电力系统课程设计.docx
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电力系统课程设计
电力系统课程设计《复杂电力系统的建模与分析》
电力系统的建模是电力系统分析课程基本计算的核心部分之一，它为电力系统的潮流计算作为准备。
一．基础资料
本课题要求对图1-1所示的电力系统进行建模，要求按稳态分析时的精确模型进行建模，
二．选择110KV为电压基本级，画出用有名值表示的等值电路。
三．求出各元件的参数
1.变压器
变压器
型号
额定容量（kVA）
短路损耗Pw（kw）
短路电压Uk%
空载电流I%
空载损耗Po（kw）
T1
SFL1-10000/110
10000
72
10.5
1.1
14
T2
SFL1-31500/110
31500
190
10.5
0.7
10.5
T3
SFL1-16000/110
16000
110
10.5
0.9
10.5
变压器T1：
因为变压器T1的额定容量需要大于电动机M的容量2MVA，所以选择SFL1-10000/110型变压器，额定容量为10MVA。
变压器T2：
因为变压器T1的额定容量需要小于发电机G2的容量25MVA和负载的容量8+j6MVA的和，所以选择SFL1-31500/110型变压器，额定容量为31.5MVA。
变压器T3：
因为变压器T3的额定容量需要小于发电机G1的容量110MVA，所以选择SFL1-16000/110型变压器，额定容量为16MVA。
2.线路
线路
型号
额定电压（kv）
电阻（欧/km）
电抗（欧/km）
电纳（S/km）
线路长度（km）
L1（架空线）
LGJ-185
110
0.17
0.394
2.90*10
100
L2（架空线）
LGJ-150
110
0.21
0.401
2.85*10
100
L3（架空线）
LGJ-120
110
0.27
0.408
2.79*10
100
3.负载
负载
容量（MVA）
负荷L
8+j6
负载
容量（MVA）
启动系数
额定功率系数
电动机M
2
6.5
0．86
4.发电机
发电机
容量（MVA）
电抗百分值
额定功率系数
G1
110
26.4
0.85
G2
25
13
0.8
5.求解各元件的参数
线路1：
rl1=0.17；xl1=0.394；bl1=2.90*10
；L1=100；
ZL1=RL1+j*XL1；RL1=rl1*L1；XL1=xl1*L1；YL1=j*bl1*L1；
线路2：
rl2=0.21；xl2=0.401；bl2=2.85*10
；L2=100；
ZL2=RL2+j*XL2；RL2=rl2*L2；XL2=xl2*L2；YL2=j*bl2*L2；
线路3：
rl3=0.27；xl3=0.408；bl3=2.79*10
；L3=100；
ZL3=RL3+j*XL3；RL3=rl3*L3；XL3=xl3*L3；YL3=j*bl3*L3；
变压器T1：
SNT1=10MVA；Un1=110KV ；Pk1=72；Po1=14；Uk1%=10.5；I1%=1.1；
ZT1=RL1+j*XL1；YT1=GT1-j*BT1;
RT1=Pk1*Un1^2/（1000*SNT1^2）；XT1=Uk1%*Un1^2/（100*SNT1）；
GT1=Po1/（1000*Un1^2）；BT1=I1%*SNT1/（100*Un1^2）；
变压器T2：
SNT2=31.5MVA；Un2=110KV ；Pk2=190；Po2=31.05；Uk2%=10.5；I2%=0.7；
ZT2=RL2+j*XL2；YT2=GT2-j*BT2;
RT2=Pk2*Un2^2/（1000*SNT2^2）；XT2=Uk2%*Un2^2/（100*SNT2）；
GT2=Po2/（1000*Un2^2）；BT2=I2%*SNT2/（100*Un2^2）；
变压器T3：
SNT3=16MVA；Un3=110KV ；Pk3=110；Po3=18.5；Uk3%=10.5；I3%=0.9；
ZT3=RL3+j*XL3；YT3=GT3-j*BT3;
RT3=Pk3*Un3^2/（1000*SNT3^2）；XT3=Uk3%*Un3^2/（100*SNT3）；
GT3=Po3/（1000*Un3^2）；BT3=I3%*SNT3/（100*Un3^2）；
负荷L：
SL=PL+j*QL=8+j6MVA；ULn=110KV；
ZL=RL+j*XL ；RL=ULn^2*PL/SL^2；XL=ULn^2*QL/SL^2；
电动机M：
SM=2MVA；UMn=6.3KV；cosφm=0.85
ZM=RM+j*XM ；RM=UMn^2*cosφm/SM；XM=UMn^2*sinφm/SM；
电动机M归算：
UN=110KV；ZMg=RMg+j*XMg；RMg=（UN/UMn）^2*RM；
XMg=（UN/UMn）^2*XM；
发电机G1：
SNG1=110MVA；cosφ1=0.85；UnG1=10.5KV；XG1（%）=26.4；
XG1=XG1（%）*UnG1^2/（100*SNG1）；
发电机G1归算：
UN=110KV；XG1g=（UN/UnG1）^2*XG1；
发电机G2：
SNG2=25MVA；cosφ2=0.8；UnG2=10.5KV；XG2（%）=13；
XG2=XG2（%）*UnG2^2/（100*SNG2）；
发电机G2归算：
UN=110KV；XG2g=（UN/UnG2）^2*XG2；
参数名称
ZL1
YL1
ZL2
YL2
ZL3
YL3
有名制
17+39.4i
2.9e-004i
21+40.1i
2.85e-004i
27+40.8i
2.79-004i
参数名称
ZT1
YT1
ZT2
YT2
ZT3
YT3
有名制
17+39.4i
1.1570e-006-9.0909e-006i
21+40.1i
2.5661e-006-1.8223e-005i
27+40.8i
1.5289e-006-1.1901e-005i
参数名称
ZL
ZM
XG1
XG2
有名制
9.6800e+002+7.2600e+002i
5.1425e+003+3.2065e+003i
29.0400
62.9200
四．选择基准量，并画出用标幺值表示的等值电路，并求出各元件的参数
选取基准容量SB=100MVA，基准电压UB=UN=110KV
线路1：
ZL1b=ZL1*SB/UB^2；YL1b=YL1*UB^2/SB；
线路2：
ZL2b=ZL2*SB/UB^2；YL2b=YL2*UB^2/SB；
线路3：
ZL3b=ZL3*SB/UB^2；YL3b=YL3*UB^2/SB；
变压器T1：
ZT1b=ZT1*SB/UB^2；YT1b=YT1*UB^2/SB；
变压器T2：
ZT2b=ZT2*SB/UB^2；YT2b=YT2*UB^2/SB；
变压器T3：
ZT3b=ZT3*SB/UB^2；YT3b=YT3*UB^2/SB；
负荷L：
ZLb=ZL*SB/UB^2；
电动机M：
ZMb=ZMg*SB/UB^2；
发电机G1：
XG1b=XG1g*SB/UB^2=（UN/UnG1）^2*XG1*SB/UB^2；
发电机G2：
XG2b=XG2g*SB/UB^2=（UN/UnG2）^2*XG2*SB/UB^2；
参数名称
ZL1
YL1
ZL2
YL2
ZL3
YL3
标幺制
0.1405+0.3256i
0.0351i
0.1736+0.3314i
0.0345i
0.2231+0.3372i
0.0338i
参数名称
ZT1
YT1
ZT2
YT2
ZT3
YT3
标幺制
0.1405+0.3256i
0.0001-0.0011i
0.1736+0.3314i
0.0003-0.0022i
0.2231+0.3372i
0.0002-0.0014i
参数名称
ZL
ZM
XG1
XG2
标幺制
8.0000+6.0000i
42.5000+26.5000i
0.2400
0.5200
五．求出用标幺值表示的等值电路的导纳矩阵。
Y11=1.1342-2.6007i；Y12=-1.1171+2.5891i；Y13=0；Y14=0；Y15=0
Y21=-1.1171+2.5891i；Y22=2.2342-5.1606i；Y23=-1.1171+2.5891i；Y24=0；Y25=0；
Y31=0；Y32=-1.1171+2.5891i；Y33=6.0704-8.0941i；
Y34=-1.2401+2.3680i；Y35=-1.3649+2.0625i；
Y41=0；Y42=0；Y43=-1.2401+2.3680i；Y44=1.3201-2.4108i；Y45=0；Y51=0；Y52=0；Y53=-1.3649+2.0625i；Y54=0；Y55=2.7762-3.0744i；
Y=Y11Y12Y13Y14Y15
Y21Y22Y23Y24Y25
Y31Y32Y33Y34Y35
Y41Y42Y43Y44Y45
Y51Y52Y53Y54Y55
=1.1342-2.6007i-1.1171+2.5891i000
-1.1171+2.5891i2.2342-5.1606i-1.1171+2.5891i00
0-1.1171+2.5891i6.0704-8.0941i-1.2401+2.3680i-1.3649+2.0625i
00-1.2401+2.3680i1.3201-2.4108i0
00-1.3649+2.0625i02.7762-3.0744i
六．用P-Q分解法对该电路进行潮流分析。
1．假设1、2、3节点为PQ节点，4为PV节点，5为平衡节点
P1=-2，Q1=-1，P2=-3，Q2=-1.5，P3=-4，Q3=-2，P4=5，U4=1.1，U5=1.1，
φ5（相位角）=0
设各节点电压初值
节点
1
2
3
4
5
U（0）=e（0）+jf（0）
1+j0
1+j0
1+j0
1.1+j0
1.1+j0
2．运算结果
BD=-2.60072.589100
2.5891-5.16062.58910
02.5891-8.09412.3680
002.3680-2.4108
BDD=-2.60072.58910
2.5891-5.16062.5891
02.5891-8.0941
du=00000
迭代次数1
du=-4.8599-4.1027-2.1590-0.29380
U=-1.2787-0.89820.06771.10001.1000
迭代次数2
du=3.40678.0143-204.7909-11.44430
U=-3.0554-3.8828-5.17981.10001.1000
迭代次数3
du=-1.30205.7418-206.2910-8.25520
U=18.894916.23085.32491.10001.1000
迭代次数4
du=-2.99163.2765-212.2815-37.49930
U=-38.3358-29.1868-12.46371.10001.1000
迭代次数5
du=-4.22101.8142-213.5871-34.34400
U=42.181842.547430.54561.10001.1000
迭代次数6
du=-7.5502-1.2394-216.1150-111.52510
U=-67.9958-71.4973-44.97401.10001.1000
迭代次数7
du=-9.4184-3.0662-217.5064-73.57780
U=55.145554.507541.99921.10001.1000
迭代次数8
du=-10.8280-4.5547-218.4315-70.02960
U=17.6453-15.9677-15.73071.10001.1000
迭代次数9
du=-12.3297-6.1563-219.7743-54.14840
U=-0.5088-0.46590.65431.10001.1000
迭代次数10
du=-27.1691-19.0199-217.4979-52.29690
U=3.07742.35140.34171.10001.1000
七．设计小结
本设计通过对复杂电力系统的建模与分析，提出了三种不同电路模型建模的方案，从电压等级，线路长度，变压器的容量与变比，发电机与电动机以及负载的容量，最终选择了中等长度线路模型的设计方案，它具有计算简单的优点，但还有计算不够精确的不足。
这次课程设计历时一个星期左右，通过一个星期的学习，发现了自己很多的不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己比较缺乏实践经验，理论联系实际的能力还需要提高。
在一开始选定变压器参数的过程中，我查阅了很多资料，发现变压器的类型有很多，最后根据电压等级以及发电机、电动机和负载的容量，最终确定了变压器的类型。
然后开始画等值电路图本来以为会很轻松地画图其实也是有一定难度的。
在编写计算各元件参数的有名值和标幺值的过程中，发现由于不注意细节问题经常出现编程的错误，最后通过认真的检查和修改，终于顺利的完成本次课程设计。
我通过此次课程设计，无论是在培养自己的实验设计能力还是培养自己的性情方面，收获都非常丰富。
我觉得做每一件事一定要持之以恒，不能遇到困难就轻易放弃，半途而废，我们要正视这些困难，用科学的态度去解决这些困难，获得属于自己的成功。
参考文献：
格式如下
1.于永源等编，电力系统分析，北京：
中国电力出版社，2007
2.《工厂常用电气设备手册》编写组，工厂常用电气设备手册（上），北京：
中国电力出版社，1999
附录1：
求解各元件参数有名值和标幺值和导纳矩阵以及P-Q潮流计算的程序
rl1=0.17;%求解各元件参数的有名值
xl1=0.394;
bl1=2.90*0.000001;
L1=100;
rl2=0.21;
xl2=0.401;
bl2=2.85*0.000001;
L2=100;
rl3=0.27;
xl3=0.408;
bl3=2.79*0.000001;
L3=100;
RL1=rl1*L1
XL1=xl1*L1
ZL1=RL1+j*XL1
YL1=j*bl1*L1
RL2=rl2*L2
XL2=xl2*L2
ZL2=RL2+j*XL2
YL2=j*bl2*L2
RL3=rl3*L3
XL3=xl3*L3
ZL3=RL3+j*XL3
YL3=j*bl3*L3
SNT1=10;
Un1=110;
Pk1=72;
Po1=14;
Uk1=10.5;
I1=1.1;
RT1=Pk1*Un1^2/（1000*SNT1^2）;
XT1=Uk1*Un1^2/（100*SNT1）;
GT1=Po1/（1000*Un1^2）;
BT1=I1*SNT1/（100*Un1^2）;
ZT1=RL1+j*XL1
YT1=GT1-j*BT1
SNT2=31.5;
Un2=110;
Pk2=190;
Po2=31.05;
Uk2=10.5;
I2=0.7;
RT2=Pk2*Un2^2/（1000*SNT2^2）;
XT2=Uk2*Un2^2/（100*SNT2）;
GT2=Po2/（1000*Un2^2）;
BT2=I2*SNT2/（100*Un2^2）;
ZT2=RL2+j*XL2
YT2=GT2-j*BT2
SNT3=16;
Un3=110;
Pk3=110;
Po3=18.5;
Uk3=10.5;
I3=0.9;
RT3=Pk3*Un3^2/（1000*SNT3^2）;
XT3=Uk3*Un3^2/（100*SNT3）;
GT3=Po3/（1000*Un3^2）;
BT3=I3*SNT3/（100*Un3^2）;
ZT3=RL3+j*XL3
YT3=GT3-j*BT3
PL=8;
QL=6;
ULn=110;
RL=ULn^2*PL/（8^2+6^2）;
XL=ULn^2*QL/（8^2+6^2）;
ZL=RL+j*XL
SM=2;
UMn=6.3;
cosQ=0.85;
sinQ=0.53;
RM=UMn^2*cosQ/SM;
XM=UMn^2*sinQ/SM;
ZM=RM+j*XM;
UN=110;
RMg=（UN/UMn）^2*RM;%对元件参数进行归算
XMg=（UN/UMn）^2*XM;
ZMg=RMg+j*XMg
SNG1=110;
cosQ=0.85;
UnG1=10.5;
XG11=26.4;
XG1=XG11*UnG1^2/（100*SNG1）;
UN=110;
XG1g=（UN/UnG1）^2*XG1
SNG2=25;
cosQ=0.8;
UnG2=10.5;
XG21=13;
XG2=XG21*UnG2^2/（100*SNG2）;
UN=110;
XG2g=（UN/UnG2）^2*XG2
SB=100;
UB=110;
ZL1b=ZL1*SB/UB^2%求解各元件参数的标幺值
YL1b=YL1*UB^2/SB
ZL2b=ZL2*SB/UB^2
YL2b=YL2*UB^2/SB
ZL3b=ZL3*SB/UB^2
YL3b=YL3*UB^2/SB
ZT1b=ZT1*SB/UB^2
YT1b=YT1*UB^2/SB
ZT2b=ZT2*SB/UB^2
YT2b=YT2*UB^2/SB
ZT3b=ZT3*SB/UB^2
YT3b=YT3*UB^2/SB
ZLb=ZL*SB/UB^2
ZMb=ZMg*SB/UB^2
XG1b=XG1g*SB/UB^2
XG2b=XG2g*SB/UB^2
Y11=1/ZT1b+1/ZMb+YT1b%求解导纳矩阵
Y12=-1/ZT1b
Y13=0
Y14=0
Y15=0
Y21=-1/ZT1b
Y22=1/ZT1b+1/ZL1b+YL1b/2
Y23=-1/ZL1b
Y24=0
Y25=0
Y31=0
Y32=-1/ZL1b
Y33=2*YT2b++YL1b/2+YL2b/2+YL3b/2+1/ZL1b+1/ZL2b+1/ZL3b+2/（ZT2b+XG2b）
Y34=-1/ZL2b
Y35=-1/ZL3b
Y41=0
Y42=0
Y43=-1/ZL2b
Y44=1/ZL2b+1/ZLb+YL2b/2
Y45=0
Y51=0
Y52=0
Y53=-1/ZL3b
Y54=0
Y55=1/ZL3b+1/（ZT3b+XG1b）+YL3b/2+YT3b
Y=[Y11Y12Y13Y14Y15;Y21Y22Y23Y24Y25;Y31Y32Y33Y34Y35;Y41Y42Y43Y44Y45;Y51Y52Y53Y54Y55]
%P-Q潮流计算
G=real（Y）;
B=imag（Y）;
BD=B（1:
4,1:
4）
BDD=B（1:
3,1:
3）
p
（1）=-2;q
（1）=-1;
p
（2）=-3;q
（2）=-1.5;
p（3）=-4;q（3）=-2;
p（4）=5;
%u4=1.1;
%u5=1.1;du5=0;
%假设
%u1=1;du1=0;
%u2=1;du2=0;
%u3=1;du3=0;
%du4=0;
U=[1111.11.1];
du=[00000];
%假设结束
%while
du=[00000]
forn=1:
10
disp（'迭代次数'）;
disp（n）;
sum=0;
fori=1:
4
sum=0;
forj=1:
5
sum=sum+U（j）.*（G（i,j）.*cos（du（i）-du（j））+B（i,j）.*sin（du（i）-du（j）））;
end
dp（i）=p（i）-U（i）*sum;
end
fori=1:
3
sum=0;
forj=1:
5
sum=sum+U（j）.*（G（i,j）.*sin（du（i）-du（j））-B（i,j）.*cos（du（i）-du（j）））;
end
dq（i）=q（i）-U（i）*sum;
end
dpu=dp./U（1:
4）;
uddu=inv（BD）*dpu';
ddu=uddu./U（1:
4）';
du=du（1:
4）-ddu';
du（5）=0
dqu=dq./U（1:
3）;
ud=inv（BDD）*dqu';
U（1:
3）=U（1:
3）-ud'
end
附录2：
完整等值电路图。
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