電力系統建模及仿真課程設計

1、總結報告姓 名學 號院 系 班 級 指導教師 目錄一、設計目的1二、課程設計的基本要求1三、電力系統仿真模型的建立與分析1（一）電力系統故障分析和潮流計算的原理11、電力系統故障分析的原理12、電力系統潮流計算的原理2（二）電力系統故障的仿真與分析41、短路故障42、電力網絡潮流計算16四、心得體會31五、參考文獻31一、設計目的該課程設計是在完成電力系統分析的理論教學之后安排的一個實踐教學環(huán)節(jié)。其目的在于鞏固和加深對電力系統潮流和短路電流計算基本原理的理解，學習和掌握應用計算機進行電力系統設計和計算的方法，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。二、課程設計的基本要求（1）用Matlab中Simu

2、link組件的SimPowerSystems工具箱構建設計要求所給的電力系統模型，在所給電力系統中K處選取不同故障類型（三相短路、單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路進行仿真，比較仿真結果，給出自己的結論。（2）基于Matlab/Simulink，搭建電力網絡模型，并進行潮流計算。三、電力系統仿真模型的建立與分析（一）電力系統故障分析和潮流計算的原理1、電力系統故障分析的原理電力系統短路故障分為兩類,橫向不對稱故障和縱向不對稱故障，橫向不對稱故障包括兩相短路，單相接地短路以及兩相接地短路三種類型，其特點是由電力系統網絡中的某一點（節(jié)點）和公共參考點（地接點）之間構成故障端口。該端口一個是高電位

3、點，另一個是零電位點?？v向不對稱故障包括一相斷相和兩相斷相兩種基本類型，其特點是由電力系統網絡中的兩個高電位之間構成故障端口。目前實際中用的最多的和最基本的方法仍是對稱分量法，應用對稱分量法分析計算簡單不對稱故障時，對于各序分量的求解一般有兩種方法：一種是直接聯立求解三序的電動勢方程和三個邊界條件方程；另一種是借助于復合序網進行求解，即根據不同故障類型所確定的邊界條件，將三個序網絡進行適當的鏈接，組成一個復合序網，通過對復合序網的計算，求出電流、電壓的各序對稱分量。電力系統繼電保護故障對稱分量變換三相電路中，任意一組不對稱的三相相量都可以分解為三組三相對稱的分量，這就是所謂的“三相相量對稱分量

4、法”。對稱分量法是將不對稱的三相電流和電壓各自分解為三組對稱分量，它們是：（1）正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序與系統正常運行方式下的相同；（2）負序分量：三相負序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序與正序相反；（3）零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。為了清楚起見，除了仍按習慣用下標a、b和c表示三個相分量外。不對稱短路的分析：    不對稱短路的各序等值網絡       基本序網方程： 再根據短路的類型寫出邊界條件，并用序分量

5、表示，最后求出短路處各相電壓電流值。 2、電力系統潮流計算的原理電力系統潮流計算是電力系統最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網的接線方式與參數及運行條件，計算電力系統穩(wěn)態(tài)運行各母線電壓、各支路電流與功率及網損。對于正在運行的電力系統，通過潮流計算可以判斷電網母線電壓、支路電流和功率是否越限，如果有越限，就應采取措施，調整運行方式。對于正在規(guī)劃的電力系統，通過潮流計算，可以為選擇電網供電方案和電氣設備提供依據。潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數據。根據電流周期分量的標幺值等于回路總阻抗標幺值的倒數，計算出電流的周期分

6、量，而容量的標幺值等于電流周期分量的標幺值，計算出短路容量，取沖擊系數為1.8時，短路沖擊電流等于2.55倍的周期分量，短路電流的最大有效值等于1.52倍的周期分量。對于兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路不對稱的短路分析采用對稱分量法，將其分為對稱的三相正序、負序、零序的和，列出故障時的邊界條件，并用序分量來表示邊界條件，畫出序網絡，求出個序分量，最后求出故障處的各相電壓電流。電力系統潮流計算的原理電力系統的潮流計算就是計算其電壓降落與功率損耗，電力系統由發(fā)電機、變壓器、電力線路、負載組成。潮流計算主要計算電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落。主要有三種情況：（1） 已知末端負荷及

7、末端電壓，求始端電壓及功率；（2） 已知末端負荷及始端電壓，求末端電壓及始端功率；（3） 已知始端負荷及電壓，求末端電壓與功率。以第一種情況來簡述潮流計算的原理    根據已知的末端電壓和等值電路求出導納支路的功率損耗                           

8、;                 電力線路的電壓降落：     電壓降落橫分量 電壓降落縱分量     對于已知末端負荷及始端電壓的潮流計算，先假設末端電壓和由給定的末端負荷，往始端推算出始端電壓和始端功率，再由給定始端電壓和計算的始端負荷，向末端推算出末端電壓、末端功率然后再由給定末端負荷及計算得到的末端電壓往始端

9、推算，以此推算，直至推出較滿意的電壓為止。對于已知始端電壓、功率的情況與第一種情況類似，其次變壓器阻抗的功率損耗與電壓降落與電力線路完全類似，通常情況下可將電壓降落的橫分量忽略，電力線路是用型等值電路而變壓器則使用葛型等值電路。（二）電力系統故障的仿真與分析1、短路故障發(fā)電機G1：25KV,Y連接;輸電線路L1和L2長度均為100KM,L2末端中心點接地。圖3-1-1 短路故障圖（1）、單相接地短路連線圖圖3-1-2短路故障連線圖萬用表圖形圖3-1-3單相接地短路萬用表圖電壓波形：圖3-1-4單相接地短路電壓波形圖電流波形：圖3-1-5單相接地短路電流波形圖Scope2圖3-1-6單相接地短路

10、csope2波形圖分析：當A相發(fā)生接地短路時故障點A相電壓突降為零，導致B,C兩項電壓上升，排除故障之后三相電壓恢復正常。（2）、三相短路萬用表圖形：圖3-1-7三相短路萬用表波形圖電壓波形：圖3-1-8三相短路電壓波形圖電流波形：圖3-1-9三相短路電流波形圖Scope2圖3-1-10三相短路scope2波形圖分析：在穩(wěn)態(tài)時,故障相各相電壓由于三相短路故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài),因而電壓不為0. 在0. 02s 時,三相短路故障發(fā)生器閉合,此時電路發(fā)生三相短路,故障點各相電壓發(fā)生變化,故障點各相電壓都降為0. 在0. 06s 時,三相短路故障發(fā)生器打開,相當于排除故障,此時故障點各相電壓緩慢恢復

11、，此時故障點各相電流逐漸下降為0.（3）、兩相短路萬用表圖圖3-1-11兩相短路萬用表波形圖電壓波形：圖3-1-12兩相短路電壓波形圖電流波形：圖3-1-13兩相短路電流波形圖Scope2圖3-1-14兩相短路scope2波形圖分析：在A、B兩相發(fā)生短路故障時，非故障相C相電壓波形幅值增大。A相和B相電壓降為0V。C相未發(fā)生故障,其短路電流為零.兩相短路時,短路故障點電流中沒有零序分量,而正序分量與負序分量大小相等但方向相反。（4）、兩相接地短路萬用表測量：圖3-1-15兩相接地短路萬用表波形圖電壓波形：圖3-1-16兩相接地短路電壓波形圖電流波形：圖3-1-17兩相接地短路電流波形圖Scop

12、e2圖3-1-18兩相接地短路scope2波形圖分析：在A、B兩相發(fā)生短路故障時，非故障相C相電壓波形幅值改變，增大。A相和B相電壓降為0V。C相未發(fā)生故障,其短路電流為零.兩相短路時,短路故障點電流中沒有零序分量,而正序分量與負序分量大小相等但方向相反.（5）、正常情況圖3-1-19 正常情況萬用表波形圖電壓波形：圖3-1-20 正常情況電壓波形圖電流波形：圖3-1-21 正常情況電流波形圖Scope2圖3-1-22 正常情況scope2波形圖分析：當電力系統正常運行時，發(fā)電機端的電壓和電流都是成正弦變化的，雖然三相交流電源的三相電壓和電流之間相位不同，但是幅值的大小是相同的。2、電力網絡潮

13、流計算圖3-2-1 電力網潮流計算電氣接線圖圖3-2-2 潮流計算仿真圖（1）、發(fā)電機參數設置取基準功率為SB=100MVA，基準電壓等于各級平均額定電壓。而在Simulink的發(fā)電機、變壓器等模型中都是以標幺值表示的（以自身的額定值為基準值）兩臺發(fā)電機分別為G1、G2，變壓器為T1、T2、線路分別為L1、L2、L3，負載分別為Load1、Load2、Load3表示。發(fā)電機模型參數設置：由于變壓器變比為1：，因此在設置發(fā)電機模塊G1、G2，額定功率為100MVA、額定電壓為、額定頻率為50Hz，其他參數采用默認設置。發(fā)電機G2的參數設置過程與G1的一樣。如圖：圖3-2-3G1圖3-2-4 G2

14、（2）、變壓器模型參數設置變壓器變比為1：，因此設置變壓器模塊的低壓側額定電壓為，高壓側額定電壓為121KV。變壓器T1的參數設置如下：T2漏抗值與T1不同，但是參數設置過程與T1相同,只是漏阻抗不同。變壓器漏阻抗設置盡量小一些，勵磁鐵芯電阻電抗設置要大。圖3-2-5 T1圖3-2-6 T2（3）、線路模型參數設置無論是三相“II”形等值線路模塊還是三相串聯RLC支路模塊，其參數均為有名值。以支路阻抗為R*+JX*=0.08+J0.30,對地導納Y*=j0.5的線路L1為例，其有名值的參數計算如下。電阻有名值：R=R*VB2SB=0.08×1152100電感有名值：L=X*VB2SB

15、=0.3314×1152100H=0.1263H電容有名值：C=1/VB2Y*SB=13140.5×1152100F=1.2×10-5F線路的長度設置為1km,參數設置如下所示，模型中的零序參數采用默認值。L2、L3參數設置過程同L1。圖3-2-7 L1圖3-2-8 L2圖3-2-9 L3（4）、負荷模型參數設置當動態(tài)負荷的終端電壓高于設定的最小電壓時，負荷的有功功率和無功功率按下式變化。Ps=P0(UU0)np(1+TP1S)(1+TP2S)Qs=Q0(UU0)np(1+Tq1S)(1+Tq2S)系統中負荷Load1、Load2、Load3所接母線均為PQ節(jié)點，

16、要求負載有恒定功率的輸出（輸入），因此設置P0、Q0為系統給出的有功功率和無功功率值，控制負荷性質的指數np，有功功率、無功功率動態(tài)特性的時間參數T P1、T p2、T q1、Tq2均設置為0。如下圖所示圖3-2-10 Load1圖3-2-11 Load2圖3-2-12 Load3（5）、綜合參數設置：利用Powergui模塊進行節(jié)點類型、初始值等參數的綜合設置。雙擊Powergui模塊圖標，在主界面下打開“潮流計算和電機初始化”窗口。在電機顯示欄中選擇發(fā)電機G2，設置其為平衡節(jié)點“Swing bus”，輸出線電壓設置為11025V(對應的標幺值為1.05)，電機a 相電壓的相角為0，頻率為5

17、0Hz；選擇發(fā)電機G1，設置其為PV節(jié)點，輸出線電壓設置為11025V(對應的標幺值為1.05)，有功功率為600MW；選擇Load1,設置有功功率為200MW,無功功率為100Mvar,頻率為50Hz；選擇Load2,設置有功功率為370MW,無功功率為130Mvar,頻率為50Hz；選擇Load3,設置有功功率為160MW,無功功率為80Mvar,頻率為50Hz，如下圖所示。圖3-2-13 綜合參數設置圖圖3-2-14 更新潮流結果圖3-2-15 穩(wěn)態(tài)電壓電流母線M1的潮流計算：A相電壓為V，相位角；電流為31A，相位角，所以M1的潮流為：P=3UIcos =*cos)=598MVAQ=3

18、UIsin*sin)=229MVar 母線M2的潮流計算：A相電壓為，相位角；電流為A，相位角，所以M2的潮流為P=3UIcos =3*66369.83*1601.47*cos(-0.7-97.42)=45MVA Q=3UIsin=3*66369.83*1601.47*cos(-0.7-97.42)MVar 母線M3的潮流計算：A相電壓為V，相位角°；電流為A，相位角°，所以M3的潮流為P=3UIcos =3*67006.68*776.59*COS(Q=3UIsinMVar在所給的電力系統中K處選取了不同的故障類型(三相短路、單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路)進行仿真，比較仿真結果，結果表明運用Matlab對電力系統故障進行分析與仿真，能夠準確直觀地考察電力系統故障的動態(tài)特性，驗證了Matlab在電力系統仿真中的強大功能。四、心得體會五、參考文獻1.于永源，楊綺雯.電力系統穩(wěn)態(tài)分析M中國電力出版社，2007. 2.王晶