电力系统分析实验指导书2012

电力系统分析实验指导书
后勤工程学院机电系
2012-04-20
目录
实验一电力系统分析综合程序PSCAD概述
实验二一个简单电力系统的短路计算
实验三一个复杂电力系统的短路计算
实验四基于PSCAD的电力系统潮流计算实验
实验五基于PSCAD的电力系统暂态稳定计算实验
实验六基于PSCAD的单机－无穷大系统稳定分析实验
实验一电力系统分析程序PSCAD
一．实验目的：
了解用PSCAD进行电力系统各种计算的方法。

二．PSCAD简介：
1、PSCAD/EMTDC(Power System Computer Aided Design /Electromagnetic
Transient including(for) Direct Current)是电力系统计算机辅助设计/含直流电磁暂态计算程序
2、Dennis Woodford 博士于1976年，加拿大曼尼托巴水电局(Manitoba Hydro)
完成EMTDC的初版，后在曼尼托巴大学(University of Manitoba)创建高压直流输电研究中心(Manitoba HVDC Research Center)。

现PSCAD/EMTDC有工作站版和微机版
3PSCAD/EMTDC的功能
1）电力系统时域和频域计算，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，电气参数随时间的变化；
2）可用于HVDC、VSC-HVDC、FACTS控制器的设计、电力系统谐波分析、电力电子领域等的仿真计算
3）具体的研究为以下几方面
模拟非线性元件的控制系统，对静止补偿装置、交流同步电机、可开断系统等运行状态进行研究
交流系统的次同步谐振研究和暂态扭矩的分析
直流系统的启动，直流系统强制换相的方法研究
交直流系统控制器功能特性仿真研究
4 PSCAD/EMTDC的结构*
1）程序: PSCAD/EMTDC＝PSCAD+EMTDC＋Master Library Models
2）界面:PSCAD/EMTDC＝Master Library+主工作区＋菜单区＋工作case 目录＋输出区＋工具栏＋User Library
3）使用：PSCAD/EMTDC=界面＋文件目录
4PSCAD/EMTDC的菜单和Library库和例子程序*
1）很多模型分为两大类17小类：
Passive，Sources，Transformers，Breakers，Faults，Tlines，Cables，
Machines，HVDC and FACTS, Relays，Merters，CSMF，Logical，
I/O Devices, Sequencer，Other，Single_line
2) 使用时需要把模型组件拷贝到需要的地方
三．实例演示：
结合算例，熟悉上述内容。

实验二一个简单电力系统的短路计算
一．实验目的：
掌握用PSCAD进行电力系统短路计算的方法。

二．实验内容：
图示电力系统，
G T
已知：发电机：Sn=60MV A,Xd”=0.16,X2=0.19 ;
变压器：Sn=60MV A,Vs%=10.5 ;
1)试计算f点三相短路，单相接地，两相相间，两相接地短路时的短路电流
有名值。

2)若变压器中性点经30Ω电抗接地，再作1）。

三. 实验步骤：
1)数据输入
2)方案定义
3)数据检查
4)作业定义
5)执行计算
6)输出结果
四. 实验报告：
1)手算此题，与机算结果进行比较。

2)对实验内容1），2）进行结果比较与分析。

3)使用PSCAD的体会。

实验三一个复杂电力系统的短路计算
一、实验目的：
利用PSCAD软件进行复杂电力系统的短路分析。

二、实验内容：
图示电力系统：
试求：1）k—1点三相短路时，短路点的起始次暂态电流；
2）k—2点A相接地短路时，短路点的电流，115kV及37kV输电线路各相电流，发电机G1端电压；
3）k—3点BC相短路时，短路点及各电源支路的短路电流。

三、实验方法
1）在PSCAD环境下对上述系统进行建模；
2）按照前述步骤完成全部计算内容并打印结果报表；
根据结果报表对实验成绩进行评估。

实验四基于PSCAD的电力系统潮流计算实验
一、实验目的：掌握用PSCAD进行电力系统潮流计算方法。

二、实验内容：
y410
y140
图示电力系统中，网络各元件参数的标幺值如下：
z12=0.10+j0.40,
y120=y210=j0.01528,
z13=j0.3,k=1.1,
z14=0.12+j0.5,
y140=y410=j0.01920,
z24=0.08+j0.40,
y240=y420=j0.01413,系统中节点1、2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点，已给定：
P 1s +jQ
1s
=-0.30-j0.18,P
3s
=0.5,V
3s
=1.10, P
2s
+jQ
2s
=－0.55-j0.13， V
3s
=1.10,
V
4s
=1.05∠0ο,试用牛顿法计算潮流分布。

五、实验报告：
（1）将实验结果采用图示、报表列出。

（2）与教材计算结果进行分析比较。

实验五基于PSCAD的电力系统暂态稳定计算实验
一、实验目的：掌握用PSCAD进行电力系统暂态稳定计算方法。

二、实验内容：
在实验四的基础上进行暂态稳定计算。

同步发电机參数任选。

给出其中一组參数如下：
模型：6
参数组号：9
电抗(p.u)：
d轴X d: 2.16 X d': 0.265 X d": 0.205
q轴X q: 2.16 X q': 0.530 X q": 0.205
时间常数（s）：
TJ:8.0a: 0.9
T do': 8.62 T d"0: 0.05 b: 0.00
T q'0: 2.2 0 T qo": 0.07 n: 9.0
D: 0.000
Ra: 0.000
X2: 0.205
五、实验结果检查：
计算结果提交老师检查，并从功角变化曲线判断系统的暂态稳定性。

实验六基于PSCAD的单机－无穷大系统稳定分析实验
一、实验目的：
理解自动励磁调节器和电力系统稳定器对电力系统稳定的影响。

二、实验对象：
1．接线图：
2
B
发电机：S=120MV A,采取模型
6
Xd=1.4, Xd’＝0.3, Xd”=0.1, Xq=1.35, Xq’=0.6, Xq”=0.1,
Tj=10s, Td0’=6s, Td0”=0.05s, Tq0’=1s, Tq0”=0.05s,
饱和系数：a=0.9, b=0.06, n=10
D=0s, Ra=0.005 p.u., X2=0.1p.u.,
A VR模型：模型1
参数1：Kr＝1，Tr＝0.03,Ka=30,Ta=0.03,Kf=0.04,Tf=0.715,Te=0.5s,
Efdmax=5, Efdmin=0 (常规A VR)
参数2：Ka＝500,Te=0.03s (快速高放大倍数A VR)
PSS模型：模型1
参数：Kw＝200，Inertia-diff，Tq＝10s
T1＝0.2, T2=0.01, T3=0.2, T4=0.01
Vsmax=5.0p.u.，Vsmin=-5.0p.u.
系统：S=9999MV A,采取模型0
Xd=Xd’=Xd”=0.1, Xq=Xq’=Xq”=0.1
Tj=100s,Td0’ =Td0”=Tq0’=Tq0” =0.05s,
饱和系数：a=0.9, b=0.06, n=10,
D=2s, Ra=0.005 p.u., X2=0.1p.u.
变压器：电抗标幺值X＝0.1
输电线：每回电抗标幺值X=0.4
负荷：S=(4+j2)p.u.
三、实验内容
1、潮流计算：
发电机设为PQ节点，S＝0.8＋j0.3085,
系统设为平衡节点，V＝1.0+j0.，完成潮流计算。

2、稳定计算：
故障方式：两回并联交流线路中一回首端三相短路，0.1s切除故障；
作业1：AVR和PSS均采取模型0，即不考虑AVR和PSS；
作业2：AVR采取参数组1，PSS采取模型0，即考虑常规AVR，不考虑PSS；
作业3：AVR采取参数组2，PSS采取模型0，即考虑快速、高放大倍数AVR，不考虑PSS；
作业4：AVR采取参数组2，PSS采取模型1，即考虑快速、高放大倍数AVR，考虑PSS；
1，2对比，观察AVR的作用；
2，3对比，观察快速、高放大倍数AVR对暂态稳定的影响和负阻尼效应；
3，4对比，观察PSS的效果。

上述作业中，重点通过功角摇摆情况观察自动励磁调节器和电力系统稳定器对电力系统稳定的影响，学生可同时自主观察其他相关变量的变化。

四、实验报告
1）报告中要求附上相关实验曲线并对实验现象给出具体的说明和分析；
2）结合实验曲线，分析本PSS参数整定的合理性，说明其改善电力系统阻尼特性的机理。