电力系统分析综合实验一潮流计算实验

1、电力系统分析综合实验一：潮流计算实验课程名称：电力系统分综合实验指导老师：成绩：实验名称：潮流分析实验实验类型：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要 仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求通 过本实验熟悉PSCAD仿真软件，了解电力系统有功、无功的概念，掌 握简单的潮流计算二、原理与说明（1）PSCAD/EMTDC是加拿大马尼 托巴高压直流研究中心（ManitobaHVDCResearchCenter）推出的一款 电力系统电磁暂态仿真软件EMTDC（ElectroMagneticTrans

2、ientinDCSystem）是一种电力系统仿真分析 软件，既可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其 非线性控制的多功能工具。PSCAD （PowerSystemComputerAidedDesign） 是EMTDC的用户图形界面，也是EMTDC的图形用户接口，它的存在是 为了更方便用户使用EMTDC。PSCAD的开发成功，使得用户能更方便 地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可 能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。用PSCAD进行潮流计算的时候要注意：选取元件的时候，须辨别元 件的属性，例如电源是三相还是单相；设置元件参数时，要注意参 数的物理

3、意义注意测量信号的方向将多个曲线绘制在一张图表 上时，须选取合适的范围，将单位标注清楚。（2）三节点单相实验系统介绍在PSCAD界面搭建一个系统为50Hz的 单相系统，如下图所示参数如下：G1：理想电压电源，100kVRMS，相角为0，频率为50HzG2:理想电压 电源，100kVRMS，相角为60，频率为50HzG3：理想电压电源，100kVRMS， 相角为30，频率为50HzX1 :频率为50Hz的条件下，感抗为2X2：频 率为50Hz的条件下，感抗为2X3:频率为50Hz的条件下，感抗为3X4： 频率为50Hz的条件下，感抗为3X5：频率为50Hz的条件下，感抗为 4X6:频率为50Hz

4、的条件下，感抗为4Xline1：频率为50Hz的条件 下，感抗为40Xline2:频率为50Hz的条件下，感抗为20Xline3:频率为50Hz的 条件下，感抗为20仿真设置：电源：电压源输出坡至1.0p.u.的时间：0.05s仿真过程总时长：1s （确保仿真过程达到稳态）仿真步长：=50s（3）并联电容器并联电容器又称为移相电容器，是电力系统中一种重要的无功功率补偿设备， 广泛地应用于改善负荷的功率因数。在电力系统常用的无功功率补偿 设备中，并联电容器的单位容量费用最低，有功功率损耗最小，运行 维护最为简单。它可以根据需要分散地安装在用户处或靠近负荷中心 的地点，实现无功功率就地补偿，具有较

5、好的经济效益。（4）并联电抗器并联电抗器，与并联电容器相反，用于吸收电力系 统中过剩的无功功率和远距离输电线的参数补偿。含有超高压架空线 路或（和）高压电缆的电力网络中，在轻负荷运行时各线路分布电容 产生的无功功率大于线路电抗中消耗的无功功率，因此会出现无功功 率过剩的现象。解决无功功率过剩的措施之一，是在适当地点接入并 联电抗器，就地吸收线路的无功功率。（5）三相双回路输电线路介绍参数如下：发电机：理想电压电源，400V，频率为50Hz变压器：理想变压器， 变比为1： 1XL1 :频率为50Hz的条件下，电抗为20（每相）XL2:频 率为50Hz的条件下，电抗为20 （每相）XL3：频率为5

6、0Hz的条件下， 电抗为40 （每相）XL4:频率为50Hz的条件下，电抗为40 （每相） 仿真设置：电源：电压源输出坡至1.0p.u.的时间：0.05s仿真过程总时长：1s（确保仿真过程达到稳态）仿真步长：=50s三、实验操作步骤方法 以及实验数据记录处理1.三节点单相系统（1）理想电源步骤一：假 设所有电源均为理想电源，按照给定的参数搭建电力网络。分别在图 表上绘制瞬时电源、瞬时电压和电源电流，线电流iLine 1的瞬时值 和有效值，以及G3的有功和无功功率随时间变化曲线。记录达到稳 态后线电流iLine1的有效值，以及G3的有功和无功功率。线电流 iLine1的有效值可以将瞬时值输入单相

7、RMS仪表获取。G1、G2、G3瞬时电压曲线图G1、G2、G3瞬时电流曲线图线电流iLine1 的瞬时值曲线图线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤二： 将G3的电压上调20%,观察上述电压变化对线电流iLinel和G3的 有功、无功功率的影响。记录达到稳态后线电流iLine 1的有效值和 G3的有功、无功功率。然后在入点接入10F的并联电容器，观察并 联电容器对线电流iLine1和G3的有功、无功功率的影响。记录达到 稳态后线电流iLine1的有效值和G3的有功、无功功率。将G1电压上调20%线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图在A点接入10F电

8、容器线电流iLine1 的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤三：将G3的电压下 调20%，观察上述电压变化对线电流iLine1和G3的有功、无功功率 的影响。记录达到稳态后线电流iLine1的有效值和G3的有功、无功 功率。然后在A点接入1H的并联电抗器，观察并联电抗器对线电流 iLine1和G3的有功、无功功率的影响。记录达到稳态后线电流iLine1 的有效值和G3的有功、无功功率。将G3电压下调20%线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图在A点 接入1H电抗器线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤四：在步骤一的状态下，将G3的初 始相角减

9、少到10o,观察上述电压变化对线电流iLine1和G3的有功、 无功功率的影响。记录达到稳态后线电流iLine1的有效值和G3的有 功、无功功率。线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤五： 在步骤一的状态下，将G2和G3之间的感抗减半，观察上述电压变化 对线电流iLine 1和G3的有功、无功功率的影响。记录达到稳态后线 电流iLine1的有效值和G3的有功、无功功率。线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图稳态时线 电流Iline 1的有效值G3的无功功率63的有功功率步骤一 2.2510010 步骤二 12.2730022 步骤二 22.26265

10、23 步骤三 12.25-386.2 步骤三 22.25-196.7 步骤四 2.25110-110 步骤五 2.25107-20（2）非理想电 源步骤一：将4的G2内部感抗Xs考虑进来，分别绘制线电流iLine1 的有效值，以及G3的有功和无功功率随时间变化曲线。线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤二： 将G3的电压上调20%，观察上述电压变化对线电流iLine1和G3的 有功、无功功率的影响。记录达到稳态后线电流iLine 1的有效值和 G3的有功、无功功率。线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤三：将G3的电压下调20%，观察上 述电压变

11、化对线电流iLine1和G3的有功、无功功率的影响。记录达 到稳态后线电流iLine1的有效值和G3的有功、无功功率。线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图步骤四： 在步骤一的状态下，将G3的初始相角减少到10o,观察上述电压变 化对线电流iLine 1和G3的有功、无功功率的影响。记录达到稳态后 线电流iLine1的有效值和G3的有功、无功功率。线电流iLine1的有效值曲线图G3的有功、无功功率曲线图稳态时线 电流Iline1的有效值G3的无功功率G3的有功功率步骤一 2.010040 步骤二2.030052步骤三2.031-39步骤四1.8100402.三相双回路数

12、电线路数电线路电流瞬时值曲线图四、实验结果与分析1.理想电源 的仿真模拟过程当中，可以发现G1、G2、G3的电压幅值大致相等， 相位上存在差距，理论上来说，相位应该依次相差30； G1、G2、G3的瞬时电流中，G1、G2 的电流幅值大致相等，但是G3的电流幅值比G1、G2的电流幅值低很 多，相位也存在着差距。Line1的有效值电流因为存在着频率的变化 而波动。2.改变电压、相角以及电容电抗时有功与无功变化电路变化无功变化 有功变化G3电压增大到120kV大幅度增大明显增大G3电压增大到 120kV，增加10F电容器与前一个有功相比略微减小基本不变G3减小 到80kV大幅度减小变为负值G3减小到

13、80kV，增加1H电容器基本不 变明显增大改变相角小范围增加变为负值G2、G3之间电抗减小一半 基本不变变为负值增加G2内部电抗基本不变明显增大增加G2内部电 抗，G3电压增大到120kV明显增大增大增加G2内部电抗，G3减小到 80kV明显减小变为负值增加G2内部电抗，改变相角基本不变基本不 变五、心得、体会1.思考题（1）在理想电源的条件下，改变G3的 电压、初始相角对线电流iLine 1有什么影响？请说明理由。在理想电源的条件下，改变G3的电压和初始相角对Iline1没有影响， 因为G1、G2都是理想电压源，G3的参数改变对Iline1的数值没有 影响。（2）在理想电源的条件下，为使步骤

14、二中G3的功率因数与步骤一相 同，应接入多大的并联电容器？请记录计算过程。MVAPMVAQkVU10,100,100 MVAPMVAQkVU22,300,120 MVAPQ PQ220100100120120MVAQQQ80120120 FfUQC 7.1722（3）在理想电源的条件下，为使步骤三中G3的功率因数与步骤一相同，应接入多大的并联电抗器？请记录计算过程。MVAPMVAQkVU10,100,100 MVAPMVAQkVU2.6,38,80MVAPQPQ621001008080MVAQQQ1008080 HQfUL2.022（4）在理想电源的条件下，改变G3的电压、初始相角对G3 的有

15、功、无功功率有什么影响？请说明理由。G3的电压对有功功率基本没有影响，而G3的电压对无功功率影响较 大，增大G3的电压，无功功率增大；减小G3电压，无功功率减小。 电压的大小对无功功率的分布起着决定性的作用。无功功率公式为： XUUQji cos G3的初始相角对无功功率影响不大，而对有功功率 影响较大。电压初始相角影响电压降落的幅值，进而影响有功功率。（5）在非理想电源的条件下，改变G3的电压、初始相角对线电流 iLine1有什么影响？请说明理由。G3电压和初始相角对于线路1两端的条件没有较大影响，所以线电 流Iline1的电流基本没有变化。2.心得、体会（1）本次实验通过对一个简单的电网结

16、构进行潮流计 算模拟，让我熟悉了 PSCAD软件的操作方法与操作过程，真正体会到 了潮流计算对电网稳态的重要性。（2）电路绘制过程中，对于每一个参数的设置，只需要双击该装置， 然后根据实际情况在General里面来改变装置的对应参数。画图的时 候一定要注意，参数要求给定的是感抗值，而软件里面的电抗器参数 只有电感值，所以首先要经过简单的计算才能将数据填写入电感值， 一般来说都是在50Hz的情况下，根据fLLXL 2 得到电抗值L。（XL单位为，L单位为H）（3）此次电路的测量工具主要是万用表。 万用表在components里面有一个专有的标志multimeter，或者也可 以在元件库里面的me

17、ter里面选择multimeter所对应的器件。需要 注意的是万用表需要两端串联在整个电路，并且电压表一端接地，所 以测量的大多是相电压。（4）双击multimeter元件，就可以在configuration里面选择你想 选择的参数，将参数旁边的NO改为YES，并在SignalName里面对这 个参数进行命名。命名完之后，点击DataLabel，拖放至工作界面， 双击改变其名称，然后再点击并拖动OutputChannel，用线将其相连， 并将OutputChannel的名字设置为与DataLabel参数同样的名字。（5）连接线的时候，单击一点为起始点，再单击一点为转折点，若 想终止连线则需要用右键单击终止的地方。这样的连线方式可以根据 绘图者的意愿任意画图，缺点就是掌握不好的人会容易出现错误。（6）右击 OutputChannel，选择 Graphs 里面的 AddOverlayGraphwithSignal这个选项，然后将该空曲线图放在任意 位置，如果想要某