華南理工大學(xué)2010級電力系統(tǒng)課程設(shè)計

1、課程設(shè)計報告電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與計算專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 10電氣（1）班 指導(dǎo)老師： 李曉華 副教授 華南理工大學(xué)電力學(xué)院2014年1月3日目 錄課程設(shè)計題目C：電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和計算41.電網(wǎng)參數(shù)計算81.1 線路參數(shù)的計算和標(biāo)幺化81.2 節(jié)點信息統(tǒng)計112.電網(wǎng)潮流計算112.1 采用Matlab計算電網(wǎng)潮流112.1.1 網(wǎng)絡(luò)信息處理112.1.2 基于Matlab的PQ分解法程序122.1.3 PQ分解法潮流計算的結(jié)果分析122.2采用Power World計算潮流132.2.1 Power world仿真軟件簡介132.2.2 基于Power World軟件構(gòu)建潮流模

2、型142.2.3 采用power world仿真軟件的潮流計算結(jié)果152.3 Matlab仿真計算結(jié)果與Power World仿真軟件計算結(jié)果對比174. 轉(zhuǎn)移阻抗的求解184.1 負荷、發(fā)電機、變壓器、線路的處理184.1.1 負荷的處理184.1.2 發(fā)電機的處理184.1.3 變壓器的處理184.1.4 輸電線路的處理194.2 網(wǎng)絡(luò)變換（穩(wěn)態(tài)時）204.2.1 消去節(jié)點5、6204.2.2 消去節(jié)點2、3、4、7214.3 各種運行方式下轉(zhuǎn)移阻抗的求解214.4 功角特性計算225. 故障仿真235.1 采用Matlab軟件分析故障235.1.1 三相短路故障235.1.2 單相接地故

3、障255.2采用Power World仿真軟件分析故障（二階）265.2.1 線路2-4中點三相短路時的故障分析265.2.2 線路2-4中點三相短路時的故障分析275.2.3 線路2-4中點單相接地故障時的仿真分析285.2.4 Matlab與Power World仿真結(jié)果的比較295.3 采用Power World仿真軟件分析故障（三階）305.3.1 三相短路時的故障分析305.3.2 線路2-4中點發(fā)生單相接地時的故障分析336. 發(fā)電機模型選擇對穩(wěn)定計算結(jié)果的影響34參考文獻34附錄：35附1. PQ分解法的Matlab程序35附2. Matlab潮流計算結(jié)果截圖40附3. Powe

4、r World潮流計算截圖42附4. 零序網(wǎng)（左）負序網(wǎng)（右）43附5. 單相接地網(wǎng)架等效圖43課程設(shè)計題目C：電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和計算姓名： 指導(dǎo)教師： 李曉華 一、 一個220kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下：18km12km12km12km25km16km15km#1#2#4#5#6#3G10km500kV站（#1）的220kV母線視為無窮大母線，電壓恒定在230kV。圖中，各變電站負荷均等效接于220kV母線。變電站參數(shù)和負荷如下表：編號類型220kV最大負荷，MVA#1500kV站平衡節(jié)點#2220kV站180+j110#3220kV站350+j180#4220kV站260+j120#5220k

5、V站250+j120#6220kV站150+j70各線路長度如圖所示。所有線路型號均為LGJ-2*300，基本電氣參數(shù)為：正序參數(shù)： r = 0.054/km, x = 0.308/km, C = 0.0116 µF/km；零序參數(shù)： r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, C0 = 0.0078 µF/km；40ºC長期運行允許的最大電流：1190A。燃煤發(fā)電廠G有三臺機組，發(fā)電機與升壓變之間采用單元接線。電廠220kV側(cè)采用單母分段接線，正常運行時分段開關(guān)閉合。發(fā)電機組主要參數(shù)如下表：機組臺數(shù)單臺容 量（MW）額定電壓（EV）功率因數(shù)升壓變

6、容量MVA升壓變Vs%XdXdXqTd0TJ=2H330010.50.8535010.52.00.251.7411當(dāng)發(fā)電機采用三階模型時，勵磁環(huán)節(jié)（含勵磁機和勵磁調(diào)節(jié)器）模型如下（不考慮PSS）:上圖中參數(shù)如下：TR=0，KA=25， TA=0.1，Te=0.15，KE=1， KF=0.05，TF=0.7 發(fā)電廠升壓變均采用Y/Y0接線，變比10.5kV/242kV。不計內(nèi)阻和空載損耗。發(fā)電廠按PV方式運行，高壓母線電壓定值為1.05VN。發(fā)電廠廠用電均按出力的7%考慮。穩(wěn)定仿真中不考慮發(fā)電廠的調(diào)速器和原動機模型。負荷采用恒阻抗模型，負序阻抗標(biāo)幺制取0.2。二、 設(shè)計的主要內(nèi)容：1、手工進行參

7、數(shù)計算和標(biāo)幺化，形成潮流計算的網(wǎng)架參數(shù)；2、用Matlab編制潮流計算程序，要求采用P-Q分解潮流計算方法。3. 考慮該電廠開機三臺，均為額定容量輸出的方式，用編制的程序計算潮流。3、用PowerWorld軟件進行潮流計算并與自己編制的軟件計算結(jié)果進行校核和分析；4、設(shè)#2和#4母線之間雙回線路中一回的中點分別發(fā)生以下2種故障：1） 1s時發(fā)生三相短路，1.1s同時切除故障線路三相；2） 1s時單相接地短路，1.1s時同時切除故障線路三相。1.9s時三相重合閘。因重合于永久性故障，2.1s時再次切除故障線路。試手工計算序網(wǎng)以及用網(wǎng)絡(luò)變換法求解轉(zhuǎn)移阻抗；5、針對問題4，用Matlab編制穩(wěn)定計算

8、程序（三臺機可并聯(lián)等值成一臺機），發(fā)電機采用二階經(jīng)典模型（注：用ode45函數(shù)既可求解），用軟件計算出搖擺曲線，要求輸出發(fā)電機功角，角速度。 6、用PowerWorld軟件的分析問題4，并與編程計算結(jié)果進行比較校核。7、發(fā)電機采用三階模型，用PowerWorld作為分析工具，對問題4的兩種故障方案進行穩(wěn)定計算，給出搖擺曲線，并計算故障的極限切除時間。8、比較兩種模型的仿真結(jié)果，分析發(fā)電機模型選擇對于穩(wěn)定計算結(jié)果的影響。9、編制課程設(shè)計報告。三、 設(shè)計要求和設(shè)計成果：1、2位同學(xué)為一組，自行分工，但任務(wù)不能重復(fù)；2、每位同學(xué)對自己的設(shè)計任務(wù)編寫課程設(shè)計說明書一份；3、一組同學(xué)共同完成一份完整的設(shè)

9、計報告；2、設(shè)計說明和報告應(yīng)包含：² 以上設(shè)計任務(wù)每一部分的計算過程和結(jié)果分析；² 所編制的潮流和穩(wěn)定計算源程序（主要語句應(yīng)加注釋）；² 潮流計算結(jié)果（潮流圖）² 穩(wěn)定計算的功角曲線等；² 網(wǎng)絡(luò)變換法求解轉(zhuǎn)移阻抗的變換過程圖。附注： ODE函數(shù)說明Matlab提供了一階常微分方程組求解的系列函數(shù)：ode*。包括：ode45, ode23, ode113等，還有針對剛性系統(tǒng)的ode15s，ode23s等。這里可采用ode45編程（大家也可選擇和對比其它函數(shù)，不同編號采用的數(shù)值積分算法不同）。函數(shù)形式：t, y=ode45(odefun,t1,tf

10、,x0,options);說明：odefun：列向量1*n，通過函數(shù)計算柄輸出的微分方程的右端項；t1,tf: 分別制定積分的時間起點和終點；x0：列向量1*n，狀態(tài)變量初值options：微分優(yōu)化參數(shù)，是一個結(jié)構(gòu)體，使用odeset可以設(shè)置其具體參數(shù)，詳細內(nèi)容查看幫助。t：為時間列向量1*my為狀態(tài)變量計算結(jié)果矩陣，m行代表時間點，n列代表n個狀態(tài)變量的時間序列值。例如，求解如下微分方程：初值為x1=1,x2=0從0s積分到3s，步長：0.1s則，首先定義函數(shù)myfunc，計算微分方程右端項的值：function dx=myfunc(x) dx=x(2) 2*sin(x(1) ;Ode45函

11、數(shù)引用如下：x0= 1, 0options=odeset;options.reltol=1e-8; t,y=ode45(myfunc,0,3,x0,options)華南理工大學(xué)電力系 電氣工程和及其自動化 專業(yè)課程設(shè)計(論文)任務(wù)書茲發(fā)給2010級電氣工程及其自動化1班學(xué)生 課程設(shè)計任務(wù)書,內(nèi)容如下：課程設(shè)計題目： 電力系統(tǒng)運行方式分析和計算 應(yīng)完成的項目：用Matlab編制PQ分解法潮流計算程序，完成典型運行方式的潮流計算并進行分析；用PowerWord軟件對自己編制的軟件計算結(jié)果進行校核和分析；用Matlab編制穩(wěn)定計算程序，發(fā)電機采用二階經(jīng)典模型，要求給出網(wǎng)絡(luò)變換法求解轉(zhuǎn)移阻抗的變換過程

12、圖；選擇2-3種故障方案，計算故障的極限切除時間和極限切除角；用Powerworld作為分析工具，發(fā)電機采用三階模型，對上面的2-3種故障方案進行穩(wěn)定計算，計算故障的極限切除時間，分析發(fā)電機模型選擇對于穩(wěn)定計算結(jié)果的影響，并且分析勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)變化對于穩(wěn)定計算結(jié)果的影響。參考資料以及說明電力系統(tǒng)分析（上、下冊）華中科技大學(xué)出版發(fā)電廠電氣部分高等學(xué)校教材電網(wǎng)調(diào)度運用技術(shù)東北大學(xué)出版社PowerWorld 15使用手冊基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用本畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書于2013年12月23日發(fā)出，應(yīng)于2014年 1 月 3 日前完成，然后提交課程考試委員會進行答辯。系

13、主任 批準(zhǔn) 年 月 日教員組主任 審核 年 月 日指導(dǎo)老師 簽 發(fā) 2013年 12月 23日1.電網(wǎng)參數(shù)計算1.1 線路參數(shù)的計算和標(biāo)幺化220kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)的型等值電路圖1如下圖所示：圖1.電網(wǎng)等效線路圖待求解電網(wǎng)的基準(zhǔn)功率取為100MVA，基準(zhǔn)電壓220kV，則有 （1）線路的正序參數(shù)： （2）線路阻抗標(biāo)幺值計算公式： （3）線路等值電納標(biāo)幺值計算公式： （4）當(dāng)線路為雙回線路時，線路阻抗為單回線線路的一半，導(dǎo)納為單回線路的兩倍。各線路參數(shù)的標(biāo)幺化計算如下：線路L12長度15km，則：Z12=0.5×15×（0.054+j0.308）=（0.405+j2.32） B12

14、=2×2×50×0.0116×15×10-6=1.0933×10-4S 標(biāo)幺值：Z12*=（0.405+j2.32）×100/2202=8.3678×10-4+j0.004793 B12*=1.0933×10-4×2202/100=0.052916線路L13長度18km，則：Z13=0.5×18×（0.054+j0.308）=（0.486+j2.772） B13=2×2×50×0.0116×18×10-6=1.3113

15、5;10-4S 標(biāo)幺值：Z13*=（0.486+j2.77）×100/2202=1.004×10-3+j0.005723 B12*=1.3113×10-4×2202/100=0.063467線路L24長度12km，則：Z24=0.5×12×（0.054+j0.308）=（0.324+j1.848） B24=2×2×50×0.0116×12×10-6=8.7418×10-5S 標(biāo)幺值：Z24*=（0.324+j1.848）×100/2202=6.69×10-

16、4+j0.003818 B24*=8.7418×10-5×2202/100=0.04231線路L45長度10km，則：Z45=0.5×10×（0.054+j0.308）=（0.27+j1.54） B45=2×2×50×0.0116×10×10-6=7.2848×10-5S 標(biāo)幺值：Z45*=（0.27+j1.54）×100/2202=5.58×10-4+j0.003182 B45*=7.2848×10-5×2202/100=0.03526線路L46長度12

17、km，則：Z46=12×（0.054+j0.308）=（0.648+j3.696） B46=2×50×0.0116×12×10-6=4.3731×10-5S 標(biāo)幺值：Z46*=（0.648+j3.696）×100/2202=1.339×10-3+j0.007636 B46*=4.3731×10-5×2202/100=0.021166線路L3G長度16km，則：Z3G=0.5×16×（0.054+j0.308）=（0.432+j2.464） B3G=2×2×

18、50×0.0116×16×10-6=1.16557×10-4S 標(biāo)幺值：Z3G*=（0.432+j2.464）×100/2202=8.93×10-4+j0.005091 B3G*=1.16557×10-4×2202/100=0.05641線路L5G長度25km，則：Z5G=0.5×25×（0.054+j0.308）=（0.675+j3.85） B5G=2×2×50×0.0116×25×10-6=1.8212×10-4S 標(biāo)幺值：Z5G*

19、=（0.675+j3.85）×100/2202=1.395×10-3+j0.007955 B5G*=1.8212×10-4×2202/100=0.08815線路L6G長度12km，則：Z6G=0.5×12×（0.054+j0.308）=（0.324+j1.848） B6G=2×2×50×0.0116×12×10-6=8.7418×10-5S 標(biāo)幺值：Z6G*=（0.324+j1.848）×100/2202=6.69×10-4+j0.003818 B6G*=

20、8.7418×10-5×2202/100=0.04231綜上，電網(wǎng)的線路參數(shù)的有名值和標(biāo)幺值如下表所示：表1.線路參數(shù)的標(biāo)幺值和有名值統(tǒng)計線路名長度/km有名值 標(biāo)幺值阻抗Z/導(dǎo)納B/S阻抗Z*/導(dǎo)納B*/SL122×150.405+j2.321.0933×10-48.368×10-4+j0.004790.05292L132×180.486+j2.7721.3113×10-41.004×10-3+j0.0057230.06347L242×120.324+j1.8488.7418×10-56.69

21、×10-4+j0.0038180.04231L452×100.27+j1.547.2848×10-55.58×10-4+j0.0031820.03526L46120.648+j3.6964.3731×10-51.339×10-3+j0.0076360.02117L3G2×160.432+j2.4641.1656×10-48.93×10-4+j0.0050910.05641L5G2×250.675+j3.851.8212×10-41.395×10-3+j0.0079550.08

22、815L6G2×120.324+j1.8488.7418×10-56.69×10-4+j0.0038180.04231線路零序參數(shù)的標(biāo)幺值計算與正序相似，如表2.所示。表2.線路零序參數(shù)的計算線路名長度/km 標(biāo)幺值阻抗Z*/導(dǎo)納B*/SL122×153.161×10-3+j0.0150.03558L132×183.793×10-3+j0.0180.04270L242×122.529×10-3+j0.0120.02846L452×102.107×10-3+j0.0100.02372L4

23、6125.058×10-3+j0.0240.01423L3G2×163.372×10-3+j0.0160.03795L5G2×255.269×10-3+j0.0250.05930L6G2×122.529×10-3+j0.0120.02846故障L24125.058×10-3+j0.0240.014231.2 節(jié)點信息統(tǒng)計在給定的220kV網(wǎng)架中共有7個節(jié)點，其中節(jié)點1是500kV變電站，為平衡節(jié)點，視為無窮大系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定在230kV，即1.045455VN。節(jié)點2、3、4、5、6均為PQ節(jié)點，并且?guī)в幸欢ǖ呢摵伞?/p>

24、此外，節(jié)點6為PV節(jié)點，由于發(fā)電機并不總是滿載運行，在正常運行時，考慮到7%的廠用電，因而發(fā)電機機組發(fā)出的總有功功率為：滿載運行時， （6）于是，當(dāng)發(fā)電機機組滿載時，每臺機組的出力為837/3=279MW，發(fā)電機機端額定電壓為10.5kV，出線側(cè)的高壓母線電壓穩(wěn)定在1.05VN，各個節(jié)點的參數(shù)信息如表3所示。表3.各節(jié)點參數(shù)一覽表編號123456G節(jié)點類型平衡節(jié)點PQ節(jié)點PQ節(jié)點PQ節(jié)點PQ節(jié)點PQ節(jié)點PV節(jié)點有功功率P/MW180350260250150837無功功率Q/MVar10018012012070電壓V/kV2302422.電網(wǎng)潮流計算2.1 采用Matlab計算電網(wǎng)潮流通過對待求

25、解電網(wǎng)的等效線路參數(shù)的計算與標(biāo)幺化，形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣。然后利用各個節(jié)點的類型信息，利用PQ分解法進行電網(wǎng)潮流計算。本文編寫了基于Matlab平臺的PQ分解法計算程序，對電網(wǎng)進行了潮流計算，得出了系統(tǒng)穩(wěn)定時各節(jié)點的電壓，以及線路損耗等，分析了系統(tǒng)穩(wěn)定運行時各線路的輸送功率。2.1.1 網(wǎng)絡(luò)信息處理形成電網(wǎng)線路的節(jié)點導(dǎo)納矩陣是進行潮流計算前必須要做的準(zhǔn)備。首先利用線路的標(biāo)幺值參數(shù)整合成矩陣，使其包含線路的所有信息，再形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣。具體如下：構(gòu)造支路信息矩陣B1，每一行代表一條線路，每行中的各元素表示線路不同的信息（注：節(jié)點G記為節(jié)點7）：1、支路首端節(jié)點號；2、支路末端節(jié)點號；3、支路阻抗標(biāo)幺

26、值；4、支路對地電納標(biāo)幺值；5、支路變比；6、支路存在變壓器時，若首段：末端=k:1，則為1，反之則為0，如果支路不存在變壓器則默認(rèn)為0；7、是否為變壓器支路。本題形成的B1矩陣見附錄。構(gòu)造節(jié)點信息矩陣B2，題目給定的網(wǎng)絡(luò)共有7個節(jié)點，本文編程中的B2矩陣為7×6的矩陣，每一行代表一個節(jié)點的信息，每一行中的各元素的含義：1、該節(jié)點的發(fā)電機功率（注入）；2、該節(jié)點的負荷功率（輸出）；3、空行（保持矩陣格式）；4、PV節(jié)點電壓給定值和PQ節(jié)點的初始值；5、各節(jié)點電壓相角；6、節(jié)點類型（其中，1表示平衡節(jié)點，2表示PQ節(jié)點，3表示PV節(jié)點）。待求解網(wǎng)架中，1號節(jié)點為平衡節(jié)點，26號節(jié)點為P

27、Q節(jié)點，7號節(jié)點（即母線G）為PV節(jié)點。本題形成的B2矩陣見附錄。2.1.2 基于Matlab的PQ分解法程序編程思想如下：1）根據(jù)支路信息矩陣B1和節(jié)點信息矩陣B2，先形成待求解電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣：2）先對空矩陣加入對角線元素，即先加入每個節(jié)點的對地導(dǎo)納y0；3）根據(jù)支路信息矩陣B1，對導(dǎo)納矩陣再加入互導(dǎo)納Ypq；4）將互導(dǎo)納Ypq加入到導(dǎo)納矩陣的對角線元素，形成自導(dǎo)納。至此，形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y。5）初始化各節(jié)點電壓（幅值和相角）的存儲矩陣和各節(jié)點注入功率（實部和虛部）的存儲矩陣，以存放迭代過程中的中間值和輸出最終值；6）構(gòu)造各節(jié)點的潮流方程，進入潮流計算程序，計算不平衡功率P，判斷P是否小

28、于可接受誤差。若P大于可接受誤差，則進行相角修正。計算不平衡功率Q判斷Q是否小于可接受誤差。若Q大于可接受誤差，則進行電壓幅值修正。7）當(dāng)P和Q都滿足要求時，計算結(jié)束。計算平衡節(jié)點功率和全部線路功率。8）基于MATLAB平臺，得出計算結(jié)果，采用誤差精度為=1.0×10-5。由結(jié)果可知，共用6次迭代便能滿足精度要求，共用時間僅為0.073687s；2.1.3 PQ分解法潮流計算的結(jié)果分析利用2.1.2節(jié)的PQ分解法的matlab程序計算的電網(wǎng)潮流結(jié)果如附錄中附2圖所示。將matlab程序計算的結(jié)果整理如下：1）各節(jié)點的電壓和注入功率如表4.所示。表4. 各節(jié)點電壓和注入功率節(jié)點編號12

29、34567基準(zhǔn)電壓220220220220220220220標(biāo)幺電壓1.04551.03751.04171.03581.03631.04291.05實際電壓（kV）230.01228.25229.17227.88227.99229.44231.00節(jié)點相角（度）0-0.6033-0.2606-0.7560-0.7119-0.19320.3608節(jié)點注入功率（標(biāo)幺值）3.5671+j1.7501-1.8000+j1.0000-3.5000-j1.8000-2.6000-j1.2000-2.5000-j1.2000-1.5000-j0.70008.3700+j3.9248節(jié)點注入功率（實際值）35

30、6.71+j175.01-180.00-j100.00-350.00-j180.00-260.00-j120.00-250.00-j120.00-150.00-j70.00837.00+j392.48其中，matlab中各節(jié)點的相角是以弧度的形式表示的，其換算關(guān)系為：角度=弧度×180÷，表3.中的功角是角度的形式表示的。2）各支路的狀態(tài)如表5.所示。表中的功率值均為標(biāo)幺值，基準(zhǔn)功率SB=100MW。表.5 各支路的狀態(tài)支路名稱線路首端有功功率（MW）線路首端無功功率（Mvar）線路末端有功功率（MW）線路末端無功功率（Mvar）有功損耗（MW）無功損耗（Mvar）L122

31、.61171.2732-2.6052-1.29330.0065-0.0201L130.95530.4769-0.9543-0.53990.0011-0.0630L240.80520.2933-0.8047-0.33610.0005-0.0428L45-0.2829-0.15240.28300.11480.0001-0.0376L46-1.5123-0.71151.51580.70840.0035-0.0031L37-2.5457-1.26012.55231.23590.0066-0.0242L57-2.7830-1.31482.79511.28820.0121-0.0267L67-3.0158

32、-1.40843.02261.40080.0068-0.0077全網(wǎng)的功率損耗可按下式（5）計算： （5） 即：網(wǎng)損率2.2采用Power World計算潮流2.2.1 Power world仿真軟件簡介Power World Simulator（仿真器）是一個電力系統(tǒng)仿真軟件包，其設(shè)計界面友好，并有高度的交互性。該仿真軟件能夠進行專業(yè)的工程分析。而且由于其可交互性和可繪圖性，它也可以用于向非專業(yè)用戶解釋電力系統(tǒng)的運行操作。該仿真器是一個集成的產(chǎn)品，其核心是一個全面、強大的潮流計算程序。它能夠有效地計算高達10,0000個節(jié)點的電力網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)它作為一個獨立的潮流分析軟件包時，性非常實用。與其

33、它商業(yè)潮流計算軟件包不同，該軟件可以讓用戶通過生動詳細的全景圖來觀察電力系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)模型可以通過使用仿真軟件的圖形編輯工具很容易地進行修改，用戶只需輕輕點擊幾下鼠標(biāo)就可以在檢修期間切換線路、增加新的線路或發(fā)電機、確定新的交易容量。仿真器廣泛地使用了圖形和動畫功能，大大地增強了用戶對系統(tǒng)特性、問題和約束的理解，以便于用戶對系統(tǒng)進行維護。它基本的工具包括經(jīng)濟調(diào)度、區(qū)域功率經(jīng)濟分配分析、功率傳輸分配因子計算（PTDF）、短路分析以及事故分析等功能的工具。2.2.2 基于Power World軟件構(gòu)建潮流模型在編輯模式下，畫出網(wǎng)架的模型，并且將節(jié)點1設(shè)置為平衡節(jié)點，電壓恒定為VN=1.0455VB

34、，節(jié)點1連接一臺無窮大的發(fā)電機。具體參數(shù)設(shè)置如圖2.所示。圖2. 平衡機的參數(shù)設(shè)置節(jié)點6為PV節(jié)點，P=837MW，V=1.05VN，每臺發(fā)電機的輸出功率P=297MW。具體參數(shù)設(shè)置如圖3.所示。其余各節(jié)點只設(shè)置基準(zhǔn)電壓VB=220kV即可。圖3. 發(fā)電機的參數(shù)設(shè)置采用power world畫出的單項接線圖如圖4.所示。圖4. 單項接線圖2.2.3 采用power world仿真軟件的潮流計算結(jié)果運行模式下，點擊tools中的slove選項即可對電網(wǎng)進行潮流計算，在case information中點擊Power Flow List可以查看各個節(jié)點的電壓和線路的潮流。Power World仿真

35、軟件中的潮流計算結(jié)果如附錄三所示。整理后的潮流計算結(jié)果如下。1）各節(jié)點的電壓如表6所示。表6、各節(jié)點的電壓節(jié)點編號基準(zhǔn)電壓kV標(biāo)幺電壓實際電壓(kV)相角 (度)12201.0455230.01022201.0375228.25-0.6032201.0418229.20-0.2642201.0358227.88-0.7652201.0364228.00-0.7162201.0430229.46-0.1972201.0500231.000.362）發(fā)電機的狀態(tài)如表7.所示。節(jié)點編號發(fā)電機編號有功出力（MW）無功出力（MW）設(shè)定電壓1#1356.70175.741.04557#1279.00130

36、.571.05007#2279.00130.571.05007#3279.00130.571.05003）各支路的狀態(tài)如表8.所示。表8. 各支路的狀態(tài)線路名稱首端有功功率（MW）首端無功功率（Mvar）末端有功功率（MVA）末端無功功率（Mvar）有功損耗（MW）無功損耗（Mvar）L12261.16127.62-260.52-129.640.64-2.02L1395.5448.10-95.42-54.400.12-6.30L2480.5229.64-80.46-33.920.06-4.28L45-28.32-15.0828.3211.320-3.76L46-151.22-70.96151.

37、5670.650.34-0.31L37-254.58-125.60255.24123.160.66-2.44L57-278.32-131.32279.52128.661.20-2.66L67-301.56-140.66302.24139.880.68-0.78注：Lij表示i為線路首端，j為線路末端4）電網(wǎng)的網(wǎng)損率計算電網(wǎng)的網(wǎng)損為發(fā)電機發(fā)出的功率與平衡節(jié)點1與外界的交換功率的之和減去負荷功率之和。即公式（7） （7）其中，PD=發(fā)電機發(fā)出的有功功率+平衡節(jié)點與外界交換的有功功率，PL=負荷的有功率代數(shù)和，PD=3×279+356.7=1193.7MW，總負荷PL=180+350+26

38、0+250+150=1190MW。于是網(wǎng)損率=（1193.7-1190）/1193.7=0.31%，與Matlab計算結(jié)果形同。2.3 Matlab仿真計算結(jié)果與Power World仿真軟件計算結(jié)果對比通過以上兩種計算結(jié)果的比較，我們將其整理如下1）各節(jié)點電壓的對比如表9所示：表9.各節(jié)點電壓的對比節(jié)點編號標(biāo)幺電壓實際電壓(kV)相角 (度)MatlabPower WorldMatlabPower WorldMatlabPower World11.04551.0455230.01230.010021.03751.0375228.25228.25-0.6033-0.6031.04171.041

39、8229.17229.20-0.2606-0.2641.03581.0358227.88227.88-0.7560-0.7651.03631.0364227.99228.00-0.7119-0.7161.04291.0430229.44229.46-0.1932-0.1971.05001.0500231.00231.000.36080.36比較兩種計算結(jié)果的各節(jié)點電壓可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)點電壓的最大偏差為0.03kV，誤差極小。兩種計算潮流得出的節(jié)點電壓具有很好的一致性。說明兩種計算方法都是可行的。2）各支路狀態(tài)的對比如表10所示。表10、各支路狀態(tài)的對比支路區(qū)間首端有功功率（MW）首端無功功率（Mv

40、ar）有功損耗（MW）無功損耗（Mvar）PowerWorldMatlabPowerWorldMatlabPowerWorldMatlabPowerWorldMatlab1，2261.16261.17127.620.47690.640.0065-2.02-0.02011，395.5495.5348.1047.690.120.0011-6.30-0.06302，480.5280.5229.6429.330.060.0005-4.28-0.04284，5-28.32-28.29-15.08-15.2400.0001-3.76-0.03764，6-151.22-151.23-70.9671.150.

41、340.0035-0.31-0.00313，7-254.58-254.57-125.60-126.010.660.0066-2.44-0.02425，7-278.32-278.30-131.32-131.481.200.0121-2.66-0.02676，7-301.56-301.58-140.66-140.840.680.0068-0.78-0.0077比較兩種計算結(jié)果的各支路潮流可以發(fā)現(xiàn)，有功功率的最大偏差極小，不超過0.01%。兩種計算潮流得出的支路潮流具有很好的一致性。說明兩種計算方法都是可行的。4. 轉(zhuǎn)移阻抗的求解4.1 負荷、發(fā)電機、變壓器、線路的處理4.1.1 負荷的處理根據(jù)題目

42、的要求，負荷采用恒阻抗模型，其阻抗標(biāo)幺值的計算公式為： （8）其中，U是負荷所在節(jié)點的電壓，是負荷的共軛值。正常運行時負荷所在節(jié)點的電壓值近似為VN，由式8所求的的各個負荷節(jié)點的等效阻抗標(biāo)幺值如表11.所示。表11. 各負荷節(jié)點的等效阻抗（標(biāo)幺值）負荷所在節(jié)點節(jié)點電壓V(kV)負荷大小S（MVA）等效阻抗ZL*的標(biāo)幺值2220180+j1000.4245+j0.23583220350+j1800.2260+j0.11624220260+j1200.3171+j0j1200.3251+j0j700.5474+j0.25554.1.2 發(fā)電機的處

43、理節(jié)點7有三臺發(fā)電機，發(fā)電機的容量SG(N)=300/0.85=352.97MVA，VG(N)=10.5kV，基準(zhǔn)容量SB=100MW，為了變壓器的標(biāo)幺變比k*=1，在發(fā)電機10kV側(cè)的基準(zhǔn)電壓選為VB2=10.5×220/242=9.5455kV。則歸算到全網(wǎng)基準(zhǔn)后的發(fā)電機參數(shù)可按式9來計算： （9）帶入?yún)?shù)計算可得：Xd*=0.6856，Xq*=0.58276，Xd'=0.0857。為簡化網(wǎng)絡(luò)，本文將三臺發(fā)電機并聯(lián)為一臺等效的發(fā)電機組。等效后的出力為837MW，Xd*=0.2285，Xq*=0.1943，Xd'=0.0286。根據(jù)題目要求，發(fā)電機采用二階經(jīng)典模型，

44、即E '恒定模型。在網(wǎng)絡(luò)變換中，用電壓為E '、內(nèi)阻為Xd'的電壓源來等效原來的三臺發(fā)電機組。4.1.3 變壓器的處理由4.1.2中的計算可知，當(dāng)基準(zhǔn)電壓VB1=220kV，VB2=9.5455kV時，變壓器的標(biāo)幺變比為k*=1，由題目條件可知變壓器的銅耗很小，可忽略。因而可以使用一個純電抗等效三臺變壓器，其中電抗值 （10）三臺變壓器等效為一臺變壓器時的標(biāo)幺阻抗為XT*=0.0363/3=0.0121。4.1.4 輸電線路的處理在輸電線路的值等效中，線路兩端存在并聯(lián)電容，它們與負荷阻抗構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)變換時首先應(yīng)將這些并聯(lián)電容和負荷阻抗等效為一個等值阻抗。等效過程

45、的具體做法入下：例如對于節(jié)點2，其負荷阻抗ZL2=0.4245+j0.2358，與節(jié)點2相連的支路對地電納B12=0.05292，B24=0.04231，則等效導(dǎo)納為：即Z2*=1/Y2*=0.133+j0.01713。同理，等效后的各節(jié)點的對地阻抗標(biāo)幺值如表12所示。表12. 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中各元件的阻抗標(biāo)幺值元件阻抗標(biāo)幺值元件阻抗標(biāo)幺值Z12*8.368×10-4+j0.00479Z2*0.1330+j0.01713Z13*1.004×10-3+j0.005723Z3*0.2291+j0.11389Z24*6.69×10-4+j0.003818Z4*0.3197+j

46、0.14406Z45*5.58×10-4+j0.003182Z5*0.3313+j0.15081Z46*1.339×10-3+j0.007636Z6*0.5562+j0.24785Z3G*8.93×10-4+j0.005091ZG*-j10.703Z5G*1.395×10-3+j0.007955Z1*- j17.184Z6G*6.69×10-4+j0.003818Xd'*+XT*j0.0407經(jīng)等效后簡化模型如圖5.所示。圖5. 等效后簡化模型4.2 網(wǎng)絡(luò)變換（穩(wěn)態(tài)時）4.2.1 消去節(jié)點5、6利用Y-變換，可將節(jié)點5、6消去。其中，

47、同理可求得消去節(jié)點6后得到的3個型連接的電阻Z''47，Z''4地，Z''7地。將變換后各節(jié)點線路對地的電阻并聯(lián)，即，處理后的網(wǎng)架圖如圖6所示。圖6. 處理節(jié)點5、6后的網(wǎng)架等效圖4.2.2 消去節(jié)點2、3、4、7節(jié)點2、3、4、7的處理方法與節(jié)點5、6類似，這里不再贅述。處理后的網(wǎng)架圖如圖7所示。圖7.簡化后的網(wǎng)架圖其中，ZA=-0.0009+j0.0483，ZB=0.6888+j0.4809，ZC=0.0573+j0.0221。4.3 各種運行方式下轉(zhuǎn)移阻抗的求解三相短路故障時，將線路2-4的一回看成是中點直接接地，其余處理方式與穩(wěn)態(tài)時相同。

48、切除三相線路時，將線路2-4中的一回從兩端斷開，其余的網(wǎng)絡(luò)變換和穩(wěn)態(tài)時相同。單相接地故障時，將2-4回路中的一回看成是中點經(jīng)附加電阻X（）接地，然后求出負序阻抗X（2）和零序阻抗X（0），于是，X（）= X（2）+ X（0）=0.0144+j0.0271+0.0710+j0.0412，可得X（）=0.0166+j0.0284，此后的網(wǎng)絡(luò)變換與穩(wěn)態(tài)時相似，這里不再贅述，詳見附錄。四種運行方式經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換后，均可變換為如圖7所示的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。圖7.中各運行方式下的阻抗如表13.所示。表13.各種運行方式下的阻抗運行方式ZAZBZC穩(wěn)態(tài)無故障-0.0009+j0.04830.6888+j0.48090.

49、0575+j0.0222三相短路-0.0007+j0.09080.0042+j0.09060.0012+j0.0060切除三相故障-0.0013+j0.04890.6363+j0.39250.0510+j0.0200單相接地故障-0.0015+j0.04870.5470+j0.41480.0402+j0.0204各種運行方式下的輸入阻抗可按公式Z11=ZB/（ZA+ZC），Z22=ZC/（ZA+ZB）求得，轉(zhuǎn)移阻抗可按公式Z12=ZBZC/（ZA+ZB+ZC），角度=90°-，為輸入阻抗或轉(zhuǎn)移阻抗的阻抗角。由此計算得的各量的值如表14.所示。表14.轉(zhuǎn)移阻抗及功角統(tǒng)計運行方式Z111

50、1(°)Z1212(°)Z2222(°)穩(wěn)態(tài)無故障0.0530+j0.062440.340.0526+j0.018770.430.0534+j0.021867.79三相短路0.0012+j0.04681.4690.0041+j0.08012.6540.0011+j0.005810.74切除故障線路0.0474+j0.060538.080.0468+j0.016370.800.0474+j0.019467.74單相接地故障0.0375+j0.060931.620.0016-j0.0488178.120.0376+j0.019762.354.4 功角特性計算由系統(tǒng)潮流

51、計算可得到平衡節(jié)點1的標(biāo)幺值為：V1*=1.0455，P1*=356.71/100=3.5671，Q1*=175.01/100=1.7501。由公式（11）-（14）可得到機端電壓E'和發(fā)電機的電磁功率方程。 （11） （12） （13） （14）根據(jù)公式（11）-（14）得到的不同運行方式下的機端電壓E'和發(fā)電機的電磁功率方程如表15所示。表15.不同運行方式下的機端電壓和電磁功率方程運行方式VVPE'（）E'穩(wěn)態(tài)無故障0.07780.166310.1950+21.2658sin(-70.43°)1.1355三相短路故障0.14960.31100.8

52、410+13.9510sin(-2.654°)1.2349切除故障線路0.08630.169010.5070+24.1410sin(-70.80°)1.1443單相接地故障0.07640.16879.4350+24.344sin(-178.236°)1.1345當(dāng)E'm=90°-(-70.43°)=160.43°時電磁功率最大，PE'm=31.4608MW，穩(wěn)定時PE'=8.37，代入式10.195+21.2658sin(-70.43°)中得初始功角0=65.5°，與后面使用Power World仿真軟件計算的初始功角0=65.2°基本吻合。5. 故障仿真5.1 采用Matlab軟件分析故障采用Matlab軟件分析故障時，發(fā)電機采用二階模型，即E'保持不變，為常數(shù)。慣性時間TJN=11，歸算到全網(wǎng)后，三臺機組等效為一臺后TJ=38.824×3=116.47。5.1.1 三相短路故障二階模型的轉(zhuǎn)子運動方程： （15）由于Pe的表達式在不同的狀態(tài)下（故障前、故障后、切除后）是不一樣的，所以需要Matlab定義多個時間段進行仿真。此外，為了加快功角的收斂速度，添加了阻尼部分，阻尼系數(shù)D設(shè)為10。