课程设计基于PowerWorld的电力系统运行方式分析和计算.docx
《课程设计基于PowerWorld的电力系统运行方式分析和计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计基于PowerWorld的电力系统运行方式分析和计算.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
课程设计基于PowerWorld的电力系统运行方式分析和计算
基于PowerWorld的电力系统运行方式分析和计算
1PowerWorldSimulator介绍
PowerWorldSimulator（仿真器）是一个电力系统仿真软件包，其设计界面友好，并有高度的交互性。
该仿真软件能够进行专业的工程分析。
而且由于其可交互性和可绘图性，它也可以用于向非专业用户解释电力系统的运行操作。
该仿真器是一个集成的产品，其核心是一个全面、强大的潮流计算程序。
它能够有效地计算高达10,0000个节点的电力网络，因此当它作为一个独立的潮流分析软件包时，性非常实用。
与其它商业潮流计算软件包不同，该软件可以让用户通过生动详细的全景图来观察电力系统。
此外，系统模型可以通过使用仿真软件的图形编辑工具很容易地进行修改，用户只需轻轻点击几下鼠标就可以在检修期间切换线路、增加新的线路或发电机、确定新的交易容量。
仿真器广泛地使用了图形和动画功能，大大地增强了用户对系统特性、问题和约束的理解，以便于用户对系统进行维护。
它基本的工具包括经济调度、区域功率经济分配分析、功率传输分配因子计算算（PTDF）、短路分析以及事故分析等功能的工具。
2电力系统网络结构及参数
2.1220kV分网结构和参数
图1220kV分网结构和参数
500kV站（#1）的220kV母线视为无穷大母线，电压恒定在230kV。
表1图中各变电站参数
编号
类型
220kV最大负荷，MVA
#1
500kV站
平衡节点
#2
220kV站
230+j20
#3
220kV站
350+j90
#4
220kV站
250+j85
#5
220kV站
410+j90
各变电站负荷曲线基本一致。
日负荷曲线主要参数为：
日负荷率：
0.85，日最小负荷系数：
0.64
各线路长度如图所示。
所有线路型号均为LGJ-2*300，基本电气参数为：
正序参数：
r=0.054Ω/km,x=0.308Ω/km,C=0.0116µF/km；
零序参数：
r0=0.204Ω/km,x0=0.968Ω/km,C0=0.0078µF/km；
40ºC长期运行允许的最大电流：
1190A。
燃煤发电厂G有三台机组，均采用单元接线。
电厂220kV侧采用双母接线。
发电机组主要参数如下表（在PowerWorld中选择GENTRA模型）：
表2发电厂发电机的参数
机组台数
单台容量（MW）
额定电压（EV）
功率因数
升压变容量MVA
Xd
Xd’
Xq
Td0’
TJ=2H
2
300
10.5
0.85
350
1.8
0.18
1.2
8
7
1
250
10.5
0.85
300
2.1
0.2
1.5
7
6
升压变参数均为Vs%=10.5%，变比10.5kV/242kV。
不计内阻和空载损耗。
稳定计算中平衡节点用一台大发电机代替，选定GENPWTwoAxis模型，把其中的H值设得非常大（如300.000），其他都用默认参数。
稳定仿真中发电机采用无阻尼绕组的凸极机模型。
不考虑调速器和原动机模型。
不考虑电力系统稳定器模型。
励磁系统模型为：
图2励磁系统模型
该模型在PowerWorld中为BPA_EG模型，主要参数如下：
KA=40TA=0.1TA1=0.1KF=0.05TF=0.7VRmax=3.7VRmin=0.0
发电厂按PV方式运行，高压母线电压定值为1.05VN。
考虑两种有功出力安排方式：
✧满发方式：
开机三台，所有发电机保留10%的功率裕度；
✧轻载方式：
仅开250MW机组，且保留10%的功率裕度；
✧发电厂厂用电均按出力的7%考虑。
2.2PowerWorld仿真计算的主要内容
对文中电力系统模型进行运行方式分析和计算，内容涉及潮流计算、短路故障计算和暂态温度计算三方面，详细如下：
1、潮流计算
1）根据负荷变化和机组出力变化，拟定至少两种典型运行方式；
2）建立PowerWorld电力系统模型，运用软件进行各个运行方式下的潮流计算。
3）用PowerWorld电力系统模型对MATLAB的潮流程序计算的典型运行方式的潮流、电压和网损进行验算、校核和分析；
4）用PowerWorld电力系统模型完成大方式的“N-1”潮流校核，进行线路载流能力和电压水平分析；对MATLAB所编制的潮流程序进行验算。
2、短路故障计算
1）用PowerWorld电力系统模型对主要220kV母线进行三相短路容量测算，并与Matlab编制三相短路的短路容量计算程序的计算结果进行校核。
3、暂态稳定计算
自行选择2-3种故障方案，用PowerWorld进行稳定计算，给出摇摆曲线，并计算故障的极限切除时间。
3基于PowerWorld的电力系统仿真计算
3.1PowerWorld的电力系统模型
图3PowerWorld接线图
3.2基于PowerWorld的电力系统潮流计算
本文对模型进行两种运行方式的潮流仿真：
（1）发电机轻载方式，负荷重载方式
表3节点参数（发电机轻载方式，负荷重载方式）
节点
1
2
3
4
5
6
发电机功率MW
平衡节点
0
0
0
0
209.25
负荷MVA
230+j20
350+j90
250+j85
410+j90
PV节点
注入功率MVA
-230-j20
-350-j90
-250-j85
-410-j90
电压初值
1.0455
1
1
1
1
1.05
发电机轻载方式，负荷重载方式）计算结果：
图4发电机轻载负荷重载方式的潮流分布
表4线路功率及线损
线路
首端功率
末端功率
线损率
12
1048.78-j23.50
1033.63-j99.66
1.4454%
23
247.65-j104.82
247.01-j101.981
0.2544%
24
555.99-j14.846
555.02-j18.091
0.1745%
63
103.42+j187.51
102.99+j191.98
0.4158%
45
305.02-j103.09
304.75-j102.74
0.0885%
65
105.83+j186.86
105.25+j192.74
0.5480%
其中，网损率按以下公式计算：
表5节点电压计算结果
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0355
1.0386
1.0340
1.0347
1.0500
电压相角/°
0
-4.788
-5.554
-5.359
-5.634
-5.343
（2）发电机满发方式，负荷轻载方式
表6节点参数（发电机满发方式，负荷轻载方式）
节点
1
2
3
4
5
6
发电机功率MW
平衡节点
0
0
0
0
711.45
负荷MVA
147.2+j12.8
224+j57.6
160+j54.4
262.4+j57.6
PV节点
注入功率MVA
-147.2-j12.8
-224-j57.6
-160-j54.4
-262.4-j57.6
电压初值
1.0455
1
1
1
1
1.05
（（发电机满发方式，负荷轻载方式）计算结果：
表7线路功率及线损
线路
首端功率MVA
末端功率MVA
线损率
12
85.06-j31.37
84.94-j41.07
0.1408%
32
130.05+j8.15
129.90+j13.81
0.3848%
24
67.64+j42.08
67.62+j44.26
0.0295%
63
355.24+j65.59
354.05+j65.75
0.3351%
54
92.31+j8.39
92.29+j10.17
0.0217%
65
356.40+j65.84
354.80+j65.95
0.4490%
（1）
据式
（1）即可把功率转换为标幺值。
图5发电机满发负荷轻载方式的潮流分布
表8结点电压计算值
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0412
1.0430
1.0402
1.0406
1.0500
电压相角/°
0
-0.356
0.010
-0.416
-0.340
1.038
3.3基于PowerWorld的电力系统短路故障计算
本文电力系统暂态稳定是在发电机满发方式，负荷重载方式进行的。
故障1：
三相短路
表9三相短路短路电流及短路容量
220kV变电站
#2
#3
#4
#5
#6
短路电流/kA
5.0956
5.1748
5.1100
5.1343
5.4946
短路容量/×104MVA
0.1123
0.1138
0.1124
0.1130
0.1209
故障2：
单相短路
表9单相短路短路电流及短路容量
220kV变电站
#2
#3
#4
#5
#6
短路电流/kA
6.8710
7.2310
6.9184
7.0238
8.7793
短路容量/×104MVA
0.1512
0.1591
0.1522
0.1545
0.1930
3.4基于PowerWorld的电力系统暂态稳定计算
本文电力系统暂态稳定是在发电机满发方式，负荷重载方式进行的。
故障1：
母线#2发生三相短路
图6母线#2发生三相短路相角摇摆曲线
极限切除时间为0.755s.
故障2：
母线#3发生三相短路
图7母线#3发生三相短路相角摇摆曲线
极限切除时间为0.66s.
故障3：
母线#6发生三相短路
图8母线#6发生三相短路相角摇摆曲线
极限切除时间为0.525s.
4N-1分析
N-1的处理方法：
本课程设计“N-1”指是在发电机满发方式，负荷重载方式进行的断开一回线路。
断开线路：
12
表10结点电压
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0339
1.0378
1.0327
1.0336
1.0500
电压相角/°
0
-4.926
-4.953
-5.236
-5.294
-3.973
表11一回线的相电流
线路
12
23
24
36
45
56
电流/kA
1.3556
0.09735
0.3875
0.49067
0.1152
0.4898
图9断开线路12电流电压分布
断开线路：
23
表12结点电压
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0360
1.0398
1.0344
1.0351
1.0500
电压相角/°
0
-2.410
-2.429
-2.715
-2.769
-1.433
表13一回线的相电流
线路
12
23
24
36
45
56
电流/kA
0.67328
0.09466
0.38792
0.47203
0.09574
0.48061
图10断开线路23电流电压分布
断开线路：
24
表14结点电压
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0370
1.0394
1.0340
1.0347
1.0500
电压相角/°
0
-2.419
-2.503
-2.980
-3.014
-1.583
表15一回线的相电流
线路
12
23
24
36
45
56
电流/kA
0.67305
0.07084
0.7170
0.44950
0.07731
0.50893
图11断开线路24电流电压分布
断开线路：
36
表16结点电压
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0341
1.0339
1.0328
1.0337
1.0500
电压相角/°
0
-2.400
-2.605
-2.634
-2.628
-1.007
表17一回线的相电流
线路
12
23
24
36
45
56
电流/kA
0.67658
0.08899
0.29824
0.75170
0.07429
0.56805
图12断开线路36电流电压分布
断开线路：
45
表18结点电压
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0365
1.0391
1.0347
1.0357
1.0500
电压相角/°
0
-2.413
-2.439
-2.713
-2.812
-1.458
表19一回线的相电流
线路
12
23
24
36
45
56
电流/kA
0.67296
0.06757
0.3854
0.47431
0.16801
0.4800
图13断开线路45电流电压分布
断开线路：
56
表20结点电压
节点
1
2
3
4
5
6
电压幅值
1.0455
1.0335
1.0375
1.0306
1.0301
1.0500
电压相角/°
0
-2.397
-2.157
-2.788
-2.913
-0.897
表21一回线的相电流
线路
12
23
24
36
45
56
电流/kA
0.6779
0.14362
0.51598
0.59150
0.18611
0.70330
图14断开线路56电流电压分布
5结论
参考文献：
[1]《电力系统分析》（上、下册）华中科技大学出版
[2]《发电厂电气部分》高等学校教材
[3]《电网调度运用技术》东北大学出版社
[4]PowerWorld15使用手册
[5]基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用
升级会员 