电力系统综合课程设计

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 (1)2.1设计要求 (1)2.2设计指标 (2)2.2.1网络参数及运行参数计算 (2)2.2.2各元件参数归算后的标么值： (2)2.2.3 运算参数的计算结果： (2)三、设计内容 (2)3.1电力系统潮流计算和故障分析的原理 (2)3.1.1电力系统潮流计算的原理 (2)3.1.2 电力系统故障分析的原理 (3)3.2潮流计算与分析 (4)3.2.1潮流计算 (4)3.2.2计算结果分析 (8)3.2.3暂态稳定定性分析 (8)3.2.4暂态稳定定量分析 (11)3.3运行结果与分析 (16)3.3.1构建系统仿真模型 (16)3.3.2设置各模块参数 (17)3.3.3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。

图1 单机无穷大系统 发电机的参数：SGN=352.5MWA,PGN=300MW,UGN=10.5Kv,1=d x ,25.0'=d x ,252.0''=x x ,6.0=q x ,18.0=l x ,01.1'=d T ,053.0"=d T ,1.0"0=q T ,Rs=0.0028,H(s)=4s;TJN=8s,负序电抗：2.02=x 。

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 ，07.0=L r 欧/km ，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。

运行条件如下：0U =115KV ，0P =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A MV S B ∙=250，kV U B 115Ⅲ=。

为使变压器不出现非标准变比，各段基准电压为kV kV k U U T B B 1.2091212201152ⅢⅡ=⨯=⨯=， kV k U U T B B 07.91ⅡⅠ=⨯= 2.2.2各元件参数归算后的标么值如下：95.0=d X ，57.0=q X ，238.0'=dX ，1.0=L R ，586.0=L X ，93.250==L L X X s T X X X J T T 28.11,19.0,108.0,13.0221====531.0108.0586.02113.02121=+⨯+=++=T L T TL X X X X 481.1531.095.0=+=+=∑TL d d X X X 101.1531.057.0=+=+=∑TL q q X X X769.0531.0238.0''=+=+=∑TL d d X X X2.2.3 运算参数的计算结果如下：1115115Ⅲ00===B U U U ；125025000===B S P P ；329.0tan 000==ϕP Q ()()47.1769.01769.0329.012220'020'000=++⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑∑U X P U X Q U E d d ︒=⨯+⨯=54.31769.0329.01769.01arctan 0δ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—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。

此外，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：()()752.1101.11101.1329.012220020000=⨯+⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑∑U X P U X Q U E q q Q︒=⨯+⨯=95.38101.1329.01101.11arctan 0δ088.295.38cos 1101.1481.11101.1481.1752.1cos 10000=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=︒∑∑∑∑δU X X X X E E q d q d Q q 458.195.38cos 1101.1769.01101.1769.0752.1cos 100''0'=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=︒∑∑∑∑δU X X X X E E q d q d Q q ()()29.1531.01531.0329.0122202000=⨯+⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=U X P U X Q U U TLTL G︒=⨯+⨯=32.24531.0329.01531.01arctan0TL δ①当保持常数==0q q E E 时δδδδδδ2sin 117.0sin 41.12sin 101.1481.1101.1481.121sin 481.1088.22sin 2sin 2000+=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=∑∑∑∑∑q d q d d q Eq X X X X U X U E P 02cos 117.02cos 41.1=⨯+=δδδd dP Eq()0234.0cos 41.1cos 468.01cos 2234.0cos 41.122=-+=-+δδδδ468.02234.0468.0441.141.1cos 2⨯⨯⨯+±-=δ取正号得︒=93.80Eqm δ()429.193.802sin 117.093.80sin 41.12sin 117.0sin 41.1=⨯+=+=︒︒Eqm Eqm Eqm P δδ792.02cos 117.0cos 41.1101.1481.1101.1481.1212cos 101.1481.1101.1481.121cos 481.1088.222cos 2cos 20200'0-+=⎪⎭⎫⎝⎛⨯+-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=∑∑∑∑∑∑∑∑∑δδδδδδq d q d q d q d d q U X X X X U X X X X U X U E Q δδδcos 481.0084.1cos 481.1769.01481.1769.0088.2cos 10''0'+=⎪⎭⎫⎝⎛-+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=∑∑∑∑U X X X X E E d d d d q q()δδ2cos 2cos 21111121212120'20''C A C A B C B A U X P U X Q U E d U d U G +++++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑∑391.0211'01=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=∑∑∑∑∑q d q d d X X X X X U A 084.10'1==∑∑d q d X E X B 09.021'01=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑∑∑∑∑q d q d d X X X X XU C ()δδ2cos 2cos 22222222222220200C A C A B C B A UX P U X Q U U TLU TLU G +++++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=579.021102=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=∑∑∑∑q d q d TL X X X X X U A 749.002==∑d q TL X E X B 062.02102=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑∑∑∑q d q d TLX X X X X U C②当保持常数=='0'q q E E 时δδδδδδ2sin 196.0sin 896.12sin 101.1769.0101.1769.021sin 769.0458.12sin 2sin ''20'0'0'-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=∑∑∑∑∑q d q d d q E X X X X U X U E P q02cos 196.02cos 896.1'=⨯-=δδδd dP q E ︒=05.101'qm E δ()935.105.1012sin 196.005.101sin 896.1'=⨯-=︒︒qm E Pδδδcos 925.0808.2cos 769.0481.11769.0481.1458.1cos 10'''-=⎪⎭⎫⎝⎛-+⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=∑∑∑∑U X X X X E E d d d d q q()δδ2cos 2cos 233333232323'C A C A B C B A E +++++=151.0211'''03=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=∑∑∑∑∑q d q d d X X X X X U A 458.1''0'3==∑∑d q d X E X B 151.021'''03=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑∑∑∑∑q d q d d X X X X XU C ()δδ2cos 2cos 244444242424C A C A B C B A U G +++++=414.0211''04=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=∑∑∑∑q d q d TL X X X X X U A 007.1'04==∑d q TL X E X B 104.021''04-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑∑∑∑q d q d TLX X X X X U C ③当保持常数=='0'E E 时[]{}δδδδ+-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑∑∑sin 250.0arcsin sin 912.1sin 1arcsin sin ''00'0''q d d E X X E U X U E P0'=δd dP E []︒=+-90sin 205.0arcsin δδ ︒=5.101'm E δ912.190sin 912.1'==︒m E P()[]δδδδcos 926.0sin 205.0arcsin cos 831.2cos 1sin 1arcsin cos 0''''00'0-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑∑∑∑∑∑U X X X X X X E U E E d d d d q d q ()[]δδsin 205.0arcsin cos 47.1sin 1arcsin cos ''00'0'=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑∑q d qX X E U E E ()δδδδδ+-=+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑∑sin 205.0arcsin sin 1arcsin ''00'q d X X E U⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=∑∑δδsin 1arcsin cos 2''0055252525q d G X X E U C A C B A U 309.011'05=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=∑d TL X X U A 015.1''05==∑d TL X E X B④当保持常数==00U U G 时[]{}δδδδ+-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑sin 402.0arcsin sin 427.2sin 1arcsin sin 0000q TLG TL G U X X U U X U U P G0=δd dP G U []︒=+-90sin 402.0arcsin δδ ︒=112Gm U δ 427.2=Gm U P()[]δδδδcos 789.1sin 402.0arcsin cos 595.3cos 1sin 1arcsin cos 0000-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑∑∑U X X X X X X U U U E TL d TL d q TL G G q ()()[]δδδδcos 448.0sin 402.0arcsin cos 867.1cos 1sin 1arcsin cos 0'000''-=-+⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑∑∑U X X X X U U U E TL d X X TLd q TL G G q⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=∑δδsin 1arcsin cos 200662626'q TL G X X U U B A B A E 448.011'06-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑TL d X X U A 868.10'6==∑TL G d X U X B3.2.2计算结果分析由上述计算结果可作出图2功率特性图和图3电势变化特性图。