電力系統(tǒng)分析實驗報告

1、本科生實驗報告實驗課程 電力系統(tǒng)分析 學院名稱 核技術與自動化工程學院 專業(yè)名稱 電氣工程及其自動化 學生姓名 學生學號 指導教師 顧民 實驗地點 6C901 實驗成績 二 一五 年十 月 二 一五 年 十二 月實驗一 MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計算中的應用實例一、簡介Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(PowerSystemBlockset簡稱PSB)來完成。PowerSystemBlock是由TEQSIM公司和魁北克水電站開發(fā)的。PSB是在Simulink環(huán)境下使用的模塊,采用變步長積分法,可以對非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進行精確的仿真，并精確地檢測出斷點和

2、開關發(fā)生時刻。PSB程序庫涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)等電工學科中常用的基本元件和系統(tǒng)仿真模型。通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。PSB程序塊程序庫中的測量程序和控制源起到電信號與Simulink程序之間連接作用。PSB程序庫含有代表電力網絡中一般部件和設備的Simulink程序塊，通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。1) 字段baseMVA是一個標量，用來設置基準容量，如100MVA。2)字段bus是一個矩陣，用來設置電網中各母線參數。 bus_i用來設置母線編號(正整數)。 type用來設置母線類型, 1為PQ節(jié)點母線, 2為PV節(jié)點母線, 3為平衡(參考)節(jié)點母線，

3、4為孤立節(jié)點母線。 Pd和Qd用來設置母線注入負荷的有功功率和無功功率。 Gs、Bs用來設置與母線并聯(lián)電導和電納。 baseKV用來設置該母線基準電壓。 Vm和Va用來設置母線電壓的幅值、相位初值。 Vmax和Vmin用來設置工作時母線最高、最低電壓幅值。 area和zone用來設置電網斷面號和分區(qū)號，一般都設置為1，前者可設置范圍為1100，后者可設置范圍為1999。3)字段gen為一個矩陣，用來設置接入電網中的發(fā)電機(電源)參數。 bus用來設置接入發(fā)電機(電源)的母線編號。 Pg和Qg用來設置接入發(fā)電機(電源)的有功功率和無功功率。 Pmax和Pmin用來設置接入發(fā)電機(電源)的有功功率

4、最大、最小允許值。 Qmax和Qmin用來設置接入發(fā)電機(電源)的無功功率最大、最小允許值。 Vg用來設置接入發(fā)電機(電源)的工作電壓。1.發(fā)電機模型2.變壓器模型3.線路模型4.負荷模型5.母線模型二、電力系統(tǒng)模型電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網,它包括升降壓變壓器和各種電壓等級的輸電線路、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網簡單示意如圖實驗二 無窮大功率供電系統(tǒng)模擬仿真構建一、Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(PowerSystemBlockset簡稱PSB)來完成。PowerSystemBlock是由TEQSIM公司和魁北克水電站開發(fā)的。PSB是在Simulin

5、k環(huán)境下使用的模塊,采用變步長積分法,可以對非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進行精確的仿真，并精確地檢測出斷點和開關發(fā)生時刻。PSB程序庫涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)等電工學科中常用的基本元件和系統(tǒng)仿真模型。通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。PSB程序塊程序庫中的測量程序和控制源起到電信號與Simulink程序之間連接作用。PSB程序庫含有代表電力網絡中一般部件和設備的Simulink程序塊，通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。二、電力系統(tǒng)模型電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網,它包括升降壓變壓器和各種電壓等級的輸電線路、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網簡單示意如圖三、電力系統(tǒng)仿

6、真模型的建立與分析電力系統(tǒng)仿真主要是對短路類型中的三相短路、兩相短路和單相接地短路的電流、機端電壓波形進行分析。利用Matlab軟件中的電力系統(tǒng)模塊庫(PSB)，建各元件參數設置如下：(1)發(fā)電機參數設置發(fā)電機額定容量為50MVA,額定電壓為13.8KV，額定頻率為60Hz，Yg連接，其它采用默認值。(2)三相變壓器參數設置額定頻率為60Hz，一次側電壓13.8KV，二次側電壓220KV。其他采用默認值。(3)三相輸電線參數設置線路長100Km。(4)負荷參數設置額定容量為50MVA。(5)故障模塊參數設置短路故障是用三相故障元件來模擬的，故障時間段可通過TransitionTimes來設置，

7、設置為0.010.05秒。其余的短路故障模型可以通過修改三相故障模塊的參數設置來實現，將在以下仿真過程中進行設置。三相故障模塊負荷LD正常運行時發(fā)電機輸出端電壓波形正常運行時發(fā)電機輸出端電流波形分析：電力系統(tǒng)未發(fā)生短路故障時，發(fā)電機端的電壓和電流均成正弦變化，三相交流電源的三相電壓和電流之間相位不同，而幅值的大小是相同的。單相接地短路故障分析將三相電路短路故障發(fā)生器中的“故障相選擇”選擇A相故障,并選擇故障相接地選項,故障時間為0.010.05秒;在萬用表元件中選擇A相、B相和C相電流作為測量電氣量,激活仿真按鈕。（此處以A相接地短路為例）A相接地短路故障點三相電流：A相接地短路故障點三相電壓

8、：分析：當A相發(fā)生接地短路時故障點A相電壓降為零，、非故障相即BC兩相電壓上升為線電壓，其夾角為60。故障切除后各相電壓水平較原來升高，這是中性點電位升高導致的。故障點各相電壓：分析:當輸電線路發(fā)生A相接地短路時,B相、C相電壓沒有變化。在正常狀態(tài)時，三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài),A相電壓也不變,不為0.在0.01s時,三相短路故障發(fā)生器閉合,此時A相接地短路,其短路電壓波形發(fā)生了劇烈的變化,電壓降為0.在0.05s時,三相短路故障發(fā)生器打開,故障排除,此時故障點A相電壓迅速恢復。故障點各相電流：分析：當輸電線路發(fā)生A相接地短路時,B相、C相電流沒有變化,始終為0。在正常狀態(tài)時，三相短路故障

9、發(fā)生器處于斷開狀態(tài),A相電流為0.在0.01s時,三相短路故障發(fā)生器閉合,此時A相接地短路,其短路電流波形發(fā)生了劇烈的變化,但大體上仍呈正弦規(guī)律變化.在0.05s時,三相短路故障發(fā)生器打開,故障排除,此時故障點A相電流迅速變?yōu)?。 無窮大功率供電系統(tǒng)仿真模型一、Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(PowerSystemBlockset簡稱PSB)來完成。PowerSystemBlock是由TEQSIM公司和魁北克水電站開發(fā)的。PSB是在Simulink環(huán)境下使用的模塊,采用變步長積分法,可以對非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進行精確的仿真，并精確地檢測出斷點和開關發(fā)生時刻。P

10、SB程序庫涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)等電工學科中常用的基本元件和系統(tǒng)仿真模型。通過PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。PSB程序塊程序庫中的測量程序和控制源起到電信號與Simulink程序之間連接作用。PSB程序庫含有代表電力網絡中一般部件和設備的Simulink程序塊實驗二、電力系統(tǒng)模型電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網,它包括升降壓變壓器和各種電壓等級的輸電線路、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網簡單示意如圖三、電力系統(tǒng)仿真模型的建立與分析電力系統(tǒng)仿真主要是對短路類型中的三相短路、兩相短路和單相接地短路的電流、機端電壓波形進行分析。利用Matlab軟件中的電力系統(tǒng)模塊庫(PSB

11、)，建各元件參數設置如下：實驗三 同步發(fā)電機突然三項短路暫態(tài)過程的仿真方法實驗四 中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型及計算一、基本簡介1. 采樣頻率取50 kHz。2. 故障初相角分別取90、45、0三種情況進行仿真。3. 接地點過渡電阻分別取5、500、5k三種情況進行仿真。4. 設故障點分別位于每條線路的首端、中間和末端以及母線等不同位置。5. 采用ATP-EMTP 的壓控開關作為電弧的數學模型，即當接地點電壓達到最大值時，開關合上，表明電弧重燃，當接地點電流過零時，電弧熄滅，如此反復拉弧，作為實際電弧閃的一種理想化模型。6. 暫態(tài)零序電流的有效值和極性分別按公式(1)和式(2)進行計算，

12、通過編制Matlab 應用程序調用ATP仿真6,7得到的數據進行處理，繪出零序電壓、零序電流的波形。二 、中性點不接地系統(tǒng)仿真結果分析由于篇幅所限，下面僅列出線路1 末端發(fā)生金屬性接地（RF =0），比較線路1、2、4 的暫態(tài)零序電流與穩(wěn)態(tài)零序電流的幅值和極性得到的仿真計算結果及波形。1）故障線路的暫態(tài)零序電流大于非故障線路，且與非故障線路暫態(tài)零序電流的方向相反，如表1所示，故障電路1 的暫態(tài)零序電流為33.23 ，大于非故障線路4 的暫態(tài)零序電流為6.68 ，二者的相位比較結果為38405 ，前面的負號表示二者的極性相反。2）暫態(tài)檢測法靈敏度高于穩(wěn)態(tài)檢測法。所示，故障線路1 的暫態(tài)零序電流為

13、33.23，遠遠大于其穩(wěn)態(tài)零序電流7.41。3）短路瞬間故障相的相位角對暫態(tài)零序電流的幅值有很大影響，但對穩(wěn)態(tài)零序電流幅值影響甚小。中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)仿真結果分析8下面僅列出線路4 中段發(fā)生金屬性接地（RF =0），比較線路2、3、4 的暫態(tài)零序電流與穩(wěn)態(tài)零序電流的幅值和極性得到的仿真計算結果及波形。消弧線圈的電感采用過補償5%計算。1.仿真結果=90時零序電壓、零序電流波形圖2. 結果分析通過總結大量的仿真計算結果及仿真得到的波形可以得出如下結論：中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)，在過補償方式下，故障線路的穩(wěn)態(tài)零序電流為由過補償產生的過剩的電感電流，其方向與非故障線路相同，所以傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)檢測法不再有效，而消弧線圈對故障后的暫態(tài)零序電流的幅值和相位均無影響。其它特性與中性點不接地系統(tǒng)相同。學生實驗 心得此次實驗我印象最深的是同步電機的并網。開始先讓直流電機轉起來，帶動同步電機，調節(jié)同步機的轉速使其頻率與電網的頻率非