电抗或者同步电抗，而且矩阵还包括并联电容和负荷阻抗等。负序网络和正序网络有同样的拓扑结构。线路和变压器的负序阻抗等于正序阻抗，而发电机的负序阻抗不等于正序阻抗，但在大型电力系统故障分析中通常按相等来计算。零序网络的拓扑结构不同于正序网络，

32、零序网络的构建取决于变压器的绕组连接方式，除了两侧中性点都接地的Y-Y连接的变压器，对于其他连接方式的变压器，一次侧和二次侧的零序网络都是隔离开的。在这样的连接方式的零序网络中,，用inf填写对应的电阻和电抗列。对于Y-（中性点接地）连接的变压器，Y侧的阻抗到节点0的数据需要填写。当中性点接地阻抗为Xn时，需要填写为3Xn。 在不对称故障计算时，还需要一个函数用来求节点阻抗矩阵，Zbus=zbuildpi（linedata，gendata，yload），函数与潮流计算程序是相容的。第一个参数linedata与潮流程序所需要的数据相同。第一列和第二列是节点编号；第三列到第五列分别是线路的电阻、电

33、抗、1/2线路电纳（均为标幺值，以指定的MVA为基准功率）；最后一列为变压器分接头位置，对于线路，在这一列中必须填写1。在潮流计算程序中，发电机电抗不包含在参数linedata中，而是包含在参数gendata中。 参数gendata是一个(g×4)阶矩阵，其四列分别为参考节点0、发电机节点编号、发电机电阻和电抗。最后一个参数yload是可选的，这是一个两列的矩阵，包括节点编号和负荷复数导纳值。这些数据可以从潮流计算程序lfgauss，lfnewton，decouple执行过程中自动生成。程序运行时会提示用户输入故障节点编号和故障阻抗Zf，运行结果可得到故障电流，节点电压和线路电流。不

34、对称短路故障计算使用的程序如下：（1）lgfault.m程序代码：% The program lgfault is designed for the single line-to-ground% fault analysis of a power system network. The program requires% the positive-, negative- and zero-sequence bus impedance matrices,% Zbus1 Zbus2,and Zbus0.The bus impedances matrices may be defined% by t

35、he user, obtained by the inversion of Ybus or it may be% determined either from the function Zbus = zbuild(zdata)% or the function Zbus = zbuildpi(linedata, gendata, yload).% The program prompts the user to enter the faulted bus number% and the fault impedance Zf. The prefault bus voltages are% defi

36、ned by the reserved Vector V. The array V may be defined or% it is returned from the power flow programs lfgauss, lfnewton,% decouple or perturb. If V does not exist the prefault bus voltages% are automatically set to 1.0 per unit. The program obtains the% total fault current, bus voltages and line

37、currents during the fault. function lgfault(zdata0, Zbus0, zdata1, Zbus1, zdata2, Zbus2, V)if exist('zdata2') = 1zdata2=zdata1;else, endif exist('Zbus2') = 1Zbus2=Zbus1;else, endnl = zdata1(:,1); nr = zdata1(:,2);nl0 = zdata0(:,1); nr0 = zdata0(:,2);nbr=length(zdata1(:,1); nbus = max

38、(max(nl), max(nr);nbr0=length(zdata0(:,1);R0 = zdata0(:,3); X0 = zdata0(:,4);R1 = zdata1(:,3); X1 = zdata1(:,4);R2 = zdata1(:,3); X2 = zdata1(:,4); for k=1:nbr0 if R0(k)=inf | X0(k) =inf R0(k) = ; X0(k) = ; else, endendZB1 = R1 + j*X1; ZB0 = R0 + j*X0;ZB2 = R2 + j*X2; if exist('V') = 1 if le

39、ngth(V) = nbus V0 = V; else, endelse, V0 = ones(nbus, 1) + j*zeros(nbus, 1);endfprintf('nLine-to-ground fault analysis n')ff = 999;while ff > 0nf = input('Enter Faulted Bus No. -> ');rtn=isempty(nf); if rtn=1; nf=-1; end while nf <= 0 | nf > nbus fprintf('Faulted bus

40、No. must be between 1 & %g n', nbus) nf = input('Enter Faulted Bus No. -> '); rtn=isempty(nf); if rtn=1; nf=-1; end endrtz=1; while rtz=1 fprintf('nEnter Fault Impedance Zf = R + j*X in ') Zf = input('complex form (for bolted fault enter 0). Zf = '); rtz=isempty(Zf

41、); endfprintf(' n')fprintf('Single line to-ground fault at bus No. %gn', nf)a =cos(2*pi/3)+j*sin(2*pi/3);sctm = 1 1 1; 1 a2 a; 1 a a2;Ia0 = V0(nf)/(Zbus1(nf,nf)+Zbus2(nf, nf)+ Zbus0(nf, nf)+3*Zf); Ia1=Ia0; Ia2=Ia0;I012=Ia0; Ia1; Ia2;Ifabc = sctm*I012;Ifabcm = abs(Ifabc);fprintf('Total fault current = %9.4f per unitnn', Ifabcm(1)fprintf('Bus Voltages during the f