武大电气电力系统分析综合实验报告（90分精品）

电气工程学院

《电力系统分析综合实验》 2017年度PSASP实验报告

学号：201X302540XXX 姓名：XXX 班级：201X级X班

电气工程学院 XXX 2014302540XXX

一、实验目的

本次实验的内容分为三部分：潮流计算、短路计算和暂态稳定计算。这三种计算也是电力系统最基础、最重要的三种计算。潮流计算对应电力系统的稳定运行状态，而短路计算和暂态稳定计算对用电力系统的暂态过程。

通过这次实验，能够让同学们将《电力系统分析》书本的知识和实践联系起

来，深入理解三种计算的实现形式，掌握其计算的条件、计算结果，并利用结果分析电力系统的运行状态。加强同学们独立思考、分析的能力。

同时，也能让同学们数量掌握PSASP软件的操作，在面对电力系统复杂的

运行状态时，能够独立地运用PSASP软件进行计算，得到计算结果并进行分析。这不仅仅使同学们掌握一个将书本知识运用到实际的工具，还能为以后工作时使用PSASP打下坚实的基础。

这次实验还能锻炼同学们的克服困难的能力。由于是第一次接触PSASP，在

实验的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时也会发现了自己的不足之处，通过解决诸多困难和弥补自己的不足，提升自身面对困境的能力。

二、潮流计算

2.1实验概述

潮流计算的实验内容如下：

分别计算常规方式和规划方式下的潮流计算，常规方式用的方法是牛顿-拉夫逊法，而规划方式用的是PQ分解法。在输入原始数据后，用不同的方式查看潮流计算的结果。

潮流计算的实验步骤如下：

①输入电力网络数据。数据定义要能包括整个电力网络的拓补结构，且要保证数据没有错误。

②方案定义。在计算时常常有许多种不同的方案，要预先定义不同的方案，确定其包含的数据组，才能得到进行计算。

③潮流计算作业定义。在定义方案后，需要进行作业定义，至此完成了潮流计算的贮备工作。

④计算并输出结果。结果的查看方式有报表和图示两种。 利用PSASP进行潮流计算所需要的数据有：

①母线数据。包括母线名、基准电压、区域号、电压上限和下限、单相短路容量和三相短路容量等。

②交流线数据。包括数据组、I侧母线、J侧母线、编号、所属区域、正序电阻、正序电抗、正序充电电纳的1/2、零序电阻、零序电抗和零序充电电纳的1/2等。

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③变压器数据。包括数据组、I侧母线、J侧母线、编号、连接方式、单位、正序电阻、正序电抗、零序电阻、零序电抗、激磁电导、激磁电纳、变比、I侧主抽头电压、J侧主抽头电压、J侧抽头级差，J侧抽头位置、J侧抽头最大电压和J侧抽头最小电压等。

④发电数据。包括数据组、母线名、母线类型、单位、额定容量、有功发电、无功发电、母线电压幅值、母线电压相角、无功上限、无功下限、有功上限、有功下限、X’d、X’’d、负序电抗、转子惯性时间常数。

⑤负荷数据。包括数据组、母线名、编号、母线类型、单位、有功负荷、无功负荷、母线电压幅值、母线电压相角、无功上限、无功下限、有功上限、有功下限等。

2.2实验结果

b)常规方式潮流计算拓补图及计算结果如下(结果以标幺值表示，下同)：

区域11.026∠3.7201.032∠1.967GEN2-230GEN3-230S=0.764-j0.008S=-0.241-j0.243发电21.025∠9.2803251.016∠0.728S=-0.843-j0.113S=0.608-j0.181STNA-2300.996∠-3.989STNC-23041.025∠4.665发电3STNB-2301.013∠-3.687S=-0.305-j0.16561S=0.409+j0.229GEN1-2301.026∠-2.217发电11.040∠0.000区域2 统计发电机和负荷的功率大小和系统网损如下：

规划方式潮流计算拓补图及计算结果如下：

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区域11.028∠2.5611.039∠0.323GEN2-230GEN3-230S=0.813-j0.374S=-0.192-j0.2763发电21.025∠8.107S=-0.797-j0.1152111.020∠-0.617S=0.553-j0.213STNA-2301.001∠-4.666STNC-230451.025∠3.471发电3S=0.553-j0.213STNB-2301.026∠-4.782S=-0.415-j0.06061S=0.456+j0.228GEN1-2301.031∠-2.691发电11.040∠0.000区域2 统计发电机和负荷的功率大小和系统网损如下：

c)在规划潮流方式下，增加STNC-230母线负荷的有功至1.5p.u.。潮流计算结果表示于拓补图中如下：

区域11.027∠2.1211.038∠-3.804GEN2-230GEN3-230S=1.047-j0.003S=-0.462-j0.2733发电21.025∠3.435S=-0.573-j0.1602111.015∠-6.231S=0.417-j0.206STNA-2301.003∠-7.249STNC-230451.025∠-0.652发电3S=0.417-j0.206STNB-2301.027∠-7.649S=-0.678-j0.00461S=0.682+j0.201GEN1-2301.033∠-4.205发电11.040∠0.000区域2 统计发电机和负荷的功率大小和系统网损如下：

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d)用Excel表格形式输出常规方式潮流计算如下：

全网母线(发电、负荷)结果报表 作业号： 1 计算日期：2017/04/17 时间：12:00:09单位：p.u.母线名电压幅值1.0241.0251.0320.9931.0111.0151.041.0251.025电压相角母线名有功发电0.5551.80.851.250.91无功发电0.2950.102-0.098无功负荷0.50.30.35GEN1-230 GEN2-230 GEN3-230 STNA-230 STNB-230 STNC-230 发电1 发电2 发电3 -1.72发电1 5.719发电2 3.365发电3 -2.997母线名-2.883STNA-230 2.471STNB-230 0STNC-230 11.8686.065有功负荷全网交流线结果报表 作业号： 1 计算日期：2017/04/17 时间：12:00:09单位：p.u.I侧母线名J侧母线名编号GEN1-230 STNA-230 1GEN2-230 STNC-230 3GEN3-230 STNB-230 5STNA-230 GEN2-230 2STNB-230 GEN1-230 6STNC-230 GEN3-230 4有功损耗0.0020.0060.0160.0290.0010.001无功损耗-0.162-0.108-0.302-0.165-0.157-0.214I侧有功0.3070.8260.67-0.945-0.247-0.179I侧无功0.252-0.013-0.181-0.086-0.179-0.255

用Excel表格形式输出规划方式潮流计算如下：

全网母线(发电、负荷)结果报表 作业号： 2 计算日期：2017/04/20 时间：19:41:43单位：p.u.母线名电压幅值电压相角母线名有功发电无功发电0.1780.023-0.290无功负荷0.5000.3000.350GEN1-230 1.031GEN2-230 1.028GEN3-230 1.039STNA-230 1.001STNB-230 1.026STNC-230 1.020发电1 1.040发电2 1.025发电3 1.025-2.691发电1 0.8742.561发电2 1.6300.323发电3 1.300-4.666母线名有功负荷-4.782STNA-230 1.250-0.617STNB-230 1.5000.000STNC-230 1.0008.1073.471全网交流线结果报表 作业号： 2 计算日期：2017/04/20 时间：19:41:43单位：p.u.I侧母线名J侧母线名编号GEN1-230 STNA-230 1GEN2-230 STNC-230 3GEN3-230 STNB-230 5GEN3-230 STNB-230 11STNA-230 GEN2-230 2STNB-230 GEN1-230 6STNC-230 GEN3-230 4无功损耗-0.157-0.111-0.333-0.333-0.213-0.152-0.215有功损耗0.0030.0050.0110.0110.0200.0030.001I侧有功0.4560.8130.5530.553-0.797-0.415-0.192I侧无功0.228-0.037-0.213-0.213-0.115-0.060-0.276

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e)常规方式两种潮流求解方法对比结果如下：

全网母线(发电、负荷)结果报表（牛拉法） 作业号： 1 计算日期：2017/04/17 时间：12:00:09单位：p.u.母线名电压幅值电压相角母线名有功发电无功发电0.2950.102-0.098无功负荷0.5000.3000.350GEN1-230 1.024GEN2-230 1.025GEN3-230 1.032STNA-230 0.993STNB-230 1.011STNC-230 1.015发电1 1.040发电2 1.025发电3 1.025-1.720发电1 0.5555.719发电2 1.8003.365发电3 0.850-2.997母线名有功负荷-2.883STNA-230 1.2502.471STNB-230 0.9000.000STNC-230 1.00011.8686.065全网母线(发电、负荷)结果报表（PQ分解法） 作业号： 1 计算日期：2017/04/20 时间：20:41:32单位：p.u.母线名电压幅值电压相角母线名有功发电无功发电0.2950.102-0.098无功负荷0.5000.3000.350GEN1-230 1.024GEN2-230 1.025GEN3-230 1.032STNA-230 0.993STNB-230 1.011STNC-230 1.015发电1 1.040发电2 1.025发电3 1.025-1.720发电1 0.5555.719发电2 1.8003.365发电3 0.850-2.997母线名有功负荷-2.883STNA-230 1.2502.471STNB-230 0.9000.000STNC-230 1.00011.8686.065全网交流线结果报表（牛拉法） 作业号： 1 计算日期：2017/04/17 时间：12:00:09单位：p.u.I侧母线名J侧母线名编号GEN1-230 STNA-230 1GEN2-230 STNC-230 3GEN3-230 STNB-230 5STNA-230 GEN2-230 2STNB-230 GEN1-230 6STNC-230 GEN3-230 4有功损耗0.0020.0060.0160.0290.0010.001无功损耗-0.162-0.108-0.302-0.165-0.157-0.214I侧有功0.3070.8260.670-0.945-0.247-0.179I侧无功0.252-0.013-0.181-0.086-0.179-0.255全网交流线结果报表（PQ分解法） 作业号： 1 计算日期：2017/04/20 时间：20:41:32单位：p.u.I侧母线名J侧母线名编号GEN1-230 STNA-230 1GEN2-230 STNC-230 3GEN3-230 STNB-230 5STNA-230 GEN2-230 2STNB-230 GEN1-230 6STNC-230 GEN3-230 4有功损耗0.0020.0060.0160.0290.0010.001无功损耗-0.162-0.108-0.302-0.165-0.157-0.214I侧有功0.3070.8260.670-0.945-0.247-0.179I侧无功0.252-0.013-0.181-0.086-0.179-0.255

比较常规划方式基于两种潮流求解方法的求解迭代步骤和计算结果，从上表可以看出，在常规方式下，采用牛顿拉夫逊法和PQ分解法进行潮流计算的结果一致。

规划方式两种潮流求解方法对比结果如下：

全网母线(发电、负荷)结果报表（牛拉法） 作业号： 2 计算日期：2017/04/20 时间：20:51:01单位：p.u.母线名电压幅值电压相角母线名有功发电无功发电0.1780.023-0.290无功负荷0.5000.3000.350GEN1-230 1.031GEN2-230 1.028GEN3-230 1.039STNA-230 1.001STNB-230 1.026STNC-230 1.020发电1 1.040发电2 1.025发电3 1.025-2.691发电1 0.8742.561发电2 1.6300.323发电3 1.300-4.666母线名有功负荷-4.782STNA-230 1.250-0.617STNB-230 1.5000.000STNC-230 1.0008.1073.471全网母线(发电、负荷)结果报表（PQ分解法） 作业号： 2 计算日期：2017/04/20 时间：19:41:43单位：p.u.母线名电压幅值电压相角母线名有功发电无功发电0.1780.023-0.290无功负荷0.5000.3000.350GEN1-230 1.031GEN2-230 1.028GEN3-230 1.039STNA-230 1.001STNB-230 1.026STNC-230 1.020发电1 1.040发电2 1.025发电3 1.025-2.691发电1 0.8742.561发电2 1.6300.323发电3 1.300-4.666母线名有功负荷-4.782STNA-230 1.250-0.617STNB-230 1.5000.000STNC-230 1.0008.1073.471全网交流线结果报表（牛拉法） 作业号： 2 计算日期：2017/04/20 时间：20:51:01单位：p.u.I侧母线名J侧母线名编号GEN1-230 STNA-230 1GEN2-230 STNC-230 3GEN3-230 STNB-230 5GEN3-230 STNB-230 11STNA-230 GEN2-230 2STNB-230 GEN1-230 6STNC-230 GEN3-230 4无功损耗-0.157-0.111-0.333-0.333-0.213-0.152-0.215有功损耗0.0030.0050.0110.0110.0200.0030.001I侧有功0.4560.8130.5530.553-0.797-0.415-0.192I侧无功0.228-0.037-0.213-0.213-0.115-0.060-0.276全网交流线结果报表（PQ分解法） 作业号： 2 计算日期：2017/04/20 时间：19:41:43单位：p.u.I侧母线名J侧母线名编号GEN1-230 STNA-230 1GEN2-230 STNC-230 3GEN3-230 STNB-230 5GEN3-230 STNB-230 11STNA-230 GEN2-230 2STNB-230 GEN1-230 6STNC-230 GEN3-230 4无功损耗-0.157-0.111-0.333-0.333-0.213-0.152-0.215有功损耗0.0030.0050.0110.0110.0200.0030.001I侧有功0.4560.8130.5530.553-0.797-0.415-0.192I侧无功0.228-0.037-0.213-0.213-0.115-0.060-0.276

比较规划方式基于两种潮流求解方法的求解迭代步骤和计算结果，从上表可以看出，在常规方式下，采用牛顿拉夫逊法和PQ分解法进行潮流计算的结果一致。

从上述两个表格可以看出， 牛顿-拉夫逊法的迭代步骤少，但是每次迭代时间长；而PQ分解法的迭代次数多、但是每次迭代的时间大大降低，总的来说PQ分解法的计算速度较快。两种求解方法的计算精度是一样的。

牛顿-拉夫逊法适用于35kV及以下的配电网中，PQ分解法适用于110kV及以上的电力网中；牛拉法在进行潮流计算时需要每次都更新雅可比矩阵，而PQ分解法的系数矩阵是常数，每次迭代不变，故每次迭代时间较短。

f)基于线路传输功率公式，估算GEN2-230和STNC-230、GEN2-230和STNA-230两条支路的等效阻抗，结果如下：

根据公式△P=(P2+Q2)*R/U2，△Q=(P2+Q2)*X/U2，得到R=△P*U2/(P2+Q2)，X=△Q* U2/(P2+Q2)。其中，U、P和Q采用母线节点GEN2-230的电压和功率。

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在常规方式中，计算得到GEN2-230和STNC-230支路的等效阻抗Z=0.00855+i0.0723，GEN2-230和STNA-230支路的等效阻抗Z=0.0320+i0.161

在规划方式中，计算得到GEN2-230和STNC-230支路的等效阻抗Z=0.00851+i0.0720，GEN2-230和STNA-230支路的等效阻抗Z=0.0317+i0.159

从上述结果可以看出，两次计算结果基本相同。在计算的等效阻抗中，电阻和电抗基本接近实际值，结果比较准确。

三、短路计算

2.1实验概述

短路计算的实验内容如下：

在潮流计算的基础上，计算五种方式的短路计算。方式1：基于潮流作业1的全网三相短路电流计算；方式2：基于潮流作业1的短路计算：逐个对区域1内各母线，按单相接地短路方式；方式3：基于潮流作业1的短路计算：在线路1上距离I侧50%处发生AB两相短路；方式4：基于潮流作业2的复杂故障短路计算：在线路6靠近STNB-230母线侧单相短路接地同时三相开关跳；方式5：不基于潮流的全网戴维南等值阻抗计算。并查看和输出结果。

短路计算的实验步骤如下：

①输入电力网络数据。数据定义要能包括整个电力网络的拓补结构，且要保证数据没有错误。

②方案定义。在计算时常常有许多种不同的方案，要预先定义不同的方案，确定其包含的数据组，才能得到进行计算。

③潮流计算作业定义。在定义方案后，需要进行作业定义，至此完成了潮流计算的贮备工作。

④进行潮流计算。短路计算是基于潮流计算的，需先进行潮流计算再进行短路计算。

⑤潮流计算作业定义。

⑥进行短路计算并输出结果。结果的查看方式有报表和图示两种。

利用PSASP进行短路计算所需要的数据除了进行潮流计算的基础数据，还需要输入故障信息，包括故障类型，短路点位置，是简单短路计算还是复杂短路计算。

利用PSASP进行短路计算和潮流计算之间的联系是：在进行短路计算需要先进行潮流计算，短路计算需要用到潮流计算的结果。并不是所有的短路计算都基于潮流，如全网戴维南等值阻抗计算就不需要用到潮流计算的数据。

2.2实验结果

b)由于只有短路作业1、2和3才能输出短路电流(p.u.)和短路容量(MVA)，故只查看作业1、2和3的结果如下：

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作业1结果报告短路作业号： 1短路作业描述：故障类型：ABC 母线名短路电流(p.u.)13.2338.95711.0418.9649.8448.42620.86512.6669.87GEN1-230 STNA-230 GEN2-230 STNC-230 GEN3-230 STNB-230 发电1 发电2 发电3 作业2结果报告短路作业号： 2短路作业描述：故障类型：A,G 作业3结果报告短路作业号： 3短路作业描述：故障类型：AB 短路计算日期：2017/04/25 时间:10:26:47短路计算日期：2017/04/25 时间:10:27:56短路计算日期：2017/04/25 时间:10:29:17短路容量(MVA)母线名短路电流(p.u.)13.9078.6912.76300短路容量(MVA)母线名1390.70868.971276.2700短路电流(p.u.)10.011短路容量(MVA)1001.081323.27GEN2-230 895.7STNC-230 1104.05GEN3-230 896.39发电2 984.42发电3 842.592086.481266.65987.01

c)由于只有作业1和作业2才有STNC-230的故障，故只输出作业1和作业2的正、负、零序电压结果如下：

短路点及其支路结果报表短路作业号：1单位： 电流幅值( p.u. ) 短路容量(MVA) 阻抗幅值( p.u. ) 角度(deg.)故障类型： ABC三相短路 故障母线STNC-230 相连母线支路号GEN2-230 3GEN3-230 4短路作业号：2故障类型： A相短路接地 故障母线STNC-230 相连母线支路号GEN2-230 3GEN3-230 4IK12.8966IK11.82591.4295IK02.8966IK01.63951.2571IK18.9639IK15.08453.8916IK00IK000

母线电压结果报告短路作业号：1短路计算日期：2017/04/25 时间:10:26:47单位：幅值( p.u. ) 角度(deg.)故障母线：STNC-230母线名正序电压幅值负序电压幅值零序电压幅值正序电压相角负序电压相角零序电压相角0.72330.36860.3950.58120.598700.88510.60140.5453000000000000000000356.7210.524.47355.16355.220359.6518.219.05000000000000000000GEN1-230 GEN2-230 GEN3-230 STNA-230 STNB-230 STNC-230 发电1 发电2 发电3 短路作业号：2短路计算日期：2017/04/25 时间:10:27:56单位：幅值( p.u. ) 角度(deg.)故障母线：STNC-230母线名正序电压幅值负序电压幅值零序电压幅值正序电压相角负序电压相角零序电压相角0.92690.81620.82860.86010.87790.69110.99020.89170.87280.05350.15010.14430.07190.07440.24190.02750.09860.1090.01090.09530.06930.04010.03140.4494000358.678.355.39357.76357.846.010.2814.397.99193.28185.58185.37191.26190.63183.9193.28185.58185.37187.15187.15187.15187.15187.15187.15000GEN1-230 GEN2-230 GEN3-230 STNA-230 STNB-230 STNC-230 发电1 发电2 发电3

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四、暂态稳定计算

4.1实验概述

暂态稳定计算的实验内容如下：

在潮流计算和短路计算的基础上进行暂态稳定计算。进行如下两种方式的暂态稳定计算：①基于潮流作业1，线路6母线STNB-230侧A相瞬时故障暂态稳定计算；②基于潮流作业1，母线STNB-230冲击符合扰动计算。

潮流计算的实验步骤如下：

①输入电力网络数据。数据定义要能包括整个电力网络的拓补结构，且要保证数据没有错误。

②方案定义。在计算时常常有许多种不同的方案，要预先定义不同的方案，确定其包含的数据组，才能得到进行计算。

③潮流计算作业定义。在定义方案后，需要进行作业定义，至此完成了潮流计算的贮备工作。

④进行潮流计算。由于暂态稳定计算是基于潮流的，故需要先进行潮流计算。 ⑤暂态稳定计算作业定义。

⑥进行暂态稳定计算并输出结果。结果的查看方式有编辑方式输出和直接方式输出两种。

利用PSASP进行暂态稳定计算所需要的数据除了要包括进行潮流计算所需要的基础数据，还需要输入故障信息，包括网络故障、节点扰动、计算总时间、故障时间和故障切除时等。

利用PSASP进行暂态稳定计算和潮流计算的关系是：潮流计算的暂态稳定计算的基础，在进行暂态稳定计算之前必须先进行潮流计算，暂态稳定计算需要潮流计算的结果和数据。

4.2实验结果

b)在暂态分析任务1中，功角暂态过程如下：

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母线电压暂态过程如下：

支路有功功率暂态过程如下：

由功角暂态过程可以看出，发电机1和发电机2的功角、发电机1和发电机3的功角都是等幅振荡的，这是由于没考虑阻尼的原因。如果计及阻尼，这种情况是稳定的。

在暂态稳定计算中，设置不同的切除时间，分析功角暂态过程，得到故障极限切除时间为0.484s。支路6在上述故障要求下，选取切除时间为0.500s，得到功角暂态过程如下：

可以看出，在切除时间大于极限切除时间下，发电机相对功角单调失稳。 c)在暂态分析任务2中，功角暂态过程如下：

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母线电压暂态过程如下：

支路有功功率暂态过程如下：

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