昆明理工大学课程设计 - 图文

目录

前 言··········································2 第一章 参数计算······························· 3

第一节 原始数据·································· 3 第二节 电网模型的建立····························· 4

第二章 潮流计算······························· 8

第一节 系统参数的设置····························· 8 第二节 程序的调试································· 9 第三节 网损和潮流分析···························· 16

第三章 短路故障的分析计算·····················19

第一节 序网分析····································19 第二节 短路计算····································24

心得体会·······································37 参考文献·······································38

前 言

电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷.各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。

在电力系统中可能发生的各种故障中，危害最大且发生概率较高的首推短路故障。产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏。短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路。短路故障大多数发生在架空输电线路。电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障的发生概率。短路计算可以为设备的选择提供原始数据。

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第一章 参数计算

第一节、原始数据

一组系统参数（一组7节点）

表1. 线路参数表 线路编号 线路型号 线路长度（km） 线路电阻 线路正序电抗 线路容纳之半 {Ω/km} {Ω/km} {S/km} 4-5 LGJ-240/30 128 0.047 1.82×10?6 4-6 LGJ-120/70 101 0.074 1.47×10?6 5-7 LGJ-120/25 160 0.079 0.4 1.60×10?6 6-9 LGJ-95/55 40 0.092 1.80×10?6 7-8 LGJ-240/30 78 0.047 1.78×10?6 8-9 LGJ-240/30 122 0.047 1.78×10?6 说明：线路零序电抗为正序电抗3倍。 表2. 变压器参数表 线路编号 变压器型号 变压器变比（kV） 短路电压百分数(%) 2-7 SSPL-220000 242±3×2.5%/20 10.43 3-9 SSPL-120000 242±3×2.5%/15 5.81 1-4 SSPL-240000 242±3×2.5%/17.5 11.42 说明：变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为Δ/Y0接法。

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表3. 发电机参数表1

发电机 1 2 3 表4. 发电机参数表2 发电机 1 2 3 表5. 负荷数据 节点编号 5 6 8 有功负荷(MW) 125 90 140 无功负荷(MVA) 50 30 65 母线名 1 2 3 额定功率{MW} 240 180 100 额定电压{kV} 16.5 18 13.8 '{Ω} Xd额定功率因数 0.85 0.85 0.85 TJ（S） Ra{Ω} 47.28 12.80 6.02 0 0 0 Xd{Ω} 0.32 1.93 1.51 Xq{Ω} 0.21 1.87 1.45 '{Ω} Xq' Tq0（S）Td'0（S）0.13 0.26 0.21 0.21 0.43 0.29 8.96 6.00 8.59 0.535 0.60 计算节点 7 发生各种短路故障时的短路电流

注:每组九位同学，分别计算1-9节点的短路电流，每人计算一个点。 思考题

1、 牛顿拉夫逊法与PQ分解法有哪些联系？有哪些区别？二者的计算性能如何？

2、 为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只

一次送入初始值算出结果就行呢？要考虑什么条件？各变量是如何划分的？哪些可调？哪些不可调？

3、 发电机节点的注入无功为负值说明了什么？

4、 线路有功潮流最有可能的流向是？线路无功潮流最有可能的流向是？ 5、 负荷功率因数对系统潮流有什么影响？ 6、 潮流控制的主要手段有哪些？ 7、 改善系统电压水平的措施有哪些？ 8、 如何降低系统网损？

9、 如何校验主设备的短路容量？

10、利用节点阻抗矩阵计算短路电流和利用导纳矩阵计算短路电流的算法有何异同？ 11、减小短路电流的措施有哪些？

注：思考题旨在引导同学完成设计报告并以实际计算的结果加以说明，并非以必答题的形式出现在设计报告中。

第二节 电网模型的建立

本设计中，采用精确计算算法，选取SB=100MVA，UB=220KV，

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将所有支路的参数都折算到220KV电压等级侧；

1、计算公式

（1）线路参数的计算：

（2）变压器参数的计算：

2Uk%UNSB XT?2100SNUB

（3）发电机参数的计算：（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗，故只求出暂态电抗）

''Xd?XdK2SB 2UB（4）负荷节点的计算

Z?SB(P?jQ)2S

Matlab程序为：

clc; clear;

L=[128,101,160,40,78,122];

r=[0.047,0.074,0.079,0.092,0.047,0.047];

b=[1.78e-006,1.47e-006,1.60e-006,1.80e-006,1.78e-006,1.78e-006]; disp('线路电抗X=');

X1=100/220^2*0.4*L; %线路各段电抗（均为标幺值，取Ub=220KV,SB=100MVA）

disp(X1); for i=1:6

R(i)=100/220^2*L(i)*r(i); %加分号避免出现过程项，下同 end %线路各段电阻 disp('线路电阻R=');

disp(R); %输出R for i=1:6

Z(i)=R(i)+j*X1(i); Z0(i)=R(i)+3*j*X1(i); end

disp('线路正序、负序阻抗Z1=Z2='); disp(Z); for i=1:6

Bl(i)=220^2/100*b(i)*L(i); B(i)=0+j*Bl(i);

end %线路各容纳之半

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第一步：、由上图得，所有节点均满足初始条件，调试各节点到1.0-1.05，调节2号发电机电压1.0500

各节点的电压大小V为(节点号从小到大排列)：

1.0000 1.0500 1.0000 0.9970 0.9775 0.9899 1.0268 1.0042 1.0009 第二步：得出结果可知4、5、6节点不符合要求，调变比1.025 各节点的电压大小V为(节点号从小到大排列)：

1.0000 1.0500 1.0000 1.0012 0.9885 0.9945 1.0446 1.0173 1.0056

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第三步：由结果可知：5、6节点不满足条件，调节5、6节点无功补偿分别为：0.2 、0.1 各节点的电压大小V为(节点号从小到大排列)：

1.0000 1.0500 1.0000 1.0087 1.0084 1.0032 1.0508 1.0235 1.0113 第四步：由结果可知：7节点超出条件，调节无功为-0.1

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此时程序调试完成。

（2）选用P-Q法进行检验：

运行结果为：各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）：

1.0000 1.0500 1.0000 1.0225 1.0127 1.0050 1.0398 1.0006 1.0078

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满足要求，所以调节完成。

三、对运行结果的分析：

（1）、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢？要考虑什么条件？各变量是如何划分的？哪些可调？哪些不可调？

答：潮流计算时功率方程是非线性，多元的具有多解。初始条件给定后得到的结果不一定能满足约束条件要求，要进行调整初值后才能满足。我的初始条件为： B1=[1.0000 4.0000 0 + 0.0576i 0 1.0000 0; 2.0000 7.0000 0 + 0.0574i 0 1.0000 0; 3.0000 9.0000 0 + 0.0586i 0 1.0000 0; 4.0000 5.0000 0.0124 + 0.1058i 0 + 0.2256i 1.0000 0; 4.0000 6.0000 0.0154 + 0.0835i 0 + 0.1438i 1.0000 0; 5.0000 7.0000 0.0261 + 0.1322i 0 + 0.2478i 1.0000 0; 6.0000 9.0000 0.0076 + 0.0331i 0 + 0.0696i 1.0000 0; 7.0000 8.0000 0.0076 + 0.0645i 0 + 0.1344i 1.0000 0; 8.0000 9.0000 0.0118 + 0.1008i 0 + 0.2102i 1.0000 0] B2=[2.4000 + 1.4874i 0 1.0000 1.0000 0 1.0000; 1.8000 + 1.1155i 0 1.0000 1.0000 0 3.0000; 1.0000 + 0.6197i 0 1.0000 1.0000 0 3.0000; 0 0 1.0000 0 0 2.0000; 0 1.2500 + 0.5000i 1.0000 0 0 2.0000; 0 0.9000 + 0.3000i 1.0000 0 0 2.0000; 0 0 1.0000 0 0 2.0000; 0 1.0000 + 0.3500i 1.0000 0 0 2.0000; 0 0 1.0000 0 0 2.0000] 而运行出来的结果为

不满足条件。所以需要调节变压器变比为1.05，发电机电压给定值以及各个节点的无功补偿之后才满足条件。

|?ij|??U?Ui?Uimax，Pimin?Pi?Pimax，Qimin?Qi?Qimax，

其约束条件有：imin。

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2、7节点发生三相短路的程序结果： 运行结果为

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整理后

1）短路点的电流：

标幺值： 1.7263-14.1449i 有名值（kA）： 0.4333- 3.5504i 有名值与标幺值的转化公式：

I?I*

*I BIB?3*UBSB

IB?100?0.251kA3*230

电压有名值 185.1500-5.3820i(kV) 93.932(kV) 152.5130+8.7860i(kV) 142.278+10.741i(kV) 71.4610+17.1580i(kV) 各节点电压:

节点号 1 2 3 电压标幺值 0.8050 + 0.0234i 0.4084 0.6631+0.0382i 0.6186+0.0467i 0.3107+0.0746i 0.5426+0.0619i 0-2.7756e-17i 0.1766+0.0655i 0.5254+0.0549i 4 5 6 7 8 9 各支路电流:

124.7980+14.2370i(kV) 0(kV) 40.6180+15.0650i(kV) 120.8420+12.6270i(kV) 27

支路编号 1 2 3 4 4 5 6 7 4 7 9 5 6 7 9 8 电流标幺值 -0.4891 -3.9107i 电流有名值 -0.1228-0.9816i(kA) 0.0000 – 8.6163i 0.0000-2.1627i(kA) -0.3462 – 2.8456i -0.0869-0.7142i(kA) -0.2890 – 3.1803i -0.0725-0.7983i(kA) -0.2001 - 0.9947i -0.0502-0.2497i(kA) 0.6168 - 2.5681i 0.1548-0.6446i(kA) 0.2320 -0.5699i 0.0582-0.1430i(kA) -1.1095 + 2.9933i -0.2785+0.7513i(kA) 3、对运行结果的分析: 由上面的结果可知，当发生三相短路时，其短路点的电压为0，短路点的电流为最大，这与理论都是相符的。

二、不对称短路

简单不对称故障（包括横向和纵向故障）与对称故障的计算步骤是一致的，首先算出故障口的电流，接着算出网络中各个结点的电压，由结点电压即可确定支路电流，所不同的是，要分别按三个序进行(如图3—1、3—2、3—3所示)。

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正序网络图

负序网络图

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零序网络图

运行程序后的结果：

（1）故障点和各支路序电流标幺值

单相接地 两相短路 两相接地 正序电流标幺值 负序电流标幺值 零序电流标幺值 1.3955-0.0055i 0.8715 – 6.3708i 短路点（51.2920 – 6.3132i 节点） 1.3955-0.0055i 1.3955-0.0055i -0.8715 +6.3708i 0 -0.5271 +6.4273i -0.7649 - 0.1141i （2）故障点和各支路相电流标幺值（有名值）

A相电流标幺值 （有名值） 4.1866 - 0.0165i 单相接地 短路 （1.050-0.0041） 两相短路 支路号 0（0 ） 两相接地短路 0（0 ） B相电流标幺值 （有名值）KA 0（0） -11.0346-1.5095i (-2.7697-0.3789i ) -12.1810-1.7466i (-3.0574-0.4384i ) C相电流标幺值 （有名值）KA 0（0） 11.0346+1.5095i (2.7697+0.3789i ) 9.8863 + 1.4043i (2.4815+0.3525i ) （3）各节点序电压标幺值

故障类型 单相接地短路 节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 两相短路 1 2 3 4 正序电压标幺值 0.9953-0.0187i 1.0421-0.0623i 0.9922-0.0321i 负序电压标幺值 零序电压标幺值 -0.0063-0.0225i -1.0059+0.4535i -0.0095 - 0.0619i -0.0106 - 0.0390i -0.9899+ 0.2194i -1.0075+ 0.4464i -1.0059+ 0.4535i -1.0079+ 0.4312i -1.0044+ 0.4710i -1.0146+ 0.2249i -1.0169+ 0.3711i -1.0075+ 0.4464i 0 0 0 0 0.9984 - 0.0372i -0.0125 - 0.0450i 0.9898 - 0.0666i -0.0213 - 0.0805i 0.9904 - 0.0439i -0.0156 - 0.0530i 1.0355 - 0.1017i -0.0189 - 0.1232i 1.0035 - 0.0812i -0.0229 - 0.0981i 0.9988- 0.0464i -0.0152 - 0.0561i 0.9119 + 0.0093i 0.1068 - 0.0141i 0.7605 - 0.0042i 0.2887 - 0.0034i 0.8477 + 0.0150i 0.1846 - 0.0232i 0.8318 + 0.0185i 0.2132 - 0.0282i 30

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