電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、課程設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)：該課程設(shè)計(jì)為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主要專業(yè)課設(shè)計(jì)之一，是學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程后的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于鞏固和加深對(duì)電 力系統(tǒng)潮流和短路電流計(jì)算基本原理的理解，學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求：掌握電力系統(tǒng)等值模型和參數(shù)計(jì)算，以及潮流和短路計(jì)算的基本原理，學(xué)會(huì) 應(yīng)用計(jì)算機(jī)計(jì)算系統(tǒng)潮流分布和短路電流的方法。三、課程設(shè)計(jì)選題原則：該課程設(shè)計(jì)是根據(jù)電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際工程和科研的電力 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)的潮流和短路電流計(jì)算。四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：

2、1、課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：機(jī)房和教室2、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）電力系統(tǒng)潮流計(jì)算（2）電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算具體內(nèi)容包括：1）系統(tǒng)等值模型和參數(shù)計(jì)算。2）編制電力系統(tǒng)潮流和短路計(jì)算程序。3）計(jì)算結(jié)果分析。4）編寫說明書。3、時(shí)間安排1、系統(tǒng)等值模型和參數(shù)計(jì)算（2天）2、編制算法程序并進(jìn)行計(jì)算（2天）3、計(jì)算結(jié)果整理和分析（1天）4、編寫說明書（1天）5、成績(jī)考核（1天）五、課程設(shè)計(jì)主要參考資料：1、李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.北京：水利電力出版社.第二版2、陳琦.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.北京：水利電力出版社.第二版3、孟祥萍.基于MATLAB的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算.長(zhǎng)春：吉林人民出版社4、孟祥萍.電力系統(tǒng)分析.北京：高等教

3、育出版社六、課程設(shè)計(jì)成績(jī)考核：根據(jù)學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，說明書，以及設(shè)計(jì)完成后的口試成績(jī)等進(jìn)行綜合評(píng)定。 課程結(jié)束時(shí)，要求學(xué)生有課程設(shè)計(jì)說明書。課程設(shè)計(jì)成績(jī)以平時(shí)成績(jī)（占 50%、 設(shè)計(jì)說明書（占50%進(jìn)行綜合評(píng)定。3個(gè)同學(xué)一個(gè)題目，一個(gè)班題目不能選重 復(fù)。七、課程設(shè)計(jì)題目（一）電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)計(jì)算.題目電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)計(jì)算.目的和要求通過課程設(shè)計(jì)，使同學(xué)們掌握電力系統(tǒng)P-Q分解法潮流計(jì)算（包括理論分析計(jì)算和數(shù)值計(jì)算）的基本原理和數(shù)值計(jì)算仿真的基本過程（包括算法的確定），同時(shí)也有助于計(jì)算機(jī)操 作能力和軟件開發(fā)能力的提高。要求手工計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真出給定系統(tǒng)的潮流分布（包括節(jié)點(diǎn)電壓和支路功率計(jì)

4、算）；開發(fā)語言：FORTRANC語言。.內(nèi)容.復(fù)習(xí)PQ分解法潮流計(jì)算，弄清基本原理，寫出程序框圖（課堂復(fù)習(xí)講授）；.復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)語言，并根據(jù)程序框圖制定分步實(shí)施方案，給出進(jìn)度表；.為各階段準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)和計(jì)算過程模擬數(shù)據(jù)，確定合適的數(shù)值計(jì)算方法。.編程上機(jī)調(diào)試；連調(diào)。.計(jì)算分析給定系統(tǒng)潮流分布并與手工計(jì)算結(jié)果作比較分析。.準(zhǔn)備老師檢查（計(jì)算機(jī)演示），書寫該課程設(shè)計(jì)說明書（盡可能計(jì)算機(jī)打印）。4.成品要求（1 ）設(shè)計(jì)說明書成品要求書寫工整，內(nèi)容全面，簡(jiǎn)明扼要，層次清楚。具體應(yīng)包括：.原始資料，手工計(jì)算的過程及結(jié)果。. P-Q分解法的原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合，潮流數(shù)學(xué)模型的建立。.數(shù)學(xué)計(jì)算方法的確定及其原

5、理（如因子表法）.程序流程圖及分步實(shí)施方案。.原始數(shù)據(jù)的說明，初始條件的確定，中間計(jì)算過程數(shù)據(jù)，最終計(jì)算結(jié)果及結(jié) 果分 析（并與手工計(jì)算結(jié)果比較）。（2）源程序清單包括輸入輸出變量說明，輸入輸出數(shù)據(jù)文件。.進(jìn)度安排第1天：求解潮流的原理，算法的確定等。第2天：編寫程序流程圖，確定分步實(shí)施方案，復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)語言，初步編寫源程序。第37天：上機(jī)調(diào)試程序，分析驗(yàn)證。第8天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。第9-10天：打印整理報(bào)告，老師檢查答辯。.參考文獻(xiàn).何仰贊等，“電力系統(tǒng)分析（上、下）”華中理工大學(xué)出版社。.西安交通大學(xué)等，“電力系統(tǒng)計(jì)算”，水利電力出版社。始資料題一：在如圖1所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)各元件

6、參數(shù)的標(biāo)幺值如下：Z12=0.01+j 0.40 Y120=Y210=j 0.01528 Z13=j 0.3 k=1.1 Z14=0.12+j 0.50 Y140=Y410=j 0.01920 Z24=0.08+ j 0.40 Y240=Y420=j 0.01413系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)1, 2為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)， 已給定 P1+jQ1=-0.30- j 0.18 P2+jQ2=-0.55- j 0.13 P3=0.5 , V3=1.10 , V4=1.05（相角為 0）容許誤差e=10-5圖1電力系統(tǒng)圖題二：簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)如圖 2所示，已知各個(gè)線路阻抗和節(jié)點(diǎn)功率為：Z12=24

7、+j 22( Q ,Zl3=10+j 16(Q , Z23=13.5+j 21( Q), $D2=20+j 15( MVA), SLD3=25+j 18(MVA,系統(tǒng)中 節(jié)點(diǎn)1、2為PQ節(jié)點(diǎn)，其功率已給定：P1+Q1=-20- j 15( MVA,P2+jQ2=-25-j 18(MVA,節(jié) 點(diǎn) 3 為平衡節(jié)點(diǎn)， V1=115.0 Z0( KV)。題三：如圖1所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的有名值如下：Zi2=12.1 + j 48.4 Q;yi2 o= y2i o= j 0.000126 ST： S=100MVA VS% = 24.79 ； K=nOkV/nkVZ14 = 14.52 +

8、 j 60.5 Q y_ = y_ = j 0.000159 SZ24 = 9.68 + j 48.4 Q y240 = y 420 = j 0.000117 S系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)1 , 2為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)，已給定R + jQ1 = -30 - j 18 MVAP2 + jQ2 = -55 - j 13 MVAP3 = 50 MVy V3 = 11kV V4 = 115.5 Z00 kV容許誤差夕=10-5題四：如圖2電力系統(tǒng)，各元件的參數(shù)如下：發(fā)電機(jī) G: 60MVA Xd =0.12;調(diào)相機(jī) SC: 5MVA, Xd =0.2 變壓器 T-1:31.5MVA Vs%=

9、10.5.變壓器 T-2: 20MVA , Vs%=10.5.變壓器 T-3: 7.5MVA , Vs%=10.5. 線路 L-1: 60km;線路 L-2: 20km; 線路 L-3: 10km;電抗為 0.4Q/km負(fù)荷 LD-1: 30MVA;負(fù)荷 LD-2: 18MVA;負(fù)荷 LD-3: 6MVA;ID.5KV L15KV6.3KV十0SCLD-ILLK3目標(biāo)電網(wǎng)單線圖系統(tǒng)參數(shù)表1.線路參數(shù)表線路編號(hào)線路型號(hào)線路長(zhǎng)度（km線路電阻 Q/km線路正序電抗 Q/km線路容納之半 S/km4-5LGJ-240/301040.047(15)1.78 X 10 64-6LGJ-120/70110

10、0.0740.41.47 X 10 65-7LGJ-120/25980.0791.60 X 10 66-9LGJ-95/551630.0921.80 X 10 67-8LGJ-240/30880.0471.78 X 10 68-9LGJ-240/301220.0471.78 X 10 6說明：線路零序電抗為正序電抗3倍。表2.變壓器參數(shù)表線路編號(hào)變壓器型號(hào)變壓器變比（kV）短路電壓白分?jǐn)?shù)（）2-7SSPL-2200002423X2.5%/20103-9SSPL-1200002423X2.5%/1561-4SSPL-2400002423X2.5%/17.511說明：變壓器零序電抗與正序電抗相等，

11、且均為A/Y0接法。表3.發(fā)電機(jī)參數(shù)表1發(fā)電機(jī)額定功率MW額定電壓kV額定功率因數(shù)120016.50.852180180.85310013.80.85表4.發(fā)電機(jī)參數(shù)表2發(fā)電機(jī)母線 名Xd, Xd_Td0 (S)Xq Xq 一Tq0 (S)Tj (S)110.14600.06088.960.09690.0969047.28220.89580.11986.000.86450.19690.53512.80331.31250.18138.591.25780.25000.6006.02表5.負(fù)荷數(shù)據(jù)表節(jié)點(diǎn)號(hào)有功負(fù)荷（MW無功負(fù)荷（MVA51255069030810035題六:Table I Line

12、Data of the 6-Bus System on 100 MVA BaseLineNumberBusFromNumberToRXTapRatio(15)1120.0000.3001.0252140.0970.4073160.1230.5184250.2820.6405350.7231.0506430.0000.1331.1007460.0800.37010kV和110kV,各元件參數(shù)題7:如圖7所示的電力系統(tǒng)中，變壓器兩側(cè)電壓等級(jí)分別為標(biāo)幺值示于圖中。(S=100MVA VB=Vav),計(jì)算系統(tǒng)的潮流分布。(15)（二）系統(tǒng)三相短路電流的仿真計(jì)算題目電力系統(tǒng)二相對(duì)稱短路電流的計(jì)算設(shè)計(jì)目的

13、與要求通過課程設(shè)計(jì)，鞏固學(xué)生電力系統(tǒng)中有關(guān)二相短路計(jì)算的基本原理與方法，掌握短路電流的數(shù)值求解方法（三角分解法等），開發(fā)系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算程序。同時(shí)，通過軟件開發(fā)，也有助于計(jì)算機(jī)操作能力和軟件開發(fā)能力的提高。要求手工計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真出給定系統(tǒng)三相短路后的短路電流和節(jié)點(diǎn)電壓。開發(fā)語言：matlab語言。主要內(nèi)容形成算例系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)，并手工計(jì)算短路電流。確定合適的數(shù)值計(jì)算方法（三角分解法） 。上機(jī)編程調(diào)試。計(jì)算算例系統(tǒng)的短路電流、支路電流和節(jié)點(diǎn)電壓。計(jì)算機(jī)演示答辯，書寫該課程設(shè)計(jì)說明書。計(jì)算原理1、三相對(duì)稱短路的計(jì)算由n個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的電力系統(tǒng)，假定 UP2, gn為電源節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)

14、系統(tǒng)在f點(diǎn)發(fā)生三相短路，根據(jù)迭加原理寫成以節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣表示的節(jié)點(diǎn)電壓方程：（15）U ZI（1）式中：U Ul，U2,.，Un為節(jié)點(diǎn)電壓列向量Z11,ZZZ21Z22Zin乙nZniZn2,Znn為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣1 Il,I2,.,In為節(jié)點(diǎn)注入電流列向量根據(jù)疊加原理：I I0 If （2）式中：I0 001/02, 10n1為故障前節(jié)點(diǎn)注入電流列向量If 0,0,1f ，0為節(jié)點(diǎn)注入電流故障分量對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)f,式（2 ）代入（1 ）得U ZI0 ZIf U0 ZIf(3)式中.U 0 U 01,U 02 ,Uon為故障前節(jié)點(diǎn)電壓列向量U1U01Z11,乙2，.，Zm0U2U02Z21Z22.，

15、Z2n0 Ui UiZi1,Zi2.，Zin 0 Uf U 0 fZf1, Zf2 ., Zfn I f 也即Un UnZn1, Zn2 ., Znn 0按第i行展開得Ui U0i ZifIf(5)(4)(15)對(duì)于f點(diǎn)有Uf Uof Zfflf(6)f點(diǎn)發(fā)生金屬性三相短路時(shí)，Uf 0因此|f Uof/Zff,故障前節(jié)點(diǎn)電壓Uo1,Uo2,Uof，,U0n可由潮流計(jì)算得到，近似計(jì)算時(shí),認(rèn)為 Uf 1(l12., n)因此:lf 1/ Zfff ff (8)及:Ui1 Zif/Zff (9)k Up Uqpqj_- (10)Zpq2、節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣元素 乙f及Zf的計(jì)算由于節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣具有稀疏性，

16、一般來講，電力系統(tǒng)總是用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納表示，那么如何由節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣求得阻抗矩陣元素乙f及Z0呢？事實(shí)上，節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣 Z即為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 Y的逆陣，但我們沒有必要對(duì)Y求逆，因?yàn)槲覀冎挥玫絑中的第f列元素Zy,計(jì)算原理如下：由U ZIU1乙1,乙2,.,Zml1U2乙1Z22.,Z2n1 2.UiZi1, .Zi2.Z， in. li.UfZf1,Zf2 .，Zfn. lf., .(15)UnZn1Zn2.,Znnln(11)令 |i 0(I1-n，1 f)/f 1,則有 5 Zf(i 1n)(以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣表示的節(jié)點(diǎn)電壓方程I YU(13)1丫1,Y12 ,., YnU12Y21Y22.,Y2nU2

17、 Y1,Y2.Yc ,1 in Ui fYf1, Yf 2.,Yfn Uf nYn1, Yn2.,Ynn Un(14)令 Ii 0(I 1n,If), If0Y11,Y2 ,.丫 nU10Y21Y22.丫2nU2 0Y1,Y2.,Yn Ui 1Yf1,Yf 2.,Yfn Uf 0Yn1, 工2.,Ynn Un則（15）（15）由于方程（15）與方程（11）等價(jià)，故方程（15）的解Ui, U,，U,即為Zif,乙，乙f。計(jì)算步驟輸入數(shù)據(jù)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納的矩陣zJi 0（I1-n,I f）, I f 1+到3、令i h f 求解I=YU（也即方程（15）得U, U2,，U即為Zif, Z2f,，Znf

18、利用式（8）、（9）計(jì)算I f及U利用式（10）計(jì)算支路電流報(bào)告要求原始資料，手工計(jì)算的過程及結(jié)果。三相對(duì)稱短路數(shù)學(xué)模型的建立。數(shù)學(xué)計(jì)算方法的確定及其原理（如LR分解法）。程序流程圖及分步實(shí)施方案。源程序清單。報(bào)告要求原始資料，手工計(jì)算的過程及結(jié)果。三相對(duì)稱短路數(shù)學(xué)模型的建立。數(shù)學(xué)計(jì)算方法的確定及其原理（如LR分解法）。程序流程圖及分步實(shí)施方案。源程序清單。題目題目8已知系統(tǒng)接線如圖 9-22所示，各元件參數(shù)已標(biāo)在圖中。求在f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，短路點(diǎn)的總電流及各發(fā)電機(jī)支路的電流。（15）10.5kV250MVAX =0.445MVAX d =0.125300MVAUk%=9.8115kV50k

19、m115kV60MVAUk%=10.5115kV30km50kmf(3)（線路電抗0.4Q/km）習(xí)題9-22圖題目9系統(tǒng)結(jié)線如圖9-21所示，有關(guān)參數(shù)標(biāo)于圖中，發(fā)電機(jī)均裝有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。當(dāng) f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，計(jì)算短路點(diǎn)的總電流及各支路的電流。110kV130kmO-SS=300MVA0.4 Q /kmXs=0.5KSfO gi2X20MVA2X30MVAUk%=10.5Xd =0.13G210.5kV習(xí)題9-21圖題目10電力系統(tǒng)結(jié)線如圖 9-20所示。A系統(tǒng)的容量不祥，只知斷路器 QF的切斷容量為3500MVA,B系統(tǒng)的容量為100MVA,電抗Xb=0.3,試計(jì)算當(dāng)f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)計(jì)算短路點(diǎn)的總電流 及各支路的電流。題目11系統(tǒng)結(jié)線如圖9-19所示。當(dāng)f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，計(jì)算短路點(diǎn)的總電流及各支路的電 流。(15)水電站250MVAXw =0.450km110kV/k火電站250MVAX =0.3f (3)習(xí)題9-19圖題