电力系统仿真实训Word下载.docx
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Design
Normal
Lump1
18
95
100％
90％
Lump2
1.2
90
Lump3
26
Lump4
0.3
Lump5
4
Lump7
0.6
7）录入静态负荷参数：
额定容量=8MVA；
功率因数（PF）=85%负荷类型-Design＝100％、负荷类型-Normal＝80％。
8）录入电动机参数（如表1.3所示）
表1.3系统所有电动机的主要参数
电动机名称
额定功率kW
额定电压kV
Mtr1
2000
10
100%
90%
Mtr2
100
0.38
Mtr3
1000
Mtr4
Mtr5
75
Mtr6
25
9）录入发电机Gen1参数:
控制方式为无功控制；
额定有功功率=25MW；
额定电压=10.5kV；
功率因数=80％；
发电类型=Design，有功功率=25MW，无功功率=15.5Mvar，Qmax=18.75Mvar，Qmin=-8Mvar；
发电类型=Normal，有功功率=20MW，无功功率=12.4Mvar，Qmax=15Mvar，Qmin=-6.5Mvar
10）录入电缆参数（如表1.4所示）
表1.4系统所有电缆的主要参数
电缆名称
电缆型号
截面积（mm2）
长度（m）
Cable1
BS6622XLPE
200
Cable2
BS6622EPR
400
500
Cable5
11）录入电抗器X1参数：
额定电压=10kV、额定电流=3000A、UR（％）＝10、X/R=34（取典型值）。
输入阻抗有名值：
正序阻抗=0.1924Ω，零序阻抗=0.1924Ω。
1.2仿真结果
图1.1系统单线图
图1.2Network1的单线图
图1.3电力系统常见交流元件
1.3仿真思考
通过画电力系统单线图，让我知道了电力系统常见交流元件有哪些，知道了ETAP软件功能的强大，画单元图为后面的分析和波形图奠定了基础。
画Network单线图和Cmtr2单线图让我了解其内部连接。
2.潮流分析
2.1仿真步骤
1）选择需要的潮流计算方法（如：
牛顿拉夫逊法、快读解耦法等），我选用的是牛顿拉夫逊法、负荷类型（如：
Design、Normal、Standby、Startup等）我选用的负荷类型选的是Design等。
2）编辑好分析案例后，点击“潮流”工具栏的“启动潮流计算”。
3）消除报警，完成潮流计算。
4）不同负荷类型与发电类型用于潮流计算：
对夏季最大潮流计算、夏季最小潮流进行潮流分析并且输出报告。
2.2仿真结果
图2.1潮流计算单线图输出结果
图2.2潮流计算Network单线图输出结果
图2.3夏季最小潮流分析报告
2.3仿真思考
潮流分析的必要性在于它可以根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，可以为电力系统稳定计算和故障分析奠下基础。
通过潮流计算，可以合理规划电源容量及接入点，选择合理的无功补偿方案，满足潮流交换控制、调峰、调相、调压等要求。
在运行潮流计算的时候报警窗口包含有母线电压过电压，Cable1、变压器，Gen1过负荷等，首先我调节了变压器的双绕组的一次侧分接头，投入LTC，运行潮流分析，母线超过临界和边界的报警就消除了；
变压器过负荷，即其容量不够，点开其编辑页，选择了较大容量，变压器过负荷消除了；
Cable过负荷即改变其载流量基准值，选择其合适尺寸，电缆过负荷消除；
Gen1即改变其容量便好。
消除所有故障后运行潮流分析便可以进行潮流计算。
运行夏季最小潮流可以在报表中看到各母线电压、相角、负荷、电流、功率因素等。
3.短路分析
3.1仿真步骤
1）增添短路分析需要的数据：
打开Gen1编辑器，选中“动态模型”框中“暂态”复选框，再点击“典型数据”按钮，赋值于这两个参数。
2）设定故障位置为Bus18与设置短路分析参数：
单击母线Bus18，选定母线Bus18；
单击鼠标右健，弹出快捷菜单，选择“故障”，更改短路分析的参数与设置。
3）三相短路计算：
单击右侧分析工具栏的“启动三相短路电流计算（IEC909）”，执行三相短路分析。
点击分析工具栏的“显示选项按钮”，打开“显示选项—短路编辑器”，在“结果”页－“三相故障”框中，选择显示“对称初始值”或者“峰值”。
4）不对称故障分析：
显示选项编辑器，点击“显示选项”按钮，可以在单线图上显示不同类型短路（L-G、L-L、L-L-G）的序分量、相分量以及A相电压和零序电流。
5）生成报告并分析。
6）暂态短路电流计算（IEC363）：
母线Bus18单相接地故障，并且给Gen1的次暂态直轴开路时间常数和暂态直轴开路时间常数赋值。
选择输出总的故障电流曲线。
3.2仿真结果
图3.1短路分析单线图
图3.2母线Bus18发生短路分析结果报告
图3.3Bus单相接地短路分析结果报告
3.3仿真思考
在运行三相短路时，我选择了Bus18进行单相接地故障，在运行时看见了其三相电压，即对其进行了不对称故障分析（三相系统中发生的短路有4种基本类型：
三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。
其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。
），可见单相接地故障后各元器件的电压，在Bus18下方的如Bus21、lump1、mtr1等电压为0，在Bus18上方如Bus9或者与Bus18不直接相连如Bus22的电压受到影响，但是不会衰减至0。
为观看其电流波形，我选择了Bus18的总的故障电流，观察可见最开始的故障电流数值很大，而后才逐步下降，最开始为60KA，而后慢慢下降到50KA。
从初中就学习了电流不通过电器直接接通叫做短路，电网系统发生短路的时候，会产生很大的短路电流，在整个电力网系统的线路阻抗上会产生很大的电压降，导致系统的电压降低。
短路电流突然增大，会使温度上升很快，阻抗也就随着温度增高而增大，所以短路电流在后面会有所下降。
发生短路时，电流过大往往引起机器损坏或火灾，所以我们应该尽可能避免短路。
4.电机起动分析
4.1仿真步骤
4.1.1静态电机起动分析
1）切换到电机起动案例分析模式点击分析案例工具栏的“新的分析案例”按钮，新建电动机起动分析案例，名称：
静态起动1。
2）编辑电动机起动事件（如表4.1所示）
表4.1静态起动1的事件设置
事件名称
时间（s）
动作
起动负荷
起动类型
额定功率
额定电压
事件1
1.0
Start
2000kW
10kV
3）添加感应电动机Mtr1元件参数：
空载＝2s，满载＝12s，选定起动类型＝Normal，起动负荷%＝20，最终负荷%=100，负荷开始改变时间＝2s，负荷结束改变时间＝6s。
4）完成电机静态起动分析，选取电动机Mtr1的起动电流、机端电压和有功需求曲线。
4.1.2动态电机起动分析
1）新建动态分析案例，分析案例名称：
动态起动1，并设置起动事件（如表4.2所示）。
表4.2动态起动1的事件设置
0.5
2）点击“起动动态电机分析”按钮，不能完成起动分析。
3）分析原因，并按照参考资料进行修改。
4）完成动态电机起动分析，选取电动机电动机有功功率输出曲线、电动机转矩曲线、负载转矩曲线、母线电压曲线、电动机的电流曲线。
4.2仿真结果
4.2.1静态分析输出曲线
图4.1电动机Mtr1的启动电流曲线
图4.2电动机Mtr1的母线电压曲线
图4.3电动机Mtr1的的有功功率曲线
4.2.2动态分析输出曲线
图4.4电动机Mtr1的有功功率输出曲线
图4.5电动机Mtr1的转矩曲线
图4.6电动机Mtr1的负载转矩曲线
图4.7电动机Mtr1的母线电压曲线
图4.8电动机Mtr1的启动电流曲线
4.3仿真思考
电机的稳态运行是指电机运行在一稳定的功率，其电压、电流在一定范围内变化，静态运行是指某一参数下的状态，动态运行是指在参数变化时，电机的运行变化特性。
从波形图中我们可以看见静态分析曲线：
电机起动电流最开始为零，而后急剧增加，而后便又下降到较小电流。
这是因为在启动瞬间电机还没有转，没有自感反电动势，且当时磁场刚刚运作，磁性最强，n=（U-Ia（Ra+R））/CeΦ，在启动的时候，由于T=Tn，Ea=CeΦn=0，此时的电枢电流Ia=Us/Ra=Is，由于Ra本身很小，Is和Ts都比启动电流大很多，所以此时，通电线圈在磁场中做切割磁感线运动最剧烈，所以电流最大，一般高达额定电流的4~7倍；
起动后电流减小是因为随着电动机转速增高，定子磁场切割转子导体的速度减小，转子导体中感应电势减小，转子导体中的电流也减小，于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通的影响的那部分电流也减小，所以定子电流就从大到小，直到正常。
动态分析曲线的起动电流原理与静态起动类似，在动态起动中电机转矩，就是指转动的力量的大小，与旋转磁场的强弱和转子笼条中的电流成正比，和电源电压的平方成正比所以转矩是由电流和电压的因素所决定的。
负载转矩，是用电机的输出功率除以对应的电机转速，再乘以9.55（T=9.55*P/n），所以他们的曲线不同。
5.暂态稳定分析
5.1仿真步骤
1）增添暂态稳定分析需要的数据：
同步发电机Gen1选定次暂态模型，改写原动机H=1.5，联轴器H=0.2，发电机H＝1.5。
2）新建暂态分析案例1和暂态分析案例2，编辑分析案例1的事件。
表5.1分析案例1的事件设置
元件
动作/故障
Bus9
三相故障
事件2
0.7
清楚故障
表5.2分析案例2的事件设置
设备类型
设备ID
动作设置
母线
分析案例编辑器
断路器
CB1、CB2
打开
事件3
0.65
发电机
等效负荷
Gen1
TieCB
无差调节
关闭
删除
Freq.Relay
6.423
CB6
5.2仿真结果
5.2.1暂态分析案例1相关图形
图5.1发电机Gen1的转速曲线
图5.2发电机Gen1的电磁功率曲线
图5.3发电机Gen1的功角曲线
图5.4电动机Mtr1连接母线电压
图5.5电动机Mtr1的滑差
5.2.2暂态分析案例2相关图形
图5.6母线Bus13的频率
图5.7母线Bus13的电压
图5.8电缆Cable2的视在功率（MVA）
图5.9电缆Cable2输出的电流（A）
5.3仿真思考
名词解释：
电力系统暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复得到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二摆不失步；
发电机转速是发电机主轴的旋转速度，一分钟内所能完成的最大转数；
功角它表示发电机的励磁电势和端电压之间相角差；
滑差就是发电机电压和系统电压频率的差（频差），发电机并网时，要求滑差应小于允许值。
但是，如果滑差太小，发电机并网的时间会很长，此时可适当加速发电机，从而提高滑差；
电磁功率是电源克服反电势所消耗的功率，经由磁场转化为机械能，以电磁转矩的形式作用于转子。
分析案例1中当母线发生三相短路时，会产生较大的短路电流及畸形波，影响发电机的暂态运行的稳定性，会产生过励磁，当故障消除后，各参数回归稳定。
分析案例2中Cable1发生故障，与其连接的母线Bus13与Cable2受到影响，母线Bus14的电荷转移过来，母线Bus13和cable2输出的视在功率和电流受到冲击，最终稳定在一个较高的水平。
6.继电保护配合
6.1仿真步骤
6.1.1添加保护配合需要的数据
1）继电器选型、保护配置及CT变比见表6.1。
低压断路器及其脱扣器选型见表6.2。
表6-1继电器选型、保护配置及CT变比
继电器名称
继电器型号
开关设备名称
保护配置
CT变比
Relay2
Siemens-7SJ55
T1高压侧断路器
相线（瞬时、过流）
400:
Relay4
Siemens-7SJ62
T1低压侧断路器
接地（瞬时、过流）
4000:
Relay5
Cable1电源侧断路器
300:
Relay9
分段断路器
Relay8
Siemens-7UT613
Gen1断路器
接地（瞬时，过流）负序
（瞬时、过流）
2000:
Relay7
Siemens-7SJ602
Mtr1断路器
负序（瞬时、过流）
过负荷保护
200:
T2高压侧断路器
50:
表6.2低压断路器及其脱扣器选型
低压断路器名称
脱扣器型号
CB16
Siemens热磁3VF3-100A（Adj.）
热脱扣、电磁脱扣
2）应用ETAP软件的保护设备配合模块，根据时间和电流配合的原则，图形化调整保护曲线使之满足保护配合要求。
6.1.2案例分析
1）点击“模式工具栏”中的“保护设备继电器配合按钮”，切换到保护设备继电器配合按钮案例分析模式。
此时，右侧的工具栏转换为“保护设备继电器配合工具栏”。
2）假设Bus18三相短路：
单击“案例分析工具栏”中的“编辑分析案例按钮”，打开“保护配合分析案例”编辑器，在“保护配合分析案例”编辑器－“动作序列”属性页－“故障类型”项”中选中“三相短路”，点击“确定”；
单击右侧工具栏中的按钮，鼠标指针变为，移动鼠标指针到母线Bus18上，ETAP软件自动运行短路分析程序并模拟继电保护设备的动作，并显示结果。
6.2仿真结果
图6.1Mtr1及其回路保护配合的时间电流曲线
图6.2继电器Relay2、3、4之间保护配合的时间电流曲线
图6.3Gen1回路保护配合的时间电流曲线
图6.4Mtr2及其回路保护配合的时间电流曲线图
图6.5带有故障电流、电压和保护动作等数据显示的单线图
图6.6继电器动作顺序报告
6.3仿真思考
继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，它能在故障时跳闸，不正常运行时发信号。
断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器。
压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。
断路器属于一次设备，继电器属于二次设备用于信号采样、转接、控制、保护一次设备等。
当母线Bus2遭遇三相短路时，与其相连的有变压器T1、T2，则首先继电器发生动作，而后断路器发生动作，由近到远，逐步进行继电保护。
7.谐波分析
7.1仿真步骤
1）给静态负荷Load1添加谐波电流源数据：
类型是电流源、厂商是ABB、模型是DCS5006P。
静态负荷Load1编辑器的谐波属性.
2）在设置谐波源后，对系统进行谐波分析：
启动谐波潮流计算，通过移动谐波次数滑条，获得流过Cable5的各次谐波电流及其畸变度THD，母线Bus14总的谐波电压畸变度（THD%）以及单个谐波电压畸变度，查看谐波波形和频谱图。
3）滤波器设计：
切换潮流分析模块，运行潮流分析，并设计5次滤波器和7次、11次滤波器。
4）在投入滤波器之后的谐波分析：
投入5、7和11次滤波器后运行谐波分析，
5）频率扫描：
运用频率扫描，检查系统有无频率共振现象。
7.2仿真结果
图7.1母线Bus14的谐波电压频谱图
图7.2母线Bus14的电压波形图
图7.3投入5次谐波后，母线Bus14的谐波电压频谱图
图7.4投入5次谐波后母线Bus14的电压波形图
图7.5投入5次谐波和7次谐波后，母线Bus14的谐波电压频谱图
图7.6投入5次谐波和7次谐波后母线Bus14的电压波形图
图7.7投入5次谐波、7次和11次谐波后，母线Bus14的谐波电压频谱图
图7.8投入5次谐波、7次和11次谐波后母线Bus14的电压波形图
图7.9投入滤波器后，频率扫描报警窗口
7.3仿真思考
输电和配电系统有非线性负荷（Load1增加了）接入系统后，会产生大量的谐波电流，从而导致电压和电流的畸变，谐波滤波器是抑制电网电压和电流畸变的最好办法。
因为谐波滤波器在吸收系统中主要的谐波分量的同时还可以补偿无功功率，将动态无功补偿，滤波功能熔为一体，可以快速跟随负荷变化，具有抑制电流波动，吸收电网谐波和补偿无功功率三个主要功能。
从波形图中可以看到投入非线性负荷Load1后，母线电额电压频谱有5、7、11、13、17、23等高次谐波，投入滤波器后5、7、11次谐波频谱明显下降，电压波形基本保持不变。
高频谐波电流有可能会使变压器、电缆和其它电力元件产生附加热损耗；
造成控制、保护和测量系统的功能异常，通信和数据网络也因此受到谐波干扰，所以在日常电网规划中应尽量消除高次谐波。
8.接地网系统
8.1仿真步骤
8.1.1接地网系统的设计
1）创建一个接地网，选IEEE方法进行接地网设计，打开接地网系统（三维视图、土壤视图，下部是表层视图）。
双击表层视图的“IEEEL型”接地网元件，打开IEEE组编辑器、土壤编辑器填入相关数据。
2）打开“接地网分析案例”编辑器，设置参数，点击“接地网分析”工具栏上的“接地网计算”按钮，获得接地网计算结果
3）利用ETAP的报告功能，查看接地网系统的相关报告。
4）也可以利用ETAP软件将接地网系统的接地体数目直接更新为优化计算获得的接地体数目：
在“接地网系统分析案例编辑器”的“更新”项中，选中更新“水平接地体和垂直接地体数目（最优）”复选框即可。
5）按照指导书内容所示，进行IEEE方法接地网工程计算。
8.1.2
有限元法接地网工程计算
1）建立接地网模型：
有限元法建模和IEEE方法建模不同，它需要一根一根的搭建接地网模型。
为了跟上面所描述的IEEE方法计算相成对比，在这里建立一个跟上例IEEE方法一样的接地网模型通过坐标列表确定每根接地体端点的坐标，确保每个接点连接良好。
2）编辑土壤电阻率和分析条件，所有这些设置都和
IEEE
计算设置一样。
3）点击有限元法计算按钮，进行有限元法计算，计算结果在结果窗口有显示，详细的结果还可以生成报告和三维画图。
8.2仿真结果
图8.1IEEE固定参数计算结果
图8.2IEEE水平优化计算结果
图8.3IEEE水平和垂直优化计算结果
图8.4IEEE接地网系统显示图
图8.5有限元法接地网系统显示图
图8.6有限元法固定参数计算结果
图8.7有限元法概要报告
图8.8有限元法详细报告
图8.9跨步电压结果画图
图8.10接触电压结果画图
8.3仿真思考
基本概念：
跨步电压：
就是指电气设备发生接地故障时，在接地电流入地点周围电位分布区行走的人，其两脚之间的电位差，当跨步电压达到40~50V时，将使人有触电危险；
接触电压：
是指人站在发生接地短路故障设备旁边，距设备水平距离0.8米，这时人手触及设备外壳（距地面1.8米的高处），手与脚两点之间呈现的电位差，叫做接触电压；
接地网：
接地网络是将多个接地体用接地干线连接成网络，具有接地可靠，接地电阻小的特点，适合大量电气设备接地的需要，多用于配电所，大型车间等场所接地环路工作区域内由接地体构成环路环路式接地极的电位分布是很均匀的。
人体的接触电压Ut和跨步电压Uk是比较小的。
但是接地极外部的电位分布仍不均匀，其跨步电压仍是很高的。
从仿真结果来看，我们可以直观的观察到每种算法的接触电压计算值及容许值、跨步电压计算值及容许值、接地体点位上升电压和及接地电阻等。
三实训心得体会
上学期学习了电力系统和电力系统分析两本书，也接触了ETAP软件，这学期不得不说更加深入了解了这个软件及电力系统仿真，虽然在实训过程中明显感觉到所学知识与实训不能融会贯通，更能够想象在我在面对实物上工作会成为什么样子，让我更加深刻了解到只有通过仿真验证，证实了某种设计的正确性，才可以进入实物的制作阶段，这样可以节省大量的制作成本，减少不必要的浪费。
要把自己学到的课本知识真正的应用于实践，就必须经得起实践的检验，仿真验证是通向实物试制的通行证。
这次电力系统仿真让我在有限的学习时间里收获颇多，虽然我对于电力系统的学习犹如冰山一角，有好多问题还需继续研究与学习，
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