电力系统运行方式分析报告和计算Word文档格式.docx

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Xq

Td0’

TJ=2H

ai,2

t/（MW2h）

ai,1

t/（MWh）

ai,0

t/h

Pmax

（MW）

Pmin

1

300

10.5

0.85

350

1.8

0.18

1.2

8

7

0.00004

0.298

10.22

120

0.00003

0.305

10.32

250

2.1

0.2

1.5

6

0.321

9.38

100

升压变参数均为Vs%=10.5%，变比10.5kV/242kV。

不计阻和空载损耗。

稳定仿真中发电机采用无阻尼绕组的凸极机模型。

不考虑调速器和原动机模型。

不考虑电力系统稳定器模型。

励磁系统模型为：

该模型在PowerWorld中为BPA_EG模型，主要参数如下：

KA=40TA=0.1TA1=0.1KF=0.05TF=0.7VRmax=3.7VRmin=0.0

发电厂按PV方式运行，高压母线电压定值为1.05VN。

考虑两种有功出力安排方式：

✧满发方式：

开机三台，所有发电机保留10%的功率裕度；

✧轻载方式：

仅开250MW机组，且保留10%的功率裕度；

✧发电厂厂用电均按出力的7%考虑。

二、设计的主要容：

1、根据负荷变化和机组出力变化，拟定至少两种典型运行方式；

（完成）

2、进行参数计算和标幺化，形成两种典型运行方式的潮流计算参数；

3、用Matlab编制潮流计算程序，可任选一种潮流计算方法；

4、用所编制的潮流程序完成典型运行方式的潮流计算，进行电压和网损分析；

5、用PowerWorld软件进行潮流计算并与自己编制的软件计算结果进行校核和分析；

6、用所编制的潮流程序完成大方式的“N-1”潮流校核，进行线路载流能力和电压水平分析；

7、用Matlab编制三相短路的短路容量计算程序；

8、对主要220kV母线进行三相短路容量测算，并与PowerWorld的计算结果进行校核；

9、自行选择2-3种故障方案，用PowerWorld进行稳定计算，给出摇摆曲线，并计算故障的极限切除时间。

10、假定电网公司下发给燃煤发电厂G的日发电计划曲线如下图，按照等微增率准则对三台机组进行经济负荷分配，同时采用matlab中的quadprog函数对三台机组进行负荷优化分配，并对两种分配结果进行分析比较。

要求给出三台机组的日发电计划曲线。

11、编制课程设计报告

三、设计要求和设计成果：

1、每两位同学为一组，自行分工，但任务不能重复；

2、每位同学对自己的设计任务编写课程设计说明书一份；

3、一组同学共同完成一份完整的设计报告；

4、设计说明和报告应包含：

✧以上设计任务每一部分的计算过程和结果分析；

✧所编制的潮流、短路和机组经济负荷分配源程序（主要语句应加注释）；

✧潮流计算结果（潮流图）

✧稳定计算的功角曲线等；

1、电力系统参数计算及其标幺化

1.1电力系统等效电路图

π型等效电路

1.2运行方式拟定

1．满载发电负荷最大运行方式：

发电厂：

满发。

取发电机容量的10%为裕量，再按已知保留出力的7%作为厂用电，即发出功率为总容量的83.7%。

负荷：

采用最大负荷计算。

2．满载发电负荷最小运行方式：

将最大负荷与日最小负荷系数相乘，得负荷最小值。

1.3线路参数计算

线路参数给定如下：

r=0.054Ω/kmx=0.308Ω/kmC=0.0116µ

r0=0.204Ω/kmx0=0.968Ω/kmC0=0.0078µ

线路长度：

L12:

30km;

L23:

20km;

L24:

11km;

L36:

9km;

L45:

L6G:

16km;

L5G:

25km;

1.线路参数有名值计算：

按照双回路线路参数考虑，应用如下公式进行有名值计算：

R=0.5rlX=0.5xl0.5B=ωcl

线路

L12

L23

L24

L36

L45

L6G

L5G

R/Ω

0.81

0.54

0.297

0.243

0.432

0.675

X/Ω

4.62

3.08

1.694

1.386

2.464

3.85

0.5B/Ω

0.0001093

0.00007289

0.00004009

0.00003280

0.00005831

0.00009111

3.06

2.04

1.122

0.918

1.632

2.55

14.52

9.68

5.324

4.356

7.744

12.1

0.00007351

0.00004901

0.00002695

0.00002205

0.00003921

0.00006126

2.线路参数标幺值计算：

所选基准电压：

230KV；

基准容量：

100MW。

即：

应用如下公式进行标幺值计算：

R

0.001531

0.001021

0.000561

0.000459

0.000817

0.001276

X

0.008733

0.005822

0.003202

0.002620

0.004658

0.007278

0.5B

0.0578197

0.0385588

0.0212076

0.0173512

0.0308460

0.0481972

0.005784

0.003856

0.002121

0.001735

0.003085

0.004820

0.027448

0.018299

0.010064

0.008234

0.014639

0.022873

0.0388869

0.0259263

0.0142566

0.0116645

0.0207421

0.0324065

1.4发电机参数计算

采用10.5KV作为发电机端的基准电压，230kV为系统侧的基准电压。

将三台机组分别赋予编号，两个300MW机组为1、2号，剩余一台250MW机组为3号。

1.功率输出

PG1=PG2=300×

83.7%=251.1MW，PG3=250×

83.7%=209.25MW

QG1=QG2=

=155.617803MVar

QG3=

=129.681503MVar

相应的标幺值：

PG1*=PG2*=2.511000,PG3*=2.092500

QG1*=QG2*=1.556178,QG3*=1.296815

2.机端电压

VG=10.5kV,取基准电压10.5kV，VG*=1

3.相关电抗值归算

应用如下公式进行归算：

机组

发电容量

Xd*

Xd’*

Xq*

300MW

0.5100

0.051000

0.408000

2

3

250MW

0.7140

0.068000

0.510000

1.5变压器参数计算

分别将与1、2、3号机组相连的变压器分别编号为1、2、3号。

根据题目计算XT，相关计算公式为：

；

k*=（242*10.5）/（230*10.5）=1.05

变压器

容量/MVA

变比k*

XT/Ω

XT*

0.950413

17.569200

0.033212

20.497400

0.038747

1.6负荷参数计算

已知的日负荷率0.85和日最小负荷系数0.64，可得到以下数据：

负荷有名值：

节点

Pmax/MW

Qmax/MW

Pmin/MW

Qmin/MW

-

PQ

230

40

147.2

25.6

210

25

134.4

16

85

192

54.4

410

110

262.4

70.4

220

30

140.8

19.2

#7

#8

PV

185.9233

251.1

155.6178

#9

#10

154.9361

209.25

129.6815

负荷标幺值：

电压

2.3

0.4

1.472

0.256

0.25

1.344

0.16

1.92

0.544

4.1

1.1

2.624

0.704

2.2

0.3

1.408

0.192

1.05

1.859233

2.511

1.556178

2.5

1.549361

2.0925

1.296815

2、潮流计算的Matlab编程及PowerWorld仿真

2.1牛顿拉夫逊法Matlab计算程序

牛顿拉夫逊法是计算潮流时常见的方法，该方法具有广泛的应用。

该方法是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。

多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。

方法使用函数f（x）的泰勒级数的前面几项来寻找方程f（x）=0的根。

牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f（x）=0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。

相应程序详见附件1.

2.1.1满发满载运行方式下计算

在这种运行方式下，三台机组全部开启，各自保留10%作为功率裕度，重用负荷占发电量7%，负荷为最大负荷。

此方式下，节点1为平衡节点，节点2、3、4、5、6、7为PQ节点，节点8、9、10为PV节点。

经过Matlab的运算，我们得到如下结果：

2.1.2满发轻载运行方式下计算

经Matlab运算，我们得到：

2.2PowerWorld仿真电路图

2.2.1满发满载方式运行下电力系统的潮流计算

满发满载方式运行下，发电厂三台机组均满载，取发电机容量10%为裕量，并保留出力的7%作厂用电，即发出功率为总容量的83.7%，负荷采用最大负荷计算。

满发满载电路图：

编辑模式下，#1为平衡节点，电压恒定为1.05VN。

为了反映这一特性，#1应接一台容量无穷大的发电机。

具体参数设置如图3所示（机组出力暂不确定，可填为100MW。

）

接在平衡节点处的发电机参数设置

#7为PV节点，P=711.45MW，V=1.05VN，正常运行时各机组发出的有功功率P1=P2=251.1MW，P3=209.25MW。

具体参数设置如图4、图5所示。

接在#7处的发电机#8、#9参数设置

接在#7处的发电机#10参数设置

其余节点为PQ节点，将基准电压设置为230kV，带上相应大小的负荷。

最后，用输电线路将各节点连接起来。

潮流仿真结果如下：

各节点电压

节点编号

基准电压kV

标幺电压

实际电压（kV）

相角（度）

1.00000

230.0000

0.9992

229.816

-1.70

1.0021

230.483

-1.88

4

0.9985

229.655

-2.02

5

0.9998

229.954

-2.08

1.0041

1.0090

230.943

232.07

-1.80

-1.39

各发电机运行状态

发电机编号

有功出力（MW）

无功出力（MVar）

电压标幺值

664.18

-100.66

1.0000

251.10

139.61

1.0500

9

10

119.20

各支路状态

首端节点编号

末端节点编号

首端有功功率（MW）

首端无功功率（Mvar）

首端视在功率（MVA）

有功损耗（MW）

无功损耗（Mvar）

332.1

-50.3

335.9

1.72

-1.75

43.3

-60.8

74.6

0.05

-7.42

172.1

-7.8

172.3

0.17

-3.28

-61.8

-65.9

90.3

0.04

21.9

-47

51.8

0.01

-4.15

-183.1

-171.8

-97.8

-77.6

207.6

188.5

0.28

-6.65

-4.63

电网线损率计算：

线损率按以下公式计算：

支路

#1#2

#2#3

#2#4

#3#6

#4#5

#5#7

#6#7

线损率

0.518%

0.115%

0.099%

0.065%

0.046%

0.295%

0.163%

电网网损率的计算：

网损率按以下公式计算：

其中，发电机输出功率包括发电厂和平衡节点的功率，发电机输出功率和负荷均只取有功分量。

则发电机输出功率PD=711.45MW+664MW=1375.45MW

总负荷PL=230MW+210MW+300MW+410MW+220MW=1370MW

网损率=（PD-PL）/PD×

100%=0.396%

2.2.2满发轻载方式运行下电力系统的潮流计算

满发轻载方式运行下，发电厂三台机组均满载，取发电机容量10%为裕量，并保留出力的7%作为厂用电，即发出功率为总容量的83.7%，负荷采用最小负荷计算。

满发轻载电路图

1.0056

231.2880

-0.49

1.0093

232.1390

-0.39

1.0061

231.4030

-0.58

1.0079

231.8170

-0.51

1.0113

1.0157

232.5990

233.6110

-0.26

167.57

-169.22

118.21

100.86

83.8

-84.6

119.1

-10.47

-37.6

71.3

-7.56

47.6

-26.4

0.02

-4.20

-104.9

-61.0

121.3

0.07

-3.17

-48.4

-49.4

69.2

0.03

-4.16

-179.6

-175.3

-80.4

-67.4

196.8

187.8

0.48

-7.15

-4.75

0.239%

0.133%

0.042%

0.067%

0.062%

0.267%

0.160%

电网网损率的计算

则发电机输出功率PD=711.45MW+167.571MW=879.021MW

总负荷PL=147.2MW+134.4MW+192MW+262.4MW+140.8MW=876.8MW

100%=0.253%

2.3Matlab和PowerWorld计算的结果比较

以大方式的结果为例：

电压标幺值很接近；

电角度有一定差别，但一般小数点第一位都相同；

线损有一定差别，但也都不大。

造成结果差别的原因，首先，两种程序输入参数上存在误差，Matlab的参数会保留一定位小数，不能达到最精确值，而PowerWorld会将线路参数强制以美制单位保存，每次查看和修改参数自动转换成公制单位造成误差，而且这种误差还会随着查看与修改的次数累积；

使用Matlab的算法较为理论和简单，系统中各个元件和部分的反馈和相互作用没什么体现，而PowerWorld仿真的算法更为精确和复杂，如发电机的模型更加详细。

3、大方式下“N-1”潮流校核

使用满发大负荷运行方式，即：

三台机组保留10%容量备用，发出功率的7%为厂用电，出力为机组总容量的83.7%；

负荷使用提供的220kV最大负荷。

N-1情况下，将3发电机组及其变压器统一以#7节点代表进行计算。

依次分别断开各条支路中双回线的一条线，计算节点电压和各个功率及损耗；

根据设计要求：

40°

3.1Matlab“N-1”潮流校核

N-1故障可理解为双回线中的一回被切除，只剩一回在维持运行。

这种情况会造成电力系统潮流状态的变更，需要进行潮流校核来检验系统的稳定性。

此方式中，我们依次分别将其中一条双回线参数改成相应的单回线参数带入Matlab计算。

经过Matlab运算，得到以下结果：

N-1故障下各节点电压

故障线路

1.000

1.011

1.020

1.016

1.026

1.039

1.007

1.022

1.008

1.014

1.027

1.018

1.009

1.024

1.037

L57

1.005

1.003

1.025

1.041

L67

1.006

1.013

1.040

N-1故障各线路电流

2.84

0.96

1.37

0.67

1.16