ETAP课程设计Word格式.docx
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3、《发电厂变电站电气设备》，黄益华主编，重庆大学出版社
4、《电力工程电气设备手册》（电气一次部分），中国电力出版社
5、《电力工程电气设计手册》（电气一次部分），西北电力设计院
周次
第一周
第二周
应
完
成
内
容
录入元件参数、潮流计算及结果分析、找出电压中枢点并采取调压措施
短路计算及选择开关设备、暂态稳定分析、编制课程设计说明书
指导教师签字
教研室主任签字
说明：
1、此表一式三份，系、学生各一份，报送实践部一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
本次设计进程安排如下表：
内容安排
时间（天）
1
下达任务、讲述任务基本要求、录入参数
2
运行潮流计算模块并对结果进行分析
找出电压中枢点并采取调压措施
3
短路电流计算、开关设备选择
4
暂态稳定分析
5
课程设计说明书编写
基于ETAP的电力系统分析与计算
【摘要】：
随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，为了更方便、精确地进行潮流计算本文介绍了一个面向用户的电力系统模拟计算高级应用软件ETAP，该软件能够计算母线电压，支路功率因数，电流，和整个电力系统的潮流。
并对潮流计算的结果进行分析，通过短路计算来选择设备，并采取相应的措施维持系统的稳定性。
【关键词】Etap、电力系统、潮流计算、分析、短路计算、选择设备、稳定性
1绪论
1.1电力系统
1.1.1电力系统的概念
电能是各行各业生产建设和居民生活的重要能源,它易于输送,便于集中、分配和控制,容易转化为其他形式的能量,因此得以广泛使用.电力工业是国民经济中的各行行业,它是衡量一个国家现代化水平的标志之一.发电厂把其他形式的能量转化成电能,电能经过变压器和不同电压的输电线路输送并被分配给用户,再通过各种用电设备转换成合适用户需要的各种能量,这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体部分称为电力系统.电力系统中加上各种类型发电厂的动力部分,就成为动力系统,如火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户,水电厂的水轮机和水库等动力部分,就称为动力系统.电力网是电力系统中输送和分配电能的部分,它包括升、降压变压器和各种电压等级的输电线路.在交流电力系统中,发电机、变压器、输电设备都是三相的,这些设备的连接情况可以用电力系统接线图来表示.为简单起见,电力系统接线图都是花成单线的.
1.1.2电力网的分类
电力网按其供电范围的大小和电压等级的高低可分为地方电力网、区域电力网、及超高压远距离输电网络3种类型.地方电力网是指电压不超过110KV,输送距离在几十千米内的电力网,主要是指一般城市、工矿区、农村配电网络。
区域电力网的电压等级为110~220kv，它把范围较广地区的发电厂联系在一起，通过较长的输电线路向较大范围内的各种用户输送电能。
目前，我国各省（区）电压为110~220KV级的高压电力网都属于这种类型。
超高压运距离输电网络主要由电压为330KV和500KV的运距离输电线路组成，它担负着将运距离大容量发电厂的电能送往负荷中心的任务，往往同时还联系几个区域电力网以形成跨省（区）甚至国与国之间的联合电力系统。
自1831年法拉第发现电磁感应定律后，人们就开始利用电能为人民服务，起初发电、输电、配电和用电都是直流，但发展受到了许多限制。
直至1891年生产出了三相异步电动机、三相变压器，建立了交流电力系统才奠定了近代输电技术的基础。
电力系统由电能的生产、输送、分配、和消费各个环节组成一个整体，与别的工业系统相比较电力系统具有：
电能不能大量储存；
电力系统的暂态过程非常短暂；
与国民经济的各个部门及人民日常生活有着及围密切的关系。
对于这些特点，对电力系统提出了要求：
保证安全可靠的发供电是电力系统运行的首要要求；
保证良好的电能质量，电压和频率是电气设备设计和制造的基本技术参数，也是衡量电能质量的两个基本指标。
努力提高电力系统运行的经济性，要尽量降低网损，还要防止环境污染。
为提高供电的可靠性可采用有备用接线。
我国应用较为普通的电力系统仿真软件包是EMTP，PSS/E，BPA，PSASP以及一些基于它们的内核经过改进或者二次开发的程序。
在美国应用最为广泛的电力系统软件ETAP除了要拥有直观而友好的操作界面、强大而完善的计算分析功能、以及开放式数据库连接等，同时最好还能拥有实时监测、在线模拟和管理控制等功能。
1.2ETAP
1.2.1ETAP的作用
美国OTI是ETAP的设计者和开发者，OTI有着丰富的电力及电气系统应用软件的开发经验。
1983年发行的第一代产品称为电气暂态分析程序ETAP（DOS环境），它树立了国际电力及电气系统设计和分析软件的标准。
目前，OTI依托雄厚的专业技术人才和领先的工程和软件技术已远销全世界近100多个国家，在全球拥有4,000多家用户，50,000多个授权许可证持有者，已广泛应用于电力系统的各个阶段。
美国64家核电站有60家（占总数的94%）使用了ETAP，也是美国唯一用于高危险行业的电气工程软件。
ETAP是功能全面的综合型电力及电气分析计算软件，能为发电、输配电和工业电力电气系统的规划、设计、分析、计算、运行、模拟提供全面的分析平台和解决方案.
ETAP是在既定的质量保证程序下开发的，也是世界上最有影响力的电力软件之一。
作为完全集成化的企业解决方案，ETAP扩展为实时智能电力管理系统，用来监测、控制、模拟系统运行，使系统自动化和最优化。
1.2.2ETAP的发展
ETAP是一种非常全面的工程解决方案，可以进行设计，仿真，进行发电、传输、配电和独立电力系统等方面的分析。
ETAP包括潮流计算、短路计算、弧闪分析、继保配合、继保动作确认、电机起动、暂态稳定、谐波分析、可靠性分析、最优潮流、补偿电容器最佳位置、不平衡潮流计算、地下电缆系统稳态、接地网设计、低压配电系统、直流系统潮流、短路分析、蓄电池充放电分析、用户自定义动态模型、电机动态模型参数估计、发电机起动、传输线弧垂、张力分析等分析计算功能。
ETAP基础包是软件的一套核心工具，嵌入到分析模块中，并且工程数据库是开放的，可以生成、合并、用户自定义，还可以管理系统模型。
核心工具能够帮助用户利用无限制的母线和元件快速而简单地搭建三相及单相的直流和交流系统单线图，元件包括仪表设备和基础设备元件。
基于设备厂商公布的数据，工程数据库提供完整的验证和确认数据。
基础包包括一个智能单线图、元件编辑器、配置管理器、报告管理器、工程及案例编辑器、多维数据库、主题管理器、数据交换、用户权限管理器。
嵌入的分析模块如电缆载流量、电缆容量、传输线常数，提供集成并独立的计算功能来设计、分析和设备选型
Etap由欧特艾远东计算机技术有限公司开发的，它在全世界拥有超过70个销售和技术支持中心，拥有高学历的专业人员，享有国际声誉的专家，在ANSI和IEC标准委员会中起着积极作用。
OTI的宗旨是结合最高标准的尖端技术和质量，提供最先进的产品和最优秀的技术服务，以满足用户的各种需要。
它在一百多个国家拥有超过50,000个许可证。
自1991年开始的质量保证程序，每年超过4次审查，完善的校验和验证的软件，完善的校验和验证的数据库。
ETAPReal-Time的优点：
给出整个系统的集中解决方案，具备网络拓扑、设备额定和限值智能，智能单线图，强健的电气计算算法，精致的优化算法，强健的综合逻辑，预报系统响应，友好的图形化界面。
ETAPReal-Time带来的收益：
防止断电，最小化系统损耗，最小化能量成本，操作员培训，防止因操作员失误带来的损失，安全运行和避免处罚，延长设备寿命。
高级监测功能：
智能单线图和用户界面图形化监视，电气和非电气量监测，电压、电流、有功、无功、频率、分接头位置、开关状态、运行模式、温度、转速等，状态估计和负荷分配，运行、过程和性能监视，报警和预警管理根据要求控制趋势，多控制台C-S结构监视，OPC接口实实仿真可以做的仿真计算的模块有：
潮流分析，电动起动，短路计算，弧闪分析，继电保护配合，谐波分析，暂态稳定，可靠性估计等。
目前，ETAP已经推广到国内电力、石油、石化、核电、冶金、钢铁、建材、船舶、教育等领域，ETAP用户的工程应用水平正在不断得到提升。
尤其在这些领域的工程设计部门，电力科研部门，高等院校，以及大型工业电力系统和地区公共电力系统的运行调度部门，ETAP正在发挥越来越重要的作用。
我国应用较为普通的电力系统仿真软件包是EMTP，PSS/E，BPA，PSASP以及一些基于它们的内核经过改进或者二次开发的程序。
第二章基于ETAP的电力系统潮流计算与分析
2.1.概述
2.1.1潮流计算的内容和目的
潮流分析计算是研究和分析电力系统的基础,它主要内容有:
电流和功率分布计算；
电压降落和各节点电压计算；
功率损耗计算；
潮流分析计算的目的有：
对于电力系统,无论是进行规划设计,还是对各种运行状态的分析研究,都需要进行潮流分析计算.潮流计算的目的:
为电力系统规划设计提供接线、电气设备选择和导线截面选择的依据；
1为制订电力系统运行方式和制订检修计划提供依据；
2为继电保护、自动装置设计和整定计算提供依据；
3为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据。
为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据；
在电力系统潮流分析计算时，对于简单网络，可采用手算方法；
对于复杂网络，则可借助计算机进行计算。
2.2潮流计算
2.1.1简单开式网络潮流计算
简单开式网络潮流计算的步骤和内容如下：
根据已知气线图作出网络等值电路图（有名值或标幺值均可）；
作出简化等值电路；
逐段推断功率分布；
逐段推算电压分布。
2.2.2复杂的闭式网络
对于复杂的闭式网络，需要先通过网络变换将其简化为简单闭式网络的计算方法进行功率分布和电压分布的计算。
系统节点分类：
PV节点：
这类节点的有功功率P和电压幅值U是给定的，节点的无功功率Q和电压的相位角
是待求量；
PQ节点：
这类节点的有功功率P和无功功率Q是给定的节点电压U和相位角
平衡节点：
至少有一个，它的电压幅值和相位角给定，而它的有功功率和无功功率是待求量。
闭式网络功率分点,是指在该节点处功率是由两个方向流入,用倒三角表示.有功功率用实心,无功功率用虚心.通常无功功率是电压的最低点,所以网络一般在无功功率点拆开.
在进行环形网络的初步功率分布前,将网络从电源点分开.在计算出环形网络的初步功率分布之后要进行更为精确的潮流计算,必须先将网络从无功功率点分开.
2.2.3ETAP软件应用于潮流计算的特点
ETAP优化潮流计算程序的目标函数、控制变量与约束条件皆十分丰富,而且还可以根据不同需要选择多个选项并以加权系数来组合它们。
目标函数有:
系统有功或无功损耗最小、系统发电机燃料总成本最小、投入的并补或串补设备最少,外系统送入的有功功率最小、甩负荷最小化、系统环流最小化、电压安全指标最大、潮流安全指标最大、最小化母线的电压幅值差异等。
系统控制变量有:
发电机有功出力、发电机机端电压、其他母线的电压、变压器有载调压分接头、并联电容器投入运行的数目等。
由于优化潮流计算的复杂性,有时可能会遇到目标方程、约束、电力系统平衡方程抵触,这很可能会导致计算最终不收敛,ETAP对此提供了多种不可行处理。
如释放发电机电压约束、释放负荷母线电压约束、释放所有电压约束、忽略和继续、或退出计算。
2.2.4ETAP软件的优点
⑴综合性
以一个统一的符合现实观念的并具有开放性的数据平台为基础,可进行电力系统的各个专业方向和应
用领域中的定量计算与定性分析,并具有简单直观的优点。
⑵数学模型多样
在同一分析领域中，对同类元件提供多种数学模型，使用者可根据需要在多种模型中进行选择。
在其自定义动态模块中可允许用户自己增加数据库中没有的数学模型。
⑶电气操作直观
可直观的接入开关设备、各种继电保护设备，使在计算机上的操作与现实更相近。
⑷使用简单、上手快
人机界面非常友好，所用的原始资料输入都以图形编辑方式。
对于同一版的原始数据，可提供不同的外观显示，以方便用户强调不同的内容。
计算结果的输出也提供多种方式，如单线图上显示，分类计算报告，曲线图显示。
由于此方面的优点，就可以使计算人员将主要精力放在数学模型的选择和计算结果的分析归纳上。
2.3潮流计算的结果和分析
2.3.1潮流计算结果图
图2.1最大负荷潮流计算结果图
图2.2最小负荷潮流计算结果图
2.3.2潮流计算结果分析
一、最小负荷
1系统节点
PV节点：
Bus1，Bus6
PQ节点：
Bus2，Bus3，Bus12，Bus4，Bus5，Bus7，Bus8，
平衡节点：
Bus10
表2.1支路损耗及末端功率
输电线路
功率损耗（MW）
末端功率（MW）
变压器支路
Line1
3.161
116.439
T1
0.449
119.551
Line2
2.777
50.723
T2
Line3
24.707
213.693
T3
0.643
142.7（中）
98.8（低）
Line4
9.477
110.023
T4
Line6
6.333
110.267
T5
0.801
119.199
T6
T7
0.201
53.5
表2.2系统节点参数
节点
额定电压（kV）
实际电压（kV）
电压偏移（%）
Bus1
6
6.107
1.78
Bus2
110
109.1
-0.82
Bus3
95.245
-13.41
Bus4
121
105.9
-12.48
Bus5
117
6.36
Bus6
6.3
Bus7
10
7.774
-22.26
Bus8
35
26.186
-25.18
Bus12
104.5
-5
表2.3系统线路电压损耗
电压损耗（%）
Bus2——Bus12
4.18
Bus12——Bus3
8.41
Bus2——Bus3
12.6
Bus4——Bus3
9.69
Bus5——Bus3
19.78
表2.4系统功率分点
有功功率分点
无功功率分点
表2.5系统各发电机、负荷功率因数
功率因数cos
Gen1
0.47
Gen2
Gen3
0.86
Gen4
Load1
0.80
Load2
表2.6.网损
网络总输入功率（MW）
网络总输出功率（MW）
网损率
533.7
483.3
0.094
二.最大负荷
首端功率/有功（MW）
损耗（MW）
119.6
116.5
2．992
53.7
1.776
238.4
22.616
119.5
8.971
Line5
238.9
238.31
0.59
116.7
-361.1
5.995
120
119.575
0.425
119.267
0.733
42.6
42.472
0.128
表2.7、系统线路及变压器的效率（最大负荷）
表2.8、（最大负荷）系统节点参数
1.68
6.356
-26.26
-28.18
表2.9（最大负荷）系统线路电压损耗
表2.10（最大负荷）系统功率分点
Bus3、
表2.11网损
533
0.093
表2.12（最大负荷）系统各发电机负荷功率因数
0.90
0.8
第三章调压
3.1.概述
电压是表征电能质量的一项重要指标。
电力系统节点的供电电压相对其额定值偏移过大，就会使用户电气设备的性能恶化。
如照明负荷在电压偏低时，发光不足，会影响人们的视力，降低生产及工作的效率，日光灯还会产生不启动现象，并且使电气设备的发热量降低，从而降低生产效率。
电压偏高时，又会缩短灯管的寿命。
异步电动机在电压偏低时，一方面使由它带动的生产设备运行不正常，电压过低，电动机可能制动，生产设备就会停运；
另一方面，电动机滑差加大，定子电流显著增加，绕组温度升高，会加速老化，影响电动机寿命，严重情况下会使电动机烧毁电压偏高时，又会缩短灯管的寿命，电压偏高又会使绝缘受到损害。
电压偏移过大，对广泛使用的电子设备的使用效率和寿命也有影响，如电视机在电压偏低时屏幕显示不稳定，电压偏高将使显像管寿命缩短，等等。
3.1.1电压偏移及电压调整
电压质量也影响电力系统自身的安全运行及经济性。
电力网运行电压偏低，就会使网络的功率损耗及电能损耗增加，电压过低就可能破坏电力系统运行的稳定性，电压过高又可能使各种电气设备的绝缘受到损害，使带铁芯的设备饱和，产生谐波并引起谐振，在超高压网络中还将增加电晕损耗。
电力系统在正常运行中，负荷随时在发生变化，电力系统的运行方式也常有变化.它们都将使网络中的潮流发生变化,从而使网络中的损耗及相应节点的电压也随之变化各节点电压在运行过程中对其额定电压总会有一定偏移只要电压偏移在允许的范围内就能保证用户及电力系统的正常运行.规定的各类用户允许电压偏移在正常运行状态下:
35kV及以下电压供电用户为0%~10%：
10及千伏以下电压供电用户为+7%，-7%：
220kV为电压供电用户-10%~5%。
特殊用户按供电合同商定的数值确定。
事故状况下，允许在上述数值上再加5%但正偏移最大不能超过+10%。
3.1.2中枢点的电压管理
电力系统进行调压的目的就是要采取各种措施，使用户处的电压偏移保持在规定的范围内。
但由于电力系统结构复杂，负荷极多，不可能对每个用户设备电压都进行监视和调整。
因此，电力系统电压的监视和调整通常只选择一些关键性的母线（节点）来完成。
这些关键性的母线称为电压中枢点，只要能控制电压中枢点的电压，就可以控制系统中大部分负荷的电压偏移。
于是，电力系统电压调整问题就转变为保持中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。
电压偏低、偏高的危害：
发光不足影响人们的视力，降低生产及工作的效率，日光灯还会产生不启动现象；
电压偏高会缩短灯的寿命。
（1）电压中枢点的选择
电压中枢点一般选择区域性水、火电厂的高压母线，枢纽变电所
次母线，有大量地方负荷的发电厂母线，城市直降变电所的二次母线。
中枢点设置的数量应不少于全网220kV及以上电压等级变电所总数的7%。
（2）中枢点的调压方式
中枢点的调压方式分为逆调压、顺调压和恒调压3类。
1）逆调压一般采用“逆调压”方式的中枢点，在最大负荷时保持电压比线路额定电压高5%；
在最小负荷时，电压只有下降至线路的额定电压。
此种方式大多能满足用户的要求，故一般采用这种方法。
2）顺调压在最大负荷时允许电压低一些，但不得低于线路额定电压的102.5%，在最小负荷时允许中枢点电压高一些，但不得高于线路额定电压的107.5%。
无功调整手段不足时可以采用这种方法。
3）恒调压如果负荷变动较小，线路电压损耗也较小，这种情况只需把中枢点的电压保持在比线路额定电压高2%~5%，不必随负荷的变化调整中枢点的电压仍可保证负荷点的电压质量。
这种方式可称为常调压。
3.2.1调压的措施
（1）改变发电机端电压调压
发电机的电压调整是借助于调整发电机的励磁电压，以改变发电机转子绕组的励磁电流，从而改变发电机定子端电压。
这种调整手段是一种不需耗费投资，且是最直接的调压方式。
（2）改变变压器变比调压
为了调整电压，双绕组变压器的高压绕组和三绕组的高、中压绕组均备有若干分接头供选择使用。
其中
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