电力系统辅助分析课程设计.docx

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电力系统辅助分析课程设计

前言·······························2

第一部分参数计算···························3

第二部分潮流计算···························5

第三部分短路电流计算·······················16

第四部分心得体会···························29

前言

电力系统的潮流计算和短路计算是电力系统分析中的一种最基本和常用的计算，它们是研究和分析电力系统的基础，对我们了解电力系统有着很重要的作用。

因此，这次课程设计有着十分重要的意义。

本次课程设计作为电气工程及其自动化专业的主要专业课设计之一，是学习电力系统分析基础和电力系统计算机辅助分析课程后的一个重要的实践性教学环节。

其目的在于巩固和加深对电力系统潮流和短路计算基本原理的理解，学习和掌握应用计算机进行电力系统设计和计算的方法，培养独立分析和解决问题的能力。

通过本次设计，要求我们能够掌握电力系统等值模型和参数的计算，以及潮流计算和短路计算的基本原理，学会应用计算机计算潮流分布和短路电流的方法。

第一部分系统参数计算

设计中，采用精确计算算法，选取

，

，将所有的支路折算到220KV电压等级侧，计算过程及结果如下：

1）线路参数标么值计算

4-5

4-6

5-7

6-9

7-8

8-9

2.变压器参数标么值计算

3.发电机正序参数计算：

（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗，故只求出暂态电抗）

4.负荷点的计算

根据以上求出的系统参数，给出此目标网络的等值网络图如下所示：

图1目标电网等值网络图

第二部分潮流计算

一．节点分类

设计中要求所有结点电压不得低于1.0p.u.，也不得高于1.05p.u.，若电压不符合该条件，可采取下面的方法进行调压：

（1）改变发电机的机端电压

（2）改变变压器的变比（即改变分接头）

（3）改变发电机的出力

（4）在电压不符合要求的结点处增加无功补偿

调压方式应属于逆调压。

根据电力系统中各结点性质的不同，将结点分为三类：

PQ结点、PV结点和平衡结点，在潮流计算中，大部分结点属于PQ结点，小部分结点属于PV结点，一般只设一个平衡结点。

对于平衡结点，给定其电压的幅值和相位，整个系统的功率平衡由这一点承担。

在本设计中：

1号机母线平衡节点（题目给定）

2号机母线PU节点（2号机给定输出功率及机端电压值，故选择为PU节点）

3号机母线PU节点（3号机给定输出功率及机端电压值，故选择为PU节点）

4母线PQ节点（通常变电所的母线都是PQ节点，故此点选择为PQ节点）

5母线PQ节点（通常变电所的母线都是PQ节点，故此点选择为PQ节点）

6母线PQ节点（通常变电所的母线都是PQ节点，故此点选择为PQ节点）

7母线PQ节点（通常变电所的母线都是PQ节点，故此点选择为PQ节点）

8母线PQ节点（通常变电所的母线都是PQ节点，故此点选择为PQ节点）

9母线PQ节点（通常变电所的母线都是PQ节点，故此点选择为PQ节点）

采用PQ分解法和牛顿拉夫讯法进行潮流分析计算。

设计中，节点数:

n=9，支路数:

nl=9，平衡母线节点号:

isb=1，误差精度:

pr=0.00001。

由支路参数形成的矩阵:

矩阵B1的每行是由下列参数构成的：

（1）某支路的首段号p；

（2）末端号q，且p

（3）支路的阻抗（R+Xi）；

（4）支路的对地导纳；

（5）支路的变比；

（6）折算到哪一侧的标志（支路首段p处于高压侧则输入“1”，否则为“0”）；

B1=[1.00004.00000+0.0576i01.00000;2.00007.00000+0.0574i01.00000;3.00009.00000+0.0586i01.00000;4.00005.00000.0129+0.1099i0.2292i1.00000;4.00006.00000.0139+0.0752i0+0.1294i1.00000;5.00007.00000.0171+0.0868i0+0.1626i1.00000;6.00009.00000.0182+0.0793i0+0.1672i1.00000;7.00008.00000.0076+0.0645i0+0.1344i1.00000;8.00009.00000.0099+0.0843i0+0.1758i1.00000]

矩阵B2的每行是由下列参数构成的：

（1）节点所接发电机的功率SC；

（2）节点负荷功率Sl;

（3）节点电压初始值；

（4）PU节点电压U的给定值；

（5）节点所接的无功补偿设备容量；

二．利用PQ分解法计算潮流

根据各个节点的分类以及参数可得到该网络图的支路参数矩阵B1、节点参数矩阵B2以及各个节点对地容抗矩阵X。

输入数据如下：

输入参数;

支路参数矩阵

B1=[140.0576i010;

270.0574i010;

390.0586i010;

450.0129+0.1099i0.2292i10;

460.0139+0.0752i0.1294i10;

570.0171+0.0868i0.1626i10;

690.0182+0.0793i0.1672i10;

780.0076+0.0645i0.1344i10;

890.0099+0.0843i0.1758i10];

节点参数矩阵

B2=[2+1.2395i01101;

1.8+1.1155i01103;

1+0.6197i01103

001002;

01.2+0.5i1002

00.95+0.3i1002

001002

01.05+0.35i1002

001002];

节点对地阻抗矩阵X=[10;20;30;40;50;60;70;80;90]

节点数n=9;支路数nl=9;平衡母线节点号：

isb=1；误差精度pr=0.00001

运算结果：

各节点的电压V大小（节点号从小到大排）为：

1.00001.00001.00000.98780.95720.97580.98750.97750.9939

以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）

在本次计算中，我们可以看到4~9节点共有6个节点的电压没有能够达到要求，有必要进行调整。

A.第一次调整

开始对三台变压器分别改分接头，但不满足要求的电压点较多，进而将三台变压器的分接头皆调整为+2.5%档，即将矩阵改变成

输入参数;

支路参数矩阵

B1=[140.0576i01.0250;

270.0574i01.0250;

390.0586i01.0250;

450.0129+0.1099i0.2292i10;

460.0139+0.0752i0.1294i10;

570.0171+0.0868i0.1626i10;

690.0182+0.0793i0.1672i10;

780.0076+0.0645i0.1344i10;

890.0099+0.0843i0.1758i10];

节点参数矩阵

B2=[2+1.2395i01101;

1.8+1.1155i01103;

1+0.6197i01103

001002;

01.2+0.5i1002

00.95+0.3i1002

001002

01.05+0.35i1002

001002];

节点对地阻抗矩阵X=[10;20;30;40;50;60;70;80;90]

节点数n=9;支路数nl=9;平衡母线节点号：

isb=1；误差精度pr=0.00001

运行结果：

各节点的电压V大小（节点号从小到大排）为：

1.00001.00001.00001.01390.98481.00251.01361.00431.0199

以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）:

在这次调整结果中可见，节点5的电压（0.9848）仍不满足要求，要再进行大些调整。

B.第二次调整

输入参数;

支路参数矩阵

B1=[140.0576i01.0250;

270.0574i01.0250;

390.0586i01.0250;

450.0129+0.1099i0.2292i10;

460.0139+0.0752i0.1294i10;

570.0171+0.0868i0.1626i10;

690.0182+0.0793i0.1672i10;

780.0076+0.0645i0.1344i10;

890.0099+0.0843i0.1758i10];

节点参数矩阵

B2=[2+1.2395i01101;

1.8+1.1155i01103;

1+0.6197i01103

001002;

01.2+0.5i100.52

00.95+0.3i1002

001002

01.05+0.35i1002

001002];

节点对地阻抗矩阵X=[10;20;30;40;50;60;70;80;90]

节点数n=9;支路数nl=9;平衡母线节点号：

isb=1；误差精度pr=0.00001

在节点5上进行无功补偿调整，调整数值为0.5。

运行结果：

迭代次数

6

每次没有达到精度要求的有功功率个数为588820

每次没有达到精度要求的无功功率个数为

666400

各节点的电压标幺值E为（节点号从小到大排）：

Columns1through7

1.00000.9889+0.1488i0.9967+0.0809i1.0266-0.0227i1.0244-0.0447i1.0120-0.0332i1.0273+0.0475i

Columns8through9

1.0157+0.0017i1.0260+0.0230i

各节点的电压V大小（节点号从小到大排）为：

Columns1through9

1.00001.00001.00001.02681.02541.01261.02841.01571.0263

各节点的电压相角O（节点号从小到大排）为：

Columns1through9

08.55544.6416-1.2648-2.4967-1.88172.64460.09481.2864

各节点的功率S（节点号从小到大排）为：

Columns1through7

0.3839-0.0264i1.8000+0.0352i1.0000+0.0077i-0.0000+0.0000i-1.2500+0.0257i-0.9000-0.3000i0.0000-0.0000i

Columns8through9

-1.0000-0.3500i0.0000-0.0000i

各条支路的首端功率Sj

（顺序同您输入B1时一样）为：

0.3839-0.0264i

1.8000+0.0352i

1.0000+0.0077i

0.2050-0.1291i

0.1789+0.0941i

-1.0455+0.1335i

-0.7219-0.0755i

0.7359+0.0600i

-0.2681-0.1837i

各条支路的末端功率Sj

（顺序同您输入B1时一样）为：

-0.3839+0.0350i

-1.8000+0.1508i

-1.0000+0.0510i

-0.2045-0.1078i

-0.1781-0.2245i

1.0641-0.2108i

0.7311-0.0580i

-0.7319-0.1663i

0.2689+0.0070i

各条支路的功率损耗DS

（顺序同您输入B1时一样）为：

-0.0000+0.0085i

-0.0000+0.1860i

-0.0000+0.0586i

0.0005-0.2369i

0.0008-0.1304i

0.0186-0.0773i

0.0093-0.1335i

0.0040-0.1063i

0.0008-0.1767i

以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）:

对节点5进行无功补偿调整后，所有的节点均在区间（1.0~1.05）（pu）之间，满足要求。

三．利用牛顿-拉夫逊法进行潮流计算：

下面将PQ法中迭代的最后一个数据带入牛顿拉弗逊法（N-L法）中，迭代结果如下：

输入参数

支路参数矩阵

B1=[140.0576i01.0250;

270.0574i01.0250;

390.0586i01.0250;

450.0129+0.1099i0.2292i10;

460.0139+0.0752i0.1294i10;

570.0171+0.0868i0.1626i10;

690.0182+0.0793i0.1672i10;

780.0076+0.0645i0.1344i10;

890.0099+0.0843i0.1758i10];

节点参数矩阵

B2=[2+1.2395i01101;

1.8+1.1155i01103;

1+0.6197i01103

001002;

01.2+0.5i100.52

00.95+0.3i1002

001002

01.05+0.35i1002

001002];

节点对地阻抗矩阵X=[10;20;30;40;50;60;70;80;90]

节点数n=9;支路数nl=9;平衡母线节点号：

isb=1；误差精度pr=0.00001

运行结果：

迭代次数

4

没有达到精度的要求的个数

1416140

各节点的实际电压标幺值E为（节点号从小到大排列）：

Columns1through5

1.00000.9889+0.1488i0.9967+0.0809i1.0266-0.0227i1.0244-0.0447i

Columns6through9

1.0120-0.0332i1.0273+0.0475i1.0157+0.0017i1.0260+0.0230i

各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）：

Columns1through9

1.00001.00001.00001.02681.02541.01261.02841.01571.0263

各节点的电压相角O为（节点号从小到大排列）：

Columns1through9

08.55544.6416-1.2648-2.4967-1.88172.64460.09481.2864

各节点的功率S为（节点号从小到大排列）：

Columns1through5

0.3839-0.0264i1.8000+0.0352i1.0000+0.0077i0-1.2500+0.0257i

Columns6through9

-0.9000-0.3000i-0.0000+0.0000i-1.0000-0.3500i0.0000-0.0000i

各条支路的首端Si为（顺序同您输入B1时一样）：

0.3839-0.0264i

1.8000+0.0352i

1.0000+0.0077i

0.2050-0.1291i

0.1789+0.0941i

-1.0455+0.1335i

-0.7219-0.0755i

0.7359+0.0600i

-0.2681-0.1837i

各条支路的末端功率Sj为（顺序同您输入B1时一样）：

-0.3839+0.0350i

-1.8000+0.1508i

-1.0000+0.0510i

-0.2045-0.1078i

-0.1781-0.2245i

1.0641-0.2108i

0.7311-0.0580i

-0.7319-0.1663i

0.2689+0.0070i

各条支路的功率损耗DS为（顺序同您输入B1时一样）：

0+0.0085i

0+0.1860i

0.0000+0.0586i

0.0005-0.2369i

0.0008-0.1304i

0.0186-0.0773i

0.0093-0.1335i

0.0040-0.1063i

0.0008-0.1767i

以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）：

四、潮流计算结果汇总表

1、各节点电压计算汇总表（以牛顿拉夫逊法计算为准）

节点

1

2

3

4

5

6

7

8

9

标幺值

1

1

1

1.0268

1.0254

1.0126

1.0284

1.0157

1.0263

有名值（KV）

220

220

220

225.896

225.588

222.772

226.248

223.454

225.786

相角

0

8.5554

4.6416

-1.2648

-2.4967

-1.8817

2.6446

0.0948

1.2864

2、各支路首端功率计算汇总表（以牛顿拉夫逊法计算为准）

支路

功率

功率

有功功率P

无功功率Q

标幺值

有名值

标幺值

有名值

1-4

0.3839

38.39

-0.0264

-2.64

2-7

1.8

180

0.0352

3.52

3-9

1

100

0.0077

0.77

4-5

0.2050

20.50

-0.1291

-12.91

4-6

0.1789

17.89

0.0941

9.41

5-7

-1.0455

-104.55

0.1335

13.35

6-9

-0.7219

-72.19

-0.0755

-7.55

7-8

0.7359

73.59

0.0600

6.00

8-9

-0.2681

-26.81

-0.1837

-18.37

3、各支路末端功率计算汇总表（以牛顿拉夫逊法计算为准）

支路

功率

功率

有功功率P

无功功率Q

标幺值

有名值

标幺值

有名值

1-4

-0.3839

-38.39

0.0350

3.50

2-7

-1.8000

-180

0.1508

15.08

3-9

-1.0000

-100

0.0510

5.10

4-5

-0.2045

-20.45

-0.1078

-10.78

4-6

-0.1781

-17.81

-0.2245

-22.45

5-7

1.0641

106.41

-0.2108

-21.08

6-9

0.7311

73.11

-0.0580

-5.80

7-8

-0.7319

-73.19

-0.1663

-16.63

8-9

0.2689

26.89

0.0070

0.7

1、潮流控制的主要手段有哪些？

由于电网运行时负荷等的变化，引起系统中各节点电压的变化。

发电机容量有限，而电压的调整又必须服从对电压质量的要求，调整的幅度不能太大，另一方面从电网运行经济性和安全等方面考虑，网络中的潮流往往需要控制。

在实际的网络潮流控制中主要采用：

串联电容（作用以容抗抵偿线路感抗）；串联电抗（作用在于限流）；附加串联加压器（作用在于产生一环流或强制循环功率使强制循环功率与自然分布功率的叠加可达到理想值）；优化电网结构，降低线损；负载端实行无功就地补偿等手段控制潮流。

本设计中的潮流控制如下：

第一次调整电压结果如下：

由以上图知，节点4、5、6、7、8、9节点的电压值不在1.0-1.05之间，首先考虑用最基本的调压方式，改变变压器1、2、3的变比，将变压器1、2、3调节分接头至+2.5%档。

结果如下：

可见5节点的电压值还不在1.0-1.05之间，考虑采用增加5节点的无功补偿，调整值为0.5，即50MVar。

结果如下：

故本设计中采用了改变变压器变比和增加无功补偿的方式来控制系统潮流。

2、如何降低系统网损？

由于传输距离远，传输线路长，传输线路的阻抗会消耗部分电能，转换为热量消散掉，其次还有变压器上也会产生一些损耗，为此主要通过：

（1）提升传输电压

（2）减小输电电流

（3）采用直流输电的方式

（4）增大传输线缆的截面积

（5）减小输电线路阻抗

在本设计中，我采用了提升传输电压的方式来降低系统网损，对比电压提升前后的网损情况如下所示：

电压提升前：

电压提升后：

由此可见，提升系统电压能减小系统网损。

五、根据计算可以得到潮流分布图如下所示：

3、线路有功潮流最有可能的流向是？

线路无功潮流最有可能的流向是？

线路有功潮流向是从电压超前的一方流向滞后的一方，无功流向是从电压高的一方流向电压低的一方，其方向如上图所示。

其中，箭头的方向为功率表示理论的有功率和无功功率的正方向。

若数值前若是正号箭头表示和箭头的流向一致，若是负号则表示和肩头的流向相反