成都理工大學電力系統(tǒng)分析

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(shù)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 月 二一五年 月68電力系統(tǒng)分析實驗報告摘要電力系統(tǒng)分析是電氣工程專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程，是學生進入電力系統(tǒng)專業(yè)的主要向?qū)Ш蜆蛄骸６鳰ATLAB仿真中的Simulink建模是對電力系統(tǒng)進行建模分析的一個重要工具。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；MATALB；建模實驗一 電力系統(tǒng)分析計算一、實驗目的1. 掌握用Matlab軟件編程計算電力系統(tǒng)元件參數(shù)的方法.2. 通過對不同長度的電力線路的三種模型進行建模比較，學會選取根據(jù)電路要求選取模

2、型。3. 掌握多級電力網(wǎng)絡的等值電路計算方法。4. 理解有名制和標幺制。二、實驗內(nèi)容1電力線路建模有一回220kV架空電力線路，導線型號為LGJ-120，導線計算外徑為15.2mm，三相導線水平排列，兩相鄰導線之間的距離為4m。試計算該電力線路的參數(shù)，假設(shè)該線路長度分別為60km，200km，500km，作出三種等值電路模型，并列表給出計算值。電阻(歐)電抗(歐)電納(S)電阻(歐)電抗(歐)電納(S)電阻(歐)電抗(歐)電納(S)60 km200km500km模型115.75歐22.8歐1.8e-4歐52.5歐76歐6e-4歐131.25歐190歐1.5e-3歐2多級電力網(wǎng)絡的等值電路計算部

3、分多級電力網(wǎng)絡結(jié)線圖如圖1-1所示，變壓器均為主分接頭，作出它的等值電路模型，并列表給出用有名制表示的各參數(shù)值和用標幺制表示的各參數(shù)值。圖1-1 多級電力網(wǎng)絡結(jié)線圖線路額定電壓電阻(歐/km)電抗(歐/km)電納(S/km)線路長度（km)L1（架空線）220kv0.080.4062.81*10-6200L2（架空線）110kV0.1050.3832.81*10-660L3（架空線）10kV0.170.38忽略15變壓器額定容量Pk(kw)Uk%Io%Po(kW)T1180MVA893130.5175T263MVA28010.50.61602作出等值電路仿真模型，線路采用中等長度模型，用字母標

4、出相應的參數(shù) 以220KV為基本級，SB=100MVA按精確求解要求，求出有名制和標幺制表示的各參數(shù)值。（注意有些量要歸算）。按下表填入計算數(shù)據(jù)。用下標標示相應的線路和變壓器。參數(shù)名稱Z1Y1Z2Y2Z3有名制16+j81.2j5.62e-4S25.2+j91.2j0.4215e-4S1234.2+j2758.8標幺制0.033+j0.1677j2.72e-10.052+j0.1882.04e-22.55+j5.7參數(shù)名稱ZT1YT1ZT2YT2有名制1.3+j34.953.6e-6+j1.8e-5S3.4+j80.661.2e-6+j7.9e-6S標幺制2.6e-3+j0.0721.742e

5、-3+j8.712e-37.024e-3+j0.16675.808e-4+j3.823e-33、回答思考題三、思考題1 比較計算數(shù)據(jù)，討論模型的適用條件。答：一，對于長度不超過100KM的架空電力線路，線路額定電壓為60KV以下者；以及不長的電纜電力線路，電納的影響不大時，可認為是短電力線路。只能應用短電力線路模型。二，線路電壓為110到220KV，架空電力線路長為100-300km，電纜電力線路長度不超過100km的電力線路，可以認為中等長度的電力線路。三，一般長度超過300km的架空電力線路和長度超過100km的電纜電力線路稱為長線路，對于這種電力線路，需要考慮他們的分布參數(shù)特性。2 什么

6、是有名制？什么是標幺制？電力系統(tǒng)元件的有名值和標幺值有什么關(guān)系？有名制：采用有單位的阻抗，導納，電壓，電流，功率等進行計算的。標幺制：采用沒有單位的阻抗，導納，電壓，電流，功率等的相對值來進行計算的。標幺值=有名值/相應的基準值。實驗二 電力系統(tǒng)簡單電網(wǎng)潮流計算一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2. 初步掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 電力系統(tǒng)簡單電網(wǎng)潮流計算仿真分析。二、實驗內(nèi)容在如圖2-1所示的電力系統(tǒng)中，已知條件如下：變壓器T：SFT-40000/110，線路AC段：；線路BC段：；線路AB段：；各段線路的導納均可略去不計；負荷功率：；母線D的額定電壓為10kV。節(jié)點A為平衡節(jié)

7、點，其余為PQ節(jié)點。計算系統(tǒng)的潮流分布。圖2-1 簡單電力系統(tǒng)三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第四章四、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗過程 圖2-2負載1參數(shù)圖2-3負載2參數(shù)圖2-4 線路參數(shù)圖2-5線路1參數(shù)圖2-6線路2參數(shù)圖2-7同步發(fā)電機參數(shù)圖2-8仿真系統(tǒng)圖2-9 仿真電流結(jié)果圖2-10仿真電流結(jié)果六、思考題1、為什么會有線損？線損的構(gòu)成主要有哪些成分？答：線路有阻抗、導納。電阻、電導會消耗有功，電抗、電納會消耗無功實驗三、復雜電力系統(tǒng)的潮流計算一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2. 掌握電力系統(tǒng)時域分析工具

8、。3. 電力系統(tǒng)復雜電網(wǎng)潮流計算仿真分析。二、實驗內(nèi)容如圖3-1所示的電力系統(tǒng)中，變壓器兩側(cè)電壓等級分別為10kV和110kV，各元件參數(shù)標幺值示于圖中。（SB=100MVA，VB=Vav），計算系統(tǒng)的潮流分布。G2G1T2T1P4=0.8U4=1.051:1.051.05:1U5=1.055=0。S1=0.8+j0.3S2=0.3+j0.2S3=0.3+j0.4發(fā)電廠2發(fā)電廠1Z23=0.08+j0.3Z12=0.04+j0.25Z13=0.1+j0.3ZT1=j0.03ZT2=j0.015ACDBE圖3-1 復雜電力系統(tǒng)網(wǎng)絡圖三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)

9、建模與仿真第四章四、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、Simulink仿真模型如下。2、說明建模步驟和仿真過程3、系統(tǒng)的潮流分析 分析系統(tǒng)各節(jié)點電壓大小是否滿足系統(tǒng)要求，若不滿足如何進行調(diào)整？ 4、保持負荷有功功率不變，改變無功負荷，觀察記錄各母線電壓。保持無功負荷不變，改變有功負荷，觀察記錄各發(fā)電機母線功角。保持負荷不變，改變變壓器變比，觀察記錄各母線電壓。5、回答思考題六、思考題1、談談你對線路損耗的認識。答：線損是電能通過輸電線路傳輸而產(chǎn)生的能量損耗產(chǎn)生的。電力網(wǎng)絡中除輸送電能的線路外，還有變壓器等其他輸變電設(shè)備，也會產(chǎn)生電能的損耗，這些電能損耗的總和稱為網(wǎng)

10、損。 線損是由電力傳輸中有功功率的損耗造成的，主要由以下3個部分組成。 = 1 * GB3于電流流經(jīng)有電阻的導線，造成的有功功率的損耗，它是線損的最主要部分由于線路有電壓，而線間和線對接之間的絕緣有漏電，造成的有功功率損耗電暈損耗：架空輸電線路帶電部分的電暈放電造成的有功功率損耗。在一般正常情況下，后兩部分只占極小的份量。2、如果各110kV線路承擔的輸送功率長期滿負荷運行，有何方法可較好地解決線損過高問題？答：為了降低網(wǎng)絡功率損耗,可以采取改變系統(tǒng)運行方式,調(diào)整運行參數(shù)和負荷率等措施使網(wǎng)絡的功率分布接近經(jīng)濟分布,使網(wǎng)絡運行更經(jīng)濟,功率損耗為最小。在有功功率合理分配的同時,還應做到無功功率的合

11、理分布。按照就近的原則安排補償,減少無功遠距離輸送。增設(shè)無功補償裝置,并合理配置,以提高負荷的功率因數(shù),改變無功潮流分布,可以減少有功損耗和電壓損耗,可以減少發(fā)電機送出的無功功率和通過線路、變壓器傳輸?shù)臒o功功率,使線損大為降低,而且還可以改善電壓質(zhì)量、提高線路和變壓器的輸送能力。實驗四 電力系統(tǒng)三相短路故障仿真分析一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2. 掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 對三相接地短路故障進行仿真分析。二、實驗內(nèi)容設(shè)某部分電力線路的簡化等值電路如圖所示。用Matlab仿真工具建立模型，并仿真線路出現(xiàn)三相接地短路時短路點的電流電壓的變化情況。圖4-1簡單三相接地短路電路圖

12、模型1.交流電壓源元件參數(shù)電壓峰值/V相位/rad頻率/Hz采樣時間/S測量值110050002.串聯(lián)RLC參數(shù)電阻R/歐姆電感L/H電容C/F測量值RLC1535e-31e-6Branch currentRLC15105e-31e-6Branch current3.仿真參數(shù)Start timeStop timeTypeRelative tolerance 其它00.1Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto4.三相電路短路故障發(fā)生器（有對地故障）RonTran statusTran times測量值RpCpRg0.0011 0 0.02 0.05none

13、1e6inf0.001三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗步驟圖4-2三相交流電壓源參數(shù)圖4-3電力線路參數(shù)圖4-4電力線路1參數(shù)圖4-5 Simulink仿真系統(tǒng)圖圖4-6短路點三相電壓波形圖4-7短路點三相電流波形圖4-8電力線路1電流圖4-9電力線路1電壓實驗思考1. 什么叫沖擊電流？答：短路沖擊電流是短路全電流中的最大值，在短路后半個周期t=0.01s,ik達到最大，此時的短路全電流即為短路沖擊電流。2. 什么叫短路電流的最大有效值？答：由短路點的電流波形可知，在短路后第一個周期的短路電

14、流的有效值最大。3. 某一線路，首端發(fā)生三相短路故障和末端發(fā)生三相短路故障引起的系統(tǒng)反應一樣嗎？請說說理由答：兩者不一樣，短路后之路中的電力原件發(fā)生了變化，且首段短路時短路電流最大，造成影響也最大。實驗五 電力系統(tǒng)不對稱故障分析一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2.掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 熟悉不同類型短路故障的特點及其影響，對電力系統(tǒng)出現(xiàn)的不對稱故障進行仿真分析。二、實驗內(nèi)容設(shè)無窮大電源的電力系統(tǒng)電路如圖5-1，仿真分析在K點出現(xiàn)各種短路故障時電流電壓的變化。圖5-1電力系統(tǒng)各種短路故障仿真圖1.三相電壓源元件參數(shù)電壓有效值A(chǔ)相相位（正序）頻率連接方式內(nèi)阻抗105KV050Y

15、0.312+j6.63e-32.輸電線路參數(shù)長度電阻R(正，零序)電感L(正，零序)電容C(正，零序)測量值RLC1100km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC260km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3none3.三相電路短路故障發(fā)生器RonRgTran statusTran timesSample timeRpC0.0010.0011 0 0.01 0.0401e-6inf4.三相序分量分析元件Fundamental frequenceHarmomic n Sequ

16、ence 501Positive Negative Zero5.仿真參數(shù)Start timeStop timeTypeRelative tolerance 其它00.1Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗步驟圖5-2 三相電壓源參數(shù)圖5-3三相變壓器參數(shù)圖5-4分布線路參數(shù)圖5-5分布線路1參數(shù)圖5-6 Simulink仿真系統(tǒng)圖圖5-7 三相故障時電流波形圖5-8兩相故障時電壓波形圖5-9 A相接地短路時電流波形三相

17、短路分析在三相電路短路故障發(fā)生器參數(shù)中將三相故障全選中，并選擇故障相接地選項。進行電路仿真，用M1觀察故障點電流波形，并記錄三相電流的最大幅值，填入表中。A相B相C相0.380.40.5六、思考題1理論上推導在兩相短接時三個序電流之間有什么關(guān)系?與實驗結(jié)果進行比較.答：正序電流等于負的負序電流、零序電流為零。2單相接地短路時短路電流與三個序電流之間有什么關(guān)系?與實驗結(jié)果進行比較.答：單相接地短路時正序電流等于負序電流等于零序電流。3、有人認為發(fā)生不對稱故障時，故障相電流是由各序電流合成的，因此相電流一定比序電流要大，對嗎？為什么？答：不對，合成是相量合成，有可能總電流比序電流小。實驗六 小電流

18、接地系統(tǒng)單相故障分析一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，掌握小電流接地系統(tǒng)的單相故障的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數(shù)學模擬，對系統(tǒng)配電線路進行單相接地短路故障仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結(jié)合短路相關(guān)的理論知識對仿真結(jié)果加以分析。二、實驗內(nèi)容 搭建如圖6-1所示的系統(tǒng)模型并仿真，該系統(tǒng)有1個電源，3條配電線路，4個負荷，在Line3的末端設(shè)置單相接地短路故障，觀察示波器中的電壓和電流波形，記錄下故障電壓電流的

19、有效值。1.三相電壓源元件參數(shù)電壓有效值A(chǔ)相相位（正序）頻率連接方式內(nèi)阻抗105KV050Yg0.00529+j4.427e-22.輸電線路參數(shù)長度電阻R(正，零序)電感L(正，零序)電容C(正，零序)測量值RLC1120km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC2180km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC32 km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC4150 km0.01273 0.386

20、40.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3none3.三相電路短路故障發(fā)生器RonRgTran statusTran timesSample timeRpC0.0010.0011 0 0.01 0.0401e-6inf三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗步驟圖6-2三相電壓源參數(shù)圖6-3三相電壓電流測量元件參數(shù)圖64線路1參數(shù)圖6-5 load1參數(shù)圖6-6 故障模塊參數(shù)圖6-7 仿真系統(tǒng)參數(shù)通過示波器8得到系統(tǒng)的零序電壓3u0圖6-8 系統(tǒng)的零序電壓3u0圖6-9 系統(tǒng)的

21、零序電壓3I0圖6-10故障點的三相電壓圖6-11 故障點的接地電流（黃色表示A相、其他兩相電流為零）圖6-12 故障點A相電壓圖6-13 故障點B相電壓圖6-14故障線路零序電流的幅值圖6-15故障點C相電壓圖6-16 故障線路零序電流相位六、實驗思考題1、中性點不接地系統(tǒng)為什么可以在單相接地故障發(fā)生時允許繼續(xù)運行2小時？答：因為10KV中性點不接地 ，不影響線電壓， 其他高壓有接地故障保護應當立即跳開。2、中性點不接地系統(tǒng)裝設(shè)消弧線圈的原則是什么？裝設(shè)消弧線圈的目的是什么？答：目的是防止單相接地時接地點出現(xiàn)斷續(xù)電弧，引起諧振過電壓。實驗七 一個復雜電力系統(tǒng)的短路計算一、實驗目的與要求通過實

22、驗教學加深學生的基本概念，掌握復雜電力系統(tǒng)短路故障的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數(shù)學模擬，對復雜電力系統(tǒng)短路故障仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結(jié)合短路相關(guān)的理論知識對仿真結(jié)果加以分析。二、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章三、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件四，實驗報告要求1、 給出復雜系統(tǒng)故障的仿真模型2、說明建模步驟和仿真過程短路點k1短路點在k2：五，思考題1、

23、同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程的有何特點？發(fā)生短路時，作為電源的發(fā)電機的內(nèi)部也發(fā)生暫態(tài)過程，并不能保持其端電壓和頻率不變。一般講，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子的慣量較大，在分析短路電流時可以近似地認為轉(zhuǎn)子保持同步轉(zhuǎn)速，即頻率保持穩(wěn)定。實驗八 同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程分析 一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，掌握同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數(shù)學模擬，對同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型

24、的仿真，結(jié)合短路相關(guān)的理論知識對仿真結(jié)果加以分析。二、實驗內(nèi)容 已知一臺有阻尼的同步發(fā)電機，其參數(shù)如下：若發(fā)電機空載，端電壓為額定電壓，發(fā)電機定子端部突然發(fā)生三相短路，并且，求發(fā)電機定子電流。三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設(shè)備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗過程：六、思考題1、同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程的有何特點？ 2、發(fā)電機機端兩相短路和機端三相短路相比，有何不同？答：實驗九 簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性仿真一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，了解影響系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數(shù)學模擬，對簡

25、單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，增強對系統(tǒng)穩(wěn)定性的認識與理解，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結(jié)合短路相關(guān)的理論知識對仿真結(jié)果加以分析。二、實驗內(nèi)容 對如圖9-1所示的單機無窮大系統(tǒng)，發(fā)電機帶有自動勵磁調(diào)節(jié)器，發(fā)電機輸出的功率為，；原動機的功率為；發(fā)電機為隱極機，且不計發(fā)電機各繞組的電磁暫態(tài)過程發(fā)電機的參數(shù)：負序電抗：變壓器T-1的參數(shù):;變壓器T-2的參數(shù):;線路的參數(shù)：，線路的零序電抗為正序電抗的5倍。運行條件如下：分析在為常數(shù)的條件下，發(fā)

26、電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性的影響。三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第六章四、實驗儀器設(shè)備及耗材1.每組計算機1臺、軟件Matlab7.0套。五、實驗報告要求1、給出單機無窮大系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性Simulink仿真模型。 發(fā)電機參數(shù)設(shè)置 變壓器T1，T2參數(shù)設(shè)置(T1，T2參數(shù)一樣) 負載參數(shù)設(shè)置 無窮大系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置六、思考題1、功角和發(fā)電機慣性時間常熟TJ的物理意義是什么？轉(zhuǎn)動慣量。在額定轉(zhuǎn)矩的作用下，把轉(zhuǎn)子加速至額定轉(zhuǎn)速的時間。理論上是一直線關(guān)系，實際上是一曲線.2、 影響電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素有哪些？主要和線路的潮流及線路的熱穩(wěn)定極限有關(guān)。3

27、、 如何提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性？電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)正常運行時的穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本性質(zhì)說明，靜態(tài)儲備越大則靜態(tài)穩(wěn)定性越高。提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施很多，但是根本性措施是縮短"電氣距離"。主要措施有:(1)、減少系統(tǒng)各元件的電抗:減小發(fā)電機和變壓器的電抗，減少線路電抗(采用分裂導線);(2)、提高系統(tǒng)電壓水平;(3)、改善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);(4)、采用串聯(lián)電容器補償;(5)、采用自動調(diào)節(jié)裝置;(6)、采用直流輸電。在電力系統(tǒng)正常運行中，維持和控制母線電壓是調(diào)度部門保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要和日常工作。維持、控制變電站、發(fā)電廠高壓母線電壓恒定，特別是樞紐廠(站)高壓母線電壓恒定，相當于輸電系統(tǒng)等值分割為若干段，這樣每段電氣距離將遠小于整個輸電系統(tǒng)的電氣距離，從而保證和提高了電力系統(tǒng)