电力系统课程设计电力系统潮流短路计算和暂态稳定性分析

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1、- 课 程 设 计 说 明 书题目： 电力系统潮流、短路计算 和暂态稳定分析（六） 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 级电力 班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 讲师 课程设计（论文）任务书课程名称： 电力系统分析院（系）：电气工程学院 指导教师：殷桂梁 崔明勇学 号学生姓名（专业）班级电力 班设计题目电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析（六）设计技术参数某系统原始网络是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图1所示。未来的电源配置和负荷数据如图2所示。6号节点为新建的孤立节点。发电机参数如表1所示。各节点之间已建线路参数和可扩建的线路参数如表2所示。基准功率选为100M

2、W，基准电压选为110kV。设计要求设计的供电网络应保证当系统中任一条线路发生故障时，各负荷均不断电。运用Power World软件计算出系统潮流分布和各母线短路时不同短路类型情况下的短路电流，并进行暂态稳定性分析。计算容许误差为 -5 10。最后将最终结果列表在报告中参考资料夏道止，电力系统分析 ，中国电力出报社 2004年陈珩，电力系统稳态分析 ，中国电力出版社 1995年李光琦，电力系统暂态分析 ，中国电力出版社 1995年周次 第一周应完成内容设计系统的接线形式，选择线路参数。对设计的电网结构进行静态安全分析，判断系统运行的薄弱环节。计算系统潮流分布，分析网络损耗。计算某一母线和线路不

3、同短路类型情况下的短路电流，对比分析不同类型短路情况下对母线电压、线路电流和发电机的影响。进行暂态稳定性分析，确定系统在较严重事故情况下的临界切除故障时间，撰写课程设计报告、答辩。指导教师签字基层教学单位主任签字目 录第1章 设计说明 3 1.1 设计技术参数 3 1.2 设计要求 4第2章 设计原理及分析 5 2.1 设计原理 5 2.2 应用power world设计的原理图 5第3章 静态安全分析 7第4章 系统潮流分布及网络损耗 8 4.1 节点状态和支路参数 8 4.2 网络损耗 9第5章 短路分析及短路电流 10 5.1 单相接地 10 5.2 相间短路 11 5.3 三相对称 1

4、2 5.4 两相接地 13 5.5 不同短路类型对比分析 14第6章 暂态稳定性分析 14 6.1 系统接入故障后稳定性分析 14 6.2 临界切除故障时间 27 6.3 不稳定状态 32第7章 心得体会 36参考文献 38附：燕山大学课程设计评审意见表设计题目：电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析（六）第1章 设计说明1.1设计技术参数1 某系统原始网络是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图1所示。未来的电源配置和负荷数据如图2所示。6号节点为新建的孤立节点。发电机参数如表1所示。各节点之间已建线路参数和可扩建的线路参数如表2所示。基准功率选为100MW，基准电压选为110kV。2 发

5、电机参数 发电机型号额定容量(MW)电抗(标幺值)惯性时间常数H(s)阻尼系数QFS-200-22000.24611.104.80QFS-125-21250.25711.933.60QFS-50-2500.39314.152.32QFS-25-2250.19611.391.573 线路参数 支 路交流电阻（p.u.）交流电抗（p.u.）原有线路数（回）可扩建线路数（回）交流容量（MW）长 度 （km）120.120.42139040130.10.340410038140.120.63138060150.060.251310020160.180.62047068230.060.261390202

6、40.110.491310040250.090.340410031260.070.32049030340.150.53048259350.060.261310020360.130.470410048450.150.61047563460.0980.38049030560.120.620478611.2 设计要求 1、设计的供电网络应保证当系统中任一条线路发生故障时，各负荷均不断电。2、运用Power World软件计算出系统潮流分布和各母线短路时不同短路类型情况下的短路电流，并进行暂态稳定性分析。3、设计系统的接线形式，选择线路参数。对设计的电网结构进行静态安全分析，判断系统运行的薄弱环节。计

7、算系统潮流分布，分析网络损耗。计算某一母线和线路不同短路类型情况下的短路电流，对比分析不同类型短路情况下对母线电压、线路电流和发电机的影响。进行暂态稳定性分析，确定系统在较严重事故情况下的临界切除故障时间4、计算容许误差为 -5 10。最后将最终结果列表在报告中第2章 设计原理及分析2.1 设计原理 根据设计要求，需保证任意一条线路出现故障时，每个负荷均不断电，因此必须保证每个节点处同时至少连接一条线路，设计采用环网结构，根据各负荷的功率分布，让发电机自动调整对负荷提供有功和无功功率。其中，有一个发电机处于平衡节点，对整个电网的功率进行平衡。 在满足负荷要求下选择合适数量的发电机为电路提供所需

8、功。由于负荷相对较大，所以需要在节点之间连接适当数量的扩建线路回数，通过对电路的静态安全分析来对节点之间的线路回数进行修正，以保证每条线路不超出其最大容量，同时在某一条线路出现故障时，其他线路及负荷仍能正常工作。2.2应用power world软件设计的原理图第3章 静态安全分析 安全分析，是用预想事故的分析方法来预知系统是否存在安全隐患，以便及早采取相应的措施防止系统发生大的事故。静态安全分析可判断发生预想事故后系统是否会过负荷或电压越限。 运用power world软件静态安全分析功能，插入事故：单个线路或变压器事故(共10个)后，开始运行，得到如下结果，见表1 静态安全分析标签跳过已处理

9、已求解电气岛负荷电气岛发电机有功自动绘制QV曲线?越限最大支路越限%最低电压L_000055-000066C2NOYESYESNO0L_000055-000066C1NOYESYESNO0L_000055-000033C3NOYESYESNO0L_000055-000033C2NOYESYESNO0L_000055-000011C1NOYESYESNO0L_000044-000066C3NOYESYESNO10.877L_000044-000066C2NOYESYESNO10.877L_000044-000066C1NOYESYESNO10.877L_000033-000055C1NOYESY

10、ESNO0L_000033-000022C1NOYESYESNO0L_000022-000066C4NOYESYESNO10.9L_000022-000066C3NOYESYESNO10.9L_000022-000066C1NOYESYESNO10.9L_000022-000044C1NOYESYESNO0L_000011-000044C2NOYESYESNO10.893L_000011-000044C1NOYESYESNO10.893L_000011-000022C1NOYESYESNO0表1 静态安全分析结果第4章 系统潮流分布及网络损耗4.1节点状态和支路参数运用power world软

11、件运行实例，查看实例信息等到如下表的节点状态和支路参数，见表2，表3节点编号基准电压标幺电压实际电压相角(度)有功负荷无功负荷发电机有功发电机无功11101110-4.58008567.6721100.93338102.672-3.7124015311011105.52401028565.7241100.9076399.84-4.031604051100.94119103.53-3.7324030611011108.3421.8299.65表2 节点状态支路参数 首端节点编号 末端节点名称回路状态是否变压器RXB极限A MVA121ClosedNo0.120.42090141ClosedNo0

12、.120.63080142ClosedNo0.120.63080511ClosedNo0.060.250100321ClosedNo0.060.26090241ClosedNo0.110.490100261ClosedNo0.070.32090263ClosedNo0.070.32090264ClosedNo0.070.32090351ClosedNo0.060.260100532ClosedNo0.060.260100533ClosedNo0.060.260100461ClosedNo0.0980.38090462ClosedNo0.0980.38090463ClosedNo0.0980.3

13、8090561ClosedNo0.120.62078562ClosedNo0.120.62078表3 支路参数4.2 网络损耗 计算后，得到网络损耗如表4支路状态网络损耗 首端节点编号 末端节点名称回路有功 首端节点无功 首端节点视在功率 首端节点视在功率极限%视在功率极限(最大值)有功损耗无功损耗1211.415.515.69017.30.291.021411.514.414.58018.10.251.321421.514.414.58018.10.251.32511-0.2-22.122.110023.40.331.3732161.316.163.49070.42.4110.4424124

14、.54.91004.90.030.13261-60.70.260.79072.22.9613.52263-60.70.260.79072.22.9613.52264-60.70.260.79072.22.9613.5235161.213.262.610062.62.3510.2532-58.9-35910062.62.3510.2533-58.9-35910062.62.3510.2461-51.8-3.251.99063.63.2112.44462-51.8-3.251.99063.63.2112.44463-51.8-3.251.99063.63.2112.44561-31.60.531.

15、678431.356.97562-31.60.531.678431.356.97表4 网络损耗第5章 短路分析及短路电流5.1 单相接地节点2单相接地编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C110.639291.129040.92641-2.73-123.63121.882201.253150.964590-130.3137.03330.629781.137380.9521313.5-115.21133.12440.383431.120540.861391.09-126.11129.68550.561791.101390.874560.93-123.87125.48660

16、.482181.17780.9825323.27-114.7139.06短路电流幅值5.671相角-71.28短路线路 1-2单相接地编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C110.586031.102390.97198-4.51-125.59121.34220.557841.060990.916480.82-126.02124.52330.803821.070280.9685410.1-114.59129.18440.615541.015390.87641-0.06-125.11122.7550.70011.030990.90264-0.45-123.92121.316

17、60.732710.418680.6688101801807FaultPt00.825710.702230180180短路电流幅值3.651相角-76.55.2 相间短路节点2相间短路编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C1110.645840.72151-4.5-138.46135.38220.933380.466690.46669-3.71176.29176.293310.596130.777285.52-123.54148.96440.907630.459120.61455-4.03-146.05148.6550.941190.551920.70854-3.73-

18、135.24140.586610.489540.726778.3-128.3160.74短路电流幅值6.716相角-144.42短路线路 1-2相间短路编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C110.517020.517020.517020.74-119.26120.74220.548330.548330.5483310.38-109.62130.38330.770330.770330.7703316.14-103.86136.14440.595810.595810.595818.99-111.01128.99550.667050.667050.667057.11-112

19、.89127.11660.684720.107180.5775401801807FaultPt000000短路电流幅值5.034相角-69.325.3 三相对称节点2三相对称编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C110.540170.540170.540171.84-118.16121.8422000000330.553490.553490.5534920.56-99.44140.56440.343090.343090.3430913.99-106.01133.99550.492430.492430.4924310.5-109.5130.5660.422570.4225

20、70.4225731.52-88.48151.52短路电流幅值7.755相角-54.42短路线路 1-2三相对称编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C110.517020.517020.517020.74-119.26120.74220.548330.548330.5483310.38-109.62130.38330.770330.770330.7703316.14-103.86136.14440.595810.595810.595818.99-111.01128.99550.667050.667050.667057.11-112.89127.11660.684720.

21、107180.5775401801807FaultPt000000短路电流幅值5.034相角-69.325.4 两相接地节点2两相接地编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C111.055180.536460.617640.06-127.02124.87221.17304001.8700331.07690.522710.633349.45-107.31141441.038850.293970.40881.78-114.77130.75551.023870.447930.576991.47-118.33129.63661.123290.392320.489512.08-96

22、.89151.39短路电流幅值4.305相角99.46短路线路 1-2两相接地编号名称相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C111.059550.506270.58104-1.43-126.62122.67221.018240.485140.61017-0.16-113.5126.69331.032890.722720.837737.99-107.76134.9440.968810.533720.66446-0.41-115.47126.02550.984110.613780.73862-0.44-117.59125.34661.031430.140190.6105501801

23、807FaultPt1.1909700000短路电流幅值2.845相角99.455.5不同短路类型对比分析 1、单相接地：取A相为特殊相，故障线路相电压为零，相角为零2、相间短路：B、C相直接短路，B相电压等于C相电压3、三相对称：三相相电压相等，故障线路电压为零4、两相接地：B、C相直接短路再接地，B相电压等于C相电压且均为零，相角为零由表可知，软件计算结果与理论值相符。第6章 暂态稳定性分析6.1系统接入故障后稳定性分析暂态稳定性是指电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或回复到原来稳态运行方式的能力。在1.0000s插入故障，在系统稳定时刻进行稳定性分析，选取t=1.3

24、000s时刻，用power world软件进行暂态稳定计算，得到如下曲线：节点3 50MW发电机角度与时间关系曲线转速与角度关系曲线功率与时间关系曲线转速与时间的关系曲线节点1 25MW发电机角度与时间关系曲线转速与角度关系曲线功率与时间关系曲线转速与时间的关系曲线节点6 125MW发电机角度与时间关系曲线转速与角度关系曲线功率与时间关系曲线转速与时间关系曲线6.2临界切除故障时间在1.0000秒插入事故，临界故障切除时间为：1.4991秒节点3 50MW发电机临界时间 t=1.49915s转速与角度关系曲线节点1 25MW发电机 t=1.49915s转速与角度关系曲线节点6 125MW发电机

25、 t=1.49915s转速与角度关系曲线6.3不稳定状态选定一个不稳定时间，列出个节点发电机的关系图节点3 50MW发电机 t=1.50000s转速与角度关系曲线节点1 25MW发电机 t=1.50000s转速与角度关系曲线节点6 125MW发电机 t=1.50000s转速与角度关系曲线超过临界切除故障时间时，系统将不再稳定，可能对系统造成巨大的损害，因此临界故障切除时间的确定非常重要。第7章 心得体会 通过本次电力系统课程设计，我对电力系统分析这门课有了更深层的了解，将课本中的理论可以升华为具体实例，特别是对电力系统暂态稳定性的了解，可以在头脑中将概念具体实物化。课程设计过程中，首先，通过对

26、课题的理解做出电网结构图，在设计的过程中，对发电机的工作状态，负荷等的分配，线路的选择都需要考虑，如果一个电网想要正常运行，各种因素都要考虑在内，通过软件仿真计算，不断对电网结构进行改进，让各发电机及负载工作在最适合的状态。其次，对设计出的电网进行潮流计算。通过计算，可以得到各点的功率以及电压等，可以了解到功率分布和电压分布。以前我掌握的只是计算方法，但不明白其中的原理。通过电网的设计和模拟运行，使我对电网运行的原理有了更深等次的了解，对课本中的方法也有了实践的经验，进一步验证了课本的知识。通过对设计的电网进行短路计算和暂态分析，在仿真模拟中认识到了现实电力系统中出现短路状况时的巨大危害，因此作为一个电力工作者，在今后的工作中更要十分谨慎。 同时，在这次课程设计中，学会了POWER WORLD这个软件的基本使用，可以把课上学到的理论知识在模拟的环境下付诸实践。 最后，这次的课程设计让我认识到了理论与实践的相结合是十分重要的，理论需要实践来证明，实践也需要理论的支撑。在以后的学习中我也将更加注重理论与实践的结合。参考文献1 夏道止 . 电力系统分析 中国电力出报社 2004年2 陈珩，电力系统稳态分析 ，中国电力出版社 1995年3 李光琦，电力系统暂态分析 ，中国电力出版社 1995年第 38 页 共 39 页