电力系统综合课程设计.docx
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电力系统综合课程设计
电力系统分析
综合课程设计报告
电力系统的潮流计算和故障分析
学院：
电子信息与电气工程学院
专业班级：
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
2014年10月29日
一、设计目的..........................................
1
二、设计要求和设计指标................................
1
2.1
设计要求..........................................
1
2.2
设计指标..........................................
2
2.2.1
网络参数及运行参数计算.................................
2
2.2.2
各元件参数归算后的标么值：
.............................
2
2.2.3
运算参数的计算结果：
...................................
2
三、设计内容..........................................
2
3.1
电力系统潮流计算和故障分析的原理...................
2
3.1.1
电力系统潮流计算的原理.................................
2
3.1.2
电力系统故障分析的原理.................................
3
3.2
潮流计算与分析.....................................
4
3.2.1
潮流计算...............................................
4
3.2.2
计算结果分析...........................................
8
3.2.3
暂态稳定定性分析.......................................
8
3.2.4
暂态稳定定量分析......................................
11
3.3
运行结果与分析....................................
16
3.3.1
构建系统仿真模型......................................
16
3.3.2
设置各模块参数........................................
17
3.3.3
仿真结果与分析........................................
21
四、本设计改进建议...................................
22
五、心得总结.........................................
22
六、主要参考文献.....................................
23
一、设计目的
学会使用电力系统分析软件。
通过电力系统分析软件对电力系统的运行进行
实例分析，加深和巩固课堂教学内容。
根据所给的电力系统，绘制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后
成一个切实可行的电力系统计算应用程序，通过自己设计电力系统计算程序不仅
可以加深学生对短路计算的理解，还可以锻炼学生的计算机实际应用能力。
熟悉电力系统分析综合这门课程，复习电力系统潮流计算和故障分析的方
法。
了解Simulink在进行潮流、故障分析时电力系统各元件所用的不同的数学
模型并在进行不同的计算时加以正确选用。
学会用Simulink，通过图形编辑建
模，并对特定网络进行计算分析。
二、设计要求和设计指标
2.1设计要求
系统的暂态稳定性是系统受到大干扰后如短路等，系统能否恢复到同步运行状态。
图1为一单机无穷大系统，分析在f点发生短路故障，通过线路两侧开关同时断开切除线路后，分析系统的暂态稳定性。
若切除及时，则发电机的功角保持稳定，转速也将趋于稳定。
若故障切除晚，则转速曲线发散。
图1单机无穷大系统
发电机的参数：
1
'
''
SGN=352.5MWA,PGN=300MW,UGN=10.5Kv,
xd
0.25,xx
0.252,xq0.6,
xd
xl0.18,Td'
1.01,Td"
0.053,Tq"00.1,Rs=0.0028,H（s）=4s;TJN=8s,负序电
抗：
x20.2。
变压器T-1的参数:
STN1=360MVA,UST1%=14%,KT1=10.5/242;
变压器T-2的参数:
STN2=360MVA,UST2%=14%,KT2=220/121;
1
线路的参数：
l=279km,UN=220K,XL=0.41欧/km，rL0.07欧/km，线路的零序电
抗为正序电抗的5倍。
运行条件如下：
U0=115KV，P0=250W，功率因数为0.95。
当0.029s发生单相故障时，断路器0.29s动作切除故障，判定发电机转速是否达到稳定？
系统是否稳定？
2.2设计指标
2.2.1网络参数及运行参数计算
取SB
250MVA，UBⅢ115kV。
为使变压器不出现非标准变比，各段基准电
压为U
BⅡ
U
BⅢ
k
T2
220kV
kV
，UBⅠ
UBⅡkT19.07kV
115
209.1
121
2.2.2各元件参数归算后的标么值如下：
Xd
0.95，Xq
0.57，Xd'
0.238，RL
0.1，XL
0.586，XL0
5XL2.93
XT1
0.13,XT2
0.108,X20.19,TJ
11.28s
XTL
XT1
1XL
XT2
0.13
1
0.5860.108
0.531
2
2
Xd
Xd
XTL
0.95
0.531
1.481
Xq
Xq
XTL
0.570.531
1.101
Xd'
Xd'
XTL
0.238
0.531
0.769
2.2.3
运算参数的计算结果如下：
U0
U0
115
1；P0
P0
250
1；Q0
P0tan0
0.329
115
SB
250
UBⅢ
Q0Xd'
2
P0Xd'
2
E0
U0
10.3290.7692
10.7692
1.47
U0
U0
0arctan
1
0.769
31.54
1
0.329
0.769
三、设计内容
3.1电力系统潮流计算和故障分析的原理
3.1.1电力系统潮流计算的原理
电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系
2
统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。
潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算，即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。
各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。
对现有的
电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态
和稳态分析都是以潮流计算为基础。
潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安
全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。
实际电力系统的潮流
技术那主要采用牛顿—拉夫逊法。
运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的
基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运
行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行可靠性。
在电力系统调度运行的多个领域问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。
潮流计算是电力系统分析最基本的计算。
除它自身的重要作用之外，潮流计算还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计
算、静态和动态等值计算的基础。
电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。
近20多年来，潮流算法的研究非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。
此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。
但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。
由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。
3.1.2电力系统故障分析的原理
电力系统稳定性是指当系统在某一正常运行状态下受到某种扰动后，能否经
过一定的时间后恢复到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态。
如果
能够回到原来的运行状态或者建立一个新的稳定运行状态，则认为系统在该运行
状态下是稳定的。
反之，若系统不能够回到原来运行状态或者不能建立一个新的
稳定运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随时间不断增大或
振荡，系统是不稳定的。
电力系统稳定性被破坏后，将造成大量用户供电中断，
3
甚至导致整个系统的瓦解，后果极为严重。
因此，保持电力系统的稳定性，对于
电力系统安全可靠运行，具有非常重要的意义。
电力系统稳定性可分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定：
（1）电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。
（2）电力系统暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢得到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二摆不失步。
（3）电力系统动态稳定是指系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。
在电力系统运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障（简称短
路）。
所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中
性线）之间的连接。
在三相供电系统中，可能发生的主要短路类型有三相短路、
二相短路、两相接地短路和单相接地短路，三相短路属对称短路，其余三种为不
对称短路。
在四种短路故障中，出现单相短路故障的机率最大，三相短路故障的
机率最小。
发生短路时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很
大数值（几万安至十几万安）。
这样大的电流所产生的热效应和机械效应会使电
气设备受到破坏；同时短路点的电压降到零，短路点附近的电压也相应地显著降
低，使此处的供电系统受到严重影响或被迫中断；若在发电厂附近发生短路，还
可能使整个电力系统运行解列，引起严重后果。
3.2潮流计算与分析
3.2.1潮流计算
上述单机无穷大系统在发电机保持不变的条件下的潮流计算如下：
Q0Xq
2
P0Xq
2
EQ0
U0
1
0.3291.1012
11.1012
1.752
U0
U0
0
arctan
1
1.101
38.95
0.329
1
1.101
Eq0
EQ0
Xd
1
Xd
U0cos
1.752
1.481
1.481
1
cos38.95
2.088
Xq
Xq
0
1.101
1
1.101
Eq'
0
EQ0
Xd'
1
Xd'
U0cos
0
1.752
0.769
1
0.769
1
cos38.95
1.458
Xq
Xq
1.101
1.101
Q0XTL
2
P0XTL
2
UG0
U0
1
0.3290.5312
10.5312
1.29
U0
U0
4
10.531
TL0arctan
0.329
24.32
1
0.531
①
Eq0常数时
当保持Eq
Eq0U0
U02
Xd
Xq
sin2
2.088
1
1.481
1.101
PEq
sin
Xd
Xq
sin
2
1.481
sin2
Xd
2
1.481
1.101
1.41sin
0.117sin2
dPEq
0
1.41cos20.117cos2
d
1.41cos0.2342cos2
10.468cos2
1.41cos0.2340
1.411.41240.4680.234
cos
20.468
取正号得Eqm80.93
PEqm
1.41sin
Eqm
0.117sin2
Eqm
1.41sin80.93
0.117sin280.93
QU
Eq'0U0
cos
U02
Xd
Xq
cos2
U02
Xd
Xq
Xd
2
XdXq
2
XdXq
2.088cos
1
1.481
1.101
cos2
1
1.481
1.101
1.481
2
1.481
1.101
2
1.481
1.101
1.41cos
0.117cos2
0.792
Eq'
Eq0
Xd'
1
Xd'
U0cos
Xd
Xd
2.088
0.769
1
0.769
cos
1.084
0.481cos
1.481
1.481
QUXd'
2
PUXd'
2
E
'
UG
2
2
2
2B1
A1
C1cos
U0
U0
A1
B1
C1
A1
U01
'
1
Xd
Xq
0.391
B1
'
Eq0
1.084
Xd
2
Xd
Xq
Xd
Xd
C1
'
1
Xd
Xq
0.09
U0Xd
2
Xd
Xq
QUX
2
PX
2
2
2
2
TL
U
TL
UG
U0
A2
B2
C2
2B2
A2
C2cos
U0
U0
1.429
2A1C1cos2
2A2C2cos2
5
1
Xd
Xq
Eq0
A2
U0
1
XTL
2
Xd
Xq
0.579
B2XTLXd
0.749
C2
U0XTL
1
Xd
Xq
0.062
2
Xd
Xq
②当保持Eq'
Eq'
0
常数时
PEq'
Eq'
0U0
U02
Xd'
Xq
sin2
1.458
1
0.769
1.101
'
sin
2
'
Xq
sin
2
0.769
sin2
Xd
Xd
0.769
1.101
1.896sin
0.196sin2
dPE'q
1.896cos
2
0.196cos2
0
101.05
d
E'qm
PE'qm
1.896sin101.05
0.196sin2
101.051.935
'
Xd
Xd
Eq
Eq0
Xd'
1
Xd'
U0cos
1.458
1.481
1
1.481
2.808
0.925cos
0.769
cos
0.769
E'
A32
B32
C32
2B3
A3
C3cos
2A3C3cos2
A3
U0
1
'
1
Xd'
Xq
0.151
B3
'
Eq'0
1.458
Xd
2
Xd'
Xq
Xd
Xd'
'
1
Xd'
Xq
C3
U0Xd
2
Xd'
Xq
0.151
UG
A42
B42
C42
2B4A4
C4
cos
2A4C4cos2
A4
U0
1
XTL
1
Xd'
Xq
0.414
B4
XTL
Eq'
0
1.007
2
Xd'
Xq
Xd
C4
U0XTL
1
Xd'
Xq
0.104
2
Xd'
Xq
③
E
'
'
常数时
当保持
E0
PE'
E'U0
sin
U0
Xd'
1
sin
1.912sinarcsin0.250sin
'
arcsin
'
Xq
Xd
E0
6
dPE'
0
arcsin
0.205sin
90
E'm101.5
d
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