XX學(xué)校XX學(xué)院電力系統(tǒng)綜合自動化課程設(shè)計報告題目電力網(wǎng)潮流分析與計算院系課程名稱專業(yè)班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師XX年XX月XX日目錄目錄2摘要4第一章緒論511設(shè)計背景512設(shè)計目的513設(shè)計題目514設(shè)計內(nèi)容和要求6141設(shè)計內(nèi)容6142設(shè)計要求715設(shè)計思路7第二章潮流計算與分析821元件參數(shù)8211發(fā)電機(jī)參數(shù)8212變壓器參數(shù)8213線路參數(shù)922等值電路1023手工潮流計算10第三章MATLAB/SIMULINK仿真分析1631SIMPOWERSYSTEMS工具箱介紹1632各元件的選擇與參數(shù)設(shè)置16321發(fā)電機(jī)選型16322變壓器選型18323線路選擇20324負(fù)荷模型23325母線選擇2433SIMULINK建模2534仿真運行26341初始化參數(shù)設(shè)置26342潮流計算仿真2835潮流分布計算結(jié)果分析29第四章總結(jié)30參考文獻(xiàn)31摘要潮流計算是電力系統(tǒng)中最基礎(chǔ)、最常用的一種重要分析計算。根據(jù)系統(tǒng)給定的各種條件、網(wǎng)絡(luò)以及元件參數(shù)，通過潮流計算可以確定各母線上的電壓、系統(tǒng)中的功率分布情況以及損耗分布情況，從而檢驗電力系統(tǒng)能否滿足各種運行方式的要求。電力系統(tǒng)潮流計算還是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與故障分析的基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)的規(guī)劃、生產(chǎn)運行、調(diào)度管理中都有著廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)是一個具有高度非線性特點的復(fù)雜系統(tǒng)，在潮流計算是涉及到大量的矢量計算與矩陣運算，手工計算無法滿足日益擴(kuò)大的系統(tǒng)要求。此外，傳統(tǒng)的朝里計算程序，缺乏圖形用戶界面，結(jié)果不直觀也不便于對系統(tǒng)進(jìn)行針對性的調(diào)整修改，本設(shè)計的主要目標(biāo)就是利用MATLAB/SIMULINK來構(gòu)建電力系統(tǒng)仿真模型，利用其強(qiáng)大的矩陣計算能力，為電力系統(tǒng)分析與計算提供一個便捷、高效的計算平臺。本課程設(shè)計，通過對手工潮流與仿真系統(tǒng)潮流結(jié)果的比較更加深化了對與電力系統(tǒng)潮流計算的認(rèn)識。關(guān)鍵詞潮流計算；MATLAB/SIMULINK；SIMPOWERSYSTEMS第一章緒論11設(shè)計背景潮流計算作為最基礎(chǔ)也是最重要的電力系統(tǒng)計算，一直都是電力系統(tǒng)科學(xué)研究的熱點。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對計算的要求不斷提高，并且對系統(tǒng)的修改、適應(yīng)能力也提出了新的要求。12設(shè)計目的本課程設(shè)計是高校工科電氣類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)實踐課。其目的是1進(jìn)一步提高收集資料、專業(yè)制圖、綜述撰寫能力；2通過設(shè)計掌握基本專業(yè)理論、專業(yè)知識、工程計算方法、工程應(yīng)用能力及基本設(shè)計能力；3培養(yǎng)理論設(shè)計與實際應(yīng)用相結(jié)合的能力，開發(fā)獨立思維和見解的能力；4培養(yǎng)獨立分析和尋求并解決工程實際問題的工作能力；5為畢業(yè)設(shè)計和實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。13設(shè)計題目網(wǎng)絡(luò)接線圖如圖11所示。圖中，發(fā)電廠F母線II上所聯(lián)發(fā)電機(jī)發(fā)給定運算功率40J30MVA，其余功率由母線I上所聯(lián)發(fā)電機(jī)供給。圖11網(wǎng)絡(luò)接線圖設(shè)連接母線I、II的聯(lián)絡(luò)變壓器容量為60MVA，RT3，XT110；線路末端降壓變壓器總?cè)萘繛?40MVA，RT08，XT23；220KV線路，R159，X1315；110KV線路，XB段，R165，X1100；BII段，R165，X1100。所有阻抗均已按線路額定電壓的比值歸算至220KV側(cè)。降壓變壓器電導(dǎo)可略去，電納中功率與220KV線路電納中功率合并后作為一10MVAR無功功率電源連接在降壓變壓器高壓側(cè)。設(shè)聯(lián)絡(luò)變壓器變比為231/110KV，降壓變壓器變比為231/121KV；發(fā)電廠母線I上電壓為242KV。14設(shè)計內(nèi)容和要求141設(shè)計內(nèi)容1根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，手工計算模型中各個元件的參數(shù)（或?qū)懭嬎氵^程）；畫出潮流分布計算等值電路圖（數(shù)學(xué)模型）；計算網(wǎng)絡(luò)中的潮流分析。2利用MATLAB/SIMULINK的SIMPOWERSYSTEMS工具箱，建立電力系統(tǒng)潮流分布計算用仿真模型；將系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、線路模型聯(lián)結(jié)起來，形成電力系統(tǒng)仿真模擬圖。加入測量模塊，并對各元件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，用MEASUREMENT和SINK中的儀器可以觀察各元件的電壓、電流、功率的大小。在SIMULINK中按照電力系統(tǒng)原型選擇元件進(jìn)行建模。在電力系統(tǒng)模型的建立工程中主要涉及到的是元器件的選擇及其參數(shù)的設(shè)置；發(fā)電機(jī)選型；變壓器選型；線路的選擇；負(fù)荷模型的選擇；母線的選擇。在POWERGUI模塊中設(shè)置好潮流和電機(jī)的初始化參數(shù)以后，就可以在SIMULINK環(huán)境下進(jìn)行潮流計算仿真運行；（可選擇采用牛頓拉夫遜法、PQ分解法等算法）3分析系統(tǒng)潮流分布計算結(jié)果；4撰寫課程設(shè)計說明書。注上述步驟2中的短路計算可以直接通過MATLAB編寫M程序并調(diào)試運行獲得短路電流計算結(jié)果，如此可以不搭建SIMULINK模型。設(shè)計也可以采用MATPOWER軟件（下載地址HTTP/WWWPSERCCORNELLEDU/MATPOWER/），此軟件包可以直接運行在MATLAB環(huán)境下。142設(shè)計要求1提交設(shè)計資料，具體包含紙質(zhì)報告和所有設(shè)計相關(guān)電子檔資料（含設(shè)計報告WORD文檔、MATLAB文件、MATPOWER文件、設(shè)計時下載的參考文獻(xiàn)）2紙質(zhì)報告與17年1月8日（第19周周日）上午10點送至D4502；電子資料打包壓縮之后發(fā)至JSLUOQQCOM，壓縮文件名和郵件標(biāo)題均為課程設(shè)計學(xué)號后4位姓名，比如課程設(shè)計1001曹航宇15設(shè)計思路1熟悉本次課程設(shè)計的原始資料，根據(jù)題目要求，結(jié)合電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，初步分析潮流分布情況。2根據(jù)所給數(shù)據(jù)，手工計算各個元件的參數(shù)，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、線路。計算標(biāo)幺值，方便后續(xù)的MATLAB/SIMULINK仿真參數(shù)設(shè)置。3利用簡化的回路電流法進(jìn)行環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流計算，手工得到題目要求電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。4在MATLAB/SIMULINK環(huán)境中，利用SIMPOWERSYSTEMS工具箱，選擇符合題目要求的各元件模型，根據(jù)之前的手工計算結(jié)果設(shè)置相關(guān)參數(shù)。5將電力網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、線路等模型聯(lián)結(jié)起來，得到仿真電力系統(tǒng)。通過加入的測量模塊，在仿真運行中進(jìn)行各種電氣量的測量，包括電流、電壓、功率。6分析仿真結(jié)果，與手工計算的潮流結(jié)果進(jìn)行比較。第二章潮流計算與分析21元件參數(shù)設(shè)功率基準(zhǔn)值為SB100MVA，UB220KV，則ZBU2B/SB484。根據(jù)題目原始資料，分別計算發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的參數(shù)有名值及其標(biāo)幺值。211發(fā)電機(jī)參數(shù)根據(jù)題目所給數(shù)據(jù)，母線I上所聯(lián)發(fā)電機(jī)為輸出功率不固定的松弛節(jié)點，本設(shè)計中記為GI,在潮流計算及仿真系統(tǒng)中作為平衡節(jié)點。母線II上所聯(lián)的發(fā)電機(jī)發(fā)給定運算功率40J30MVA，因此在潮流計算及仿真系統(tǒng)中作為輸出恒定有功無功的PQ節(jié)點類型，記為GII。212變壓器參數(shù)根據(jù)原始數(shù)據(jù)，聯(lián)絡(luò)變壓器記為T1，其容量為60MVA，RT3，XT110；降壓變壓器記為T2，RT08，XT23。本設(shè)計采用勵磁支路以阻抗表示的雙繞組變壓器等值電路來進(jìn)行參數(shù)計算，如圖21所示。圖21雙繞組變壓器的等值電路由此，T1高壓側(cè)R11取15，L1155/2F0175H。低壓側(cè)R1215/231/1102034，L120175/231/110200397H。計算標(biāo)幺值得R11R11/ZB15/48403099，L110175/48400362R12034/484007025，L1200397/48400082T2高壓側(cè)R21取04，L2123/2/2F00366H。低壓側(cè)R2204/231/1212010975，L2200366/231/1212001004H。計算標(biāo)幺值得R21R11/ZB04/484008264，L2100366/484000756R22010975/4840022676，L12001004/484000207至于兩變壓器勵磁支路的阻抗大小，由于題目沒有給出具體數(shù)值，在之后的仿真元件參數(shù)設(shè)置中統(tǒng)一取勵磁電阻標(biāo)幺值10000，電抗為無窮大，以反映模擬開路情況。213線路參數(shù)根據(jù)原始資料，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中存在三條線路，分別為220KV線路，記為LINEGI，R159，X1315；110KV線路，XB段，記為LINEXB，R165，X1100；BII段，記為LINEBII，R165，X1100。本設(shè)計采用型線路模型，如圖22所示。圖22輸電線路的型等值電路由于所有阻抗均歸算到220KV側(cè)，因此只需要重新計算LXB與LBII的參數(shù)即可。三條線路單位長度的正序和零序電阻值與電感值分別為RGI159/15000393/KMRGI03RGI130039301179/KMLGI1315/2F/15066845E4H/KMLGI03LGI10002H/KMRXB165/231/1102/12001228/KMRXB030122803684/KMLXB1100/2F/231/1102/1206015E4H/KMLXB018045E3H/KMRBI165/231/1212/6002972/KMRBI008917/KMLBI1100/2F/231/1212/6000014556H/KMLBI00004367H/KM由于題目沒有給出線路導(dǎo)納相關(guān)參數(shù)，因此線路導(dǎo)納默認(rèn)采用較小的參數(shù)。22等值電路根據(jù)題目所給原始數(shù)據(jù)，將所有阻抗按照線路額定電壓的比值統(tǒng)一歸算到220KV側(cè)，得到該電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的等值電路圖，如圖23所示。圖23等值電路圖23手工潮流計算根據(jù)回路潮流法進(jìn)行該電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的潮流分布計算。1計算初步的功率分布按照給定的條件得到了等值電路如圖21所示，設(shè)全網(wǎng)電壓都為額定電壓，以等電壓兩端供電網(wǎng)絡(luò)的計算方法計算功率分布M1G5X54B543I543212SZSZSZJ09J180J67J51397J650543242J48MVAM5I1B12X123G123445SZSZSZ40JJ0J68J10397J6518013138JMVA校驗15S23J48167J94890IBXGJ05J31819JMVA由此可知，計算正確。因此可以得到初步功率分布如圖24所示。圖24初步功率分布2計算循環(huán)功率如果在聯(lián)絡(luò)變壓器高壓側(cè)將環(huán)網(wǎng)解開，則開口上方電壓即發(fā)電廠母線I電壓為242KV；開口下方電壓為242121/231231/1102662KV。由此可知，循環(huán)功率的流向為順時針方向，其值為N1UD20642SZ1397J548JMVA求得循環(huán)功率之后，即可以計算計及循環(huán)功率時的功率分布，計算結(jié)果如圖25所示。圖25計及循環(huán)功率的功率分布3計算各條線路的功率損耗由圖23可知，此處有兩個功率分點，選取無功功率分點為計算功率損耗的起點，并按照網(wǎng)絡(luò)額定電壓220KV計算功率損耗。22222S57J18MVAP654W0Q71VARSJ82J6187J9MVA322323S75J1MVAP65047W0QVARSJ12J02678J194MVA43X223244678948131P073MQVARS173J94J20871395J81VA5G223255581J9P7W017Q3049MVARS9J1851J3796J1530MVA12I2211672880P34Q1VARS87J0J1329J87VAI59653987051M4計算各條線路的電壓降落由U1、S5求UG522V49017由UG、S4求UX422X173950813U150KV78621753034由UX、S3求UB32B689416KV037507246919由UB、S2求UII222I57178054KV9671754083由UII、S1求U1222I8316KV570093846117順時針I(yè)GXBIII逐段求得的UI21917KV與起始的UI242KV相差較大。這一差別就是變壓器變比不匹配形成的。如仍順時針按給定的變壓器變比將個點電壓折算為實際值，余下的就是計算方法上的誤差。此時IGXBIIU24KV175K03064V19638235817KU19409V25計算結(jié)果最后，將計算結(jié)果標(biāo)示于圖26。圖26潮流分布計算結(jié)果第三章MATLAB/SIMULINK仿真分析31SIMPOWERSYSTEMS工具箱介紹SIMPOWERSYSTEMS作為基于MATLAB/SIMULINK環(huán)境的一款強(qiáng)大的工具箱，主要用于電力系統(tǒng)電力、電子電路的仿真。電力系統(tǒng)是電氣線路和諸如電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)合。研究電力系統(tǒng)的通常任務(wù)是改進(jìn)和提高系統(tǒng)的運行水平。SIMPOWERSYSTEMS能夠使得科學(xué)家和工程師快速、容易地建立模型，仿真電力系統(tǒng)的行為。模塊集使用SIMULINK環(huán)境，允許只通過簡單的點選、拖拽過程產(chǎn)生模塊。不僅可以快速繪制電路圖，而且對系統(tǒng)的分析可以包括機(jī)械能、熱能、控制和其他要求。這一切能成為可能是由于仿真過程的所有電氣部分與SIMULINK強(qiáng)大的模塊庫交互作用。32各元件的選擇與參數(shù)設(shè)置321發(fā)電機(jī)選型在題目所給電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中采用三相同步發(fā)電機(jī)模塊SYNCHRONOUSMACHINEPUSTANDARD，該模塊采用標(biāo)幺值參數(shù)，通過轉(zhuǎn)子DQ軸建立的坐標(biāo)系為參考，定子繞組為星型接法。在進(jìn)行潮流分析與計算時，分別將G1與G2設(shè)置為SWING和PQ類型。如圖31與32所示。圖31母線I所聯(lián)發(fā)電機(jī)G1參數(shù)設(shè)置圖32母線II上所聯(lián)發(fā)電機(jī)G2參數(shù)設(shè)置322變壓器選型本設(shè)計選擇三相兩繞組變壓器THREEPHASETRANSFORMERSTWOWINDINGS，根據(jù)第二章計算參數(shù)設(shè)置變壓器參數(shù)，為了將變壓器設(shè)置成理想的變壓器模型，漏電阻RM設(shè)置為10000，漏電抗XM設(shè)置為無窮大，所有參數(shù)均采用標(biāo)幺值形式。聯(lián)絡(luò)變壓器T1和降壓變壓器T2的參數(shù)設(shè)置見圖33和34。圖33聯(lián)絡(luò)變壓器T1參數(shù)設(shè)置圖34降壓變壓器T2參數(shù)設(shè)置323線路選擇本設(shè)計選擇三相型輸電線路THREEPHASEPISECTIONLINE，根據(jù)第二章計算結(jié)果，換算參數(shù)后填入設(shè)置對話框。如圖35、36、37所示。圖35線路LINEGI的參數(shù)配置圖36線路LINEXB的參數(shù)配置圖37線路LINEBI的參數(shù)配置324負(fù)荷模型本設(shè)計選用SIMPOWERSYSTEMS工具箱中的THREEPHASEDYNAMICLOAD模塊，通過設(shè)置外部PQ控制信號，來實現(xiàn)固定的有功無功負(fù)荷。母線B和X處的負(fù)荷LOAD1和LOAD2的配置情況分別如圖38和39所示。圖38負(fù)荷LOAD1的參數(shù)配置圖39負(fù)荷LOAD2的參數(shù)配置325母線選擇本課程設(shè)計為了能夠更好的測量各個母線處的電壓和電流，采用帶有測量功能的母線，即三相電壓電流測量元件THREEPHASEVIMEASUREMENT。它可以作為母線使用，同時也可以直接觀測節(jié)點上的電流電壓變化。母線I發(fā)電機(jī)側(cè)的電壓電流測量元件M1的參數(shù)配置如圖310所示。圖310三相電壓電流測量母線M1的參數(shù)設(shè)置33SIMULINK建模根據(jù)上述元件參數(shù)設(shè)置，按照該電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)圖，搭建成為仿真系統(tǒng)，如圖311所示。圖311系統(tǒng)SIMULINK仿真圖34仿真運行341初始化參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)搭建完成后，即可在SIMULINK環(huán)境中進(jìn)行仿真運行。為了對系統(tǒng)進(jìn)行初始化和簡單潮流分析，需要加入POWERGUI模塊。通過POWERGUI模塊，可以顯示元件電壓、電流的穩(wěn)態(tài)值，以及電路中所有狀態(tài)參數(shù)，包括電感電壓和電容電流。其界面如圖312所示。圖312POWERGUI工具箱通過POWERGUI工具箱內(nèi)建的LOADFLOW和MACHINEINITIALIZATION工具，可以實現(xiàn)系統(tǒng)潮流計算和初始化。POWERGUI的初始化參數(shù)設(shè)置，如圖313所示。圖313POWERGUI初始化參數(shù)設(shè)置通過MACHINEINITIALIZATION工具，可以得到詳細(xì)的系統(tǒng)初始化信息。如圖314所示。在此將G1設(shè)置為SWING類型，作為平衡節(jié)點，G2設(shè)置為PQ類型，輸出恒定的有功無功。圖314MACHINEINITIALIZATION中系統(tǒng)初始化342潮流計算仿真運行LOADFLOW工具，得到系統(tǒng)潮流計算結(jié)果，如圖315所示。圖315潮流計算結(jié)果35潮流分布計算結(jié)果分析通過比較圖315中得到的電壓電流計算結(jié)果與第二章中手工計算的潮流分布，可以看出，手工潮流與仿真系統(tǒng)潮流計算結(jié)果基本一致，但是由于仿真系統(tǒng)中，考慮到顯示實際情況，自行設(shè)定了一些線路與變壓器參數(shù)，得到的計算結(jié)果更加接近系統(tǒng)實際情況。手工計算的潮流結(jié)果只對應(yīng)了一種理想情況。具體的，手工計算系統(tǒng)潮流時，略去了降壓變壓器電導(dǎo)，電納中功率與220KV線路電納中功率合并后作為一10MVAR無功功率電源連接在降壓變壓器高壓側(cè)，線路也沒有采用更加準(zhǔn)確的型等值電路。而在本課程設(shè)計的仿真系統(tǒng)中，采用的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路模型都與實際系統(tǒng)更為接近，補(bǔ)充完善了相關(guān)參數(shù)，因此POWERGUI中得到的分析結(jié)果與手工計算的潮流結(jié)果存在差異?？梢哉J(rèn)為，采用實際系統(tǒng)模型的仿真系統(tǒng)得到的潮流分布情況更加準(zhǔn)確。第四章總結(jié)1本設(shè)計首先通過題目給定的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，手工計算模型中各個元件的參數(shù)，得到了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而利用回路潮流法計算出了系統(tǒng)的潮流分布情況。2利用MATLAB/SIMULINK的SIMPOWERSYSTEMS工具箱，建立電力系統(tǒng)潮流分布計算用仿真模型；將系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、線路模型聯(lián)結(jié)起來，形成電力系統(tǒng)仿真模擬圖。3在POWERGUI模塊中通過設(shè)置潮流和電機(jī)的初始化參數(shù)，在SIMULINK環(huán)境下進(jìn)行潮流計算仿真，用MEASUREMENT和SINK中的儀器可以觀察