1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： 電力系統(tǒng)潮流、短路計(jì)算 和暫態(tài)穩(wěn)定分析（六） 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)：10級(jí)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化3班學(xué) 號(hào)： 7 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 董杰 董海燕 教師職稱： 講師 講師 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：電力系統(tǒng)分析基層教學(xué)單位：電力工程系 指導(dǎo)教師：董杰 董海燕學(xué)號(hào)7學(xué)生姓名（專業(yè)）班級(jí)10級(jí)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目電力系統(tǒng)潮流、短路計(jì)算和暫態(tài)穩(wěn)定性分析（六）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)某系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和各節(jié)點(diǎn)功率如圖1所示。未來的電源配置和負(fù)荷數(shù)據(jù)如圖2所示。6號(hào)節(jié)點(diǎn)為新建的孤立節(jié)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示。各節(jié)點(diǎn)之間已

2、建線路參數(shù)和可擴(kuò)建的線路參數(shù)如表2所示。基準(zhǔn)功率選為100MW，基準(zhǔn)電壓選為110kV。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證當(dāng)系統(tǒng)中任一條線路發(fā)生故障時(shí)，各負(fù)荷均不斷電。運(yùn)用Power World軟件計(jì)算出系統(tǒng)潮流分布和各母線短路時(shí)不同短路類型情況下的短路電流，并進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析。計(jì)算容許誤差為105。最后將最終結(jié)果列表在報(bào)告中。參考資料夏道止，電力系統(tǒng)分析，中國電力出版社，2004年陳珩，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，中國電力出版社，1995年李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，中國電力出版社，1995年周次第一周應(yīng)完成內(nèi)容設(shè)計(jì)系統(tǒng)的接線形式，選擇線路參數(shù)。對(duì)設(shè)計(jì)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)安全分析，判斷系統(tǒng)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。計(jì)算

3、系統(tǒng)潮流分布，分析網(wǎng)絡(luò)損耗。計(jì)算某一母線和線路不同短路類型情況下的短路電流，對(duì)比分析不同類型短路情況下對(duì)母線電壓、線路電流和發(fā)電機(jī)的影響。進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析，確定系統(tǒng)在較嚴(yán)重事故情況下的臨界切除故障時(shí)間，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告、答辯。指導(dǎo)教師簽字董杰 董海燕基層教學(xué)單位主任簽字電氣工程學(xué)院 教務(wù)科目 錄第一章 設(shè)計(jì)說明 4 1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 4 1.2 設(shè)計(jì)要求 5第二章 設(shè)計(jì)原理及分析 6 2. 1 設(shè)計(jì)原則6 2.2 設(shè)計(jì)原理 6 2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖7第三章 靜態(tài)安全分析 8第四章 系統(tǒng)潮流分布及網(wǎng)絡(luò)損耗 94.1 負(fù)荷信息94.2 支路參數(shù)94.3 電機(jī)信息104.4 節(jié)點(diǎn)信息10 4

4、.5 網(wǎng)絡(luò)損耗 11第五章 短路分析11 5.1 節(jié)點(diǎn)短路 11 5.2 線路短路 18 5.5 不同短路類型對(duì)比分析 24第六章 暫態(tài)穩(wěn)定性分析 25 6.1 系統(tǒng)受到干擾后穩(wěn)定性分析 25 6.2 臨界故障切除時(shí)間 40第七章 心得體會(huì) 47參考文獻(xiàn) 48第一章 設(shè)計(jì)說明1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)某系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和各節(jié)點(diǎn)功率如圖2所示。未來的電源配置和負(fù)荷數(shù)據(jù)如圖1所示。6號(hào)節(jié)點(diǎn)為新建的孤立節(jié)點(diǎn)。 表1 發(fā)電機(jī)組參數(shù)表2 各節(jié)點(diǎn)之間已有線路和可擴(kuò)建線路參數(shù)1 負(fù)荷額定功率分別為：節(jié)點(diǎn)1：80MW，0MVar；節(jié)點(diǎn)2：240MW，15MVar；節(jié)點(diǎn)3:40MW，10MVar;

5、節(jié)點(diǎn)4：160MW，40Mvar；節(jié)點(diǎn)5：240MW，30MVar。2. 基準(zhǔn)功率為100MW，基準(zhǔn)電壓為110kV。1.2 設(shè)計(jì)要求1. 按照任務(wù)書要求首先設(shè)計(jì)出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單線圖；2. 用Powerworld Simulator畫出單線圖，并作靜態(tài)安全穩(wěn)定性分析，分析出所設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)，修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；3. 潮流和短路計(jì)算結(jié)果以表格形式給出；4. 短路計(jì)算任一故障點(diǎn)，并分別對(duì)三相和各種不對(duì)稱短路進(jìn)行計(jì)算。5. 暫態(tài)穩(wěn)定性分析應(yīng)畫出各發(fā)電機(jī)的功角曲線，并找出暫態(tài)穩(wěn)定性的邊界。設(shè)計(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證當(dāng)系統(tǒng)中任一條線路發(fā)生故障時(shí)，各負(fù)荷均不斷電。運(yùn)用Power World軟件計(jì)算出系統(tǒng)潮流分布和各母

6、線短路時(shí)不同短路類型情況下的短路電流，并進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析。計(jì)算容許誤差為105。最后將最終結(jié)果列表在報(bào)告中。第二章 設(shè)計(jì)原理及分析2.1 設(shè)計(jì)原則電力系統(tǒng)中對(duì)于運(yùn)行的基本要求可以概括為安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面。因此，要在保證安全和電能質(zhì)量的前提下使運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)。安全可靠原則：為了保證對(duì)負(fù)載的持續(xù)供電，一定要保證有足夠的電源容量和合理的布局；其次，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也必須合理，使得在某線路或者變壓器因故障或者檢修退出運(yùn)行后仍然能對(duì)用戶繼續(xù)供電，故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)是采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和雙回線路供電。運(yùn)行經(jīng)濟(jì)原則：為了降低系統(tǒng)的成本和提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下減少接線的數(shù)量。2.2 設(shè)計(jì)原理根據(jù)設(shè)

7、計(jì)題目，將一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，為各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供功率。在接線的時(shí)候，要滿足每個(gè)母線可提供的或者所需的有功無功，以及線路能夠傳送的最大容量。而且需保證任意一條線路出現(xiàn)故障時(shí)，每個(gè)負(fù)荷均不斷電，因此必須保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)處同時(shí)至少連接兩條線路，設(shè)計(jì)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)各負(fù)荷的功率分布，讓發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)整對(duì)負(fù)荷提供有功和無功功率。其中，有一個(gè)發(fā)電機(jī)處于平衡節(jié)點(diǎn)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的功率進(jìn)行平衡。2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第三章 靜態(tài)安全分析安全分析，是用預(yù)想事故的分析方法來預(yù)知系統(tǒng)是否存在安全隱患，以便及早采取相應(yīng)的措施防止系統(tǒng)發(fā)生大的事故。靜態(tài)安全分析可判斷發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會(huì)過負(fù)荷或電壓越限。第四章 系統(tǒng)潮流分布及網(wǎng)

8、絡(luò)損耗4.1負(fù)荷信息4.2支路參數(shù)43電機(jī)信息4.4節(jié)點(diǎn)信息4.5網(wǎng)絡(luò)損耗第五章 短路分析5.1 節(jié)點(diǎn)短路1. 單相接地短路（短路電流標(biāo)幺值11.447，相角74.47度）單相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：2. 兩相接地短路（短路電流標(biāo)幺值9.991, 相角97.05度）兩相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：3. 三相對(duì)稱短路（短路電流標(biāo)幺值12.963，相角-63.43度）三相對(duì)稱短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：4. 相間短路（短路電流標(biāo)幺值11.227，相角-153.43度）相間短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：5.2 線路短路1. 單相接地短

9、路（短路電流標(biāo)幺值9.168，相角-75.28度）單相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：2. 兩相接地短路（短路電流標(biāo)幺值7.798, 相角98.44度）兩相接地短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：3. 三相對(duì)稱短路（短路電流標(biāo)幺值10.899, 相角-66.49度）三相對(duì)稱短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：4. 相間短路（短路電流標(biāo)幺值9.439, 相角-156.49度）相間短路后，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、線路、發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：5.3不同短路類型對(duì)比分析1單相接地：取A相為特殊相，故障線路相電壓為零，相角為零2相間短路：B、C相直接短路，B相電壓等于C相電壓3三相對(duì)稱：三相相電

10、壓相等，故障線路電壓為零4兩相接地：B、C相直接短路再接地，B相電壓等于C相電壓且均為零，相角為零由表可知，軟件計(jì)算結(jié)果與理論值相符。第六章 暫態(tài)穩(wěn)定性分析電力系統(tǒng)中，大干擾穩(wěn)定性習(xí)慣上成為暫態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的能力。6.1 系統(tǒng)受到干擾后的穩(wěn)定性分析在1.0000s插入故障，在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)刻進(jìn)行穩(wěn)定性分析，選取t=1.600s時(shí)刻切除故障，用power world軟件進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，得到如下曲線：1. 節(jié)點(diǎn)1上的發(fā)電機(jī)1、2和3：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間與功率曲線時(shí)間與電壓曲線轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線2. 節(jié)點(diǎn)

11、1上的發(fā)電機(jī)4：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間與功率曲線時(shí)間與電壓曲線轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線3. 節(jié)點(diǎn)3上發(fā)電機(jī)1和2：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間與功率曲線時(shí)間與電壓曲線轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線4. 節(jié)點(diǎn)3上發(fā)電機(jī)3和4：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間與功率曲線時(shí)間與電壓曲線轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線5. 節(jié)點(diǎn)6上發(fā)電機(jī)2：時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間與功率曲線時(shí)間與電壓曲線轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線6. 節(jié)點(diǎn)6上發(fā)點(diǎn)機(jī)3和4時(shí)間和轉(zhuǎn)角曲線時(shí)間和轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間和功率曲線時(shí)間和電壓曲線轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速曲線6.2 臨界切除故障時(shí)間電力系統(tǒng)遭受大干擾后所發(fā)生的幾點(diǎn)暫態(tài)過程可能有兩種不同的結(jié)局：一種是暫態(tài)穩(wěn)定的：各發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之前的相對(duì)

12、角度隨時(shí)間的變化呈震蕩（或者稱搖擺）狀態(tài)。如果震蕩的幅值逐漸衰減，各發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將逐漸消失，使得系統(tǒng)恢復(fù)到干擾前的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況（或者過渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況），此時(shí)各發(fā)電機(jī)仍然保持同步運(yùn)行。一種結(jié)局是暫態(tài)不穩(wěn)定的：在暫態(tài)過程中某些發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間不但始終存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且使得轉(zhuǎn)子間的相對(duì)角度不斷增大，導(dǎo)致這些發(fā)電機(jī)之間失去同步。如果系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生了大干擾，不切出故障，那么系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定；如果故障切除的較早，則系統(tǒng)穩(wěn)定；故障清楚較晚，系統(tǒng)也不穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定，就要確定最長(zhǎng)的故障切除時(shí)間臨界切除時(shí)間。1.本系統(tǒng)的臨界切除故障時(shí)間為：在臨界情況下，1、3、6節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的

13、時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線為：時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線為時(shí)間與功率的曲線時(shí)間與電壓的曲線2.當(dāng)故障切除時(shí)間稍微大于臨界切除時(shí)間時(shí)：1、3、6節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的時(shí)間與轉(zhuǎn)角曲線為： 時(shí)間與轉(zhuǎn)速曲線時(shí)間與功率曲線時(shí)間與電壓曲線轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速曲線 超過臨界切除故障時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)將不再穩(wěn)定，可能對(duì)系統(tǒng)造成巨大的損害，因此臨界故障切除時(shí)間的確定非常重要。心得體會(huì)為期一周的電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過這次課設(shè)，我學(xué)到了實(shí)際應(yīng)用的很多東西。包括基礎(chǔ)應(yīng)用軟件power World，繪制電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)性能的指標(biāo)的方法等等?？梢哉f是很有收獲的。課設(shè)開始的前一天，我拿到了課題。頓時(shí)就是覺得有點(diǎn)懵了，看著課題不知道該從哪里下手。周一來到機(jī)房，老師

14、向我們講解了畫圖軟件的簡(jiǎn)單應(yīng)用步驟之后，便要我們先在紙上根據(jù)要求畫出簡(jiǎn)圖。我們一個(gè)小組經(jīng)過討論，就開始繪圖了，我根據(jù)圖表中給的參數(shù)和課本中給出的設(shè)計(jì)系統(tǒng)線路的具體方法，將第六個(gè)節(jié)點(diǎn)以環(huán)狀結(jié)構(gòu)同其他節(jié)點(diǎn)連了起來。然后便將簡(jiǎn)圖畫在軟件上進(jìn)行仿真，最初，線路中有幾個(gè)都超過了其最大容量，不過經(jīng)過調(diào)試和更改，最后基本符合要求。但是后來就沒有那么順利了，畫圖只是其中的一部分工作，通過模型仿真，進(jìn)行了潮流計(jì)算和短路分析、暫態(tài)穩(wěn)定性分析之后，我的線路仍存在很多問題，像是線路過多，部分線路的損耗過大，發(fā)生干擾到新的平衡狀態(tài)所需時(shí)間過長(zhǎng)，容易造成系統(tǒng)崩潰等等。于是我多次參考課本，對(duì)線路進(jìn)行更改。 課本上學(xué)到的多是

15、計(jì)算方法和理論知識(shí)。通過電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和模擬運(yùn)行，使我對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的原理有了更深等次的了解，對(duì)課本中的方法也有了實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了課本的知識(shí)。通過對(duì)設(shè)計(jì)的電網(wǎng)進(jìn)行短路計(jì)算和暫態(tài)分析，在仿真模擬中認(rèn)識(shí)到了現(xiàn)實(shí)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路狀況時(shí)的巨大危害，因此作為一個(gè)電力工作者，在今后的工作中更要十分謹(jǐn)慎。最后還要謝謝指導(dǎo)老師的耐心教導(dǎo)，在原則性問題上面他們很嚴(yán)格，對(duì)每個(gè)人都很公平，當(dāng)我遇到困難的時(shí)候他們很耐心的幫助我解決，給我們營造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。參考文獻(xiàn)1 夏道止 . 電力系統(tǒng)分析 中國電力出報(bào)社 2004年2 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 中國電力出版社 1995年3 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 中國電力出版社 1995年燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)