电力系统课程设计说明书-电力系统运行方式分析和计算.docx

电力系统课程设计说明书 电力系统运行方式分析和计算 华南理工大学电力系 电气工程和及其自动化 专业课程设计(论文)任务书兹发给2008级电气工程及其自动化班学生 课程设计任务书,内容如下：1. 课程设计题目： 电力系统运行方式分析和计算 2. 应完成的项目：a. 根据负荷和机组出力变化，拟定两种典型运行方式，形成潮流计算参数；b. 用matlab编制潮流计算程序，完成典型运行方式的潮流计算并进行分析；c. 用powerword软件对自己编制的软件计算结果进行校核和分析；d. 用所编制的潮流程序完成大方式的“n-1”潮流校核；e. 用matlab编制三相短路的短路容量计算程序；f. 对主要220kv母线进行三相短路容量测算，并与powerworld校核；g. 选择2-3种故障方案，用powerworld进行稳定计算；3. 参考资料以及说明a. 电力系统分析（上、下册）华中科技大学出版b. 发电厂电气部分高等学校教材c. 电网调度运用技术东北大学出版社d. powerworld 15使用手册e.4. 本毕业设计（论文）任务书于2011年12月19日发出，应于2011年 12 月 30 日前完成，然后提交课程考试委员会进行答辩。系主任 批准 年 月 日教员组主任 审核 年 月 日指导老师 签 发 2011 年 12月 15日一 课程设计题目及设计任务1.1课程设计题目一个220kv分网结构和参数如下：500kv站（#1）的220kv母线视为无穷大母线，电压恒定在230kv。图中，各变电站参数如下表：编号类型220kv最大负荷，mva#1500kv站平衡节点#2220kv站230+j20#3220kv站350+j90#4220kv站250+j85#5220kv站410+j90各变电站负荷曲线基本一致。日负荷曲线主要参数为： 日负荷率：0.85，日最小负荷系数：0.64各线路长度如图所示。所有线路型号均为lgj-2*300，基本电气参数为：正序参数： r = 0.054/km, x = 0.308/km, c = 0.0116 f/km；零序参数： r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, c0 = 0.0078 f/km；40c长期运行允许的最大电流：1190a。燃煤发电厂g有三台机组，均采用单元接线。电厂220kv侧采用双母接线。发电机组主要参数如下表：机组台数单台容 量（mw）额定电压（ev）功率因数升压变容量mvaxdxdxqtd0tj=2h230010.50.853501.80.181.287125010.50.853002.10.21.576升压变参数均为vs%=10.5%，变比10.5kv/242kv。不计内阻和空载损耗。稳定仿真中发电机采用无阻尼绕组的凸极机模型。不考虑调速器和原动机模型。不考虑电力系统稳定器模型。励磁系统模型为：主要参数如下：ka=40 ta=0.1 ta1=0.1 kf=0.05 tf=0.7 vrmax=3.7 vrmin=0.0 发电厂按pv方式运行，高压母线电压定值为1.05vn。考虑两种有功出力安排方式： 满发方式： 开机三台，所有发电机保留10%的功率裕度； 轻载方式： 仅开250mw机组，且保留10%的功率裕度； 发电厂厂用电均按出力的7%考虑。1.2课程设计任务设计的主要内容：1、根据负荷变化和机组出力变化，拟定至少两种典型运行方式；2、进行参数计算和标幺化，形成两种典型运行方式的潮流计算参数；3、用matlab编制三相短路的短路容量计算程序；4、对主要220kv母线进行三相短路容量测算，并与powerworld的计算结果进行校核；5、自行选择2-3种故障方案，用powerworld进行稳定计算，给出要拍曲线，并计算故障的极限切除时间。二设计过程1. 典型运行方式的拟定对负荷情况和发电机机组出力情况的分析如下：负荷情况：编号类型220kv最大负荷，mva#1500kv站平衡节点#2220kv站230+j20#3220kv站350+j90#4220kv站250+j85#5220kv站410+j90各变电站负荷曲线基本一致。日负荷曲线主要参数为： 日负荷率：0.85，日最小负荷系数：0.64因为 负荷率km=pavpmax,最小负荷系数=pminpmax,所以由以上数据可得各变电站的最小负荷和平均负荷如下：编号类型220kv最大负荷（mva）220kv平均负荷（mva）220k最小负荷（mva）#1500kv站平衡节点平衡节点平衡节点#2220kv站230+j20195.5+j17147.2+j12.8#3220kv站350+j90297.5+j76.5224+j57.6#4220kv站250+j85212.5+j72.25160+j54.4#5220kv站410+j90348.5+j76.5262.4+j57.6总计1240+j2851054+j242.25793.6+j182.4发电机参数：机组台数单台容 量（mw）额定电压（ev）功率因数升压变容量mvaxdxdxqtd0tj=2h230010.50.853501.80.181.287125010.50.853002.10.21.576根据发电机的装机情况和负荷的情况，安排发电厂的两种典型运行方式如下：当负荷较重时，发电厂采用满发方式，即开机三台，所有发电机保留10%的功率裕度；而当线路轻载时，发电厂采用轻载方式，即仅开250mw机组，且保留10%的功率裕度。发电厂厂用电均按出力的7%考虑，所以两种运行方式下发电机实际所能提供的功率为：满发方式：2300+j3000.85+250+j250tan(arccos0.85)1-7%-10%=705.5+j437.23 mva轻载方式：250+j250tan(arccos0.85)1-7%-10%=207.5+j128.60 mva2. 潮流参数的计算网络的等效电路如下（后面的程序需要，对结点重新编号）：线路参数：基本电气参数为：正序参数： r = 0.054/km, x = 0.308/km, c = 0.0116 f/km；由线路图可知，各条线路长度都不超过100km,所以可用近似参数计算，每条线路都用一个型电路来代替。相关参数计算如下：z=(r0+jx0)lb=jc0*lqb=-12bvn2选取vb=220kv,sb=100mva,则zb=vb2sb=484所以归算完之后的线路参数如下：编号长度/kmz/y/10-4z*y*qb/mvarqb*1872.349+j13.398j3.17054.8533e-3+j0.02770.1535-15.3452-0.15342882.376+j13.552j3.20694.9091e-3+j0.0280.1552-15.5214-0.15523561.512+j8.624j2.04083.1240e-3+j0.01780.0988-9.8774-0.09884471.269+j7.238j1.71282.6219e-3+j0.01500.0829-8.29-0.08295280.756+j4.312j1.02041.5620e-3+j0.008910.0494-4.9388-0.04946240.648+j3.696j0.87461.3388e-3+j0.007640.0423-4.2332-0.0423根据以上参数得出的结点阻抗矩阵和导纳矩阵如下：支路阻抗矩阵12345610inf3.1240e-3+j0.0178infinf4.8533e-3+j0.02772inf0inf1.5620e-3+j0.00891inf4.9091e-3+j0.02833.1240e-3+j0.0178inf0inf2.6219e-3+j0.0150inf4inf1.5620e-3+j0.00891inf01.3388e-3+j0.00764inf5infinf2.6219e-3+j0.01501.3388e-3+j0.007640inf64.8533e-3+j0.02774.9091e-3+j0.028infinfinf0支路导纳矩阵：1234561000.0988j000.1535j20000.0494j00.1552j30.0988j0000.0829j0400.0494j000.0423j05000.0829j0.0423j0060.1535j0.1552j0000发电机参数：标幺化后的发电机的两种运行方式下的功率和电压为：运行方式有功有名值/kw标幺值电压定值（标幺值）满发方式705.57.0551.05轻载方式207.52.0751.05变压器参数：升压变参数均为vs%=10.5%，变比10.5kv/242kv。不计内阻和空载损耗。所以变压器的漏抗为300mva:xt1=vs%vn2snsbvb2=0.10524223001002302=0.0387250mva:xt2=vs%vn2snsbvb2=0.1524222501002302=0.0664标幺后结点功率参数如下：母线编号1234大方式2.3-0.0522j3.50+0.6954j2.50+0.6683 j4.10+0.8083j小方式1.472-0.1242j2.24+0.3714j1.60+0.4451j2.62+0.4843j3. 短路容量计算程序的编制3.1三相短路电流计算程序的思路对于要计算的网络，我们已知网络的结点导纳矩阵（不包含发电机和负荷），经潮流计算后可知各个节点的电压，利用这些信息我们可以求出某个结点发生三相短路时的对地电流。假定系统中的f经过过渡阻抗zf发生短路。保持故障处的边界条件不变，把原有部分同故障支路分开，如下图。对于正常状态的网络而言，发生短路相当于在故障节点f增加了一条注入电流-if，因此网络中任意节点i的电压可表示为可见，任一节点i的电压都由两项叠加而成。第一项是正常运行状态下的节点电压，记为，第二项是当网络所有电流源都短接时，仅仅由短路电流,在节点i产生的电压，这就是结点电压的故障分量。根据故障点的边界条件：，与节点电压的方程联立可解得短路结点的对地电流上式中的代表短路结点的自阻抗，结点阻抗矩阵通过结点导纳矩阵求得，使用matlab可以方便地求出结点阻抗矩阵。节点的负荷在短路计算中一般作为节点的接地电压支路并用恒定阻抗表示，其数值为3.2短路计算源程序function duanlu%此程序用于短路容量的计算z=input(请输入各支路阻抗矩阵);%应输入一方阵，z（i,j）代表结点i与节点j之间的支路阻抗，但由于不存在支路阻抗z(i,i)，因此z(i,i)=0。y=input(请输入各支路电纳矩阵);%应输入一方阵，y（i,j）代表结点i与节点j之间的支路的对地导纳，但由于不存在支路阻抗y(i,i)，因此y(i,i)=0。l=input(请输入结点负荷);%应输入一向量，l（i）代表i节点所接负荷，没有负荷的结点则为0。v=input(请输入各节点电压);%应输入潮流计算结果的各节点电压。m,n=size(z);%获得节点间阻抗矩阵z的行数和列数,m、n为行数和列数，因为z是方阵，所以应有m=n。for i=1:n; y(i,i)=0; for j=1:n; if z(i,j)=0; y(i,i)=y(i,i)+1/z(i,j)+y(i,j); end endendfor i=1:n; for j=1:n; if i=j ; if z(i,j)=0; y(i,j)=-1/z(i,j); else y(i,j)=0; end end endend%以上为生成节点导纳矩阵（没有考虑负荷）。for i=1:n yld(i)=conj(l(i)/v(i)2; y(i,i)=y(i,i)+yld(i);%负荷的处理 endz=inv(y);for i=1:nik(i)=v(i)/z(i,i);sk(i)=abs(ik(i)*30.5*100;enddisp(各节点短路时的短路电流幅值)disp(abs(ik)disp(短路结点所对应的短路容量)disp(sk)4. 三相短路容量测算4.1程序运行结果用短路程序运行的结果如下： duanlu请输入各支路阻抗矩阵0 inf 3.1240e-3+0.0178j inf inf 4.8533e-3+0.0277j;inf 0 inf 1.5620e-3+0.00891j inf 4.9091e-3+0.028j;3.1240e-3+0.0178j inf 0 inf 2.6777e-3+0.0150j inf;inf 1.5620e-3+0.00891j inf 0 1.3388e-3+0.00764j inf;inf inf 2.6777e-3+0.0150j 1.3388e-3+0.00764j 0 inf; 4.8533e-3+0.0277j 4.9091e-3+0.028j inf inf inf 0请输入各支路电纳矩阵0 0 0.0991j 0 0 0.1535j;0 0 0 0.0494j 0 0.1552j;0.0991j 0 0 0 0.0829j 0;0 0.0494j 0 0 0.0423j 0;0 0 0.0829j 0.0423j 0 0;0.1535j 0.1552j 0 0 0 0请输入结点负荷2.3-0.0522j 3.50+0.6954j 2.50+0.7511j 4.10+0.8138j 0 0请输入各节点电压0.9873-0.0704j 0.9760-0.0799j 0.9839-0.0738j 0.9810-0.0751j 1.0491-0.0434j 1.05各节点短路时的短路电流幅值 12.2625 12.6467 12.5965 12.7942 13.5480 12.9097短路结点所对应的短路容量 1.0e+003 * 1.2876 1.3279 1.3226 1.3434 1.4225 1.35554.2powerworld仿真结果用powerworld对主要的220kv母线进行三相短路计算，计算结果如下：结点编号123456短路电流幅值/a3190.2803396.3503356.6803499.8003579.6203216.590短路电流标幺值12.15712.94212.79113.33613.64012.257powerworld短路计算结果与程序运行的结果较接近，所以程序对短路计算的方法是对的。所以短路容量分别为：结点编号123456短路容量/kmw1.27091.35311.33721.39421.42601.28145. 稳定计算5.1稳定参数的归算和发电机模型的选择稳定计算时相关参数应归算为系统的基准值下的标幺值，原始参数如下：机组台数单台容 量（mw）额定电压（ev）功率因数升压变容量mvaxdxdxqtd0tj=2h230010.50.853501.80.181.287125010.50.853002.10.21.576电抗的归算：x=xnvn2snsbvb2时间常数的归算：t=tnsnsb归算后的参数如下：机组台数单台容量（mw）xdxdxqtd0h23000.60.060.42.666710.512500.840.080.62.87.5暂态稳定计算时，若设置不对称短路，还需用到线路的零序参数，零序参数： r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, c0 = 0.0078 f/km；归算为标幺值后如下：参数的设置线路87km8856472824r00.03360.03390.02160.01810.01080.0093x00.15920.16100.10250.0860.05120.0439c00.11280.11410.07260.06090.03630.0311发电机模型和励磁模型的选择稳定仿真中发电机采用无阻尼绕组的凸极机模型，对应的powerworld中的发电机模型为gentra模型。不考虑调速器和原动机模型。不考虑电力系统稳定器模型。励磁系统模型为：主要参数如下：ka=40 ta=0.1 ta1=0.1 kf=0.05 tf=0.7 vrmax=3.7 vrmin=0.0 对应的励磁系统的模型为bpa-eg。 5.2暂态稳定仿真在powerworld中设置不同类型的故障，观察发电机的功角曲线以判断发电机是否失稳。5.2.1母线三相短路在节点1设置三相短路，短路发生时间为第5s，在5.91s清除故障，此过程中发电机的功角曲线如下：由功角曲线可知，故障发生后，三号机组失稳，一号机和二号机的功角在震荡后又回到原来的稳定运行状态。若故障在5.90s时清除，则发电机的功角曲线如下：所以节点1发生三相短路故障时的极限切除时间为0.9s。5.2.2变压器相间短路在一号机组的升压变设置出现相间故障，故障发生时间为第5s,故障清除时间为5.25s，此过程发电机的功角曲线如下：由功角曲线可得，故障发生后0.25s清除，一号机失稳，二号机和三号机经震荡后