電力系統(tǒng)分析課程設計-第四組

1、課 題：電力系統(tǒng)分析課程設計專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：2012級02 班 姓 名：王 科（12152194） 李 秋（12152646） 李遵誠（12152642） 李 洋（12152106） 張超鵬（12152882） 指導教師： 李佑光設計日期：2014年11月24日2014年12月5日 成 績：目錄一緒論.2二、 設計目的3三、設計內(nèi)容4四、 設計要求8五、元件參數(shù)表9六、 計算10七、 CEES軟件仿真14八、個人心得20九、參考文獻22 緒論 電力系統(tǒng)分析是電氣工程及其自動化專業(yè)的必修課。主要通過理論和仿真計算使學生掌握電力系統(tǒng)三大計算（電力系統(tǒng)短路計算、系統(tǒng)穩(wěn)定計

2、算、潮流計算）的基本方法，深化學生對電力系統(tǒng)基本理論和計算方法的理解，培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力和電力系統(tǒng)計算軟件的應用能力。短路計算是電力技術的基本問題之一。在發(fā)電廠、變電所以及整個電力系統(tǒng)的設計和運行工作中，都必須事先進行短路計算，以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的電氣設備及載流導體，確定限制短路電流的措施、在電力系統(tǒng)中合理地配置各種繼電保護并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。為此，掌握短路發(fā)生以后的物理過程及其各種運行參量（電流、電壓等）的數(shù)值是非常必要的。短路計算內(nèi)容一般包括:1、 計算今后10年左右最大運行方式時三相短路和單相接地短路的零秒短路電流。對現(xiàn)有斷路器進行更換

3、時還應按過渡年份計算。2、 發(fā)電廠和變電所電氣設計一般還要計算短路電流的非周期性分量和沖擊電流。3、 為整定繼電保護和選擇熔斷器等，有時尚需計算有關年份的系統(tǒng)最小運行方式的短路電流。 CEES短路計算程序可用于電力系統(tǒng)（包括工業(yè)和商業(yè)的供配電系統(tǒng)）三相短路、單相接地短路、兩相短路、以及兩相接地短路的分析計算。CEES可計算短路瞬間以及短路發(fā)生后若干時刻電流、電壓的分布和其它參量。為獲得最大的適應度和模擬精確度，在借鑒國內(nèi)外同類軟件優(yōu)點的基礎上，CEES采用了不同的計算方法（通用計算法和基于運算曲線的工程實用法）和標準（IEC909和ANSI/IEEE）供用戶選擇。潮流計算是電力系統(tǒng)分析中的一種

4、最基本的計算，它的任務是對給定的運行條件確定系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及其相角）、網(wǎng)絡中的功率分布及功率損耗等。潮流計算的設計目的一般包括：  評價網(wǎng)絡方案  選擇導線和變電所主設備規(guī)格  為選用調(diào)壓裝置、無功補償及其配置提供依據(jù)  為其它電力系統(tǒng)計算分析(如穩(wěn)定計算)提供原始數(shù)據(jù)潮流計算的設計運行方式一般包括:  高峰負荷和低谷負荷  豐水期、平水期和枯水期(有水電時):平水期主要用于方案的技術經(jīng)濟比較,豐水期和枯水期主要用于校核方案的供電可靠性及供電質(zhì)量。  事故運行方式  特殊運行方式為獲得最大的

5、適應度和模擬精確度，在借鑒國內(nèi)外同類軟件優(yōu)點的基礎上，CEES采用了不同的計算方法并由計算機根據(jù)電力系統(tǒng)特點自行選擇。CEES潮流計算程序可用于電力系統(tǒng)（包括工業(yè)和商業(yè)的供配電系統(tǒng)）正常運行狀態(tài)的分析計算，重點在電壓、電流和功率的分布，即潮流分布。CEES也計算電壓損失、功率損耗、設備功率因數(shù)及其過載狀態(tài)、和其它靜態(tài)參量。 簡單閉式潮流網(wǎng)絡通常是指兩端供電網(wǎng)絡和簡單環(huán)形網(wǎng)絡。簡單環(huán)形網(wǎng)絡是指每一節(jié)點都只同兩條支路相接的環(huán)形網(wǎng)絡。單電源供電的簡單環(huán)網(wǎng)可以當做是供電點電壓相等的兩端供電網(wǎng)絡。當簡單環(huán)網(wǎng)中存在多個電源點是，給定功率的電源點可以當作負荷點處理，而把給定電壓的電源點都一分為二，

6、這樣便得到若干個已知供電點電壓的兩端供電網(wǎng)絡。這時簡單環(huán)形網(wǎng)絡可以轉化為大家熟悉的兩端供電網(wǎng)絡，靈活運用功率分點進行電流網(wǎng)絡的潮流計算。 潮流計算是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟發(fā)供電的必要措施和重要工作環(huán)節(jié)。因此，潮流計算在電力系統(tǒng)的規(guī)劃計算、生產(chǎn)運行、調(diào)度管理及科學計算中都有著廣泛的應用。也就是說，對于電氣工程及其自動化專業(yè)的學生來說，掌握潮流計算是非常重要和必要的。一、設計目的系統(tǒng)總結、回顧復習該課程理論知識。綜合應用課程知識解決電力系統(tǒng)工程實際的基礎理論問題。培養(yǎng)鍛煉分析問題解決問題的基本技能和基本方法。2、 設計內(nèi)容 1.潮流計算 潮流計算是電力系統(tǒng)最基本最常用的計算。根據(jù)系統(tǒng)給定的

7、運行條件，網(wǎng)絡接線及元件參數(shù)，通過潮流計算可以確定各母線的電壓，包括電壓的幅值和相角，各元件流過的功率，整個系統(tǒng)的功率損耗等一系列系統(tǒng)中的潮流數(shù)據(jù)。 潮流計算在數(shù)學上是多元非線性方程組的求解問題，求解的方法有很多種，牛頓拉夫遜Newton-Raphson法是數(shù)學上解非線性方程組的有效方法，有較好的收斂性。將N-R法用于潮流計算是以導納矩陣為基礎的，由于利用了導納矩陣的對稱性，稀疏性及節(jié)點編號順序優(yōu)劃等技巧，使N-R法在收斂性，占用內(nèi)存，計算速度等方面的優(yōu)點都超過了阻抗法。 同時本文也應用了電力系統(tǒng)潮流計算仿真軟件CEES與利用程序計算的結果進行比較，使計算的結果更加準確。利

8、用成形的程序對系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種情況，例如負荷的變化以及線路上所發(fā)生的變化進行計算，并對母線上不滿足范圍的數(shù)據(jù)進行調(diào)控，使得系統(tǒng)處于一個較穩(wěn)定的狀態(tài)。2.等值電路的計算過程 電壓是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的標準之一。電壓過高或過低，都將對人身及其用電設備產(chǎn)生重大的影響。保證用戶的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)調(diào)度的基本任務之一。當系統(tǒng)的電壓偏離允許值時，電力系統(tǒng)必須應用電壓調(diào)節(jié)技術調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的大小，使其維持在允許值范圍內(nèi)。本文經(jīng)過手算形成了等值電路圖，并編寫好了程序得出節(jié)點電壓標幺值，使其滿足所要求的調(diào)整范圍。 我們首先對給定的程序輸入部分作了簡要的分析，程序開始需要我們確定輸入節(jié)點

9、數(shù)、支路數(shù)、平衡母線號、支路參數(shù)矩陣、節(jié)點參數(shù)矩陣。 （1）為了保證整個系統(tǒng)潮流計算的完整性，我們把凡具有母線及發(fā)電機處均選作節(jié)點，這樣，共有10條母線以及4部發(fā)電機組即選定14個節(jié)點，我們確定電廠一母線3上的發(fā)電機作為平衡節(jié)點，節(jié)點號為，其它機組作為PV節(jié)點，節(jié)點號為，其余節(jié)點均為PQ節(jié)點，節(jié)點號見等值電路圖。 （2）確定完節(jié)點及編號后，各條支路也相應確定了，網(wǎng)絡中總計有13條支路，我們對各支路參數(shù)進行了計算。根據(jù)所給實際電路圖和題中的已知條件，有以下公式計算各輸電線路的阻抗和對地支路電容的標幺值和變壓器的阻抗標幺值。3.短路計算   

10、60;  在電力系統(tǒng)的設計和運行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常運行的情況，因為它們會破壞對用戶的供電和電氣設備的正常工作，而且還可能對人生命財產(chǎn)產(chǎn)生威脅。從電力系統(tǒng)的實際運行情況看，這些故障絕大多數(shù)多數(shù)是由短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認識外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計算。 短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。 3.1 短路的原因 產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個方面：（1）元件損壞，例如絕緣材料的自然老化、設計、安裝及維護不

11、良所帶來的設備缺陷發(fā)展成短路等；（2）氣象條件惡劣，例如雷擊造成的網(wǎng)絡放電或避雷器動作，架空線路由于大風或導線覆冰引起電桿倒塌等；（3）違規(guī)操作，例如運行人員帶負荷拉閘，線路或設備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；（4）其他，如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。 3.2 短路的類型 在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各項與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都是不對稱短路。     電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單

12、相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴重，應給予足夠的重視。況且，從短路計算方法來看，一切不對稱短路的計算，在采用對稱分量法后，都歸結為對稱短路的計算。因此，對三相短路的的研究是具有重要意義的。 3.3 短路計算的目的 在電力系統(tǒng)的設計和電氣設備的運行中，短路計算是解決一系列問題的不可缺少的基本計算，這些問題主要是： （1）選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設備，例如斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等，必須以短路計算作為依據(jù)。這里包括計算沖擊電流以校驗設備的電動力穩(wěn)定度；計算若干時刻的短路電流周期分量以校驗設

13、備的熱穩(wěn)定度；計算指定時刻的短路電流有效值以校驗斷路器的斷流能力等。     （2）為了合理地配置各種繼電保護和自動裝置并確定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算和分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點的電壓值。4.制定等值網(wǎng)絡及參數(shù)計算 4.1標幺制的概念     在一般的電路計算中，電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用V，A，W，表示，這種用實際有名單位表示物理量的方法稱為有名單位制。在電力系統(tǒng)計算中，還廣

14、泛的使用標幺制。標幺制是相對單位制的一種，在標幺制中各物理量都用標幺值表示。標幺值定義由下式給出：  由此可見，標幺值是一個沒有量綱的數(shù)值，對于同一個實際的有名值，基準值選得不同，其標幺值也就不同。因此，當我們說明一個量的標幺值時，必須同時說明它的基準值，否則，標幺值的意義是不明確的。當選定電壓、電流、功率和阻抗的基準值分別為BV,BI,BS和BZ時，相應的標幺值如下：4.2 標幺值的選擇     在電力系統(tǒng)分析中，主要涉及對稱三相電路計算。計算時習慣上多采用線電壓V，線電流I，三相功率S和一相等值阻抗Z，各物理量之間存在下

15、列關系：同單相電路一樣，應使各量基準值之間的關系與其有名值間的關系具有相同的方程式： 由此可見，在標幺制中，三相電路的計算公式與單相電路的計算公式完全相同，線電壓和相電壓的標幺值相等，三相功率和單相功率的標幺值相等。在選擇基準值時，習慣上也只選VB和SB 。由此得：這樣，電流和阻抗的標幺值則為：采用標幺值進行計算，所得結果最后還要換算成有名值，其換算公式為：5.短路電流計算曲線的應用 在工程計算中常利用計算曲線來確定短路后任意指定時刻短路電流的周期分量，對短路點的總電流和短路點鄰近支路的電流分布計算，計算曲線有足夠的準確度。 應用計算曲線法的具體計算步驟

16、如下：     (1)繪制等值網(wǎng)絡。     a.選取基準功率SB和基準電壓VB=Vav；     b.發(fā)電機的電抗用xd“，略去網(wǎng)絡中各元件的電阻，輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路；     c.無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零；     d.略去負荷。 (2)進行網(wǎng)絡變換。   將網(wǎng)絡中的電源按合并的原則合并

17、成若干組，求出各等值電機對短路點的轉移阻抗xfi（i=1，2，）以及無限大功率電源對短路點的轉移電抗xfs。 (3) 將求得的轉移電抗按各相應的等值機的容量進行歸算，便得到各等值機對短路點的計算電抗。  式中SNi為第i臺等值機的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機的額定容量之和。(4) 由xjs1，xjs2，分別根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻t各等值發(fā)電機提供的短路周期電流的標幺值Ipt1*，Ipt2*，, Iptg*。 (5)網(wǎng)絡中無限大功率電源提供的短路周期電流是不衰減的，并由下式確定=W三、設計要求1）列出完整詳細的計算式和圖表；2）按標準論文格式書寫設計

18、報告，按時提交；3）按下圖進行課程設計。圖1課程設計題之電力系統(tǒng)接線圖4 元件參數(shù)表表1元件參數(shù)小組號43號母線運行電壓38.5kV6號母線運行電壓121kV1、2號發(fā)電機30MW0.83、4號發(fā)電機60MW0.851、2號變壓器3、4號變壓器5、6號變壓器1、3號線路2、4號線路1號集中負荷8+j32號集中負荷12+j43號集中負荷16+j104號集中負荷6+j25號集中負40:+j306號集中負荷18+j6短路母線85 計算（1）電網(wǎng)的等值電路計算：（李遵誠、李洋負責）取,并認為所以變壓器的標幺變比都等于1。變壓器1，2：變壓器3，4：變壓器5，6：線路1，3： 線路2，4： 發(fā)電機1，2

19、：變壓器1，3： ：線路2，4： 發(fā)電機3，4： 變壓器3，4： 變壓器5，6： 負荷1： 負荷2： 負荷3：負荷4： 負荷5： 負荷6： （2） 短路電流周期分量計算：（張超鵬負責）圖2圖3圖4（3） 潮流計算：（王科、李秋負責） 線路1，3： 線路2，4：變壓器5，6： 發(fā)電機3，4： 6 CEES軟件仿真（張超鵬負責）1） 電網(wǎng)的等值電路計算：圖52） 短路電流周期分量計算：圖6（3）潮流計算：（3）潮流計算在CEES中的數(shù)據(jù)：圖7七、個人心得1.李遵誠：通過這次的課程設計，讓我重新復習和鞏固了課本上的相關內(nèi)容，對課本上的知識有了更深層次的理解與掌握，同時進一步感受到了理論知識在工程實踐中的重要性。剛接觸到課設題目時，只有一個模糊的方向，只是知道怎么去做，但具體的計算卻不知道，后來通過不斷地請教同學，與組員進行了多次討論與推敲，確定了思路和答題的方向，由于理論知識的不扎實，導致這次的課程設計沒有完整的做完，主要是手動潮流計算部分，這是這次課設的一大敗筆，但是我能通過CEES決策軟件做出短路計算和潮流計算來，也還是很不錯了?？傊?，對于這次的課程設計，盡管還是留有些許遺憾，但我已經(jīng)盡全力的去發(fā)現(xiàn)和解決問題。2李秋：通過這兩周四天的學習，讓我對電力系統(tǒng)分析有了進一步的了解（比如說等值電路的化簡和潮流計算等），但是在學