电力系统分析课程设计实验指导书

1、电力系统分析课程设计实验指导书一、课程设计的目的与任务 :该课程设计为电气工程及其自动化专业的主要专业课设计之一， 是学习电力 系统分析基础课程后的一个重要的实践性教学环节。 其目的在于巩固和加深对电 力系统潮流和短路电流计算基本原理的理解， 学习和掌握应用计算机进行电力系 统设计和计算的方法，培养学生独立分析和解决问题的能力。二、课程设计的基本要求 :掌握电力系统等值模型和参数计算，以及潮流和短路计算的基本原理，学会 应用计算机计算系统潮流分布和短路电流的方法。三、课程设计选题原则 :该课程设计是根据电力系统分析基础课程内容， 结合实际工程和科研的电力 系统网络进行系统的潮流和短路电流计算。

2、四、课程设计内容 : 1 、课程设计地点：机房和教室2、设计内容（1）电力系统潮流计算（ 2）电力系统短路电流计算 具体内容包括：1）系统等值模型和参数计算。2）编制电力系统潮流和短路计算程序。3）计算结果分析。4）编写说明书。3、时间安排1、系统等值模型和参数计算（ 2 天）2、编制算法程序并进行计算（ 2 天）3、计算结果整理和分析（ 1 天）4、编写说明书（ 1 天）5、成绩考核（ 1 天）五、课程设计主要参考资料：1、李光琦.电力系统暂态分析.北京：水利电力出版社.第二版2、陈珩.电力系统稳态分析.北京：水利电力出版社.第二版3、孟祥萍.基于MATLAE的电力系统设计与计算.长春：吉林

3、人民出版社4、孟祥萍.电力系统分析.北京：高等教育出版社六、课程设计成绩考核：根据学生的平时表现， 说明书，以及设计完成后的口试成绩等进行综合评定。 课程结束时，要求学生有课程设计说明书。课程设计成绩以平时成绩（占 50%）、 设计说明书（占 50%）进行综合评定。 3 个同学一个题目，一个班题目不能选重 复。七、课程设计题目（一）电力系统潮流的计算机计算1. 题目电力系统潮流的计算机计算2. 目的和要求通过课程设计，使同学们掌握电力系统P-Q分解法潮流计算（包括理论分析计算和数值计算）的基本原理和数值计算仿真的基本过程（包括算法的确定），同时也有助于计算机操 作能力和软件开发能力的提高。要求

4、手工计算和计算机仿真出给定系统的潮流分布（包括节点电压和支路功率计 算）；开发语言：FORTRA或C语言。3. 内容1. 复习PQ分解法潮流计算，弄清基本原理，写出程序框图（课堂复习讲授）；2. 复习计算机语言，并根据程序框图制定分步实施方案，给出进度表；3. 为各阶段准备原始数据和计算过程模拟数据，确定合适的数值计算方法。4. 编程上机调试；连调。5. 计算分析给定系统潮流分布并与手工计算结果作比较分析。6. 准备老师检查（计算机演示），书写该课程设计说明书（尽可能计算机打印）。4. 成品要求（1 ）设计说明书成品要求书写工整，内容全面，简明扼要，层次清楚。具体应包括：1）.原始资料，手工计

5、算的过程及结果。2）. P-Q分解法的原理、特点及适用场合，潮流数学模型的建立。3）.数学计算方法的确定及其原理（如因子表法）4）.程序流程图及分步实施方案。5）.原始数据的说明，初始条件的确定，中间计算过程数据，最终计算结果及结 果分 析（并与手工计算结果比较）。（2）源程序清单包括输入输出变量说明，输入输出数据文件。5. 进度安排第1天：求解潮流的原理，算法的确定等。第2天：编写程序流程图，确定分步实施方案，复习计算机语言，初步编写源程序。第3 7天：上机调试程序，分析验证。第8天：撰写课程设计报告。第9-10天：打印整理报告，老师检查答辩。6. 参考文献（1）.何仰赞等，“电力系统分析（

6、上、下）”华中理工大学出版社。（2）.西安交通大学等，“电力系统计算”，水利电力出版社。7. 原始资料题一：在如图1所示的简单电力系统中，网络各元件参数的标幺值如下：Z12=0.01+ j 0.40 Y120=Y210=j 0.01528 Z13=j 0.3 k=1.1Z14=0.12+ j 0.50 Y140=Y410=j 0.01920 Z24=0.08+ j 0.40Y240=Y420=j 0.01413系统中节点1，2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点，已给定 P1+jQ1=-0.30- j 0.18 P2+jQ2=-0.55- j 0.13 P3=0.5，V3=1.10，

7、V4=1.05（相角为 0）容许误差e=10-5图1电力系统图题二：简单电力系统如图 2所示，已知各个线路阻抗和节点功率为：Z12=24+j 22( Q),Zl3=10+j 16( Q)，Z23=13.5+j 21( Q)，S°2=20+j 15( MVA), S°3=25+j 18( MV，系统中 节点1、2为PQ节点，其功率已给定：P1+Ql=-20- j 15(MVA，P2+jQ2=-25-j 18(MVA，节 点 3 为平衡节点， V1=115.0 Z0( KV)。题三：如图1所示的简单电力系统中，网络各元件参数的有名值如下：Zi2=12.1 + j 48.4 Q;

8、 yi2 o = y2i o = j 0.000126 ST： S=100MVA Vs% = 24.79； K=n O kV/nkVZ14 = 14.52 + j 60.5 Qy_ = y_ = j 0.000159 SZ24 = 9.68 + j 48.4 Q y240 = y 420 = j 0.000117 S系统中节点1 , 2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点，已给定P + jQ1 = -30 - j 18 MVAP2 + jQ2 = -55 - j 13 MVAF3 = 50 MW Vs = 11kV 7 = 115.5 Z00 kV容许误差夕=10-5题四：如图2电力

9、系统，各元件的参数如下：发电机 G: 60MVA Xd'' =0.12;调相机 SC: 5MVA, Xd'' =0.2 变压器 T-1: 31.5MVA Vs%=10.5.变压器 T-2: 20MVA，Vs%=10.5.变压器 T-3: 7.5MVA，Vs%=10.5. 线路 L-1: 60km;线路 L-2: 20km; 线路 L-3: 10km;电抗为 0.4Q/km负荷 LD-1: 30MVA;负荷 LD-2: 18MVA;负荷 LD-3: 6MVA;ID.5KV L15KV6.3KVSCLD-I<LLX3题五:目标电网单线图系统参数表1.线路参数表

10、线路编号线路型号线路长度（kn）线路电阻 Q/km线路正序电抗 Q/km线路容纳之半S/km4-5LGJ-240/301040.047(15)1.78 X 10 64-6LGJ-120/701100.0740.461.47 X 105-7LGJ-120/25980.0791.60 X 10 66-9LGJ-95/551630.09261.80 X 107-8LGJ-240/30880.0471.78 X 10 68-9LGJ-240/301220.0471.78 X 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（）2-7SSPL

11、-220000242± 3X 2.5%/20103-9SSPL-120000242± 3X 2.5%/1561-4SSPL-240000242± 3X 2.5%/17.511说明：变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为 /丫。接法。表3.发电机参数表1发电机额定功率MW额定电压kV额定功率因数120016.50.852180180.85310013.80.85表4.发电机参数表2发电机母线 名Xd ©Xd ©Td0 (S)Xq ©Xq QTq0 ( S)Tj (S)110.14600.06088.960.09690.0969047.28

12、220.89580.11986.000.86450.19690.53512.80331.31250.18138.591.25780.25000.6006.02表5.负荷数据表节点号有功负荷（MW无功负荷（MVA51255069030810035题六:Table I Line Data of the 6-Bus System on 100 MVA BaseTapRatioLi ne Bus NumberR Number From To1120.0000.3001.025题7:如图7所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为 标幺值示于图中。(Sb=100MVA VB=Vav)，计算系统的潮流分布

13、。10kV和110kV，各元件参数2140.0970.4073160.1230.5184250.2820.6405350.7231.0506430.0000.1331.1007460.0800.370（二）系统三相短路电流的仿真计算1. 题目电力系统二相对称短路电流的计算2.设计目的与要求通过课程设计，巩固学生电力系统中有关二相短路计算的基本原理与方法，掌握短路电流的数值求解方法（三角分解法等），开发系统三相短路电流的计算程序。同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。要求手工计算和计算机仿真岀给定系统三相短路后的短路电流和节点电压。开发语言：matlab语言。主要内容1

14、.形成算例系统节点导纳矩阵，准备原始数据，并手工计算短路电流。2.确定合适的数值计算方法（三角分解法）。3.上机编程调试。4.计算算例系统的短路电流、支路电流和节点电压。5.计算机演示答辩，书写该课程设计说明书。3.计算原理1、三相对称短路的计算现系统在f点发生三相短由n个节点组成的电力系统，假定 宀2,gn为电源节点, 路，根据迭加原理写成以节点阻抗矩阵表示的节点电压方程：U ZI （1）式中：U Ui,U2,UnT为节点电压列向量Z12,Zn1Zn2乙nZ2nZnn为网络节点阻抗矩阵I Il,l2InT为节点注入电流列向量I 0 I F(2)式中: I 0 I 01, I 02 ,IonT

15、为故障前节点注入电流列向量If 0,0,0T为节点注入电流故障分量对应节点f,式（2）代入（1 ）得U ZIo ZIf Uo ZIf（3）式中：U0U 01,U 02 ,为故障前节点电压列向量UiU01乙，乙2，.，Z1n0U2U02Z21Z22 .，Z2n0UiU0iZiiJZi2.Zin0UfU°fZfiJZf2 .,ZfnIf也即UnU°nZn1JZn2 .,Znn0(4)按第i行展开得Ui U°i ZifIf对于f点有Uf Uof Zfflf（6）f点发生金属性三相短路时，Uf 0因此If Uof/Zff，（ 7）故障前节点电压U0102,，Uof，U&#

16、176;n可由潮流计算得到，近似计算时,认为 Uf 1（11,2,., n）因此:If 1/Zff（ 8）及:Ui1 Zif/ Zff（ 9）pqkUp ）Zpq2、节点阻抗矩阵元素 Zif及Z f的计算那么如何由由于节点导纳矩阵具有稀疏性，一般来讲，电力系统总是用节点导纳表示,节点导纳矩阵求得阻抗矩阵元素Zif及Zff呢?Y求逆，因为事实上，节点阻抗矩阵 Z即为节点导纳矩阵 Y的逆阵，但我们没有必要对 我们只用到Z中的第f列元素Zy，计算原理如下：由UZIU1Z11,Z12, .,Z1nI1U2Z21乙2.,Z2nI2UiZi1JZi2 .z.inIiUfZf1JZf2 .，Z fnIfUn

17、Zn1JZn2 ., ZnnIn （ 11）令 Ii 0(11n,lf),lf1，则有UiZif(i1 n)(12)以节点导纳矩阵表示的节点电压方程I YU (13)令 Ii 0(I 1n,lf), If1,w1112IiIf¥1,¥2,Yn U1Y2nU2Y1Y2,Yn UiYf1Yf2YmYn2YfnUfYnnUn(14)0Yn,Y2,.,九U10丫21Y22.,丫 2nU20Y1JY2.,YnUi1Yf1JYf 2.,YfnUf0YmJ%2 .,YnnUn由于方程（15）与方程（11）等价，故方程（15）的解U|, U,，U,即为 Zlf, Z2f，Znf。4. 计算

18、步骤1、输入数据2、形成节点导纳的矩阵3、令 Ii 0（I1n，1f），If 1 求解I=YU（也即方程（15）得U, U2,，U即为Zif,乙f，Znf4 利用式（8）、（ 9）计算If及U5、利用式（10）计算支路电流5. 报告要求原始资料，手工计算的过程及结果。三相对称短路数学模型的建立。数学计算方法的确定及其原理（如LR分解军法）。程序流程图及分步实施方案。源程序清单。6. 报告要求原始资料，手工计算的过程及结果。三相对称短路数学模型的建立。数学计算方法的确定及其原理（如LR分解军法）。程序流程图及分步实施方案。源程序清单。7. 题目题目8f点发生三相短路时，短路点已知系统接线如图 9

19、-22所示，各元件参数已标在图中。求在 的总电流及各发电机支路的电流。10.5kV250MVAX =0.445MVAX d =0.125300MVAUk%=9.8115kV50km115kV60MVAUk%=10.5115kV30km50kmf (3)(线路电抗0.4Q /km )习题9-22图题目9系统结线如图9-21所示，有关参数标于图中，发电机均装有自动电压调节器。当f点发生三相短路时，计算短路点的总电流及各支路的电流。0.4 Q /km110kV130km:G1o_SS=300MVA2X 20MVA2X 30MVA 10.5kVUk%=10.5Xd =0.13Xs=0.5GDg习题9-21图题目10电力系统结线如图 9-20所示。A系统的容量不祥，只知断路器QF的切断容量为3500MVA,B系统的容量为100MVA，电抗Xb=0.3，试计算当f点发生三相短路时计算短路点的总电流及各支路的电流。题目11系统结线如图 流。9-19所示。当f点发生三相短路时，计算短路点的总电流及各支路的电f (3)250MVAXp "=0.3习题9-19图题目12某大型火电厂主接线示于图 9-18