电力系统仿真

1、电力系统分析与设计例 子：电力系统可视化仿真介绍EXAMPLE1-1：题 目：双总线电力系统初始条件：总线1电压为16kV，总线2为15.75KV，负载功率为5MW，发电机功率为5.1MW。总线1与总线2之间由一条传输线连接。实验步骤：保持其他参数不变，依次调节负载功率参数，观察其他参数的变化。实验现象：当负载功率为5MW时，发电机的输出功率为5.1MW。 当负载功率调整为6MW时，发电机的输出功率为6.1MW。 当负载功率调整为4MW 时，发电机的输出功率为4.0MW。实验结论：在双总线电力系统中，当其他线路装置参数不变时，负载功率增大时，发电机的输出功率相应增大，负载功率减小时，发电机的输

2、出功率相应减小。EXAMPLE1-2：题 目：植入新的总线初始条件：在上图中保持其他条件不变，植入新的总线”Bus3”。实验步骤：在powerworld选择edit mode，在Draw中选择Network-bus，将”Bus”放置图中，双击”Bus”，将对话框中的名称改为”Bus3”，电压改为16kV。实验结果：如下图所示EXAMPLE1-3：题 目：三总线电力系统初始条件：在EXAMPLE2的基础上，通过传输线路将Bus1和Bus2与Bus3连接在一起。实验步骤： 在edit mode下，选择draw选项，选择Network中的transmission line，单击Bus1，然后将线路连

3、接到Bus3，双击完成连接。并调节字体大小和线路的颜色。在Network中选择load选项，选择load的大小。最后把系统名字改为Three Bus Powr system。实验结果：如下图所示对新系统进行调节参数实验：实验步骤：调节新总线Bus3下负载参数，观察对其它参数的影响：当负载功率为11MW时，如图当负载功率为9MW时，如图实验结论：当Bus3下负载功率增大时，Bus2和Bus3上的电压降低，发电机的输出功率增大；当Bus3下负载功率减小时，Bus2和Bus3上的电压增大，发电机的输出功率变小。调节线路上断路器的开关状态，观察其对电力系统的影响关断连接Bus1和Bus2的断路器，如图

4、关断连接Bus1和Bus3的断路器，如图关断连接Bus2和Bus3的断路器，如图实验结论：当关断其中某一路的断路器时，发电机输出功率增大。 当关断连接Bus1和Bus2的断路器时，Bus2和Bus3上的电压降低。 当关断连接Bus1和Bus3的断路器时，Bus2和Bus3上的电压降低。 当关断连接Bus1和Bus3的断路器时, Bus2电压升高，Bus3电压降低。EXAMPLE2-3：题 目：有功功率，无功功率以及并联电容对电力系统的影响初始条件：利用powerworld中2-3给出的电路。探究并联电容及负载对整个电力系统的影响。实验步骤：(1)保持负载功率不变，仅改变并联电容数值，观察电力系

5、统的变化 (2)保持并联电容不变，仅改变负载数值，观察电力系统的变化实验现象：(1)当电容上的无功功率为0kvar时，如图当电容上无功功率为60kvar时，如图当电容上的无功功率为100kvar时，如图(2)当负载有功功率为100kW时，如图 当负载有功功率为200kW时，如图当负载有功功率为50kW时，如图实验结论：(1)当负载功率恒定时，并联电容的无功功率增大，则发电机发出的无功功率减小，当增大到一定值时，线路上无功功率方向改变，此时发电机开始吸收无功功率。 (2)当并联电容恒定时，负载上的有功功率增大，则发电机发出的有功功率也随之增大；当负载上的有功功率减小，则发电机发出的有功功率也随之

6、减小。 (3)无论是并联电容上产生的无功还是发电机产生的无功，对线路上的有功功率都没有影响。电力系统分析与设计EXAMPLE3-12：题 目：三相可调分接头变比变压器：正序网络标幺值初始条件：发电机有功为500MW,无功为127Mvar，升压变压器为13.8/500kV。负载有功功率为500MW,无功功率为100Mvar。实验步骤：依次调节变压器变比，观察对电力系统的影响。实验现象：当变压器变比增大到1.00625时，如图 当变压器变比减小到0.99375时，如图实验结论：当变压器分接头变比增大时，下一级母线上的电压增大；当变压器分接头分接头变比减小时，下一级母线上的电压减小。初始条件：与上题

7、一样实验步骤：依次调节负载功率，观察对电力系统的影响实验现象：当负载有功功率增大到600MW时，如图 当负载有功功率减小到400MW时，如图实验结论：当负载有功功率增大时，临近母线电压降低；发电机有功和无功都增大。 当负载有功功率减小时，临近母线电压升高；发电机有功和无功都减小。EXAMPLE3-13题 目：电压调节和移相三相变压器初始条件：发电机有功为500MW，无功为164Mvar，移相变压器分接头起始变比为1.05000，负载有功为500MW，有功为100Mvar。实验步骤：调节度场大小，观察整个电力系统的变化实验现象：当deg增大到2.0时，如图 当deg减小到-2时，如图实验结论：当

8、deg增大时，下一级母线电压降低，移相变压器两端的有功和无功增大。 当deg减小时，下一级母线电压升高，移相变压器两端的有功和无功减小。实验步骤：当分接头变比发生变化时，观察整个电力系统的变化。实验现象：当分接头变比增大到1.05625时，如图 当分接头变比减小到1.04375时，如图实验结论：当变压器分接头变比增大时，下一级母线电压增大，变压器两侧有功功率减小，无功功率增大。 当变压器分接头变比减小时，下一级母线电压减小，变压器两侧有功功率增大，无功功率减小。EXAMPLE3-60题 目：电压调节和移相三相变压器初始条件：与上题基本一致，3.13基础上变压器每相电阻增加0.06，传输线每相增

9、加0.05，抽头变比固定值为1.05，移相角范围在-10°10°间实验步骤：调节移相角，观察有功功率损失值最小时的移相角实验现象：（1）当deg=-10时，如图（2）当deg=0时，如图（3）当deg=10时，如图实验结论：当移相角为0时有功功率损失值最小EXAMPLE5-4题 目：理想状态下长途输电线稳态稳定极限值初始条件：线电压值稳定，线路无功损耗为零实验步骤：改变负载功率，观察负载电压以及线路无功功率的损耗实验现象：（1）当负载有功增加到2249MW时，如图（2）当负载有功减小到2149MW时，如图（3）当负载无功增加到50MVar时，如图（4）当负载无功减小到-50

10、MVar时，如图实验结论：（1）增加负载有功功率，负载端总线电压增加，线路无功损耗增加减小负载有功功率，负载端总线电压减小，线路无功损耗减小。EXAMPLE5-8题 目：中间变电站对电力传输所需线路数量的影响初始条件：忽略线路损耗，每个线段表示无损耗的线模型，每个线段的饼图显示线荷载的百分比，假设容量为3500 MVA。实验步骤：调节负载有功功率的大小。 实验现象：将负载有功增加到10000MW时，如图将负载有功增加到11000MW时，如图实验结论：负载有功功率增大，各个母线上电压减小。EXAMPLE5-10题 目：串联电容补偿提高传输线载荷能力初始条件：两个母线电压为765kV，发电机有功为

11、2200MW,无功为0实验步骤：调节负载有功无功，观察对电力系统的影响实验现象：（1）当负载有功增加时，如图（2）当负载有功减小时，如图（3）当负载无功增大时，如图（4）当负载无功减小时，如图实验结论：（1）当负载有功增加（减小）时，线路中单相差增大（减小）；（2）当负载无功增加（减小）时，线路中单相差增大（减小）。电力系统分析与设计Designcase 1初始条件：在初始系统功率流的情况下，将断开的KWW发电机及其互连总线情况几个假设：1.在实际设计中，通常是多个不同的操作点/负载水平必须考虑。2.你应该考虑所有发电机的实际输出功率，包括新一代的范围，为固定值。在变化由于在系统总发电200兆

12、瓦的添加范围在系统损失的产生和任何变化都是被挑选的由系统松弛。3.你不应该修改电容器或变压器的状态调节。4你应该假设系统损耗保持不五年期，你只需考虑冲击和新设计有关于基本情况的损失。可以承担损失的价格为50美元/兆瓦时。5您不需要考虑涉及新的传输的突发事件线路和可能的任何变压器，你可以加入。6. 虽然一个适当的控制响应可能是一个意外减少范围风电场输出（通过改变音高上风力涡轮机叶片），你的主管已经明确要求你不考虑这种可能性。因此KWW发电机应总是假定有一个200兆瓦的输出。实验现象：Designcase2初始条件：找到所有的行流和在他们的范围内总线电压的大小几个假设：1你只需要考虑设计的基本情况

13、下装载水平2在实际的设计中，通常是一些二¤不同操作点/负载水平必须考虑。3.你应该考虑发电机输出为固定值；在损失的变化总是由系统松弛的。4.你不应该修改电容器或变压器的状态5.你应该假设系统损耗保持不变五年期，只需考虑冲击和新设计有关于基本情况的损失。损失的代价可以被假定为50美元/兆瓦时。实验现象：EXAMPLE 6.9题 目：功率流输入数据和Y总线初始条件：如图实验步骤：按下图输入数据实验现象：如下图所示EXAMPLE 6.10 题 目：通过高斯-塞德尔方法解决功率流问题初始条件：母线2是负载总线，输入数据观察现象实验步骤：输入数据观察现象实验现象：实验结果：利用模拟器继续迭代，

14、直到所有总线不匹配MVA的耐受性。在每次迭代下，查看总线的情况。EXAMPLE 6-11题 目：雅克比矩阵和功率流的牛顿迭代解初始条件：假定初始相位角，初始电压范围实验步骤：输入实验数据实验现象：实验结果：通常选择牛顿-拉夫逊迭代，EXAMPLE 6-12 题 目：功率流程序-发电机的改变初始条件：变压器T1之间母线1和5，加载的最大无功极限68% MVA，而变压器T2，总线之间的3和4，最大的负载为53%实验步骤:使用牛顿-拉夫逊方法，解决功率流问题实验现象：实验结果：从母线1到母线5上的变压器的负载增大。总线1到5个变压器应达到69%。EXAMPLE 6-13题 目：功率流程序：37母线系

15、统初始条件：这种情况下模型的37路母线，9号发电机含两三个不同电压等级的电力系统（345 kV、138 kV，和69千伏）57传输线和变压器。实验步骤：调整图中箭头观察变化实验现象：如图实验结果：因为现在有几个总线和违规线，电力系统不再是在安全的工作点。控制行动和设计改进是必要的纠正这些问题。EXAMPLE 6-14题 目：功率流程序：并联电容器组的影响初始条件：与例6-9相同的除了200 Mvar电容器已在母线2上。而且这个电容是打开的。实验步骤：点击电容器的电路，关闭电容，然后处理情况实验现象：打开电容关闭电容：实验结果：随着一个电容的反应输出与端电压的平方而变化。EXAMPLE6-15题

16、 目：初始条件：如图实验步骤：打开一个138/69千伏变压器运行实验结果：对于运行的敏感性发电机为0.494，表明如果我们增加这一代的1兆瓦变压器的MVA的流量将减少0.494 MVA。因此，为了减少流量15.2 MVA，我们希望增加lauf69发电机由31毫瓦，正是我们得到的试验和错误的方法。它同样清楚的是，jo345发电机，与敏感性仅为0.0335，将相对有效。在实际电力系统运行这些敏感性，被称为发电机移位因子，被广泛使用。EXAMPLE 6-17初始条件：与6-9一致实验步骤：在开放的案例6_17力世模拟器查看此示例使用直流电源流解决了这个例子以查看直流潮流选项选择选项，模拟选项显示的力

17、世模拟器选项对话框。然后选择功率流解决方案类别和直流选项。实验现象：实验结果：随着一个电容的反应输出与端电压的平方而变化。PROBLEM 6-46初始条件：使用一个100 MVA的激励，每三个传输线的阻抗0:05+ j0.1 PU。有一个180兆瓦的负荷在3总线，而总线2是一个80兆瓦的发电机和电压设定值PV。1路总线是1浦的电压设定值的系统冗余。牛顿手动使用Newton-Raphson方法与收敛解决本案0.1 MVA标准。显示你所有的工作。然后通过案例解决方案解决PowerWorld模拟器验证。实验结果：PROBLEM 6-49初始条件：这种情况是相同的，例如6.9，除了1和5之间的变压器，

18、现在是一个抽头改变变压器的抽头范围在0.9和1.1之间，一个抽头步长为0.00625。在变压器的高压侧边。当水龙头各0.975和1.1之间，表明发电机的无功功率输出1、V5、V2的变化，和总的功率损耗。实验现象：PROBLEM 6-52初始条件：打开69 kV线路公交车homer69和lauf69之间（如图所示的左下）。与线打开，确定无功量（精确到1 MVAR）需要从hannah69电容纠正hannah69电压至少1铺。实验结果：PROBLEM 6-53初始条件：在系统总的功率损失在总线blt138生成是块0mwand 20兆瓦400兆瓦之间不同的变化。什么价值blt138代最大限度地减少了系

19、统总的损失吗？实验结果：PROBLEM 6-59初始条件：使用直流电源流逼近一七总线的系统模型。总线7是系统的冗余。真正的发电/负荷在每一相如图所示，而每一单位的线路电抗（100 MVA基地）是以黄色显示在一行。（一）确定该系统和该系统的六个由六个乙矩阵。（b）使用矩阵软件如MATLAB验证的角度在一行中显示。实验结果;Problem6-61PQ、PVPQPV初始条件：在总线4代为1型或2的风力涡轮机在第一种情况下，作为一个3型或4风机在二。在这两种情况下，一个并联电容器是用来使网无功功率注入在总线相同。比较两种情况下的总线4电压，其中一个意外事故发生在2和4之间。一个3或4个风力涡轮机的一个

20、优点是什么？电压调节后的意外？在一个并联的电容器的无功输出节点电压幅值的变化是什么？实验结果：PQPV电力系统分析EXAMPLE7-5初始条件：为五大电力系统单线图，电机，传输线，变压器数据如表，系统最初没有加载，所有总线预故障电压1.05单位，使用powerworld确定每条总线用于三相电压的故障电流。实验步骤：为了使总线中单线出现故障，在总线系统右键选择fault，所选总线默认为故障总线，选择总线故障，类型为三相平衡。然后选择计算。实验结果:EXAMPLE7-6初始条件:重做7.5中在总线2和4之间加一条线，阻抗0.075，没有耦合到其他任意一条线。实验结果:EXAMPLE7-24初始条件

21、：系统在1000MVA的基准上进行实验实验步骤：确定总线2发生错误时每一个发电机和每单位总线电压幅度在每个总线电压幅值。EXANMPLE9-3初始条件：在初始系统功率流的情况下，将断开的KWW发电机及其互连总线情况几个假设：1.在实际设计中，通常是多个不同的操作点/负载水平必须考虑。2.你应该考虑所有发电机的实际输出功率，包括新一代的范围，为固定值。在变化由于在系统总发电200兆瓦的添加范围在系统损失的产生和任何变化都是被挑选的由系统松弛。3.你不应该修改电容器或变压器的状态调节。4你应该假设系统损耗保持不五年期，你只需考虑冲击和新设计有关于基本情况的损失。可以承担损失的价格为50美元/兆瓦时

22、。5您不需要考虑涉及新的传输的突发事件线路和可能的任何变压器，你可以加入。6. 虽然一个适当的控制响应可能是一个意外减少范围风电场输出（通过改变音高上风力涡轮机叶片），你的主管已经明确要求你不考虑这种可能性。因此KWW发电机应总是假定有一个200兆瓦的输出。实验现象：EXAMPLE9-3题 目：利用顺序网络计算单相接地短路初始条件：例子9.1中从总线2计算瞬变故障电流对地短路实验步骤：在总线上右键选择fault，选择单根接地短路，最后计算，确定故障电流和电压。实验现象：EXAMPLE9-8题 目：电力系统可视化仿真初始条件：电机和线路还有变压器数据如图，两个电机和变压器中性点都直接接地。由设备

23、的为零的中性电抗表示。一个每单位0.0025的中性电抗连接到发电机2的中性点,，预故障电压为1.05.实验现象：EXAMPLE9-62初始条件：在总线2和总线4之间加一条新的总线，重新确定9-8中的故障电流。实验现象：EXAMPLE9-63初始条件：在总线3上加一个发电机，此情况下计算故障电流。实验现象：例子11-4 等面积判据：三相故障时暂态稳定验 证：发生三相对地短路时，确定是否稳定或不保持并确定最大功率角初始条件：最初同步发电机如同例子11-3稳态运行。最初参数为每单位Pe（0-）=Pm=1.0 （0+）=（0-）=0=23.95度=0.4197rad 实验步骤：（一）选择Add-Ons

24、-Transient Stability-Transient Stability Analysis Form，注意Transient Stability Contingency Elements list，总线1的错误在t=0s和t=0.05s。在发电机角度看时间变化。点击Run Transient Stability 观察结果。更多点击在表格的左侧的列表中 Results。对运行的例子不同的故障持续时间，覆盖的时间（秒）场的瞬态应变元素列表，然后再次单击Run Transient Stability按钮。（二）右击总线4处发电机，选择Generator Information Dialog-

25、Stability, Machine Models 改变D为1.0 如图11-4-1 图11-4-1实验现象及结果：t=0时短路发生，Pe立刻降为0而且故障时一直保持在0状态。结果一如图11-4-2，结果二如图11-4-3 图11-4-2 图11-4-3例子11-5 等面积标准：瞬时三相故障的临界清除时间验 证：计算关键的清除时间初始条件：如上例实验步骤：选择Add-Ons, Transient Stability-Transient Stability Analysis，为了更好地观察PowerWorld单线图的结果，选择OptionsGeneral-Transfer Results to

26、Power Flow - Interval Check 点击Run Transient Stability实验现象： 如图11-5-1 图11-5-1 例子11-6等面积判据：对于清除三相故障的临界清除角验 证：计算临界清角初始条件：如上例实验步骤：同上实验现象接结果：如图11-6-1 图11-6-1例子11-7 欧拉方法：摆动方程和临界清除时间的计算机解验证：确定例子11-6临界清除角，应用改进的欧拉方法求解摆动方程，计算时间初始条件：实验步骤：观察发电机的角度和速度，不用弧度每秒显示速度，用HZ。点击Results实验现象及结果：角度如图11-7-1 速度如图11-7-2 图11-7-1

27、图11-7-2例子11-8 对于多机稳定性应用修改潮流Ybus验 证：确定导纳矩阵Y11和Y12，Y22。初始条件：考虑例子6-9暂态稳定研究的电力系统，总线2处184 MVAR并联电容器实验步骤：为了观察Y11矩阵，显示Transient Stability Analysis Form，选择States/Manual Control, Transient Stability Ybus实验现象：例子11-8b 与11-8相同实验现象：例子11-9 37总线，9发电机系统的稳定性结果初始条件：使用在Chapter 6演示使用37总线系统的暂态稳定解，该系统增强，包括经典的发电机模型实验步骤：同上

28、实验现象：如图11-9-1 图11-9-1例子11-10 双轴模型验 证：确定清除时间初始条件：对于例子11-3，用一二轴模型对同步发电机进行建模，实验步骤：选择Add-Ons-Transient Stability-Transient Stability AnalysisFormRun Transient Stability 实验现象：如图11-10-1例子11-11 异步发电机实例初始条件：如例子11-3，假设同步发电机被替换为异步发电机和并联电容器，以代表一个风电场具有相同的初始实时和无功功率输出实验步骤：选择Transient Stability Analysis form,-Stat

29、es/Manual Control 然后从一个线图查看发电机在总线4的Generator Information Dialog对话框，选择Stability, -Terminal and State-Terminal Values.实验现象：如图11-11，图11-11-2 图11-11-1 图11-11-2例子11-12 双馈异步发电机初始条件：如例子11-3，假定同步发电机与3型DFAG为代表的初始电流设置为1的无穷大的被风电场所取代。实验步骤：选择Transient Stability Analysis form,-States/Manual Control 然后从一个线图查看发电机在总

30、线4的Generator Information Dialog对话框，选择Stability, -Terminal and State-Terminal Values.实验现象：例子11-20实验步骤：这种情况下模型的例子11.4系统与阻尼在总线1发电机，并与线路故障中途总线1和3，故障时通过打开该行清除，确定此故障的临界清除时间。实验现象：如图： 例子11-25实验步骤：确定临界清除时间（最接近0.01秒）对输电线路故障对输电线路之间的总线44（lauf69）和总线4（weber69）。实验现象：如图所示例子11-27实验步骤：11-27问题与11-24问题相同，除了发电机是仿照使用一二轴模

31、型实验现象： 如图例子：11-29实验步骤：重做例子11.12发电机供给100+j22 MVA的无穷大的假设实验现象：例子 12-1 同步发电机励磁验证：用从例11.10，确定总线4端子电压后1秒，然后5秒后故障序列。初始条件：使用例子11-10假设两轴发电机增加，初始场电压和终端电压Efd和Vt，实验步骤：选择Transient Stability Analysis-States/Manual Control页面选择Transfer Present State to Power Flow更新一行显示，做一个指定的时间选择Do Specified Number of Timesteps(s)

32、，确定一秒后的终端电压选择Run Until Specified Time，完成仿真选择Continue实验现象及结果：例子 12-2 3型风力发电机无功功率控制初始条件：假设例子11-12有一个3型风力发电机组实验步骤：同上例实验现象；例子12-4 验 证：水轮机调速器对互联电力系统负载变化的响应初始条件：一个60 Hz由一个三汽轮发电机组额定功率1000、750、和500 MVA输出为300, 600, 500 MW互联的电力系统，这个例子图形中包含一个无损的9总线的三个发电机系统。 实验步骤：如上例实验现象：例子12-8 验证：PowerWorld模拟器经济调度，包括发电机的限制初始条件

33、：本例子负载392 MW，经济调度P1 = 141 MW, P2=181MV, P4 =70MV实验步骤：右击任意发电机选择generators local menu -All Area Gen IC Curves（右击图形的轴来改变他们的尺度）。看看变负荷经济调度和潮流解的影响，选择Tools-Play-one-line-Load Scalar field上下，注意Total Hourly Cost field改变。实验现象：如图所示例子12-10 验证：PowerWorld模拟器经济调度，包括发电机和线路损耗的限制初始条件：同上例子，除了每个传输线模型线路损耗实验步骤：同上实验现象：功率增加时结果如图例子12