電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)-第四組

1、課 題：電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：2012級02 班 姓 名：王 科（12152194） 李 秋（12152646） 李遵誠（12152642） 李 洋（12152106） 張超鵬（12152882） 指導(dǎo)教師： 李佑光設(shè)計(jì)日期：2014年11月24日2014年12月5日 成 績：目錄一緒論.2二、 設(shè)計(jì)目的3三、設(shè)計(jì)內(nèi)容4四、 設(shè)計(jì)要求8五、元件參數(shù)表9六、 計(jì)算10七、 CEES軟件仿真14八、個人心得20九、參考文獻(xiàn)22 緒論 電力系統(tǒng)分析是電氣工程及其自動化專業(yè)的必修課。主要通過理論和仿真計(jì)算使學(xué)生掌握電力系統(tǒng)三大計(jì)算（電力系統(tǒng)短路計(jì)算、系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)

2、算、潮流計(jì)算）的基本方法，深化學(xué)生對電力系統(tǒng)基本理論和計(jì)算方法的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力和電力系統(tǒng)計(jì)算軟件的應(yīng)用能力。短路計(jì)算是電力技術(shù)的基本問題之一。在發(fā)電廠、變電所以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行工作中，都必須事先進(jìn)行短路計(jì)算，以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體，確定限制短路電流的措施、在電力系統(tǒng)中合理地配置各種繼電保護(hù)并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)。為此，掌握短路發(fā)生以后的物理過程及其各種運(yùn)行參量（電流、電壓等）的數(shù)值是非常必要的。短路計(jì)算內(nèi)容一般包括:1、 計(jì)算今后10年左右最大運(yùn)行方式時三相短路和單相接地短路的零秒短路電流。對現(xiàn)有斷路器進(jìn)行更換

3、時還應(yīng)按過渡年份計(jì)算。2、 發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)計(jì)一般還要計(jì)算短路電流的非周期性分量和沖擊電流。3、 為整定繼電保護(hù)和選擇熔斷器等，有時尚需計(jì)算有關(guān)年份的系統(tǒng)最小運(yùn)行方式的短路電流。 CEES短路計(jì)算程序可用于電力系統(tǒng)（包括工業(yè)和商業(yè)的供配電系統(tǒng)）三相短路、單相接地短路、兩相短路、以及兩相接地短路的分析計(jì)算。CEES可計(jì)算短路瞬間以及短路發(fā)生后若干時刻電流、電壓的分布和其它參量。為獲得最大的適應(yīng)度和模擬精確度，在借鑒國內(nèi)外同類軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，CEES采用了不同的計(jì)算方法（通用計(jì)算法和基于運(yùn)算曲線的工程實(shí)用法）和標(biāo)準(zhǔn)（IEC909和ANSI/IEEE）供用戶選擇。潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種

4、最基本的計(jì)算，它的任務(wù)是對給定的運(yùn)行條件確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及其相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布及功率損耗等。潮流計(jì)算的設(shè)計(jì)目的一般包括：  評價網(wǎng)絡(luò)方案  選擇導(dǎo)線和變電所主設(shè)備規(guī)格  為選用調(diào)壓裝置、無功補(bǔ)償及其配置提供依據(jù)  為其它電力系統(tǒng)計(jì)算分析(如穩(wěn)定計(jì)算)提供原始數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的設(shè)計(jì)運(yùn)行方式一般包括:  高峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷  豐水期、平水期和枯水期(有水電時):平水期主要用于方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,豐水期和枯水期主要用于校核方案的供電可靠性及供電質(zhì)量。  事故運(yùn)行方式  特殊運(yùn)行方式為獲得最大的

5、適應(yīng)度和模擬精確度，在借鑒國內(nèi)外同類軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，CEES采用了不同的計(jì)算方法并由計(jì)算機(jī)根據(jù)電力系統(tǒng)特點(diǎn)自行選擇。CEES潮流計(jì)算程序可用于電力系統(tǒng)（包括工業(yè)和商業(yè)的供配電系統(tǒng)）正常運(yùn)行狀態(tài)的分析計(jì)算，重點(diǎn)在電壓、電流和功率的分布，即潮流分布。CEES也計(jì)算電壓損失、功率損耗、設(shè)備功率因數(shù)及其過載狀態(tài)、和其它靜態(tài)參量。 簡單閉式潮流網(wǎng)絡(luò)通常是指兩端供電網(wǎng)絡(luò)和簡單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。簡單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是指每一節(jié)點(diǎn)都只同兩條支路相接的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。單電源供電的簡單環(huán)網(wǎng)可以當(dāng)做是供電點(diǎn)電壓相等的兩端供電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)簡單環(huán)網(wǎng)中存在多個電源點(diǎn)是，給定功率的電源點(diǎn)可以當(dāng)作負(fù)荷點(diǎn)處理，而把給定電壓的電源點(diǎn)都一分為二，

6、這樣便得到若干個已知供電點(diǎn)電壓的兩端供電網(wǎng)絡(luò)。這時簡單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可以轉(zhuǎn)化為大家熟悉的兩端供電網(wǎng)絡(luò)，靈活運(yùn)用功率分點(diǎn)進(jìn)行電流網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算。 潮流計(jì)算是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)發(fā)供電的必要措施和重要工作環(huán)節(jié)。因此，潮流計(jì)算在電力系統(tǒng)的規(guī)劃計(jì)算、生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度管理及科學(xué)計(jì)算中都有著廣泛的應(yīng)用。也就是說，對于電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生來說，掌握潮流計(jì)算是非常重要和必要的。一、設(shè)計(jì)目的系統(tǒng)總結(jié)、回顧復(fù)習(xí)該課程理論知識。綜合應(yīng)用課程知識解決電力系統(tǒng)工程實(shí)際的基礎(chǔ)理論問題。培養(yǎng)鍛煉分析問題解決問題的基本技能和基本方法。2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.潮流計(jì)算 潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最基本最常用的計(jì)算。根據(jù)系統(tǒng)給定的

7、運(yùn)行條件，網(wǎng)絡(luò)接線及元件參數(shù)，通過潮流計(jì)算可以確定各母線的電壓，包括電壓的幅值和相角，各元件流過的功率，整個系統(tǒng)的功率損耗等一系列系統(tǒng)中的潮流數(shù)據(jù)。 潮流計(jì)算在數(shù)學(xué)上是多元非線性方程組的求解問題，求解的方法有很多種，牛頓拉夫遜Newton-Raphson法是數(shù)學(xué)上解非線性方程組的有效方法，有較好的收斂性。將N-R法用于潮流計(jì)算是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，由于利用了導(dǎo)納矩陣的對稱性，稀疏性及節(jié)點(diǎn)編號順序優(yōu)劃等技巧，使N-R法在收斂性，占用內(nèi)存，計(jì)算速度等方面的優(yōu)點(diǎn)都超過了阻抗法。 同時本文也應(yīng)用了電力系統(tǒng)潮流計(jì)算仿真軟件CEES與利用程序計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，使計(jì)算的結(jié)果更加準(zhǔn)確。利

8、用成形的程序?qū)ο到y(tǒng)中出現(xiàn)的各種情況，例如負(fù)荷的變化以及線路上所發(fā)生的變化進(jìn)行計(jì)算，并對母線上不滿足范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控，使得系統(tǒng)處于一個較穩(wěn)定的狀態(tài)。2.等值電路的計(jì)算過程 電壓是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。電壓過高或過低，都將對人身及其用電設(shè)備產(chǎn)生重大的影響。保證用戶的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)調(diào)度的基本任務(wù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的電壓偏離允許值時，電力系統(tǒng)必須應(yīng)用電壓調(diào)節(jié)技術(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的大小，使其維持在允許值范圍內(nèi)。本文經(jīng)過手算形成了等值電路圖，并編寫好了程序得出節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值，使其滿足所要求的調(diào)整范圍。 我們首先對給定的程序輸入部分作了簡要的分析，程序開始需要我們確定輸入節(jié)點(diǎn)

9、數(shù)、支路數(shù)、平衡母線號、支路參數(shù)矩陣、節(jié)點(diǎn)參數(shù)矩陣。 （1）為了保證整個系統(tǒng)潮流計(jì)算的完整性，我們把凡具有母線及發(fā)電機(jī)處均選作節(jié)點(diǎn)，這樣，共有10條母線以及4部發(fā)電機(jī)組即選定14個節(jié)點(diǎn)，我們確定電廠一母線3上的發(fā)電機(jī)作為平衡節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號為，其它機(jī)組作為PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號為，其余節(jié)點(diǎn)均為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號見等值電路圖。 （2）確定完節(jié)點(diǎn)及編號后，各條支路也相應(yīng)確定了，網(wǎng)絡(luò)中總計(jì)有13條支路，我們對各支路參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)所給實(shí)際電路圖和題中的已知條件，有以下公式計(jì)算各輸電線路的阻抗和對地支路電容的標(biāo)幺值和變壓器的阻抗標(biāo)幺值。3.短路計(jì)算   

10、60;  在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行的情況，因?yàn)樗鼈儠茐膶τ脩舻墓╇姾碗姎庠O(shè)備的正常工作，而且還可能對人生命財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生威脅。從電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況看，這些故障絕大多數(shù)多數(shù)是由短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認(rèn)識外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計(jì)算。 短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。 3.1 短路的原因 產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個方面：（1）元件損壞，例如絕緣材料的自然老化、設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不

11、良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；（2）氣象條件惡劣，例如雷擊造成的網(wǎng)絡(luò)放電或避雷器動作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；（3）違規(guī)操作，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；（4）其他，如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。 3.2 短路的類型 在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各項(xiàng)與正常運(yùn)行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都是不對稱短路。     電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各種類型的短路中，單

12、相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會最少。三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴(yán)重，應(yīng)給予足夠的重視。況且，從短路計(jì)算方法來看，一切不對稱短路的計(jì)算，在采用對稱分量法后，都?xì)w結(jié)為對稱短路的計(jì)算。因此，對三相短路的的研究是具有重要意義的。 3.3 短路計(jì)算的目的 在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電氣設(shè)備的運(yùn)行中，短路計(jì)算是解決一系列問題的不可缺少的基本計(jì)算，這些問題主要是： （1）選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，例如斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等，必須以短路計(jì)算作為依據(jù)。這里包括計(jì)算沖擊電流以校驗(yàn)設(shè)備的電動力穩(wěn)定度；計(jì)算若干時刻的短路電流周期分量以校驗(yàn)設(shè)

13、備的熱穩(wěn)定度；計(jì)算指定時刻的短路電流有效值以校驗(yàn)斷路器的斷流能力等。     （2）為了合理地配置各種繼電保護(hù)和自動裝置并確定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析。在這些計(jì)算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的電壓值。4.制定等值網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)計(jì)算 4.1標(biāo)幺制的概念     在一般的電路計(jì)算中，電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用V，A，W，表示，這種用實(shí)際有名單位表示物理量的方法稱為有名單位制。在電力系統(tǒng)計(jì)算中，還廣

14、泛的使用標(biāo)幺制。標(biāo)幺制是相對單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理量都用標(biāo)幺值表示。標(biāo)幺值定義由下式給出：  由此可見，標(biāo)幺值是一個沒有量綱的數(shù)值，對于同一個實(shí)際的有名值，基準(zhǔn)值選得不同，其標(biāo)幺值也就不同。因此，當(dāng)我們說明一個量的標(biāo)幺值時，必須同時說明它的基準(zhǔn)值，否則，標(biāo)幺值的意義是不明確的。當(dāng)選定電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值分別為BV,BI,BS和BZ時，相應(yīng)的標(biāo)幺值如下：4.2 標(biāo)幺值的選擇     在電力系統(tǒng)分析中，主要涉及對稱三相電路計(jì)算。計(jì)算時習(xí)慣上多采用線電壓V，線電流I，三相功率S和一相等值阻抗Z，各物理量之間存在下

15、列關(guān)系：同單相電路一樣，應(yīng)使各量基準(zhǔn)值之間的關(guān)系與其有名值間的關(guān)系具有相同的方程式： 由此可見，在標(biāo)幺制中，三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全相同，線電壓和相電壓的標(biāo)幺值相等，三相功率和單相功率的標(biāo)幺值相等。在選擇基準(zhǔn)值時，習(xí)慣上也只選VB和SB 。由此得：這樣，電流和阻抗的標(biāo)幺值則為：采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果最后還要換算成有名值，其換算公式為：5.短路電流計(jì)算曲線的應(yīng)用 在工程計(jì)算中常利用計(jì)算曲線來確定短路后任意指定時刻短路電流的周期分量，對短路點(diǎn)的總電流和短路點(diǎn)鄰近支路的電流分布計(jì)算，計(jì)算曲線有足夠的準(zhǔn)確度。 應(yīng)用計(jì)算曲線法的具體計(jì)算步驟

16、如下：     (1)繪制等值網(wǎng)絡(luò)。     a.選取基準(zhǔn)功率SB和基準(zhǔn)電壓VB=Vav；     b.發(fā)電機(jī)的電抗用xd“，略去網(wǎng)絡(luò)中各元件的電阻，輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路；     c.無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零；     d.略去負(fù)荷。 (2)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換。   將網(wǎng)絡(luò)中的電源按合并的原則合并

17、成若干組，求出各等值電機(jī)對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗xfi（i=1，2，）以及無限大功率電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗xfs。 (3) 將求得的轉(zhuǎn)移電抗按各相應(yīng)的等值機(jī)的容量進(jìn)行歸算，便得到各等值機(jī)對短路點(diǎn)的計(jì)算電抗。  式中SNi為第i臺等值機(jī)的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機(jī)的額定容量之和。(4) 由xjs1，xjs2，分別根據(jù)適當(dāng)?shù)挠?jì)算曲線找出指定時刻t各等值發(fā)電機(jī)提供的短路周期電流的標(biāo)幺值Ipt1*，Ipt2*，, Iptg*。 (5)網(wǎng)絡(luò)中無限大功率電源提供的短路周期電流是不衰減的，并由下式確定=W三、設(shè)計(jì)要求1）列出完整詳細(xì)的計(jì)算式和圖表；2）按標(biāo)準(zhǔn)論文格式書寫設(shè)計(jì)

18、報(bào)告，按時提交；3）按下圖進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。圖1課程設(shè)計(jì)題之電力系統(tǒng)接線圖4 元件參數(shù)表表1元件參數(shù)小組號43號母線運(yùn)行電壓38.5kV6號母線運(yùn)行電壓121kV1、2號發(fā)電機(jī)30MW0.83、4號發(fā)電機(jī)60MW0.851、2號變壓器3、4號變壓器5、6號變壓器1、3號線路2、4號線路1號集中負(fù)荷8+j32號集中負(fù)荷12+j43號集中負(fù)荷16+j104號集中負(fù)荷6+j25號集中負(fù)40:+j306號集中負(fù)荷18+j6短路母線85 計(jì)算（1）電網(wǎng)的等值電路計(jì)算：（李遵誠、李洋負(fù)責(zé)）取,并認(rèn)為所以變壓器的標(biāo)幺變比都等于1。變壓器1，2：變壓器3，4：變壓器5，6：線路1，3： 線路2，4： 發(fā)電機(jī)1，2

19、：變壓器1，3： ：線路2，4： 發(fā)電機(jī)3，4： 變壓器3，4： 變壓器5，6： 負(fù)荷1： 負(fù)荷2： 負(fù)荷3：負(fù)荷4： 負(fù)荷5： 負(fù)荷6： （2） 短路電流周期分量計(jì)算：（張超鵬負(fù)責(zé)）圖2圖3圖4（3） 潮流計(jì)算：（王科、李秋負(fù)責(zé)） 線路1，3： 線路2，4：變壓器5，6： 發(fā)電機(jī)3，4： 6 CEES軟件仿真（張超鵬負(fù)責(zé)）1） 電網(wǎng)的等值電路計(jì)算：圖52） 短路電流周期分量計(jì)算：圖6（3）潮流計(jì)算：（3）潮流計(jì)算在CEES中的數(shù)據(jù)：圖7七、個人心得1.李遵誠：通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我重新復(fù)習(xí)和鞏固了課本上的相關(guān)內(nèi)容，對課本上的知識有了更深層次的理解與掌握，同時進(jìn)一步感受到了理論知識在工程實(shí)踐中的重要性。剛接觸到課設(shè)題目時，只有一個模糊的方向，只是知道怎么去做，但具體的計(jì)算卻不知道，后來通過不斷地請教同學(xué)，與組員進(jìn)行了多次討論與推敲，確定了思路和答題的方向，由于理論知識的不扎實(shí)，導(dǎo)致這次的課程設(shè)計(jì)沒有完整的做完，主要是手動潮流計(jì)算部分，這是這次課設(shè)的一大敗筆，但是我能通過CEES決策軟件做出短路計(jì)算和潮流計(jì)算來，也還是很不錯了?？傊瑢τ谶@次的課程設(shè)計(jì)，盡管還是留有些許遺憾，但我已經(jīng)盡全力的去發(fā)現(xiàn)和解決問題。2李秋：通過這兩周四天的學(xué)習(xí)，讓我對電力系統(tǒng)分析有了進(jìn)一步的了解（比如說等值電路的化簡和潮流計(jì)算等），但是在學(xué)