電力系統(tǒng)分析實驗指導書

1、電力系統(tǒng)分析實驗指導書（理工類）成都理工大學電氣系目 錄 實驗一 電力系統(tǒng)分析計算實驗二 電力系統(tǒng)簡單電網潮流計算實驗三、復雜電力系統(tǒng)的潮流計算實驗四 電力系統(tǒng)三相短路故障仿真分析實驗五 電力系統(tǒng)不對稱故障分析實驗六 小電流接地系統(tǒng)單相故障分析實驗七 一個復雜電力系統(tǒng)的短路計算實驗八 同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程分析實驗九 簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性仿真實驗十 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真附錄1：實驗成績考核辦法附錄2：推薦教材、參考書（一）實驗教學目標其目的是在學生基本上學完專業(yè)課的基礎上，對電力系統(tǒng)中的某些問題進行綜合的試驗研討，幫助學生將課堂上所學的主要專業(yè)課程的理論知識與實踐相結合，了解最先進

2、的電力科學技術，進一步掌握電力系統(tǒng)各種特性和理論知識。 引導學生綜合運用所學知識，進行電力科學研究，培養(yǎng)學生實際動手能力，綜合應用能力和創(chuàng)新能力；以提高學生試驗研究，分析處理數據和提出科學報告的能力。使學生站在全局的高度，了解整個電力系統(tǒng)，培養(yǎng)學生的綜合思維能力和綜合處理問題的能力，促進學生綜合素質的提高。（二）實驗要求學生們在做電力系統(tǒng)綜合實驗前，應首先閱讀實驗指導，了解本次實驗的目的和內容，根據實驗內容預習相關理論知識熟悉實驗室的一次設備和二次系統(tǒng)，并根據實驗室的設備條件，在教師的指導下根據所選實驗項目和要求獨立地進行實驗方案的設計，確定實驗方法、系統(tǒng)接線圖、具體操作步驟、擬定實驗中所要求

3、記錄的物理量表格等，向指導老師提出實驗方案，經同意后方可進行實驗。學生們應盡量多次地、獨立地進行試驗，實驗完成后每人應提交較完整的實驗報告。，嚴格按照操作要求使用設備。實驗一 電力系統(tǒng)分析計算一、實驗目的1. 掌握用Matlab軟件編程計算電力系統(tǒng)元件參數的方法.2. 通過對不同長度的電力線路的三種模型進行建模比較，學會選取根據電路要求選取模型。3. 掌握多級電力網絡的等值電路計算方法。4. 理解有名制和標幺制。二、實驗內容1電力線路建模有一回220kV架空電力線路，導線型號為LGJ-120，導線計算外徑為15.2mm，三相導線水平排列，兩相鄰導線之間的距離為4m。試計算該電力線路的參數，假設

4、該線路長度分別為60km，200km，500km，作出三種等值電路模型，并列表給出計算值。2多級電力網絡的等值電路計算部分多級電力網絡結線圖如圖1-1所示，變壓器均為主分接頭，作出它的等值電路模型，并列表給出用有名制表示的各參數值和用標幺制表示的各參數值。圖1-1 多級電力網絡結線圖線路額定電壓電阻(歐/km)電抗(歐/km)電納(S/km)線路長度（km)L1（架空線）220kv0.080.4062.81*10-6200L2（架空線）110kV0.1050.3832.81*10-660L3（架空線）10kV0.170.38忽略15變壓器額定容量Pk(kw)Uk%Io%Po(kW)T1180M

5、VA893130.5175T263MVA28010.50.6160三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第一章、第二章、第三章四、實驗設備1 PC一臺2 Matlab軟件五、實驗報告要求1電力線路建模畫出模型圖，并標出相應的參數值。將計算結果填入下表電阻(歐)電抗(歐)電納(S)電阻(歐)電抗(歐)電納(S)電阻(歐)電抗(歐)電納(S)60 km200km500km模型12作出等值電路仿真模型，線路采用中等長度模型，用字母標出相應的參數 以220KV為基本級，按精確求解要求，求出有名制和標幺制表示的各參數值。（注意有些量要歸算）。按下表填入計算數據。用下標

6、標示相應的線路和變壓器。參數名稱有名制標幺制參數名稱有名制標幺制參數名稱有名制標幺制3、回答思考題六、思考題1 比較計算數據，討論模型的適用條件。2 什么是有名制？什么是標幺制？電力系統(tǒng)元件的有名值和標幺值有什么關系？實驗二 電力系統(tǒng)簡單電網潮流計算一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2. 初步掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 電力系統(tǒng)簡單電網潮流計算仿真分析。二、實驗內容在如圖2-1所示的電力系統(tǒng)中，已知條件如下：變壓器T：SFT-40000/110，線路AC段：；線路BC段：；線路AB段：；各段線路的導納均可略去不計；負荷功率：；母線D的額定電壓為10kV。節(jié)點A為平衡節(jié)點，其余為P

7、Q節(jié)點。計算系統(tǒng)的潮流分布。圖2-1 簡單電力系統(tǒng)三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第四章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出Simulink仿真模型。2、說明建模步驟和仿真過程3、給出潮流計算結果4、分析系統(tǒng)各節(jié)點電壓大小是否滿足系統(tǒng)要求5、回答思考題六、思考題1、為什么會有線損？線損的構成主要有哪些成分？實驗三、復雜電力系統(tǒng)的潮流計算一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2. 掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 電力系統(tǒng)復雜電網潮流計算仿真分析。二、實驗內容如圖3-1所示的電力系統(tǒng)中，變壓器兩側電壓等級分別為10

8、kV和110kV，各元件參數標幺值示于圖中。（SB=100MVA，VB=Vav），計算系統(tǒng)的潮流分布。G2G1T2T1P4=0.8U4=1.051:1.051.05:1U5=1.055=0。S1=0.8+j0.3S2=0.3+j0.2S3=0.3+j0.4發(fā)電廠2發(fā)電廠1Z23=0.08+j0.3Z12=0.04+j0.25Z13=0.1+j0.3ZT1=j0.03ZT2=j0.015ACDBE圖3-1 復雜電力系統(tǒng)網絡圖三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第四章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出Simulink仿真模

9、型。2、說明建模步驟和仿真過程3、系統(tǒng)的潮流分析 分析系統(tǒng)各節(jié)點電壓大小是否滿足系統(tǒng)要求，若不滿足如何進行調整？ 4、保持負荷有功功率不變，改變無功負荷，觀察記錄各母線電壓。保持無功負荷不變，改變有功負荷，觀察記錄各發(fā)電機母線功角。保持負荷不變，改變變壓器變比，觀察記錄各母線電壓。5、回答思考題六、思考題1、談談你對線路損耗的認識。2、如果各110kV線路承擔的輸送功率長期滿負荷運行，有何方法可較好地解決線損過高問題？實驗四 電力系統(tǒng)三相短路故障仿真分析一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2. 掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 對三相接地短路故障進行仿真分析。二、實驗內容設某部分電力線路

10、的簡化等值電路如圖所示。用Matlab仿真工具建立模型，并仿真線路出現(xiàn)三相接地短路時短路點的電流電壓的變化情況。圖4-1簡單三相接地短路電路圖模型1.交流電壓源元件參數電壓峰值/V相位/rad頻率/Hz采樣時間/S測量值110050002.串聯(lián)RLC參數電阻R/歐姆電感L/H電容C/F測量值RLC1535e-31e-6Branch currentRLC15105e-31e-6Branch current3.仿真參數Start timeStop timeTypeRelative tolerance 其它00.1Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto4.三相

11、電路短路故障發(fā)生器（有對地故障）RonTran statusTran times測量值RpCpRg0.0011 0 0.02 0.05none1e6inf0.001三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出Simulink仿真模型。2、說明建模步驟和仿真過程3. 觀察仿真波形圖，分別仿真出短路點電壓波形和電流波形，測量求出各相短路電流的最大值。4、給出短路電壓波形圖5、回答思考題六、思考題1. 什么叫沖擊電流？2. 什么叫短路電流的最大有效值？3、某一線路，首端發(fā)生三相短路故障和末端發(fā)

12、生三相短路故障引起的系統(tǒng)反應一樣嗎？請說說理由。實驗五 電力系統(tǒng)不對稱故障分析一、實驗目的1. 學習Matlab仿真方法。2.掌握電力系統(tǒng)時域分析工具。3. 熟悉不同類型短路故障的特點及其影響，對電力系統(tǒng)出現(xiàn)的不對稱故障進行仿真分析。二、實驗內容設無窮大電源的電力系統(tǒng)電路如圖5-1，仿真分析在K點出現(xiàn)各種短路故障時電流電壓的變化。圖5-1電力系統(tǒng)各種短路故障仿真圖1.三相電壓源元件參數電壓有效值A相相位（正序）頻率連接方式內阻抗105KV050Y0.312+j6.63e-32.輸電線路參數長度電阻R(正，零序)電感L(正，零序)電容C(正，零序)測量值RLC1100km0.01273 0.38

13、640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC260km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3none3.三相電路短路故障發(fā)生器RonRgTran statusTran timesSample timeRpC0.0010.0011 0 0.01 0.0401e-6inf4.三相序分量分析元件Fundamental frequenceHarmomic n Sequence 501Positive Negative Zero5.仿真參數Start timeStop timeTypeRelative toleran

14、ce 其它00.1Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出Simulink仿真模型。2、說明建模步驟和仿真過程3、 三相短路分析在三相電路短路故障發(fā)生器參數中將三相故障全選中，并選擇故障相接地選項。進行電路仿真，用M1觀察故障點電流波形，并記錄三相電流的最大幅值，填入表中。A相B相C相4、給出短路電流波形和非故障相電壓波形。5、回答思考題六、思考題1理論上推導在兩相短接時三個序電流之間有什么關系?與實驗結果

15、進行比較.2單相接地短路時短路電流與三個序電流之間有什么關系?與實驗結果進行比較.3、有人說，在相同地點發(fā)生三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路，肯定是三相短路的短路電流最大。對嗎？為什么？4、有人認為發(fā)生不對稱故障時，故障相電流是由各序電流合成的，因此相電流一定比序電流要大，對嗎？為什么？實驗六 小電流接地系統(tǒng)單相故障分析一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，掌握小電流接地系統(tǒng)的單相故障的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數學模擬，對系統(tǒng)配電線路進行單相接地短路故障仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握S

16、imulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結合短路相關的理論知識對仿真結果加以分析。二、實驗內容 搭建如圖6-1所示的系統(tǒng)模型并仿真，該系統(tǒng)有1個電源，3條配電線路，4個負荷，在Line3的末端設置單相接地短路故障，觀察示波器中的電壓和電流波形，記錄下故障電壓電流的有效值。1.三相電壓源元件參數電壓有效值A相相位（正序）頻率連接方式內阻抗105KV050Yg0.00529+j4.427e-22.輸電線路參數長度電阻R(正，零序)電感L(正，零序)電容C(正，零序)測量值RLC1120km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-

17、312.7e-9 7.75e-3noneRLC2180km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC32 km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3noneRLC4150 km0.01273 0.38640.937e-3 4.12e-312.7e-9 7.75e-3none3.三相電路短路故障發(fā)生器RonRgTran statusTran timesSample timeRpC0.0010.0011 0 0.01 0.0401e-6inf三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Si

18、mulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障的仿真模型2、說明建模步驟和仿真過程3、給出單相接地故障時的電壓、電流瞬時值波形。4、給出零序電流的有效值曲線。5、和實驗五結果對比，對中性點接地、中性點不接地兩種系統(tǒng)故障情況進行比較。6、回答思考題。六、思考題1、中性點不接地系統(tǒng)為什么可以在單相接地故障發(fā)生時允許繼續(xù)運行2小時？2、中性點不接地系統(tǒng)裝設消弧線圈的原則是什么？裝設消弧線圈的目的是什么？ 實驗七 一個復雜電力系統(tǒng)的短路計算一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，掌握復雜電力系統(tǒng)短路故障

19、的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數學模擬，對復雜電力系統(tǒng)短路故障仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結合短路相關的理論知識對仿真結果加以分析。二、實驗內容圖7-1所示電力系統(tǒng)：圖7-1 復雜電力系統(tǒng)圖中取SB100MVA，VBVav，電源電勢E”=1，試求：1）k1點三相短路時，短路點的起始次暫態(tài)電流；2）k2點A相接地短路時，短路點的電流，115kV及37kV輸電線路各相電流，發(fā)電機G1端電壓；3）k3點三相短路時，短路點及各電

20、源支路的短路電流。三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出復雜系統(tǒng)故障的仿真模型2、說明建模步驟和仿真過程3、給出k1點，k2點及k3點故障時的電壓、電流瞬時值波形。4、回答思考題。六、思考題1、k1點單相短路時，是否屬于小電流接地系統(tǒng)短路，為什么？實驗八 同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程分析 一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，掌握同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程的特點，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數學模擬，對同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，提高學生

21、的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結合短路相關的理論知識對仿真結果加以分析。二、實驗內容 已知一臺有阻尼的同步發(fā)電機，其參數如下：若發(fā)電機空載，端電壓為額定電壓，發(fā)電機定子端部突然發(fā)生三相短路，并且，求發(fā)電機定子電流。三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第五章四、實驗設備1. PC一臺2. Matlab軟件五、實驗報告要求1、給出復雜系統(tǒng)故障的仿真模型2、說明建模步驟和仿真過程3、給出三相短路時短路電流中直流分量、倍頻分量、正序分量、負序

22、分量、零序分量波形。4、回答思考題。六、思考題1、同步發(fā)電機三相短路暫態(tài)過程的有何特點？ 2、發(fā)電機機端兩相短路和機端三相短路相比，有何不同？實驗九 簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性仿真一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，了解影響系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數學模擬，對簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，增強對系統(tǒng)穩(wěn)定性的認識與理解，提高學生的感性認識及對電力系統(tǒng)仿真過程的分析能力。本實驗要求學生掌握Simulink中電力系統(tǒng)常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本過程，以及完成模型的仿真，結合短路相關的理論知識對仿真結果加以分析。二、實驗內容

23、對如圖9-1所示的單機無窮大系統(tǒng)，發(fā)電機帶有自動勵磁調節(jié)器，發(fā)電機輸出的功率為，；原動機的功率為；發(fā)電機為隱極機，且不計發(fā)電機各繞組的電磁暫態(tài)過程發(fā)電機的參數：負序電抗：變壓器T-1的參數:;變壓器T-2的參數:;線路的參數：，線路的零序電抗為正序電抗的5倍。運行條件如下：分析在為常數的條件下，發(fā)電機勵磁調節(jié)系統(tǒng)對發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性的影響。三、實驗原理及步驟參考教材MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真第六章四、實驗儀器設備及耗材1.每組計算機1臺、軟件Matlab7.0套。五、實驗報告要求1、給出單機無窮大系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性Simulink仿真模型。2、說明建模步驟和仿真過程3、給出不同干擾情況下發(fā)電機功角、轉速隨時間變化的曲線。4、對比不同勵磁條件下的仿真結果。5、回答思考題。六、思考題1、功角和發(fā)電機慣性時間常熟TJ的物理意義是什么？2、影響電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素有哪些？3、如何提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性？實驗十 簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真一、實驗目的與要求通過實驗教學加深學生的基本概念，了解系統(tǒng)遭受大干擾后(比如短路故障)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行與故障切除時間等因素緊密相關，使學生通過系統(tǒng)進行物理模擬和數學模擬，對簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真實驗，以達到理論聯(lián)系實際的效果，增強對系