電力系統(tǒng)課程設(shè)計

1、一、課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容 1、認(rèn)識電力系統(tǒng)的基本概念和各種電力系統(tǒng)元件的基本參數(shù)。 2、對電力網(wǎng)絡(luò)通過潮流計算進(jìn)行分析與計算。 2、學(xué)會用計算所得數(shù)據(jù)與實際相結(jié)合選擇相應(yīng)的選用與安裝方案。 3、書寫課程設(shè)計說明書（電子版），并打印上交。2、 課程設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、計算各種電力系統(tǒng)元件的數(shù)據(jù)。2、計算各個元件與線路的電壓損失，與功率損耗。3、查找相關(guān)元件的實際參數(shù)并記錄。三、課程設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作1、按規(guī)劃的格式，獨(dú)立完成課程設(shè)計說明書的撰寫。2、完成基于拉格朗日乘數(shù)法的幅射式輸電網(wǎng)絡(luò)電壓損失及導(dǎo)線截面選擇計算。3、完成電力網(wǎng)絡(luò)的分析與實際方案的選擇 四、課程設(shè)計（論文）進(jìn)程安

2、排序號設(shè)計（論文）各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1原始資料的收集1-2141對電力系統(tǒng)的基本知識的學(xué)習(xí)5-305、圖書館2對資料進(jìn)行對應(yīng)的計算與分析B2-1172根據(jù)數(shù)據(jù)選擇對應(yīng)的方案B2-1173課程設(shè)計說明書的撰寫B(tài)2-1174課程設(shè)計上交1-2145、 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1、清華大學(xué)數(shù)學(xué)教研室 編寫 高等數(shù)學(xué) 北京 清華大學(xué)出版社 1958年 2、韓禎祥 吳國炎 主編 電力系統(tǒng)分析 杭州 浙江大學(xué)出版社 2005年 3、何仰贊 溫增根 主編 電力系統(tǒng)分析 武漢 華中科技大學(xué)出版社2002年發(fā)出任務(wù)書日期： 2013 年 5 月 3 日 指導(dǎo)教師簽名：計劃完成日期： 2013年 5月 2

3、4 日 教學(xué)單位責(zé)任人簽章：一、問題的提出本世紀(jì)初結(jié)束的全國大規(guī)模電網(wǎng)（主網(wǎng)、城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)）改造中，經(jīng)常遇到幅射式（即鏈?zhǔn)剑┹旊娋W(wǎng)絡(luò)電壓損失及導(dǎo)線截面的選擇問題。對于圖1所示的簡單網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)電壓為110KV及以下時，網(wǎng)絡(luò)電壓損失的橫向分量可不予考慮。按等值網(wǎng)絡(luò)僅計算電壓損失的縱向分量，其公式如下： U= .（1）式中: U、U -電網(wǎng)電壓及電壓損失,KV; P、Q-電網(wǎng)輸送的有功功率、無功功率，MW、MVAr; R、X-電網(wǎng)的電阻、電抗，。對于多級幅射式網(wǎng)絡(luò)，上式可改寫為：U= .（2）則電壓損失率為：U=×100 =×100 .（3）當(dāng)導(dǎo)線截面選定以后，利用式（1）原則上可根

4、據(jù)網(wǎng)絡(luò)已知電壓損失、已知負(fù)荷及已知功率因素，計算和校驗所需的導(dǎo)線截面。而實際工程中，通常是先采用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇輸電導(dǎo)線截面，并根據(jù)電網(wǎng)已知輸送容量（或電流）、已知輸送距離、已知電壓損失及已知功率因素計算其負(fù)荷矩，然后再借助于有關(guān)設(shè)計手冊校驗所選擇的導(dǎo)線是否滿足電壓損失的條件（當(dāng)然還要根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度、發(fā)熱、電暈等條件校驗，本任務(wù)書擬不述及）。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)采用鏈?zhǔn)捷旊娊佑卸鄠€變電所，即構(gòu)成一幅射式網(wǎng)絡(luò)時，嚴(yán)格說來，是不能通過負(fù)荷矩來校驗導(dǎo)線截面的。圖2為某110KV輸電系統(tǒng)：由于近年來負(fù)荷增加很快，原有設(shè)計從變電所至變電所全線導(dǎo)線截面均太小，在電網(wǎng)改造中，必須以小換大。否則，當(dāng)變電所至變電所全線電壓損

5、失超過甚至大大超過10時，將給用戶造成嚴(yán)重后果，如燈光暗淡，電動機(jī)起動困難甚至燒損的事故時有發(fā)生。可見，電網(wǎng)改造勢在必行。但當(dāng)我們用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇好各段導(dǎo)線截面，并通過有關(guān)設(shè)計手冊，進(jìn)而用電壓損失校驗導(dǎo)線截面時，雖然可分別滿足各段電壓損失不超過10的要求，但從變電所至變電所全線電壓損失是否仍小于10，卻心中無數(shù)（此處系指采用手冊而言，當(dāng)然利用式（3）還是可以計算出全線電壓損失率的）。為此，在幅射式網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)線截面選擇這類問題中，涉及數(shù)千萬元巨額改造資金及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，因而有必要尋求某種精確的計算方法。讓我們重新回到圖2上來，我們面臨的課題是：在假定（或規(guī)定）從變電所I到變電所電壓損失允許值為10

6、%，并已知電網(wǎng)各部分輸送容量（或電流），各部分輸送距離，各部分功率因數(shù)的情況下，如何適當(dāng)選擇三段導(dǎo)線截面，使得導(dǎo)線所用鋁材為最省？這一問題僅有唯一的答案。顯然，在選定各段導(dǎo)線截面之后，再簡單地通過10%電壓損失來校驗導(dǎo)線截面的辦法是根本找不到答案的，因為這是高等數(shù)學(xué)中典型的三元函數(shù)求解條件極值的問題。精確的計算可用拉格朗日乘數(shù)法來進(jìn)行。二、原始資料已知圖2中，改造前線路長度a1=53km，鋼芯鋁絞線的規(guī)格型號為 LGJ-120，；a2=15km ，導(dǎo)線規(guī)格為LGJ-95； a3=49km，導(dǎo)線規(guī)格為LGJ-70。鋁材料的電阻系數(shù)，電網(wǎng)各部分的電抗X可近似地按每公里0.4，假定各段功率因素均為0

7、.9，各臺變壓器的容量如圖所示。三、計算任務(wù)1、針對圖1畫出電壓損失的向量圖，然后推導(dǎo)電壓損失的理論公式。2、按照式（2）計算改造前從變電所至變電所全線電壓損失率。3、分別選擇三段導(dǎo)線的型號，使改造后從變電所I到變電所電壓損失允許值為10%之內(nèi)。（較大規(guī)格的導(dǎo)線型號有LGJ-150，LGJ-185，LGJ-240，LGJ-300，LGJ-400）對于和累計有兩種方法：一是按各段線路的P、Q疊加，即按各段線路穿越的總功率計算；二是按各段線路的R、X疊加，即各變電所功率穿越線路的總長度計算。為提高計算效率，可采用以下表格形式：各變電所的功率列于表1：站號S(MVA)P(MW)Q(MVAr)200.

8、900.44188.7215.50.900.4413.956.76200.900.44188.72各段線路電阻、電抗數(shù)據(jù)列于表2：線段p（MW）r()q(MVAr)x()a1185.008.7221.2a213.951.776.766a3187.508.7219.6按R、X疊加后對應(yīng)的電阻、電抗列于表3（改用大寫字母以示與表2之區(qū)別）：線段P（MW）R()Q(MVAr)X()a1185.008.7221.2a213.956.776.7627.2a31814.278.7246.8=441.26=756.834、 比較采用不同的截面組合，使三段導(dǎo)線所用鋁材總量最少（導(dǎo)線所用鋁材份量的多少取決于其體

9、積q1、q2、q3的大?。?。導(dǎo)線所用鋁材份量的多少取決于其體積的大小。參看圖2：a1、a2、a3為電網(wǎng)各變電站之間的距離，q1、q2、q3為各段導(dǎo)線截面，因此，全線導(dǎo)線的體積為：V=a1q1+a2q2+a3q3 （4）其中：q1、q2、q3應(yīng)滿足條件： （5）參照圖2，式（5）中各段電阻值(略去趨膚效應(yīng))為： R1=C () R2=C () .（6） R3=C()式中：C-鋁材料的電阻系數(shù),即0.0283 將公式（6）代入式（5），整理后得： -U=0 .（7） 令為待定常數(shù)，并令： （8）對式（8）中的q1、q2、q3分別求出偏導(dǎo)數(shù)，并使之為零： （9）根據(jù)式（9）可得： .（10）將式（1

10、0）代入式（7），整理后得：（11）將式（11）代入式（10）得： （12） 令 .（13）則 qi=Kqq2=Kq .（14）q3= Kq今已知a1=53km a2=15km a3=49km 電網(wǎng)各部分的電抗X可近似地按每公里0.4計算： （假定各段均為0.9） 將以上諸已知數(shù)代入式（13）得： Kq=17.86進(jìn)而將Kq代入式（14）得：q1=305mm2 （可選LGJ-300導(dǎo)線,改造前為LGJ-120） q2=244mm2 （可選LGJ-240導(dǎo)線,改造前為LGJ-95）q3=183mm2（選擇LGJ-185導(dǎo)線,改造前為LGJ-70）計算結(jié)果表明各段導(dǎo)線規(guī)格均須增加四個檔次，終于結(jié)束

11、了有關(guān)行政和技術(shù)人員究竟該增大幾檔的爭論。導(dǎo)線截面的增大致使原有桿塔及橫擔(dān)承重不夠，全線桿塔也因此而重新組立。5、 用拉格朗日乘數(shù)法推導(dǎo)從變電所I到變電所電壓損失允許值為10%，在已知電網(wǎng)各部分輸送容量（或電流），各部分輸送距離，各部分功率因數(shù)的情況下，如何適當(dāng)選擇三段導(dǎo)線截面，使得導(dǎo)線所用鋁材為最??？ 進(jìn)一步分析式（12），當(dāng)上升時，將下降，但此時式（12）中其他各量均無變化，故q1、q2、q3是關(guān)于的函數(shù)，q1、q2、q3的分子部分隨的上升而增大、分母部分第二項隨下降而減少，而整個分母部分則增大。但進(jìn)一步計算可以發(fā)現(xiàn)，分母隨 上升而增加的速率遠(yuǎn)比分子大得多，故q1、q2、q3的值將迅速減小。反之，當(dāng)下降時，q1、q2、q3的值將迅速增大?，F(xiàn)將q1、q2、q3隨而變化的值列于表4：0.800.608436655030.850.52684653672770.900.43593082431830.950.31222161701291.0001239773將上表用圖形來表示，可得到如圖3 所示的曲線：圖3由