电力系统分析实验报告.docx

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电力系统分析实验报告

电力系统分析实验报告

学院：

核技术与自动化工程学院

专业：

电气工程及其自动化

姓名：

***

学号：

2012*****220

*******

实验一MATPOWER软件在电力系统潮流计算中的应用实例

一、MATPOWER模块介绍

Matlab在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块（Power System Blockset简称PSB）来完成。

PSB是在Simulink环境下使用的模块,采用变步长积分法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和开关发生时刻。

PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块，通过PSB可以迅速建立模型，并仿真。

1）字段baseMVA是一个标量，用来设置基准容量，如100MVA。

2）字段bus是一个矩阵，用来设置电网中各母线参数。

①bus_i用来设置母线编号（正整数）。

②type用来设置母线类型,1为PQ节点母线,2为PV节点母线,3为平衡（参考）节点母线，4为孤立节点母线。

③Pd和Qd用来设置母线注入负荷的有功功率和无功功率。

④Gs、Bs用来设置与母线并联电导和电纳。

⑤baseKV用来设置该母线基准电压。

⑥Vm和Va用来设置母线电压的幅值、相位初值。

⑦Vmax和Vmin用来设置工作时母线最高、最低电压幅值。

⑧area和zone用来设置电网断面号和分区号，一般都设置为1，前者可设置范围为1～100，后者可设置范围为1～999。

3）字段gen为一个矩阵，用来设置接入电网中的发电机（电源）参数。

①bus用来设置接入发电机（电源）的母线编号。

②Pg和Qg用来设置接入发电机（电源）的有功功率和无功功率。

③Pmax和Pmin用来设置接入发电机（电源）的有功功率最大、最小允许值。

④Qmax和Qmin用来设置接入发电机（电源）的无功功率最大、最小允许值。

⑤Vg用来设置接入发电机（电源）的工作电压。

二、电力系统模型 

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路 、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图 

图1-1电力网络图

图1-2变压器T1参数设置

图1-3线路L1参数设置

图1-4Load1参数设置

在潮流计算和电机初始化窗口中单击“更新潮流”，就得到潮流计算结果：

图1-5潮流计算

在Powergui模块主界面下打开稳态电流电压分析，得到如下结果：

图1-6稳态电流电压分析

三、实验总结

通过本次实验课,我对Matlab中的SimPowerSystems模块有了更直观的认识，经过前期计算，锻炼了对电力系统故障的分析能力，再通过后期用电脑模拟，锻炼了运用软件解决实际问题的能力。

但由于理论基础不扎实，分析过程举步维艰，以后还要加强理论知识的学习。

实验二无穷大功率电源供电系统模拟仿真构建 

一、电力系统图

假设无穷大功率电源供电系统，在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。

线路参数L=50km，x1=0.4Ω/km，r1=0.17Ω/km；变压器Sn=20MV·A，短路电压Us%=10.5，短路损耗ΔPs=135kw，空载损耗ΔP0=22kw，空载电流I0%=0.8，变比kT=110/11，高低压绕组均为Y行联接；并设供电点电压为110KV。

其对应的Simulink仿真模型如图1-1所示。

图2-1无穷大功率电源供电电力系统

图2-2电源模块的参数设置

变压器T采用“Three-PhaseTransformer（Two Windings）”模型。

根据给定的数据，计算折算到110kv侧的参数如下：

变压器的电阻为：

变压器的电抗为 :

变压器的漏感：

变压器的励磁电阻为：

变压器的励磁电抗为：

变压器的励磁电感为：

变压器模块中的参数采用有名值则设置如图1-3所示

图2-3采用有名值时变压器模块的参数设置

如果要采用标幺值，则在Similink的三相变压器模型中，一次、二次绕组漏感和电阻的标幺值以额定功率和一次、二次侧各自的额定线电压为基准值，励磁电阻和励磁电感以额定功率和一次额定线电压为基准值。

则一次侧的基准值为

二次侧的基准值为

因此，一次绕组漏感和电阻的标幺值为

，

同理，

，

，

，

，则变压器模块的参数设置如图

图2-4变压器参数设置

输电线路L的参数：

，

设置如下：

图2-5线路L参数设置

图2-6三相电压电流测量模块

仿真时，故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three-Phase Fault”来设置：

图2-7故障模块设置

二、实验结果

得到以上的电力系统参数后，可以首先计算出在变压器低压母线发生三相短路故障时短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。

短路电流周期分量的幅值为

时间常数为

则短路冲击电流为

通过模型窗口菜单中的“Simulation→Configuration Parameters”命令打开设置仿真参数的对话框，选择ode23t算法，仿真起始时间设置为0，终止时间设置为0.2s，其他参数采用默认设置。

在三相线路故障模块中设置在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障。

仿真运行，可得变压器低压侧的三相短路电流波形如图

图2-8三相短路电流波形

正常运行时发电机输出端电流波形：

图2-9发电机端电流波形

三、心得体会

通过这次实验，熟悉了电力系统的故障分析，直观的观察到了三相短路电流的波形，理解了它们之间的相位、大小关系，电力系统未发生短路故障时，发电机端的电压和电流均成正弦变化，三相交流电源的三相电压和电流之间相位不同，而幅值的大小是相同的。

即巩固了理论知识，又锻炼了建模能力。

实验三同步发电机突然三项短路暂态过程的仿真方法

一、电力系统网络图

图3-1发电机突然发生三相短路的仿真模型

图3-2同步电机参数设置

图3-3变压器参数设置

图3-4三相短路参数设置

二、仿真结果与分析

图3-5三相对称短路时d绕组波形图

图3-6三相对称短路时q绕组波形图

图3-7三相对称短路时励磁电流波形图

图3-8三相对称短路时a、b、c三相电流波形图

图3-9三相对称短路时定子A相电流波形图

由以上的仿真波形可以看出，突然短路时，各绕组电流都发生震荡。

定子绕组有周期分量和非周期分量（实际数学分析时还有二倍频分量）。

转子各绕组也有周期分量和非周期分量。

从物理意义上可以这样来理解：

定子绕组突然三相短路后，由于转子磁场的旋转及定子绕组中产生相应的三相稳态基频电流，将引起定子励磁绕组中就产生了非周期电流。

由于转子以同步速旋转，转子阻尼和励磁绕组中的非周期电流分量。

由于转子绕组中存在电阻，突然短路在转子阻尼绕组中引起的非周期分量将逐步衰减到零，如图3-5和图3-6。

短路后，由于定转子短路电流产生的磁场相互作用，电磁转矩产生衰减。

三、实验总结

通过这次实验，在Matlab／Simulink环境下，构建了同步发电机机端突然三相短路的仿真模型。

通过仿真结果分析，仿真结果与理论分析相吻合。

加深了对电机三相短路的理论理解，锻炼了运用软件分析的能力。

实验四小电流接地系统仿真模型构建

一、中性点不接地系统的仿真模型及计算

图4-1电力系统网络图

图4-2Line1的参数设置

图4-3Load1的参数设置

图4-3三相电压电流测量模块的参数设置

在仿真模型中，选择在第3条出线的1km处（即Line3与Line4之间）发生A相金属性单相接地，故障模块的参数设置如图4-4

图4-4故障模块设置

通过计算得到系统在第3条出线的1km处发生A相金属性单相接地时各线路始端的零序电流有效值为：

同理可得：

，

接地点的电流为：

二、中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算

图4-5中性点经消弧线圈接地系统

图4-6消弧线圈参数设置

图4-7

三、中性点经消弧线圈接地系统仿真结果分析：

下面仅列出线路4中段发生金属性接地，比较线路2、3、4的暂态零序电流与稳态零序电流的幅值和极性得到的仿真计算结果及波形。

消弧线圈的电感采用过补偿5%计算。

1.仿真结果

图4-8

=0°时零序电压、零序电流波形图

图4-9ψ=90°时零序电压、零序电流波形图

2.结果分析

通过总结大量的仿真计算结果及仿真得到的波形可以得出如下结论：

中性点经消弧线圈接地系统，在过补偿方式下，故障线路的稳态零序电流为由过补偿产生的过剩的电感电流，其方向与非故障线路相同，所以传统的稳态检测法不再有效，而消弧线圈对故障后的暂态零序电流的幅值和相位均无影响。

其它特性与中性点不接地系统相同。

四、心得体会：

通过这次实验，进一步加深了对小电流接地电力系统的理解，直观的看到了直接接地电力系统和经阻抗接地电力系统的差别。

也发现自己在这方面理论知识的不足，平时还需加强学习。

最后，在此感谢顾民老师的悉心指导！