电力系统综合课程设计

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1、实用文档0明季比RL*%，,*、I Wl* 1K、:IT、电力系统分析综合课程设计报告电力系统的潮流计算和故障分析学 院：电子信息与电气工程学院专业班级：_学生姓名：学生学号：指导教师：2014年10月29日目录一、设计目的 1二、设计要求和设计指标 12.1 设计要求 12.2 设计指标 22.2.1 网络参数及运行参数计算 22.2.2 各元件参数归算后的标么值： 22.2.3 运算参数的计算结果： 2三、设计内容 23.1 电力系统潮流计算和故障分析的原理 23.1.1 电力系统潮流计算的原理 23.1.2 电力系统故障分析的原理 33.2 潮流计算与分析 43.2.1 潮流计算 43.

2、2.2 计算结果分析 83.2.3 暂态稳定定性分析 83.2.4 暂态稳定定量分析 113.3 运行结果与分析 163.3.1 构建系统仿真模型 163.3.2 设置各模块参数 173.3.3 仿真结果与分析 21四、本设计改进建议 22五、心得总结 22六、主要参考文献 23 一、设计目的学会使用电力系统分析软件。通过电力系统分析软件对电力系统的运行进行 实例分析，加深和巩固课堂教学内容。根据所给的电力系统，绘制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后 成一个切实可行的电力系统计算应用程序， 通过自己设计电力系统计算程序不仅 可以加深学生对短路计算的理解，还可以锻炼学生的计算机实际应用能

3、力。熟悉电力系统分析综合这门课程，复习电力系统潮流计算和故障分析的方 法。了解Simulink在进行潮流、故障分析时电力系统各元件所用的不同的数学 模型并在进行不同的计算时加以正确选用。学会用Simulink ,通过图形编辑建模，并对特定网络进行计算分析。二、设计要求和设计指标2.1 设计要求系统的暂态稳定性是系统受到大干扰后如短路等， 系统能否恢复到同步运行 状态。图1为一单机无穷大系统，分析在f点发生短路故障，通过线路两侧开关 同时断开切除线路后，分析系统的暂态稳定性。若切除及时，则发电机的功角保 持稳定，转速也将趋于稳定。若故障切除晚，则转速曲线发散。SGN=352.5MWA,PGN=3

4、00MW,UGN=10XdKv1, xd =0.25, xx= 0.252, xq = 0.6 , x =0.18, Td =1.01, Td =0.053, Tq0 =0.1,Rs=0.0028,H(s)=4s;TJN=8s,负序电抗：x2 =0.2。变压器 T-1 的参数:STN1=360MVA,UST1%=14%,KT1=10.5/242;变压器 T-2 的参数:STN2=360MVA,UST2%=14%,KT2=220/121;线路的参数：l=279km,UN=220K,XL=0.41欧/km, rL =0.07欧/km,线路的零序电抗为正序电抗的5倍。运行条件如下：Uo=115KV

5、P0=250W功率因数为0.95。当0.029s发生单相故障时，断路器0.29s动作切除故障，判定发电机转速是否 达到稳定？系统是否稳定？2.2 设计指标2.2.1 网络参数及运行参数计算取Sb = 250MV *A, Ubw =115kV。为使变压器不出现非标准变比，各段基准电220.压为 UBn =UB1n wkT2 =115父kV = 209.1kV UBi = UBn xkT1 = 9.07kV1212.2.2 各元件参数归算后的标么值如下： , , _ _ . . . , 一-Xd =0.95, Xq =0.57, Xd=0.238 , RL =0.1, XL =0.586 ,XL0

6、 =5XL =2.93XT1 =0.13,XT2 =0.108,X2 =0.191-11.28s11Xtl =Xti Xl Xt2 =0.13 0.586 0.108 = 0.531 22Xd= Xd Xtl =0.95 0.531 =1.481 Xq；尸 Xq X=0.57 0.531 =1.101Xdq =Xd XTL =0.238 0.531 =0.769Uo 115 .=1 ；Ubw 115Eo2.2.3 运算参数的计算结果如下：P0 = 0 = = 1 ; Qo = P0 tan% = 0.329SB 2502= 1.47P 叽工 : J(1 + 0.329- 0.769)2 + (

7、1 + 0.769 fI Uo J、0 arctan1父0.769=31 541 0.329 0.769三、设计内容3.1 电力系统潮流计算和故障分析的原理3.1.1 电力系统潮流计算的原理电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给 定运行状态的计算，即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。 各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。 对现有的 电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态 和稳态分析都是以潮流计算为基础。 潮流计算结果可用如电

8、力系统稳态研究， 安 全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿一拉夫逊法。 运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的 基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性； 在实时运 行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行 可靠性。在电力系统调度运行的多个领域问题是研究电力系统稳态问题的基础和 前提。潮流计算是电力系统分析最基本的计算。除它自身的重要作用之外，潮流计 算还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计 算、静态和动态等值计算的基础。电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算

9、 两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。近20多年来，潮流算法的研究非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛 顿法和P-Q分解法进行的。止匕外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神 经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。 但是，到目前为止这些新的模型和算 法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计 算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应 用，成为重要的研究领域。3.1.2 电力系统故障分析的原理电力系统稳定性是指当系统在某一正常运行状态下受到某种扰动后，能否经过一定的时间后

10、恢复到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态。如果能够回到原来的运行状态或者建立一个新的稳定运行状态，则认为系统在该运行状态下是稳定的。反之，若系统不能够回到原来运行状态或者不能建立一个新的 稳定运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随时间不断增大或 振荡，系统是不稳定的。电力系统稳定性被破坏后，将造成大量用户供电中断，甚至导致整个系统的瓦解，后果极为严重。因此，保持电力系统的稳定性，对于 电力系统安全可靠运行，具有非常重要的意义。电力系统稳定性可分为静态稳定、 暂态稳定和动态稳定：（1）电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发 生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态

11、的能力。（2）电力系统暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢得到原来 稳定运行状态的能力，通常指第一或第二摆不失步。（3）电力系统动态稳定是指系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。在电力系统运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障（简称短 路）。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中 性线）之间的连接。在三相供电系统中，可能发生的主要短路类型有三相短路、 二相短路、两相接地短路和单相接地短路，三相短路属对称短路，其余三种为不 对称短路。在四种短路故障中，出现单相短路故障的机率最大， 三相短路故障的 机率最小。发生短路

12、时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很 大数值（几万安至十几万安）。这样大的电流所产生的热效应和机械效应会使电 气设备受到破坏；同时短路点的电压降到零，短路点附近的电压也相应地显著降 低，使此处的供电系统受到严重影响或被迫中断；若在发电厂附近发生短路，还可能使整个电力系统运行解列，引起严重后果。3.2 潮流计算与分析3.2.1 潮流计算上述单机无穷大系统在发电机保持不变的条件下的潮流计算如下：EQ0UUo ) Uo J=1 0.329 1.101 2 1 1.101 2 =1.752,1 1.101o 二arctan=38.951 0.329 1.101Eq0Eq0空 1-辽 U

13、cos、.0Xq， Xq-Eq0=Eq0Xd，U 0cos、XqVXqU G0“QoXtlU0 UoPoXtl I2 Uo J1.4811.481、。= 1.752父十 1 |Mcos38.95 =2.0881.101 1.101 J0.769 J0.769、。=1.752父+ 1 |M1os38.95 =1.4581.1011.101 ):，1 0.329 0.531 2 1 0.531 2 =1.29,1 0.531tlo = arctan=24.321 0.329 0.531当保持Eq = Eq0 =常数时2Eq0U 0.U 0FEq =sin 一q Xd-2Xd - Xqy-sin 2

14、、.Xd，XqV2.088 . 31 (1.481 -1.101sin 0 +-1.4812 11.481父1.101sin 2、标准文案=1.41sin 二 0.117sin 2、.dPEq ，_ ， 一-=1.41 coso 工2 0.117 cos2、=0d、 1.41cos、 0.234 2 cos2 ； -1 = 0.468cos2、 1.41cos、-0.234 = 0-1.41 _ 1.412 4 0.468 0.2342 0.468cos、= 取正号得-.Eqm =80.93PEqm =1.41sincEqm 0.117sin2、Eqm =1.41sin80.93 0.117s

15、in 2 80.93 )=1.429一，迫cos、.匕Xd-Xq%Xd，2 Xd、Xq、cos26 -U0-Xd，Xqq2XdvXq-2.0881.481co回2 C1.481M1.101 ；c- 1a481 + 1.101、icos26 - - I2 1.4811.101 J= 1.41cos、0.117cos2、-0.792Eq 二Eq0Xd、=2.088 |1 -X U0 cosXd-Xd-0.769 0 0.769、+ 1 -1.481 cos =1.084 0.481cosc 1.481吃2Ug QFUXdVUo: J A2 + B12 +C12 +2B1 (A +C1 Jcos$

16、+ 2AC1cos26=U0；-Xd#&-2鹏”= 0.391B1 = Xdv-E52 =1.084Xd-C1UgU QUXTL ,U0 Uo2+PuXtl 丫U0二.A2 B； C22 2B2 A C2 cos、 2A2c2 cos2、-0.09Xd芝+Xq芝R上_q 1=0.579 .XdXq /C2=U0XTL1 Xd；XqZ =0.0622 XdXq )当保持Eq =Eq0 =常数时q qI, 1A2 =U 0 1 - Xtl 2_Eq0B2 =Xtl- =0.749XdL2Eq0U 0 . U 0P =；一sin、EqXd-1 2Xd Jq sin 2、.Xd%XqV,Eqm= 10

17、1.05B4 =XTL-E3 =1.007Xd%1.458 , -1/0.769-1.101 1”=sin 0 +- isin 2o0.7692 0.769x1.101 ) =1.896sin、.一 0.196sin 2、.dPEq =1.896cos、-2 0.196cos2、=0 d、R qm = 1.896sin 101.05 00.196sin(2 乂101.05)1.935Eq =Eq0Xdl1UoCOS、Xd-Xd-Y C 1.481 x 1.481 1, cccc CCCL r=1.458父+ 1 一 icos6 =2.8080.925cos60.769 、 0.769 JE =

18、 A B2 C； 2B3 A3 c3 cos、2A3c3 cos2、A3 =U J Xd1 XdZ+Xqgl=0.151& =Xd-Eq = 1.458J 2lXdXq 力乙 Xd1 I XdT-XqV C3=UXd. =0.151=2 l XdXq JUg = . A2 B： C： 2B4 Al e4 cos、 2A4c4 cos2、1 iXd 十 Xq A4=U01Xtl =0.41421 XdXq 力XdZ-XqZ)1 XdSXqZ J=-0.104当保持E = E0 =常数时P 二 EU0 5的 arcsin -1 sin、=1.912sinlarcsin-0.250sin、一E Xd

19、-_E0 Xq-E- =0arcsin L 0.205sin、： - 90d、,Em =101.5PEm =1.912痴90 =1.912Eq =E0 cosarcsin 岑 X1 Sinsl& 悒 lXqJ jjXdZXd0 cos、=2.831coslarcsin 0.205sin、L 0.926cos、Xd = 2.427sinarcsinL0.402sin6 】+6)GXtlI LUg0 lXq； j JdFU,上=0arcsinL0.402sinc -90“ =112 P =2.427U GmUGmEq =UG0cos；arcsin-U- 1 sin5 XdS+_d U0cosIJg

20、0 1XqE/- Xtl IXtl J=3.595cosacsin 0.402sin.789cosEq =UG0cos，-arcsinU G0I 等-1 sinXd1 - XT： U0 cosXq?.| XTL= 1.867cosbrcsin 0.402sin1 - 0.448cosB6 = x =1.868Xtl1A =U0 1 -Xdy=0.448PmW ,故无法确定极限切除角。而在故障不切除时，其临界角为、cr -二-arcsin- =2.334& =133.73Pmrn对应的 0T =90 -、cr_f -90 )=90 - 133.73 -90 46.27 ci不切除故障时的面积|f

21、 Pmnsin6d3 +|rjf Pmnsin3dS=46.27 1.55sin、d、；3 1.55sin d31.5446.27=133573A.55sin5d 6=-2.39X0即可能的减速面积大于可能的加速面积，系统不切除故障也能保持暂态稳定，故无法也没有必要确定极限切除角。所以断路器在0.14s时故障切除与否,发电机转速都能达到稳定，系统都能保持暂态稳定。3.3运行结果与分析3.3.1 构建系统仿真模型(J qiuiq由.由坦曲值，5g必力Tos HX白图12电力系统暂态稳定性Simulink仿真模型图3.3.2 设置各模块参数 Block Parameters: Three-Phas

22、e PI Section Line2.7iiree-PhaEe P： Sectlqh Line .za.sk linkThis block 二口口二七二6口七w a thxe-phaE& PI &ction Ilue to rspTes&nt a three-phase tranasision 1ine, his block represents onlj one PI sect ion. To ispl&Dants sera that one PI sec tions you sjispir tc cc-imect ccpiez of thia blcck in a&r 1 es.：-Par

23、aseterE-,FreQuencr umed for 员匚匚 specification :Hn；Pcsitiv- and z-ero-sequence resistances (Ohas yks， Rl KO :TooPositive- and zero-Beaunce induetancef (H/ka) Ll LO : | 0, U0130- (X63jPositive afid zeauienca caiac：itanceE (F/ka) Cl CO : |ri2r74e-i 7,75-e-lLin- a&ctiQn leng-th ks； iOKOwe elKelpApply图13

24、无穷大系统电源模块的参数设置 Block Parameters: ThreePhase PI Section Li ne 27hre-FtiH&e Pl Section Line ；.二amk； linkTHlt. hlcck i=plz;sn.ts a. thrEE-phamm PI secticn 1 :nm tc represent a three-ohase transsiBion line. This tlcck represents only one PI section- 7o i=ple=ent5 nore that one FI section, you simply nee

25、d to corinect EDoies sf this block in wmriws- ParaaetersFrecniency used for R L C peclfication (HzJ :liPcsitiv6- and zer后一国营口uenu 工/Xist城口ue墓- Jha* ka. _ Rl RO o o3Positive- and zeTO-seauenc& inductancts ;三 1二 .11 LO 二 a 0013 d 0M51Positive and 7&rc-E=qu&n& cara=itani=e :F. E；, Cl CO 1Z 74t-lC 7. 75

26、1-1GLine section leneth D :?9QKanclQelpipply图14线路L1、L2的参数设置 Block Parameters: Th已已-Ph司5史 Breakerl：11工巨号一Ph1ase Breaker ,ask. :inkConnect this block in ieries with the thrse-phase s-leDent rou rant to switch. You can define the breaker tia:nc directly fre-21 th dialfiff b&M m apply an 马Mt昼tri且3 loclc

27、al gienal- Zf toll ch=k the Ezternal CQntxolJ bx) the KteTEal ccntTD* input will appear.Para3t=rsnitial itatiiz of br=ak&XHV S-ritchini of phase A i Switchine of Phase B STritehini sf ah且三邑 C Transition tises is.Extrnal control of sitching t二二名瓦Brsskrs r-aLatante Ron 口也导|o. 8：Snubt=rs resistance Ri

28、.Ohss.I Two Win于白毛图15断路器模块B1、B2的参数设置图16变压器T-1的参数设置图17变压器T-2的参数设置3.3.3仿真结果与分析开始仿真，得到发电机转速变化曲线如图 18所示。潮流计算结果如图20 所示。改变断路器模块的设置，使故障后0.55s切除线，得到发电机转速变化曲 线如图19所示。图18故障0.14s后切除线路，发电机转速变化曲线图图19故障0.29s后切除线路，发电机转速变化曲线图图20潮流计算结果从图18和图19的仿真曲线可以看出，当f点发生单相接地短路故障0.126s 后切除故障线路时，发电机的转速基本上不随时间变化，趋于稳定值，因此系统是稳定的；当故障后

29、0.55s切除故障线路时（切除时间已大于极限切除时间）， 发电机的转速随时间的增大而增大，系统是不稳定的。四、本设计改进建议1、对无穷大电压源的设计有待改进。2、安装励磁调节器可以提高系统稳定性。3、对故障信号的提取过程需要进行进一步的研究。比如说故障测距方面。4 、要熟练掌握workspace模块的使用，方便处理仿真输出的各种图形。五、心得总结课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升。 设 计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。 回顾起此课程设计，至今 我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以 学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固

30、了以前所学过的知识， 而且学到了很多 在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合 起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力 和独立思考的能力。在设计过程中遇到各种各样的问题，可以说是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。总体来说，这次的课程设计不单在专业基础方面反映了我的学习还要加倍努 力，还在对一些软件的应用需要加强。六、主要参考文献1于群、曹娜 MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真M.北京：机械工业出 版社，2011.2陈琦 电力系统稳态分析（第三版）M.北京：中国电力出版社，2007.3李光琦 电力系统暂态分析（第三版）M.北京：中国电力出版社，2007.1C4 =UXtl 2