电力系统分析实验指导书Word文件下载.docx
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一、实验目的
1.掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法.
2.通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要求选取模型。
3.掌握多级电力网络的等值电路计算方法。
4.理解有名制和标幺制。
二、实验内容
1．电力线路建模
有一回220kV架空电力线路，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。
试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。
2．多级电力网络的等值电路计算
部分多级电力网络结线图如图1-1所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。
图1-1多级电力网络结线图
线路
额定电压
电阻
（欧/km）
电抗
电纳
（S/km）
线路长度
（km）
L1（架空线）
220kv
*10-6
200
L2（架空线）
110kV
60
L3（架空线）
10kV
忽略
15
变压器
额定容量
Pk（kw）
Uk%
Io%
Po（kW）
T1
180MVA
893
13
175
T2
63MVA
280
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第一章、第二章、第三章
四、实验设备
1．PC一台
2．Matlab软件
五、实验报告要求
画出模型图，并标出相应的参数值。
将计算结果填入下表
（欧）
（S）
60km
200km
500km
模型1
2．作出等值电路仿真模型，线路采用中等长度模型，用字母标出相应的参数
以220KV为基本级，按精确求解要求，求出有名制和标幺制表示的各参数值。
（注意有些量要归算）。
按下表填入计算数据。
用下标标示相应的线路和变压器。
参数名称
有名制
标幺制
3、回答思考题
六、思考题
1．比较计算数据，讨论模型的适用条件。
2．什么是有名制什么是标幺制电力系统元件的有名值和标幺值有什么关系
1.学习Matlab仿真方法。
2.初步掌握电力系统时域分析工具。
3.电力系统简单电网潮流计算仿真分析。
在如图2-1所示的电力系统中，已知条件如下：
变压器T：
SFT-40000/110，
，
线路AC段：
；
线路BC段：
线路AB段：
各段线路的导纳均可略去不计；
负荷功率：
母线D的额定电压为10kV。
节点A为平衡节点，其余为PQ节点。
计算系统的潮流分布。
图2-1简单电力系统
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第四章
1.PC一台
2.Matlab软件
1、给出Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出潮流计算结果
4、分析系统各节点电压大小是否满足系统要求
5、回答思考题
1、为什么会有线损线损的构成主要有哪些成分
2.掌握电力系统时域分析工具。
3.电力系统复杂电网潮流计算仿真分析。
如图3-1所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为10kV和110kV，各元件参数标幺值示于图中。
（SB=100MVA，VB=Vav），计算系统的潮流分布。
图3-1复杂电力系统网络图
3、系统的潮流分析
分析系统各节点电压大小是否满足系统要求，若不满足如何进行调整
4、保持负荷有功功率不变，改变无功负荷，观察记录各母线电压。
保持无功负荷不变，改变有功负荷，观察记录各发电机母线功角。
保持负荷不变，改变变压器变比，观察记录各母线电压。
1、谈谈你对线路损耗的认识。
2、如果各110kV线路承担的输送功率长期满负荷运行，有何方法可较好地解决线损过高问题
3.对三相接地短路故障进行仿真分析。
设某部分电力线路的简化等值电路如图所示。
用Matlab仿真工具建立模型，并仿真线路出现三相接地短路时短路点的电流电压的变化情况。
图4-1简单三相接地短路电路图模型
1.交流电压源元件参数
电压峰值/V
相位/rad
频率/Hz
采样时间/S
测量值
110
50
2.串联RLC参数
电阻R/欧姆
电感L/H
电容C/F
RLC1
5
35e-3
1e-6
Branchcurrent
RLC
105e-3
3.仿真参数
Starttime
Stoptime
Type
Relativetolerance
其它
Variable-step,ode15s（stiff/NDF）
1e-3
auto
4.三相电路短路故障发生器（有对地故障）
Ron
Transtatus
Trantimes
Rp
Cp
Rg
[10]
[]
none
1e6
inf
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章
3.观察仿真波形图，分别仿真出短路点电压波形和电流波形，测量求出各相短路电流的最大值。
4、给出短路电压波形图
1.什么叫冲击电流
2.什么叫短路电流的最大有效值
3、某一线路，首端发生三相短路故障和末端发生三相短路故障引起的系统反应一样吗请说说理由。
2.掌握电力系统时域分析工具。
3.熟悉不同类型短路故障的特点及其影响，对电力系统出现的不对称故障进行仿真分析。
设无穷大电源的电力系统电路如图5-1，仿真分析在K点出现各种短路故障时电流电压的变化。
图5-1电力系统各种短路故障仿真图
1.三相电压源元件参数
电压有效值
A相相位（正序）
频率
连接方式
内阻抗
10．5KV
Y
+
2.输电线路参数
长度
电阻R（正，零序）
电感L（正，零序）
电容C（正，零序）
100km
RLC2
60km
3.三相电路短路故障发生器
Sampletime
C
4.三相序分量分析元件
Fundamentalfrequence
Harmomicn
Sequence
1
PositiveNegativeZero
5.仿真参数
3、三相短路分析
在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障全选中，并选择故障相接地选项。
进行电路仿真，用M1观察故障点电流波形，并记录三相电流的最大幅值，填入表中。
A相
B相
C相
4、给出短路电流波形和非故障相电压波形。
1理论上推导在两相短接时三个序电流之间有什么关系与实验结果进行比较.
2单相接地短路时短路电流与三个序电流之间有什么关系与实验结果进行比较.
3、有人说，在相同地点发生三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路，肯定是三相短路的短路电流最大。
对吗为什么
4、有人认为发生不对称故障时，故障相电流是由各序电流合成的，因此相电流一定比序电流要大，对吗为什么
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握小电流接地系统的单相故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统配电线路进行单相接地短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。
二、实验内容
搭建如图6-1所示的系统模型并仿真，该系统有1个电源，3条配电线路，4个负荷，在Line3的末端设置单相接地短路故障，观察示波器中的电压和电流波形，记录下故障电压电流的有效值。
Yg
120km
180km
[]
RLC3
2km
RLC4
150km
1、给出小电流接地系统的单相接地故障的仿真模型
3、给出单相接地故障时的电压、电流瞬时值波形。
4、给出零序电流的有效值曲线。
5、和实验五结果对比，对中性点接地、中性点不接地两种系统故障情况进行比较。
6、回答思考题。
1、中性点不接地系统为什么可以在单相接地故障发生时允许继续运行2小时
2、中性点不接地系统装设消弧线圈的原则是什么装设消弧线圈的目的是什么
实验七一个复杂电力系统的短路计算
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握复杂电力系统短路故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对复杂电力系统短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
图7-1所示电力系统：
图7-1复杂电力系统
图中取SB＝100MVA，VB＝Vav，电源电势E”=1，
试求：
1）k—1点三相短路时，短路点的起始次暂态电流；
2）k—2点A相接地短路时，短路点的电流，115kV及37kV输电线路各相电流，发电机G1端电压；
3）k—3点三相短路时，短路点及各电源支路的短路电流。
1、给出复杂系统故障的仿真模型
3、给出k—1点，k—2点及k—3点故障时的电压、电流瞬时值波形。
4、回答思考题。
1、k—1点单相短路时，是否属于小电流接地系统短路，为什么
实验八同步发电机三相短路暂态过程分析
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握同步发电机三相短路暂态过程的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对同步发电机三相短路暂态过程仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
已知一台有阻尼的同步发电机，其参数如下：
若发电机空载，端电压为额定电压，发电机定子端部突然发生三相短路，并且
，求发电机定子电流。
3、给出三相短路时短路电流中直流分量、倍频分量、正序分量、负序分量、零序分量波形。
1、同步发电机三相短路暂态过程的有何特点
2、发电机机端两相短路和机端三相短路相比，有何不同
通过实验教学加深学生的基本概念，了解影响系统静态稳定性的因素，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统静态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
对如图9-1所示的单机无穷大系统，发电机带有自动励磁调节器，发电机输出的功率为
原动机的功率为
发电机为隐极机，且不计发电机各绕组的电磁暂态过程
发电机的参数：
负序电抗：
变压器T-1的参数:
;
变压器T-2的参数:
线路的参数：
，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。
运行条件如下：
分析在
为常数的条件下，发电机励磁调节系统对发电机静态稳定性的影响。
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第六章
四、实验仪器设备及耗材
1.每组计算机1台、软件套。
1、给出单机无穷大系统静态稳定性Simulink仿真模型。
3、给出不同干扰情况下发电机功角、转速随时间变化的曲线。
4、对比不同励磁条件下的仿真结果。
5、回答思考题。
1、功角和发电机惯性时间常熟TJ的物理意义是什么
2、影响电力系统静态稳定性的因素有哪些
3、如何提高电力系统的静态稳定性
通过实验教学加深学生的基本概念，了解系统遭受大干扰后（比如短路故障）系统能否稳定运行与故障切除时间等因素紧密相关，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统暂态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
对如图10-1所示的单机无穷大系统，分别分析在f点发生两相短路、两相接地短路通过线路两侧开关同时断开切除线路后，系统的暂态稳定性。
1、给出单机无穷大系统暂态稳定性Simulink仿真模型。
3、给出故障切除时间分别为故障后、两种情况下发电机转速、功角曲线。
4、给出电压电流波形曲线。
5、对比不同故障切除时刻的仿真结果。
2、提高电力系统静态稳定和暂态稳定的措施主要有哪些
本课程采用每个实验成绩满分100分评分
实验成绩考核：
每一个实验成绩=实验操作成绩×
50%+实验报告成绩×
50%
注：
实验操作成绩由实验态度和纪律，实验预习报告和实验能力和效果组成；
实验报告成绩由实验报告编写态度情况和实验分析总结情况组成。
附录2：
推荐教材、参考书：
[1]电力系统分析（第三版）.于永源.中国电力出版社
[2]MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真.于群,曹娜.机械工业出版社,2011
[3]电子文档SimPowerSystem非标准教程.pdf
[4]电子文档SimPowerSystem用户指南.pdf
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