大學(xué)電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告摘要本項(xiàng)目針對(duì)某城市10kV配電網(wǎng)因負(fù)荷增長(zhǎng)及新能源接入面臨的供電瓶頸，開展電網(wǎng)規(guī)劃與保護(hù)配置設(shè)計(jì)。通過負(fù)荷預(yù)測(cè)明確容量需求，采用拓?fù)鋬?yōu)化、潮流計(jì)算、短路分析及保護(hù)配置等技術(shù)手段，結(jié)合PSCAD仿真驗(yàn)證，形成安全經(jīng)濟(jì)的配電網(wǎng)方案，有效提升供電可靠性與電能質(zhì)量。1.項(xiàng)目背景與設(shè)計(jì)目標(biāo)1.1項(xiàng)目背景隨著某城市核心區(qū)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與居民用電需求增長(zhǎng)，原有10kV配電網(wǎng)存在供電半徑過長(zhǎng)（部分線路達(dá)8km）、電壓偏差超標(biāo)（末端電壓低至0.88pu）、分布式光伏接入后電壓波動(dòng)等問題。本次設(shè)計(jì)聚焦該區(qū)域配電網(wǎng)的擴(kuò)容與智能化改造，兼顧傳統(tǒng)負(fù)荷與新能源消納需求，為實(shí)際電網(wǎng)升級(jí)提供技術(shù)參考。1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)完成2028年負(fù)荷預(yù)測(cè)，確定電源及變電站擴(kuò)容規(guī)模；優(yōu)化10kV配電網(wǎng)拓?fù)?，降低線路損耗與電壓偏差；分析故障下短路電流特性，配置可靠的繼電保護(hù)裝置；驗(yàn)證分布式光伏接入后的電網(wǎng)運(yùn)行特性，提出無功補(bǔ)償策略；形成可落地的配電網(wǎng)規(guī)劃與保護(hù)方案，通過仿真驗(yàn)證其合理性。2.系統(tǒng)分析2.1負(fù)荷預(yù)測(cè)采用回歸分析法，以近5年負(fù)荷數(shù)據(jù)（最大負(fù)荷年增長(zhǎng)率6.2%）為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域GDP增長(zhǎng)（年增7.5%）與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（第三產(chǎn)業(yè)占比提升至65%），預(yù)測(cè)2028年最大負(fù)荷為XXMW。負(fù)荷特性顯示，夏季峰谷差達(dá)40%，需強(qiáng)化峰期供電能力。2.2電源與電網(wǎng)現(xiàn)狀電源：現(xiàn)有2座110kV變電站（主變?nèi)萘縓XMVA，負(fù)載率78%），規(guī)劃新增1座110kV變電站（容量XXMVA）；3個(gè)分布式光伏電站（總?cè)萘縓XMW，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式）。電網(wǎng)：10kV出線20回，導(dǎo)線型號(hào)LGJ-120，平均供電半徑6.5km，電壓偏差最大達(dá)-12%（末端節(jié)點(diǎn)）。2.3約束條件電壓約束：10kV母線電壓偏差≤±5%（GB/T____）；載流量約束：導(dǎo)線允許電流≥最大負(fù)荷電流的1.2倍；經(jīng)濟(jì)性約束：線路投資與運(yùn)行損耗總成本最小化（年費(fèi)用法計(jì)算）。3.設(shè)計(jì)方案3.1電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化基于負(fù)荷分布（核心區(qū)負(fù)荷密度XXMW/km2），采用“輻射+環(huán)網(wǎng)”混合拓?fù)洌盒略鲎冸娬疚挥谪?fù)荷中心，10kV出線采用“手拉手”環(huán)網(wǎng)（正常開環(huán)，故障閉環(huán)轉(zhuǎn)供）；導(dǎo)線選型LGJ-185（載流量滿足1.3倍最大負(fù)荷電流，電壓降≤3%/5km）；優(yōu)化線路路徑，將平均供電半徑縮短至4.2km。3.2潮流計(jì)算采用牛頓-拉夫遜法，以110kV母線為平衡節(jié)點(diǎn)（電壓115kV），光伏電站為PV節(jié)點(diǎn)（功率因數(shù)0.95），負(fù)荷節(jié)點(diǎn)為PQ節(jié)點(diǎn)。建立節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣后，迭代計(jì)算得：各節(jié)點(diǎn)電壓偏差≤3%（末端節(jié)點(diǎn)電壓0.97pu）；線路總損耗率從原15%降至7.8%（年節(jié)約電費(fèi)約XX萬元）。3.3短路電流分析選取基準(zhǔn)容量\(S_j=100\text{MVA}\)，計(jì)算元件電抗標(biāo)幺值：主變電抗\(X_t^*=0.08\)，線路電抗\(X_l^*=0.3/\text{km}\)，光伏等值電抗\(X_{\text{pv}}^*=0.15\)；三相短路電流周期分量有效值為XXkA（故障點(diǎn)位于線路末端），單相接地短路電流為XXkA（考慮接地電阻0.5Ω）。3.4保護(hù)配置線路保護(hù)：配置三段式過電流保護(hù)，Ⅰ段動(dòng)作電流按1.5倍最大負(fù)荷電流整定（動(dòng)作時(shí)間0.1s），Ⅱ段按相鄰線路Ⅰ段保護(hù)范圍末端短路電流整定（動(dòng)作時(shí)間0.3s），Ⅲ段作為后備（動(dòng)作時(shí)間1.0s）；變壓器保護(hù)：配置差動(dòng)保護(hù)（躲過勵(lì)磁涌流，動(dòng)作電流1.3倍額定電流）與過電流保護(hù)（動(dòng)作電流1.2倍額定電流，動(dòng)作時(shí)間0.5s）；光伏保護(hù)：配置防孤島保護(hù)（電網(wǎng)失壓時(shí)0.2s內(nèi)切除光伏），結(jié)合過/欠壓保護(hù)（電壓越限0.1s動(dòng)作）。3.5無功補(bǔ)償與電壓控制在10kV母線安裝并聯(lián)電容器組（容量按無功負(fù)荷30%配置，分3組投切），確保功率因數(shù)≥0.95；光伏電站采用無功-電壓下垂控制，根據(jù)母線電壓（0.95~1.05pu）動(dòng)態(tài)調(diào)整無功輸出（調(diào)節(jié)范圍±0.2Mvar）。4.仿真驗(yàn)證采用PSCAD搭建配電網(wǎng)模型（含2座原有變電站、1座新增變電站、3個(gè)光伏電站、15個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)），仿真結(jié)果如下：潮流驗(yàn)證：各節(jié)點(diǎn)電壓0.97~1.02pu，線路損耗率7.5%，符合設(shè)計(jì)要求；短路驗(yàn)證：三相短路時(shí)斷路器0.12s動(dòng)作，短路電流峰值XXkA，保護(hù)正確切除故障；光伏接入驗(yàn)證：電網(wǎng)故障時(shí)，防孤島保護(hù)0.18s切除光伏，未發(fā)生孤島運(yùn)行；電壓控制驗(yàn)證：電容器投切后，母線電壓提升至1.01pu，功率因數(shù)0.96。5.成果與總結(jié)5.1設(shè)計(jì)成果形成“三站十五線”的10kV配電網(wǎng)拓?fù)浞桨?，供電可靠性提升?9.99%；完成潮流計(jì)算、短路分析報(bào)告，明確各元件參數(shù)與保護(hù)整定值；提出含光伏的配電網(wǎng)無功補(bǔ)償與電壓控制策略，通過仿真驗(yàn)證有效性。5.2問題與解決光伏接入后電壓越限：通過優(yōu)化無功補(bǔ)償容量（從20%增至30%）與下垂控制參數(shù)解決；短路電流計(jì)算偏差：迭代優(yōu)化光伏電站等值電抗模型（從0.2調(diào)整至0.15），提升計(jì)算精度。5.3展望未來電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)需融合電力電子化（如柔直、SVG）、儲(chǔ)能技術(shù)與人工智能算法（如強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化規(guī)劃），建議后續(xù)研究聚焦高比例新能源接入下的電網(wǎng)韌性提升。參考文獻(xiàn)[1]何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析（第四版）[M].華中科技大