電力系統(tǒng)潮流、短路計(jì)算和暫態(tài)穩(wěn)定性分析—課程設(shè)計(jì)論文

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱(chēng)：電力系統(tǒng)分析基層教學(xué)單位：電力工程系 指導(dǎo)教師：董杰 董海燕學(xué)號(hào)學(xué)生姓名（專(zhuān)業(yè)）班級(jí)10級(jí)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目電力系統(tǒng)潮流、短路計(jì)算和暫態(tài)穩(wěn)定性分析（六）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)某系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和各節(jié)點(diǎn)功率如圖1所示。未來(lái)的電源配置和負(fù)荷數(shù)據(jù)如圖2所示。6號(hào)節(jié)點(diǎn)為新建的孤立節(jié)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示。各節(jié)點(diǎn)之間已建線(xiàn)路參數(shù)和可擴(kuò)建的線(xiàn)路參數(shù)如表2所示?；鶞?zhǔn)功率選為100mw，基準(zhǔn)電壓選為110kv。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證當(dāng)系統(tǒng)中任一條線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，各負(fù)荷均不斷電。運(yùn)用power world軟件計(jì)算出系統(tǒng)潮流分布和各母線(xiàn)短路時(shí)不同短路

2、類(lèi)型情況下的短路電流，并進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析。計(jì)算容許誤差為105。最后將最終結(jié)果列表在報(bào)告中。參考資料夏道止，電力系統(tǒng)分析，中國(guó)電力出版社，2004年陳珩，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，中國(guó)電力出版社，1995年李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，中國(guó)電力出版社，1995年周次第一周應(yīng)完成內(nèi)容設(shè)計(jì)系統(tǒng)的接線(xiàn)形式，選擇線(xiàn)路參數(shù)。對(duì)設(shè)計(jì)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)安全分析，判斷系統(tǒng)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。計(jì)算系統(tǒng)潮流分布，分析網(wǎng)絡(luò)損耗。計(jì)算某一母線(xiàn)和線(xiàn)路不同短路類(lèi)型情況下的短路電流，對(duì)比分析不同類(lèi)型短路情況下對(duì)母線(xiàn)電壓、線(xiàn)路電流和發(fā)電機(jī)的影響。進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析，確定系統(tǒng)在較嚴(yán)重事故情況下的臨界切除故障時(shí)間，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告、答辯。指導(dǎo)

3、教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字電氣工程學(xué)院 教務(wù)科目 錄第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明 4 1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 4 1.2 設(shè)計(jì)要求 5第二章 設(shè)計(jì)原理及分析 6 2. 1 設(shè)計(jì)原則6 2.2 設(shè)計(jì)原理 6 2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖7第三章 靜態(tài)安全分析 8第四章 系統(tǒng)潮流分布及網(wǎng)絡(luò)損耗 94.1 負(fù)荷信息94.2 支路參數(shù)94.3 電機(jī)信息104.4 節(jié)點(diǎn)信息10 4.5 網(wǎng)絡(luò)損耗 11第五章 短路分析11 5.1 節(jié)點(diǎn)短路 11 5.2 線(xiàn)路短路 18 5.5 不同短路類(lèi)型對(duì)比分析 24第六章 暫態(tài)穩(wěn)定性分析 25 6.1 系統(tǒng)受到干擾后穩(wěn)定性分析 25 6.2 臨界故障切除時(shí)間 40第七章 心得體會(huì) 4

4、7參考文獻(xiàn) 48第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)某系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和各節(jié)點(diǎn)功率如圖2所示。未來(lái)的電源配置和負(fù)荷數(shù)據(jù)如圖1所示。6號(hào)節(jié)點(diǎn)為新建的孤立節(jié)點(diǎn)。 表1 發(fā)電機(jī)組參數(shù)表2 各節(jié)點(diǎn)之間已有線(xiàn)路和可擴(kuò)建線(xiàn)路參數(shù)1 負(fù)荷額定功率分別為：節(jié)點(diǎn)1：80mw，0mvar；節(jié)點(diǎn)2：240mw，15mvar；節(jié)點(diǎn)3:40mw，10mvar;節(jié)點(diǎn)4：160mw，40mvar；節(jié)點(diǎn)5：240mw，30mvar。2. 基準(zhǔn)功率為100mw，基準(zhǔn)電壓為110kv。1.2 設(shè)計(jì)要求1. 按照任務(wù)書(shū)要求首先設(shè)計(jì)出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單線(xiàn)圖；2. 用powerworld simulator畫(huà)出單線(xiàn)圖，并作

5、靜態(tài)安全穩(wěn)定性分析，分析出所設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)，修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；3. 潮流和短路計(jì)算結(jié)果以表格形式給出；4. 短路計(jì)算任一故障點(diǎn)，并分別對(duì)三相和各種不對(duì)稱(chēng)短路進(jìn)行計(jì)算。5. 暫態(tài)穩(wěn)定性分析應(yīng)畫(huà)出各發(fā)電機(jī)的功角曲線(xiàn)，并找出暫態(tài)穩(wěn)定性的邊界。設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證當(dāng)系統(tǒng)中任一條線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，各負(fù)荷均不斷電。運(yùn)用power world軟件計(jì)算出系統(tǒng)潮流分布和各母線(xiàn)短路時(shí)不同短路類(lèi)型情況下的短路電流，并進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析。計(jì)算容許誤差為105。最后將最終結(jié)果列表在報(bào)告中。第二章 設(shè)計(jì)原理及分析2.1 設(shè)計(jì)原則電力系統(tǒng)中對(duì)于運(yùn)行的基本要求可以概括為安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面。因此，要在保證安全和電能質(zhì)量的前

6、提下使運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)。安全可靠原則：為了保證對(duì)負(fù)載的持續(xù)供電，一定要保證有足夠的電源容量和合理的布局；其次，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也必須合理，使得在某線(xiàn)路或者變壓器因故障或者檢修退出運(yùn)行后仍然能對(duì)用戶(hù)繼續(xù)供電，故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)是采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和雙回線(xiàn)路供電。運(yùn)行經(jīng)濟(jì)原則：為了降低系統(tǒng)的成本和提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下減少接線(xiàn)的數(shù)量。2.2 設(shè)計(jì)原理根據(jù)設(shè)計(jì)題目，將一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，為各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供功率。在接線(xiàn)的時(shí)候，要滿(mǎn)足每個(gè)母線(xiàn)可提供的或者所需的有功無(wú)功，以及線(xiàn)路能夠傳送的最大容量。而且需保證任意一條線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí)，每個(gè)負(fù)荷均不斷電，因此必須保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)處同時(shí)至少連接兩條線(xiàn)路，設(shè)計(jì)采用環(huán)網(wǎng)

7、結(jié)構(gòu)，根據(jù)各負(fù)荷的功率分布，讓發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)整對(duì)負(fù)荷提供有功和無(wú)功功率。其中，有一個(gè)發(fā)電機(jī)處于平衡節(jié)點(diǎn)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的功率進(jìn)行平衡。2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第三章 靜態(tài)安全分析安全分析，是用預(yù)想事故的分析方法來(lái)預(yù)知系統(tǒng)是否存在安全隱患，以便及早采取相應(yīng)的措施防止系統(tǒng)發(fā)生大的事故。靜態(tài)安全分析可判斷發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會(huì)過(guò)負(fù)荷或電壓越限。第四章 系統(tǒng)潮流分布及網(wǎng)絡(luò)損耗4.1負(fù)荷信息4.2支路參數(shù)43電機(jī)信息4.4節(jié)點(diǎn)信息4.5網(wǎng)絡(luò)損耗第五章 短路分析5.1 節(jié)點(diǎn)短路1. 單相接地短路（短路電流標(biāo)幺值11.447，相角74.47度）單相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：2. 兩相接地短路（短

8、路電流標(biāo)幺值9.991, 相角97.05度）兩相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：3. 三相對(duì)稱(chēng)短路（短路電流標(biāo)幺值12.963，相角-63.43度）三相對(duì)稱(chēng)短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：4. 相間短路（短路電流標(biāo)幺值11.227，相角-153.43度）相間短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：5.2 線(xiàn)路短路1. 單相接地短路（短路電流標(biāo)幺值9.168，相角-75.28度）單相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：2. 兩相接地短路（短路電流標(biāo)幺值7.798, 相角98.44度）兩相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：3. 三相對(duì)稱(chēng)短路（短路電流

9、標(biāo)幺值10.899, 相角-66.49度）三相對(duì)稱(chēng)短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：4. 相間短路（短路電流標(biāo)幺值9.439, 相角-156.49度）相間短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：5.3不同短路類(lèi)型對(duì)比分析1單相接地：取a相為特殊相，故障線(xiàn)路相電壓為零，相角為零2相間短路：b、c相直接短路，b相電壓等于c相電壓3三相對(duì)稱(chēng)：三相相電壓相等，故障線(xiàn)路電壓為零4兩相接地：b、c相直接短路再接地，b相電壓等于c相電壓且均為零，相角為零由表可知，軟件計(jì)算結(jié)果與理論值相符。第六章 暫態(tài)穩(wěn)定性分析電力系統(tǒng)中，大干擾穩(wěn)定性習(xí)慣上成為暫態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步

10、發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的能力。6.1 系統(tǒng)受到干擾后的穩(wěn)定性分析在1.0000s插入故障，在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)刻進(jìn)行穩(wěn)定性分析，選取t=1.600s時(shí)刻切除故障，用power world軟件進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，得到如下曲線(xiàn)：1. 節(jié)點(diǎn)1上的發(fā)電機(jī)1、2和3：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間與功率曲線(xiàn)時(shí)間與電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)2. 節(jié)點(diǎn)1上的發(fā)電機(jī)4：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間與功率曲線(xiàn)時(shí)間與電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)3. 節(jié)點(diǎn)3上發(fā)電機(jī)1和2：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間與功率曲線(xiàn)時(shí)間與電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)4. 節(jié)點(diǎn)3上發(fā)電機(jī)3和4：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間

11、與功率曲線(xiàn)時(shí)間與電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)5.6.7. .節(jié)點(diǎn)6上發(fā)電機(jī)2：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間與功率曲線(xiàn)時(shí)間與電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)8. 節(jié)點(diǎn)6上發(fā)點(diǎn)機(jī)3和4時(shí)間和轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)時(shí)間和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間和功率曲線(xiàn)時(shí)間和電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)6.2 臨界切除故障時(shí)間電力系統(tǒng)遭受大干擾后所發(fā)生的幾點(diǎn)暫態(tài)過(guò)程可能有兩種不同的結(jié)局：一種是暫態(tài)穩(wěn)定的：各發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之前的相對(duì)角度隨時(shí)間的變化呈震蕩（或者稱(chēng)搖擺）狀態(tài)。如果震蕩的幅值逐漸衰減，各發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將逐漸消失，使得系統(tǒng)恢復(fù)到干擾前的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況（或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況），此時(shí)各發(fā)電機(jī)仍然保持同步運(yùn)行。一種結(jié)局是暫態(tài)不穩(wěn)定的：在暫態(tài)過(guò)程

12、中某些發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間不但始終存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且使得轉(zhuǎn)子間的相對(duì)角度不斷增大，導(dǎo)致這些發(fā)電機(jī)之間失去同步。如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了大干擾，不切出故障，那么系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定；如果故障切除的較早，則系統(tǒng)穩(wěn)定；故障清楚較晚，系統(tǒng)也不穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定，就要確定最長(zhǎng)的故障切除時(shí)間臨界切除時(shí)間。1.本系統(tǒng)的臨界切除故障時(shí)間為：在臨界情況下，1、3、6節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)為：時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)為時(shí)間與功率的曲線(xiàn)時(shí)間與電壓的曲線(xiàn)2.當(dāng)故障切除時(shí)間稍微大于臨界切除時(shí)間時(shí)：1、3、6節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)為： 時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)時(shí)間與功率曲線(xiàn)時(shí)間與電壓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速曲線(xiàn) 超過(guò)臨界切除故障時(shí)間時(shí)，

13、系統(tǒng)將不再穩(wěn)定，可能對(duì)系統(tǒng)造成巨大的損害，因此臨界故障切除時(shí)間的確定非常重要。心得體會(huì)為期一周的電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過(guò)這次課設(shè)，我學(xué)到了實(shí)際應(yīng)用的很多東西。包括基礎(chǔ)應(yīng)用軟件power world，繪制電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)性能的指標(biāo)的方法等等。可以說(shuō)是很有收獲的。課設(shè)開(kāi)始的前一天，我拿到了課題。頓時(shí)就是覺(jué)得有點(diǎn)懵了，看著課題不知道該從哪里下手。周一來(lái)到機(jī)房，老師向我們講解了畫(huà)圖軟件的簡(jiǎn)單應(yīng)用步驟之后，便要我們先在紙上根據(jù)要求畫(huà)出簡(jiǎn)圖。我們一個(gè)小組經(jīng)過(guò)討論，就開(kāi)始繪圖了，我根據(jù)圖表中給的參數(shù)和課本中給出的設(shè)計(jì)系統(tǒng)線(xiàn)路的具體方法，將第六個(gè)節(jié)點(diǎn)以環(huán)狀結(jié)構(gòu)同其他節(jié)點(diǎn)連了起來(lái)。然后便將簡(jiǎn)圖畫(huà)在軟件上進(jìn)

14、行仿真，最初，線(xiàn)路中有幾個(gè)都超過(guò)了其最大容量，不過(guò)經(jīng)過(guò)調(diào)試和更改，最后基本符合要求。但是后來(lái)就沒(méi)有那么順利了，畫(huà)圖只是其中的一部分工作，通過(guò)模型仿真，進(jìn)行了潮流計(jì)算和短路分析、暫態(tài)穩(wěn)定性分析之后，我的線(xiàn)路仍存在很多問(wèn)題，像是線(xiàn)路過(guò)多，部分線(xiàn)路的損耗過(guò)大，發(fā)生干擾到新的平衡狀態(tài)所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易造成系統(tǒng)崩潰等等。于是我多次參考課本，對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行更改。 課本上學(xué)到的多是計(jì)算方法和理論知識(shí)。通過(guò)電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和模擬運(yùn)行，使我對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的原理有了更深等次的了解，對(duì)課本中的方法也有了實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了課本的知識(shí)。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的電網(wǎng)進(jìn)行短路計(jì)算和暫態(tài)分析，在仿真模擬中認(rèn)識(shí)到了現(xiàn)實(shí)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路狀況時(shí)的巨大危害，因此作為一個(gè)電力工作者，在今后的工作中更要十分謹(jǐn)慎。最后還要謝謝指導(dǎo)老師的耐心教導(dǎo)，在原則性問(wèn)題上面他們很?chē)?yán)格，對(duì)每個(gè)人都很公平，當(dāng)我遇到困難的時(shí)候他們很耐心的幫助我解決，給我們營(yíng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。參考文獻(xiàn)1 夏道止 . 電力系統(tǒng)分析 中國(guó)電力出報(bào)社 2004年2 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 中國(guó)電力出版社 1995年3 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 中國(guó)電力出版社 1995年燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)表指導(dǎo)