电力系统分析课程设计实验指导书

电力系统分析课程设计实验指导书一、课程设计的目的与任务:该课程设计为电气工程及其自动化专业的主要专业课设计之一，是学习电力系统分析基础课程后的一个重要的实践性教学环节。

其目的在于巩固和加深对电力系统潮流和短路电流计算基本原理的理解，学习和掌握应用计算机进行电力系统设计和计算的方法，培养学生独立分析和解决问题的能力。

二、课程设计的基本要求:掌握电力系统等值模型和参数计算，以及潮流和短路计算的基本原理，学会应用计算机计算系统潮流分布和短路电流的方法。

三、课程设计选题原则:该课程设计是根据电力系统分析基础课程内容，结合实际工程和科研的电力系统网络进行系统的潮流和短路电流计算。

四、课程设计内容: 1、课程设计地点：机房和教室2、设计内容（1）电力系统潮流计算（2）电力系统短路电流计算具体内容包括：1）系统等值模型和参数计算。

2）编制电力系统潮流和短路计算程序。

3）计算结果分析。

4）编写说明书。

3、时间安排1、系统等值模型和参数计算（2天）2、编制算法程序并进行计算（2天）3、计算结果整理和分析（1天）4、编写说明书（1天）5、成绩考核（1天）五、课程设计主要参考资料：１、李光琦.电力系统暂态分析.北京：水利电力出版社.第二版２、陈珩.电力系统稳态分析.北京：水利电力出版社.第二版３、孟祥萍.基于ＭＡＴＬＡＢ的电力系统设计与计算.长春：吉林人民出版社４、孟祥萍.电力系统分析.北京：高等教育出版社六、课程设计成绩考核：根据学生的平时表现，说明书，以及设计完成后的口试成绩等进行综合评定。

课程结束时，要求学生有课程设计说明书。

课程设计成绩以平时成绩（占50%）、设计说明书（占50%）进行综合评定。

3个同学一个题目，一个班题目不能选重复。

七、课程设计题目（一）电力系统潮流的计算机计算1. 题目电力系统潮流的计算机计算2. 目的和要求通过课程设计，使同学们掌握电力系统P-Q分解法潮流计算（包括理论分析计算和数值计算）的基本原理和数值计算仿真的基本过程（包括算法的确定），同时也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。

要求手工计算和计算机仿真出给定系统的潮流分布（包括节点电压和支路功率计算）；开发语言：FORTRAN或C语言。

3. 内容1. 复习PQ分解法潮流计算，弄清基本原理，写出程序框图（课堂复习讲授）；2. 复习计算机语言，并根据程序框图制定分步实施方案，给出进度表；3. 为各阶段准备原始数据和计算过程模拟数据，确定合适的数值计算方法。

4. 编程上机调试；连调。

5. 计算分析给定系统潮流分布并与手工计算结果作比较分析。

6. 准备老师检查(计算机演示)，书写该课程设计说明书（尽可能计算机打印）。

4. 成品要求(1）设计说明书成品要求书写工整，内容全面，简明扼要，层次清楚。

具体应包括：1). 原始资料，手工计算的过程及结果。

2). P-Q分解法的原理、特点及适用场合，潮流数学模型的建立。

3). 数学计算方法的确定及其原理（如因子表法)4). 程序流程图及分步实施方案。

5). 原始数据的说明，初始条件的确定，中间计算过程数据，最终计算结果及结果分析（并与手工计算结果比较）。

(2）源程序清单包括输入输出变量说明，输入输出数据文件。

5. 进度安排第1天：求解潮流的原理，算法的确定等。

第2天：编写程序流程图，确定分步实施方案，复习计算机语言，初步编写源程序。

第3—7天：上机调试程序，分析验证。

第8天：撰写课程设计报告。

第9-10天：打印整理报告，老师检查答辩。

6. 参考文献(1). 何仰赞等，“电力系统分析（上、下）”华中理工大学出版社。

(2). 西安交通大学等，“电力系统计算”，水利电力出版社。

7. 原始资料题一：在如图1所示的简单电力系统中，网络各元件参数的标幺值如下：Z12=0.01+j0.40 Y120=Y210=j0.01528 Z13=j0.3 k=1.1Z14=0.12+j0.50 Y140=Y410=j0.01920 Z24=0.08+j0.40Y240=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P1+jQ1=-0.30-j0.18 P2+jQ2=-0.55-j0.13 P3=0.5，V3=1.10，V4=1.05(相角为 0)容许误差e=10-5图1电力系统图题二：简单电力系统如图2所示，已知各个线路阻抗和节点功率为:Z12=24+j22(Q)，Z13=10+j16(Q)，Z23=13.5+j21(Q)，S LD2=20+j15(MVA)，S LD3=25+j18(MVA)，系统中节点 1、2 为PQ节点，其功率已给定：P1+Q1=-20-j15(MVA)，P2+jQ2=-25-j18(MVA)，节点3为平衡节点，V1=115.0Z0(KV)。

S L D2图2电力系统图题三：：如图1所示的简单电力系统中，网络各元件参数的有名值如下：z i2= 12.1 + j48.4 Q；y i2〇= y2i〇= j0.000126ST：S=100MVA；V s% = 24.79 ；K=n〇kV/nkVz14 = 14.52 + j60.5Q；y_ = y_ = j0.000159Sz24 = 9.68 + j48.4Q；y240 = y420 = j0.000117S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P1 + jQ1 = -30 - j18 MVA P2 + jQ2 = -55 - j13 MVA P3 = 50 MW；V3 = 11kV V4 = 115.5Z00 kV容许误差夕=10-5题四：：如图2电力系统，各元件的参数如下：发电机G: 60MVA，Xd’’=0.12;调相机 SC: 5MVA，Xd’’=0.2 变压器 T-1: 31.5MVA，Vs%=10.5.变压器 T-2: 20MVA，Vs%=10.5.变压器 T-3: 7.5MVA，Vs%=10.5.. 线路 L-1: 60km;线路 L-2: 20km;;线路 L-3: 10km;电抗为 0.4Q/km负荷 LD-1: 30MVA;负荷 LD-2: 18MVA; 负荷 LD-3: 6MVA;题五：目标电网单线图系统参数(15)说明：线路零序电抗为正序电抗3倍。

说明：变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为Δ/Y 0接法。

表3. 发电机参数表1表4. 发电机参数表2题六：Table I Line Data of the 6-Bus System on 100 MVA BaseLine Number Bus From Number To R XTapRatio1120.000 0.300 1.0252 1 4 0.097 0.4073 1 6 0.123 0.5184 25 0.282 0.6405 3 5 0.723 1.0506 4 3 0.000 0.133 1.1007 4 6 0.080 0.370题7:如图7所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为10kV和110kV，各元件参数标幺值示于图中。

（S B=100MVA，V B=Vav），计算系统的潮流分布。

(15)(15)（二）系统三相短路电流的仿真计算 1. 题目电力系统二相对称短路电流的计算2. 设计目的与要求通过课程设计，巩固学生电力系统中有关二相短路计算的基本原理与方法，掌握短路电流的数值求解方法（三角分解法等），开发系统三相短路电流的计算程序。

同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。

要求手工计算和计算机仿真出给定系统三相短路后的短路电流和节点电压。

开发语言：matlab 语言。

主要内容1. 形成算例系统节点导纳矩阵,准备原始数据，并手工计算短路电流。

2. 确定合适的数值计算方法（三角分解法）。

3. 上机编程调试。

4. 计算算例系统的短路电流、支路电流和节点电压。

5.计算机演示答辩，书写该课程设计说明书。

3. 计算原理1、三相对称短路的计算由n 个节点组成的电力系统，假定12,,......,ng g g 为电源节点，现系统在f 点发生三相短路，根据迭加原理写成以节点阻抗矩阵表示的节点电压方程：U ZI （1）(15)式中：12[,,.......,]Tn U u u u = 为节点电压列向量111212122212,,......,......,......,......,......,......,......,n n n n nn Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦为网络节点阻抗矩阵12[,,.......,]Tn I I I I =为节点注入电流列向量根据叠加原理：0FI I I =+（2）式中：001020[,,.......,]Tn I I I I =为故障前节点注入电流列向量[0,0,......,,......,0]TF f I I =- 为节点注入电流故障分量对应节点f ,式（2)代入（1)得00F FU ZI ZI U ZI =+=+（3）式中：001020[,,.......,]Tn U U U U =为故障前节点电压列向量也即10111121202212220120120,,......,......,............,......,......,............,......,......,............,..n n i i i i in f f f f fn n n U U Z Z Z U U Z Z Z U U Z Z Z U U Z Z Z U U ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦1200...0.......,.........,0f n n nn I Z Z Z ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（4）按第i 行展开得0i i if fU U Z I =- （5）(15)对于f 点有0f f ff fU U Z I =- （6）f 点发生金属性三相短路时，f U =因此0/f f f fI U Z =， （7）故障前节点电压010200,,...,,...,f nU U U U 可由潮流计算得到，近似计算时，认为1(1,2,...,)f u I n ==因此：1/f ffI Z =（8）及：1/i if f fU Z Z =-（9）p qpq pqk U U I Z ⋅-=（10）2、节点阻抗矩阵元素ifZ 及ffZ 的计算由于节点导纳矩阵具有稀疏性，一般来讲，电力系统总是用节点导纳表示， 那么如何由节点导纳矩阵求得阻抗矩阵元素ifZ 及ffZ 呢？事实上，节点阻抗矩阵Z 即为节点导纳矩阵Y 的逆阵，但我们没有必要对 Y 求逆，因为我们只用到Z 中的第f 列元素Zy ，计算原理如下：由 U ZI =11112112212222121212,,......,......,.........,......,......,.........,......,......,.........,......,......,n n i i i in f f f fn n n n nn U Z Z Z I U Z Z Z I U Z Z Z U Z Z Z U Z Z Z ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦.........i f n I I I ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（11）(15)令0(1~,),1i f I I n I f I ==≠=，则有(1~)i if U Z i n ==（12）以节点导纳矩阵表示的节点电压方程I YU =（13）11112112212222121212,,......,......,.........,......,......,.........,......,......,.........,......,......,n n i i i in f f f fn n n n nn I Y Y Y U I Y Y Y U I Y Y Y I Y Y Y I Y Y Y ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦.........i f n U U U ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（14）令0(1~,),1i f I I n I f I ==≠=，则111211212222121212,,......,0......,0......,......,............,0......,......,.........,1......,......,.........,0n n i i in i f f fn n n nn Y Y Y U Y Y Y U Y Y Y U Y Y Y Y Y Y ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦......f n U U ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（15）由于方程（15)与方程（11)等价，故方程（15)的解U 1，U 2，…，U n ，即为Z1f,Z2f，…，Z nf。