电力系统综合自动化课程设计报告31.docx
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电力系统综合自动化课程设计报告31
XX学校
XX学院
电力系统综合自动化课程设计报告
题目电力网潮流分析与计算
院系
课程名称
专业
班级
学号
学生姓名
指导教师
XX年XX月XX日
目录2..
摘要4..
第一章绪论5.
1.1设计背景5.
1.2设计目的5.
1.3设计题目5.
1.4设计内容和要求6.
1.4.1设计内容6.
1.4.2设计要求7.
1.5设计思路7.
第二章潮流计算与分析8.
2.1元件参数8.
2.1.1发电机参数8.
2.1.2变压器参数8.
2.1.3线路参数9.
2.2等值电路1.0
2.3手工潮流计算10
第三章MATLAB/Simulink仿真分析16
3.1SimPowerSystems工具箱介绍16
3.2各元件的选择与参数设置1.6
3.2.1发电机选型16
3.2.2变压器选型18
3.2.3线路选择20
3.2.4负荷模型23
3.2.5母线选择24
3.3Simulink建模25
3.4仿真运行26
341初始化参数设置26
342潮流计算仿真28
3.5潮流分布计算结果分析29
第四章总结.3.0
参考文献31
摘要
潮流计算是电力系统中最基础、最常用的一种重要分析计算。
根据系统给定的各种条件、网络以及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线上的电压、系统
中的功率分布情况以及损耗分布情况，从而检验电力系统能否满足各种运行方式的要求。
电力系统潮流计算还是电力系统稳定性与故障分析的基础，在电力系统
的规划、生产运行、调度管理中都有着广泛的应用。
电力系统是一个具有高度非线性特点的复杂系统，在潮流计算是涉及到大量
的矢量计算与矩阵运算，手工计算无法满足日益扩大的系统要求。
此外，传统的朝里计算程序，缺乏图形用户界面，结果不直观也不便于对系统进行针对性的调整修改，本设计的主要目标就是利用MATLAB/Simulink来构建电力系统仿真模型，利用其强大的矩阵计算能力，为电力系统分析与计算提供一个便捷、高效的计算平台。
本课程设计，通过对手工潮流与仿真系统潮流结果的比较更加深化了对与电力系统潮流计算的认识。
关键词：
潮流计算；MATLAB/Simulink；SimPowerSystems
第一章绪论
1.1设计背景
潮流计算作为最基础也是最重要的电力系统计算，一直都是电力系统科学研究的热点。
随着电力系统规模的不断扩大，对计算的要求不断提高，并且对系统的修改、适应能力也提出了新的要求。
1.2设计目的
本课程设计是高校工科电气类相关专业的一门专业实践课。
其目的是：
（1）进一步提咼收集资料、专业制图、综述撰写能力；
（2）通过设计掌握基本专业理论、专业知识、工程计算方法、工程应用能力及基本设计能力；
（3）培养理论设计与实际应用相结合的能力，开发独立思维和见解的能力；
（4）培养独立分析和寻求并解决工程实际问题的工作能力；
（5）为毕业设计和实际工作打下坚实的基础。
1.3设计题目
网络接线图如图1.1所示。
图中，发电厂F母线II上所联发电机发给定运算功率40+j30MVA，其余功率由母线I上所联发电机供给。
设连接母线I、II的联络变压器容量为60MVA，Rt=3q,Xt=110Q;线路末端降压变压器总容量为240MVA,Rt=0.8Q,Xt=23Q；220kV线路，Ri=5.9Q,Xi=31.5Q;110kV线路，xb段，Ri=65Q,Xi=100Q;bll段，Ri=65Q,Xi=100Q。
所有阻抗均已按线路额定电压的比值归算至220kV侧。
降压变压器电导可略去，电纳中功率与220kV线路电纳中功率合并后作为一10Mvar无功功率电源连接在降压变压器高压侧。
设联络变压器变比为231/110kV，降压变压器变比为231/121kV;发电厂母线I上电压为242kV。
1.4设计内容和要求
1.4.1设计内容
（1）根据电力系统网络图，手工计算模型中各个元件的参数（或写全计算过程）；画出潮流分布计算等值电路图（数学模型）；计算网络中的潮流分析。
（2）利用MATLAB/Simulink的SimPowerSystems工具箱，建立电力系统潮流分布计算用仿真模型；将系统中的发电机、变压器、线路模型联结起来，形成电力系统仿真模拟图。
加入测量模块，并对各元件的参数进行设置后，用measurement和sink
中的仪器可以观察各元件的电压、电流、功率的大小。
在Simulink中按照电力系统原型选择元件进行建模。
在电力系统模型的建立工程中主要涉及到的是：
元器件的选择及其参数
的设置；发电机选型；变压器选型；线路的选择；负荷模型的选择；母线的选择。
在powergui模块中设置好潮流和电机的初始化参数以后，就可以在
Simulink环境下进行潮流计算仿真运行；（可选择采用牛顿拉夫逊法、
P-Q分解法等算法）
（3）分析系统潮流分布计算结果；
（4）撰写课程设计说明书。
注：
①上述步骤2中的短路计算可以直接通过MATLAB编写m程序并调试运行
获得短路电流计算结果，如此可以不搭建Simulink模型。
②设计也可以采用matpower软件（下载地址：
http:
//www.pserc.cornell.edu/matpower/），此软件包可以直接运行在MATLAB环境下。
1.4.2设计要求
（1）提交设计资料，具体包含纸质报告和所有设计相关电子档资料（含设计
报告word文档、matlab文件、matpower文件、设计时下载的参考文献）
⑵纸质报告与17年1月8日（第19周周日）上午10点送至D4-502;电子资料打包压缩之后发至jsluo@，压缩文件名和邮件标题均为：
课程设计-学号后4位-姓名，比如：
课程设计1001曹航宇
1.5设计思路
（1）熟悉本次课程设计的原始资料，根据题目要求，结合电力系统网络图，初步分析潮流分布情况。
（2）根据所给数据，手工计算各个元件的参数，包括发电机、变压器、线路。
计算标幺值，方便后续的MATLAB/Simulink仿真参数设置。
（3）利用简化的回路电流法进行环形网络的潮流计算，手工得到题目要求电力系统网络的潮流分布。
⑷在MATLAB/Simulink环境中，利用SimPowerSystems工具箱，选择符合题目要求的各元件模型，根据之前的手工计算结果设置相关参数。
（5）将电力网络中的发电机、变压器、线路等模型联结起来，得到仿真电力系统。
通过加入的测量模块，在仿真运行中进行各种电气量的测量，包括电流、电压、功率。
（6）分析仿真结果，与手工计算的潮流结果进行比较。
第二章潮流计算与分析
2.1元件参数
设功率基准值为Sb=100MVA,UB=220kV，则Zb=uB/Sb=4.84。
根据题目原
始资料，分别计算发电机、变压器和线路的参数有名值及其标幺值。
2.1.1发电机参数
根据题目所给数据，母线I上所联发电机为输出功率不固定的松弛节点，本设计中记为Gi,在潮流计算及仿真系统中作为平衡节点。
母线II上所联的发电机发给定运算功率40+j30MVA，因此在潮流计算及仿真系统中作为输出恒定有功无功的PQ节点类型，记为Gii。
2.1.2变压器参数
根据原始数据，联络变压器记为Ti,其容量为60MVA，Rt=3Q，Xt=110
Q;降压变压器记为T2，Rt=0.8Q，Xt=23Q。
本设计采用励磁支路以阻抗表示的双绕组变压器等值电路来进行参数计算，如图2.1所示。
由此，T1高压侧R1-1取1.5Q，L1-1=55/（2n）=0.175H。
22
低压侧R1-2=1.5/（231/110）=0.34Q，L1-2=0.175/（231/110）=0.0397Ho计算标幺值得
R*1-1=R1-1/Zb=1.5/4.84=0.3099,L*1-1=0.175/4.84=0.0362
R*1-2=0.34/4.84=0.07025,L*1-2=0.0397/4.84=0.0082
T2高压侧R2-1取0.4Q，L2-1=23/2/（2n）=0.0366H。
22
低压侧R2-2=0.4/（231/121）=0.10975Q，L2-2=0.0366/（231/121）=0.01004Ho
计算标幺值得
R*2-i=Ri-i/Zb=0.4/4.84=0.08264,L*2-i=0.0366/4.84=0.00756
R*2-2=0.10975/4.84=0.022676L*i-2=0.01004/4.84=0.00207
至于两变压器励磁支路的阻抗大小，由于题目没有给出具体数值，在之后的仿真元件参数设置中统一取励磁电阻标幺值10000,电抗为无穷大，以反映模拟开路情况。
2.1.3线路参数
根据原始资料，电力系统网络中存在三条线路，分别为220kV线路，记为
Linegi,Ri=5.9Q,Xi=31.5Q;110kV线路，xb段，记为Linexb,Ri=65Q,Xi=100
Q;bII段，记为LinebII,Ri=65Q,Xi=100Q。
本设计采用n型线路模型，如图2.2所示。
由于所有阻抗均归算到220kV侧，因此只需要重新计算Lxb与LbII的参数即可。
三条线路单位长度的正序和零序电阻值与电感值分别为
RgI-i=5.9/150=0.0393Q/km
RgI-o=3XRgI-i=3X0.0393=0.1179Q/km
LgI-i=31.5/（2fni50=6.6845e-4H/km
LgI-o=3XLgI-i=0.002H/km
2
Rxb-i=65/（231/110）/120=0.1228Q/km
Rxb-o=3X0.1228=0.3684Q/km
2
Lxb-1=100/（2n/（231/110）/120=6.015e-4H/km
Lxb-o=1.8O45e-3H/km
2
Rbi-i=65/（231/121）2/60=0.2972Q/km
Rbi-o=O.8917Q/km
Lbi-i=100/（2fn（231/121）2/60=0.0014556H/km
Lbi-o=O.OO4367H/km
由于题目没有给出线路导纳相关参数，因此线路导纳默认采用较小的参数
22等值电路
根据题目所给原始数据，将所有阻抗按照线路额定电压的比值统一归算到
220kV侧，得到该电力系统网络的等值电路图，如图2.3所示。
2.3手工潮流计算
根据回路潮流法进行该电力系统网络的潮流分布计算。
（1）计算初步的功率分布
按照给定的条件得到了等值电路如图2.1所示，设全网电压都为额定电压,以等电压两端供电网络的计算方法计算功率分布
SmZm
S1:
—
ZT
Z1■Z2■Z3■Z4■Z5
=SgZ5+&（力5+Z4）+Sb@5+Z4+Z3）+Si（Z5+Z4+Z3+Z2）
[-j10（5.9-j31.5）（180j100）（6.7-j54.5）139.7-j364.5
（50j30）（71.7-j154.5）-（40j30）（136.7-j254.5）]
=22.13-j4.48（MVA）
二SmZm
SIIZ1■Sb（Z1■Z2）Sx（Z1Z2Z3）-Sg（Z1■Z2■Z3■Z4）
Zr.Z2.Z3-Z4-Z5
二1397.3645[-（40j30）（3-j110）（50j30）（68-j210）139.7一j364.5
（180j100）（133-j310）-j10（133.8-j333）]
=167.87-j94.48（MVA）
校验
SS5=（22.13-j4.48）（167.87j94.48）
=190j90（MVA）
S11SbSxSg=-（40j30）（50j30）
（180j100）-j10
=190j90（MVA）
由此可知，计算正确。
因此可以得到初步功率分布如图2.4所示
（2）计算循环功率
如果在联络变压器高压侧将环网解开，则开口上方电压即发电厂母线I电压
为242kV;开口下方电压为242X121/231X231/110=266.2（kV）。
由此可知，循
环功率的流向为顺时针方向，其值为
UNdU220（266.2-242）
Si
力匕139.7—j364.5
=4.88j12.74（MVA）
求得循环功率之后，即可以计算计及循环功率时的功率分布，计算结果如图
2.5所示。
图2.5计及循环功率的功率分布
（3）计算各条线路的功率损耗
起点，并按照网络额定电压220kV计算功率损耗。
S2=57.25j12.78（MVA）
57.252+12.782
P2二265=4.62（MW）
220
22
57252+12782
Q=5…2100=7.11（Mvar）
由图2.3可知，此处有两个功率分点，选取无功功率分点为计算功率损耗的
2202
52=S2遶2=（57.25j12.78）（4.62j7.11）=61.87j19.89（MVA）
53二-7.25j17.22（MVA）
&7.252+17.222
P3265=0.47（MW）
220
22
7252+17222
Q32100=0.72（Mvar）
2202
S3=S3憩=（一7.25j17.22）（0.47j0.72）=-6.78j17.94（MVA）
S4=S3Sx=（-6.78j17.94）（180j100）=173.22j117.94（MVA）
22
2202
申J73.22…J7.940.8=0.73（MW）
-Q3
仃彩22117.94223=20.87（Mvar）
2202
54=S；.池4二（173.22j117.94）（0.73j20.87）二173.95j138.81（MVA）
55二S4■Sg=（173.95+j138.81）—j10=173.95+j128.81（MVA）
22
訳」73.9…128.815.,5.71（mw）
2202
S5二S5S5=（173.95j128.81）（5.71j30.49）=179.66j159.30（MVA）
=§2Sii=（61.87j19.89）-（40j30）=21.87-j10.11（MVA）
S=（21.87—j10.11）（0.04j1.32）=21.91—j8.79（MVA）
Si二S5缶=（179.66j159.30）（21.91-j8.79）=201.57j150.51（MVA）
（4）
计算各条线路的电压降落
Ug=...（242-25.12）219.502=217.75（kV）
Ux=£（217.75-15.30）217.862=203.24（kV）
由Ux、3求Ub
U3
_6.786517.94100,.66（kV）
U3
203.24
-6.78100-17.94化与申幼
203.24
Ub
=（203.24-6.66）29.072=196.79（kV）
由Ub、
2求Uii
•：
U2
57.256512.78100=25.40（kV）
由Uii、
196.79
57.25100-12.7865=24.87（kV）
196.79
Uh（196.7925.40）224.87二223.58（kV）
1求Ui
Ui
21.87H110一4.68W）
U2
223.58
二21*87110心1»10.90（kV）
223.58
U»；（223.58-4.68）210.902〉219.17（kV）
顺时针l-g-x-b-ll-l逐段求得的Ui=219.17kV与起始的Ui=242kV相差较大。
这一差别就是变压器变比不匹配形成的。
如仍顺时针按给定的变压器变比将个点
电压折算为实际值，余下的就是计算方法上的误差。
此时
U^242kV;Ug=217.75kV
121-203.24106.46（kV）
231
121
=196.79103.08（kV）
231
121
=223.58117.11（kV）
231
121231
5=219.17241.09（kV）
231110
Ux
Ub
Uii
（5）计算结果
最后，将计算结果标示于图2.6
€>
.5?
Ile
14j1J8.8I
1+j⑸口”179.66+j159.30173.95+1128.81
卜*吓_jl0P
A
+JJ17.94
1RO+j]ftO
21.87-jJ01l
@-G>™
fil.R7+i/9.S9
5?
.25+jl2.78
103°8I50+j30
图2.6潮流分布计算结果
第三章MATLAB/Simulink仿真分析
3.1SimPowerSystemsX具箱介绍
SimPowerSystems作为基于MATLAB/Simulink环境的一款强大的工具箱，主要用于电力系统电力、电子电路的仿真。
电力系统是电气线路和诸如电动机、发电机等电气-机械转换装置的结合。
研究电力系统的通常任务是改进和提高系统的运行水平。
SimPowerSystems能够使得科学家和工程师快速、容易地建立模型，仿真电力系统的行为。
模块集使用Simulink环境，允许只通过简单的点选、拖拽过程产生模块。
不仅可以快速绘制电路图，而且对系统的分析可以包括机械能、热能、控制和其
他要求。
这一切能成为可能是由于仿真过程的所有电气部分与Simulink强大的
模块库交互作用。
3.2各元件的选择与参数设置
3.2.1发电机选型
在题目所给电力系统网络中采用三相同步发电机模块SynchronousMachine
puStandard,该模块采用标幺值参数，通过转子dq轴建立的坐标系为参考，定子绕组为星型接法。
在进行潮流分析与计算时，分别将G1与G2设置为swing
和PQ类型。
如图3.1与3.2所示。
BlockParameters^G1糸
SynchronowsMachine（nask）（litik）
Implementsaa-phausesynchronousmachinemodelledinthedqrotorreferenceframe・Statorvindinssareconnectedinwyetoaninternalneutralpoi^t・
CcrnfieurationParanietersAdvancedLoadFlo*
Noninalpower,line-to-linevoltage,frequency[Pn（¥A）Vn（Vrms）fn（Hz）]:
[15血&朗扁号01
聲[XdKdPXd'Xq紋八XI]（pu）:
[l・30罷0■期©0・朗2,0■和4.CL24玄0・1日】
Timeconstants
daxis:
Open^circniitT
qaxis1；Short-circuit*
[Tdo?
TdoP,Tq3]（s）:
|【4・49山（1閔1£1,]
St^tQE*re?
i?
t^iceRs（pu）:
0・003
Inertiaeoeficient.frictionfartorPpolepairs[H（s）F（pu）p0]:
【0汕]
Initialconditions[dv（%）th（deg）ia,ib3ic（pu）phaPphb3phc（degt）¥f（pu）J:
[。
冠7QQB4胡14驭4冷】4914.EL491貂阳订叽口呢d范睛叮
IISimulatesaturationPlot
[ifd;vt]3）：
IL457;0,7,0.7698,0.8372,0,9466.0.9969,LD48,LhL15LL201]
OKCancelHelp
图3.1母线I所联发电机G1参数设置
闻BlockParaimeter^;62
SynchronousMachins（nask）（link）
Inpleihentsa3-phasesynchronousnachinan^delledinthedqrotorreferanceframe・Statorwindingsareconnectedinvyetoaninternalneutralpoint-
ConfiguratignAdvwcsdLo^dFIqt
Nominal.pwerrliise^to-linevoltage,frequency[Pn（WVn（Vrms）fn（Hx）]:
[40c6110^350]
Keactance?
IKdXdFKd‘pKqXqFFXI]（pu）:
[L305,D.296P0.252,0.474,~~0.243,~QL18]
StatorresistanseRs（pu）:
0.003
InertiacoeficientPfriirtionfartorPpolepairs[H（s）1F（pu）p（）]
H201
Initialconditionsl[dv（%）th（deg）iaaib?
ic（pu）phajphb?
phc（deg）W（pu）1:
[Q2$」QQE4：
8】49l乩8】491也8】491◎叫哪忡一旳.骑E]1丁必Q阴饥32耐
□SimulatesaturationPlot[ifd；vt]（pu）：
I.457；0.7T0/7696^8^2,0.9466,0.9969J^D46?
1.1P1.151?
1.201]
OKCancelHelp
SynchronousHachine（nask）（link）
Implements：
a3-ph.ase^ynchionousnachincmodelledinthedqrotottefcrrnceframe.Statervindinesarec&ime
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