電氣工程及其自動化專業(yè)課設報告

1、電力系統(tǒng)課程設計專業(yè)：電氣工程及其自動化設計題目：電力系統(tǒng)課程設計班級：電自0942學生姓名：張德友學號：1 6指導教師：王彬分院院長：許建平教研室主任：高純斌電氣工程學院目錄第一章緒論 4第二章Power World 的功能 52.1 基本功能 5第三章軟件主要功能模塊 73.1 潮流計算 73.2 故障分析 （Fault Analysis） 9（ 1 ）單相對地短路 9（ 2）兩相短路 9（ 3）三相短路 10（ 4）故障阻抗 103.3 線性分析 10第四章實例計算 134.1 設計題目： 134.2 計算過程： 13第五章運用 Power World 制作實例系統(tǒng) 175.1 在編輯模

2、式下繪制系統(tǒng)單線圖 175.2 在運行模式下運行實例系統(tǒng) 185.3 潮流計算 195.4 短路計算 20課程設計總結 21、課程設計任務書1 .課程題目電力系統(tǒng)課程設計2 .設計內容雙端供電網絡設計1）設計具體內容、計算參數、總負荷容量等設計數據已給出；1）完成電力網絡電能分配設計；2）完成電力網絡功率補償；3）完成電力網絡各節(jié)點短路故障的計算；4）撰寫課程設計報告；5）完成課程設計答辯。3 .課程設計報告要求課程設計報告應包括以下內容：A、本次設計的主要內容、設計題目、設計目錄、供配電網圖、補償結果、短路數據，使用 設備清單、設備選擇公式、計算過程、選擇依據。B、課程設計總結。包括本次課程

3、設計過程中的收獲、體會，以及對該課程設計的意見、建 議等。C、全文不少于3000字。如出現(xiàn)報告雷同，經查實后抄襲學生成績按不及格處理。4 .參考資料1 .電力系統(tǒng)分析。2 .power world使用說明書。5.設計進度（2011年12月1'日至12月15日）時間設計內容查閱資料，方案比較、設計與論證，理第1-2天論分析與計算第3-6天完成電力網絡規(guī)劃系統(tǒng)負荷計算、短路計算、功率因素補第7-11天償第12-15天 繪制圖紙、書寫報告、答辯第一章 緒論可視化技術是20世紀90年代初期隨著計算機技術的發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興技術，它融合了計算機技術中的圖形學、圖像處理、數據管理、網絡技術和人機

4、界面等諸多分支。 利用計算機圖形學和圖像處理技術， 將數據轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示， 反應客觀世界的本質和內在聯(lián)系， 從而有利于人們正確理解數據或過程的含義?？梢暬芯恐挥性诤退芯康念I域有機融合后才能發(fā)揮其優(yōu)勢， 大量的研究也證明了這一點，將系統(tǒng)數據不加處理而簡單地利用圖形顯示的做法是低效的。電力系統(tǒng)可視化技術不是為了可視化而可視化，電力系統(tǒng)可視化基本原理在于：一幅生動逼真的畫面可以表達很多數字才能表述的信息。 可視化軟件的應用是為了將大量數字表述的信息用圖形方式表達出來， 而且更為重要的是： 數字間的潛在聯(lián)系也可能通過圖形信息更清楚的體現(xiàn)， 對計算所得到的海量數據進行數據挖掘和綜合，

5、發(fā)現(xiàn)其內部的本質聯(lián)系以得到可準確反映系統(tǒng)狀態(tài)的簡潔指標， 并以正確的方式予以可視化顯示才是可視化技術在電力系統(tǒng)中應用的真正內涵。Power World 是一個面向對象的電力系統(tǒng)大型可視化分析和計算程序，其設計特點是用戶界面友好以及優(yōu)異的交互性能。Power World 可視化程序確切地說是多個產品的集成。 它的核心是一個綜合的、 強大的潮流計算的軟件， 它可以有效地求解多達100,000 個節(jié)點的大型復雜電力系統(tǒng)。 這使得 PowerWorld 作為一個獨立的潮流分析軟件包十分有用。與其他同類商業(yè)應用軟件不同的是： PowerWorld 允許用戶通過可縮放的彩色動畫單線圖來模擬一個系統(tǒng)。用戶可

6、以運用可視化分析程序個性鮮明的示例編輯器對模型任意進行修改直至滿意。在Power World 可視化分析程序中，輸電線路的投切、負荷調整、發(fā)電機的投退及其各種功能切換以及聯(lián)絡線的建立等等， 這一切只需點擊鼠標就可完成。 此外， 圖形和動畫演示的廣泛使用增加了用戶對系統(tǒng)特性、 存在的問題和限制條件的理解. 并且知道如何采取補救措施。 Power World 提供了極為方便的模擬電力系統(tǒng)時間特性的工具。 同樣它可以可視化地顯示負荷、 發(fā)電量和聯(lián)絡線功率隨時間的變化， 以及因此產生的系統(tǒng)運行狀況的變化。 這項功能在解釋例如電網擴建引起網絡結構變化等問題上十分有用第二章 Power World 的功能

7、2.1 基本功能Power World 程序有 2 種重要的操作模式：編輯模式和運行模式。編輯模式用來創(chuàng)建新模型或修改己存在的工程示例；而運行模式則用來模擬演示實際系統(tǒng)， 使用程序具有的各種先進的工具對所建立的電力系統(tǒng)模型進行各種可視化分析。通過點擊程序欄的EDIT MOD醫(yī)口 RUN MODE鈕，可在兩者之間隨意切換。每種模式下菜單中的命令不同。通過文件面板可進行存盤、打印、讀取等操作。本欄也提供了聯(lián)機幫助和查錯工具。 Power World 仿真器允許用戶用幾種不同的格式存儲工程。選擇主菜中 File 中的 Save As 項可出現(xiàn)對話框，在對話框左下角存儲文件類型一欄中可選擇所需的保存格

8、式。仿真器能以二進制格式， PTI 版本V2330所用的原始數據類型、IEEE通用格式和GE EPC?格式來存儲工程。編輯面板包括一些工程編輯工具。 可剪切或復制單線圖上的單個設備或原件并把它粘貼在原圖或其他圖中。 同樣也可通過通常的選取操作或矩形框對一組元件進行相同的操作。用插入面板按鈕可在現(xiàn)有的單線圖上添畫新組元。 這些組元包括電力系統(tǒng)的元件如節(jié)點、輸電線、變壓器、負荷、發(fā)電機和“地區(qū)” , “區(qū)域”以及諸如“餅圖”等提供測量、標注和咨詢信息的框件。也可添加文本框或矩形、橢圓形、弧形等形狀的顯示框，而這些均與系統(tǒng)中其它設備無關。通過格式面板可改變字體、 顏色、 線型、 圖形放大比例及其原件

9、所屬層次等。也可設定不同繪圖參數的缺省值， 并在必要時重設這些值。 為顯示復雜的電力系統(tǒng)運行圖， Power World 可視化分析程序可放大和移動單線圖?？稍趫D像縮放面板中直接指定放大的尺寸， 也可通過選定圖中某一矩形區(qū)域來設定放大倍數。 本欄包含一對話框. 可以通過它選擇以某一母線為中心顯示單線運行圖。通過選項 / 信息欄， 可迅速查閱 PowerWorld 可視化分析程序的有關信息和設置選項?？稍O置有關仿真和求解的選項、定義過濾顯示、進行單步潮流計算、電壓等高線動態(tài)著色、 各種運行報表和區(qū)域控制誤差分析、 網絡拓撲結構分析、 二維和三維可視化運行圖切換以及工程所包含的原件的所有屬性和相關

10、運行參數和控制參數的顯示和修改。 這兩個欄目在編輯模式和運行模式下根據需要不盡相同。工具欄提供母線運行信息瀏覽、 全網潮流瀏覽和指定母線或線路潮流運行信息、靜態(tài)安全分析、可用傳輸容量ATC計算、短路電流計算、各種靈敏度分析、電氣島分析、網損計算、功率傳輸分布因子計算、強制潮流設置與計算、地理信息功能加載、制作影視剪接，負荷和出力調整等高級功能。仿真欄提供仿真所采用的各種算法， 包括極坐標和直角坐標的牛頓拉夫遜法、快速解耦算法、單步法、交直流系統(tǒng)混合潮流計算、魯棒性潮流加速計算、最優(yōu)潮流計算、 潮流計算啟動終止設置和不收斂的處理辦法以及腳本文件的相關處理。 最優(yōu)潮流欄提供常規(guī)最優(yōu)潮流計算、 考慮

11、各種運行約束和經濟約束的最優(yōu)潮流計算以及相關參與最優(yōu)潮流的系統(tǒng)各種原件參數的設定和修改。電壓安全性和穩(wěn)定性分析工具以內置的牛頓一拉夫遜法進行的潮流計算為基礎，允許用戶在某特定傳輸容量下求解多重潮流解，從而得到給定節(jié)點的PV或QV曲線。電壓安全性和穩(wěn)定性分析的目的是在用戶定義的傳輸容量自動增加時允許用戶監(jiān)視系統(tǒng)的任一參數。 電壓安全性和穩(wěn)定性仿真計算結束后用戶可用可視化仿真曲線顯示所監(jiān)視的參數。第三章軟件主要功能模塊3.1 潮流計算如圖3.1 ,單擊Run Mode,進入運行模式，進行潮流運行調試。圖3.1轉換到運行模式在運行模式下，點擊Play鍵，如圖，則開始按已設置好的參數運行潮流圖。如果潮

12、流出現(xiàn)不收斂的情況，可以查看日志信息。要顯示日志信息，點擊工 具欄的Log按鈕即可調出日志信息對話框，如圖1) Power Flow List功率潮流列表功率潮流列表在更常用的基于文本的表格中顯示系統(tǒng)的功率潮流的詳細數 據信息。這是給需要詳細了解潮流信息的用戶提供的，包括母線的單位電壓，母線負荷和發(fā)電機，還有與母線相連的線路和變壓器的潮流。顯示的內容取決于區(qū)域/區(qū)段/濾波器，打開主菜單的 Tools > Power Flow List 就會顯示，如圖 所示。自勘升以4 *酰 世錄麗醺法,忐黃，曲克圉，1擎號加篥闌回 電廠 * F Luw-BUS1 11L0.0Mv&rJIVA 寺

13、 1,OODC 0.001 15EKERAT0R 136 3533.03R51TO2 2t 18.S8 15 iOS20TO4 9L 19.1713.7627.3D7S2 21L0.0 EVSvarSVi 4 D«9312-0.931 1TO1 1L -LS.30 -IS. 5 324.0TO3 3L4.055.335.20 l.ODCOTA D.OTO3 324.l53.33S.2 l.UDCOTi 0.0TO3 334.053.335a20 l.ODOOTA D.OTQ4 4L316S.5S8.3心3 3IL口口 KVAvarMVx 等0 .SUB -3.5311LOAD112.

14、009.CO15.0TO2 2_JL-4_02-3.015.ni. nannuT _ nTQ2 E2-1.02-3.Q1 l-OOCOWT 3QTQ2 £3-4.D?-3.01SB0 01 .DDLiQU'l0,0Bg4 4110.6KuarJflVl 與.93Z3-C.9211TO1 1l -ie.*52此4G23.70m2 ZL-B.D33.9TO5 S:1.2.3012.7512 .TSi?.0l.ODCiOTA DjOTOS bZ12L7.K 1 .OEJCDTA口 .口HUSS 51LO. 6NITMUST .7871 »10,0611LOAD1ZiiOO

15、IQ.CO3Da0TO4 q1 -12.04-B.015.0l.ODOOHT 0.0TO2 -12.01-o.se1S.00l.ODCONT D.O潮流列表在Power Flow List中可以通過雙擊名為"TO nnnnn，"的那一行 來顯示與母線相鄰的元件的潮流，這里 nnnnn是想要看到的母線的編號。如果母線是 一個沒有濾波器設置的地區(qū)或區(qū)間，那么 area/zone filter會自動設置。用這種方法，可以按母線逐個檢查系統(tǒng)。這個顯示還可以快速顯示與不同母線對象相 關聯(lián)的對話框。把光標放在所要求裝置，按CTRL鍵并左擊，將顯示對應的母線、 負荷、發(fā)電機，或旁路信息對

16、話框編輯表。Power Flow List也有它自己的菜單，通過在顯示上右擊鼠標可以看到。選 擇Change Font可以修改顯示字體的風格和大小。選擇Refresh 可以確保顯示的內容與系統(tǒng)當前狀態(tài)一致。要跳過列表中的特殊列，點擊Find Bus ,打開FindBus。要顯示當前選擇支流，母線、負荷，或者旁路開關的信息對話框，選 擇Display Object Dialog 。要想打印顯示內容，選擇 Print 菜單選項。選擇 Copy能把你的顯示復制到Windows剪貼板，從而信息可以被粘貼到另一個程 序。最后，選擇Close關閉顯示。打印顯示的時候，可以直接傳給打印機或保 存他們到文本文

17、件。要在Print Dialog把顯示結果保存為文本文件，選擇對話 框左下角的Save to File 選項。2) Quick Power Flow List 快速潮流列表Quick Power Flow List為查看系統(tǒng)中個別母線提供了方便的方法。QuickPower Flow List 的格式化和控制通常與 Power Flow List 的相同。除了 QuickPower Flow List是顯示要求母線或母線范圍。3)生成報表選擇Report Writer來創(chuàng)建全部系統(tǒng)信息的文本格式報告。涉及的內容包括區(qū)域、區(qū)段、母線、發(fā)電機、負荷、旁路開關和傳輸線的信息。這些報告可以 按照要求打印

18、和自定義。當你選擇 Case Information > Report Writer (只有 運行方式)，將會出現(xiàn)Reports Criteria Dialog ,這時可以自定義報告中包含 的信息，在默認狀態(tài)下，Make Reports動作會為所以的區(qū)域創(chuàng)建一套全面的報 告，這上面會顯示區(qū)域的 Area/Zone/Owner Filter 設置。為了詳細說明要創(chuàng)建 哪一類報告，報告是哪一條目母線的，使用 Criteria Dialog.的選項。4)停運停運顯示通過選擇 Case Information > Outages菜單選項可以調出，如圖 3.7,顯示電力潮流模型中當前未投入的

19、裝置的表格式列表。顯示包含的頁面， 類似于計算機輔助軟件工程信息顯示的支路、發(fā)電機、負荷、旁路開關、母線， 和多端線路。所以這個顯示上出現(xiàn)的裝置都是未投入運行的元件。3.2 故障分析(Fault Analysis)故障類型通過選擇下面四種故障處故障類型中的一種來進行計算：(1)單相對地短路通過用戶定義的一個對地故障阻抗來進行單相對地短路計算。把A相設為故障相。(2)兩相短路假設一個值為999+j999的對地阻抗進行兩相短路計算。把 B相和C相設為故障相3）三相短路通過用戶定義的一個對地故障阻抗來進行三相短路計算。 兩相對地短路 通過定義一個接地故障阻抗來進行兩相對地短路計算。 電流單位允許用戶

20、是選擇觀察故障時標幺值還是電流的實際值。 故障結果在故障分析對話框下部以表格的形式顯示， 故障結果也可以在單線圖里以圖形化的形式顯示出來。 通過選擇， 可以把任何一個三相值單獨地顯示出來，或者是使三相值同時顯示。在單線圖里顯示故障分析結果的一些必要欄目：1. 節(jié)點電壓和節(jié)點相角對于節(jié)點這兩欄是得提出的。 當選擇觀察故障分析結果時， 這兩欄的內容應該要確定， 用故障相的電壓值和相角代替實際的負荷潮流值。2. 對于支路， 交流支路的有功功率潮流和交流支路的無功功率潮流這兩欄是得提出的。 這兩欄的內容應該要確定， 用故障相的電流幅值和相角代替有功功率量和無功功率量。 發(fā)電機有功功率輸出和發(fā)電機無功功

21、率輸出字段用于表示發(fā)電機這兩個字段將會被標識， 有功功率和無功功率的數值將用發(fā)電機終端故障相的電流幅值和相角替換。故障電流顯示故障發(fā)生時故障處的電流幅值和相位。3. 計算點擊這個按鈕軟件將進行故障分析。 為了保證能夠進行計算， 潮流應該處于一個對于結果來說有關的、 可解的狀態(tài)。 因此當按下計算按鈕時要做的第一件事是解潮流。用戶可以在運行計算程序時通過查看信息日志來觀察這一步。一旦解潮流完畢，故障分析計算開始運行，計算結果將被顯示出來。（ 4）故障阻抗無論進行何種故障計算， 都是要包括故障阻抗的。 電阻和電抗可以作為故障電流入地的路徑， 當計算用于決定其他故障量的故障電流時， 故障阻抗需要被考慮

22、進去。3.3 線性分析PowerWorld 程序提供的電力系統(tǒng)線性分析工具包括分布因子計算和靈敏度計算。1）分布因子計算工具功率傳輸分配因子： 用來衡量從一個區(qū)域到另外一個區(qū)域的電力傳輸發(fā)生變化時， 系統(tǒng)設備上電力負荷的響應或變化的程度， 以功率傳輸變化的百分比來表示。這些數值提供了一個關于在買方和賣方之間傳輸的改變所導致的在傳輸線路 與斷面之間潮流如何流動的線性近似，這些值可以在動態(tài)潮流單線圖上看到。功 率傳輸分配因子工具對話框如圖 3.3.1 所示。功率傳輸分配因子工具對話框線路開斷分布因子：用來衡量一個單一系統(tǒng)設備或元件開斷所引起的系統(tǒng)其它設備上電力負荷的重新分配的程度，在一條有能量傳輸

23、的線路上， LODF計算 法決定了在線路開斷后，傳移到其它傳輸線上的線路潮流百分值。 線路開 斷分布因子計算工具對話框如圖所示：線路開斷分布因子計算工具對話框第四章實例計算4.1設計題目:如圖所示110kV閉式電網，A點為某發(fā)電廠的高壓母線，具運行電壓為117kVo網絡各組件參數為：線路 I、H: 0=0.27。, X0=0.423 Q,仇=2.69 X 10-6S線路出：0=0.45 Q, Xo=0.44Q, bo=2.58 X 10-6S線路I長度60kmi線路H長度50kmi線路田長度40km變電所 bSN20MVA ,S0RT 4.84 , XT 63.5變電所 cSN10MVA ,S

24、0RT11.4 , XT127負荷功率 SLDb 24 j18MVA, Sldc 試求電力網絡的功率分布及最大電壓損耗。0.05 j0.6MVA0.03 j0.35MVA12 j9MVA110kV閉式電網4.2計算過程:解(1)計算網絡參數及制定等值電路。線路 I： Z (0.27 j0.423) 6016.2 j25.38B 2.69 106 60S 1.61 10 4S2 Qb 1.61 10 4 1 102 M var 1.95M var 線路上 Z (0.27 j 0.423) 5013.5 j21.15B 2.69 106 50S 1.35 104 S2 Qb1.35 104 11C

25、2M var1.63M var線路 Z (C.45 jC.44) 4018 j17.6B 2.58 1C6 4CS 1.03 1C4S2 Qb ,1.03 10 4 1102 M var 1.25M var1變電所 b： ZTb - 4.84 j63.52.42 j31.75S0b 22 0.05 j0.6 MVA 0.1 j1.2MVA變電所 b： ZTc - 11.4 j1275.7 j63.5S0c 22 0.03 j0.35 MVA 0.06 j0.7MVA等值電路如圖所示c 尸工b 4】L C Z3140n1CSr4r si I I JS&Sf仙。叩J <1 V(2)計

26、算節(jié)點b和c的運算負荷。c242 182STb - 2.24 j 31.75 MVA 0.18 j2.36MVA1102Sb SLDbSobj QbI24 j18 0.18 j2.36 0.1j Qbj1.2 j0.975 j0.623MVA24.28 j19.96MVA12292STC -5.7 j63.5 MVA11020.106 j1.18MVAScSlDcStcSoc j12 j9 0.106 j1.1812.17 j9.44MVAQb0.06j Qbj0.7 j0.623 j0.815MVAQSb Z ZScZSZ Z Z24.28 j19.96 31.5j38.7547.7 j64

27、.1318.64 j15.79MVA12.17 j9.44 13.5 j21.15 八MVAQSc Z ZSbZS Z Z Z12.17 j19.44 34.2 j42.9824.28 j19.96 16.2 j25.38 MVA47.7 j64.1317.8 j13.6MVAIS.65+J15 8 v b5.63+j4.1617.8+)136 TI-jO.97524 28+jl9 9612 17型 44_j0.815(c)Sb SSI S24.28 j19.96 12.17 j9.44MVA 36.45 j29.4MVA18.64 j15.79 17.8 j13.6MVA 36.44 j29

28、.39MVA可見，計算結果誤差很小，無需重算。取S 18.64 j15.79MVA 繼續(xù)進行計算。SSb S 24.28 j19.96 18.65 j15.8MVA5.63 j4.16MVA由此得到功率初分布，如圖所示18.65+j) 5 85.63+j4J617.8+J136-j097524 28+jl9.%12 »7+j9 44.J0+8L5(c)(4)計算電壓損耗。由于線路I和田的功率均流向節(jié)點 b,故節(jié)點b為功率分點，且有功功率 分點和無功功率分點都在b點，因此這點的電壓最低。為了計算線路I的電壓損 耗，要用A點的電壓和功率SA1 0變電所b高壓母線的實際電壓為Vb Va V

29、 117 6.39 110.61MVAPa1 RQa XVa19.45 16.2 17.05 25.386.39MVA117Sa118.65Slj15.818.642 15.82110216.2j 25.38 MVA19.45 j17.05MVA第五章運用Power World制作實例系統(tǒng)5.1在編輯模式下繪制系統(tǒng)單線圖在編輯模式下如圖程序進行繪制繪制的單線圖如下:12匹、q M，dr'MW5.2在運行模式下運行實例系統(tǒng)在運行模式下如圖程序運行繪制的單線圖運行的系統(tǒng)圖如下lew*5.3潮流計算q qTO11TO22TO55TO56BUS55LOAD 1TO44TO44BUS1 1110

30、,0 MWMvarm%1.00000.0011GENERATOR 137.9529.47R48.0TO22118.5213.5823.00K)44119.4315. 89出10BUS22110.0 1WMvarim%0. 9543 -0. 38TO111-17.9174.1822. 80TO331S. 075.248.001.0000TA0. 0TO332S. 075. 248.001, OOOOTA0. 0TO4415.773.7 06, 90BUS33110, 0 wMvarm嗔0. S923 -4,931r LOAD112.009.00氏0TO221-6.007.5。7.50I. OOOONT0. 0TO222-0.007.5。7.50LOOOONT0.0BUS4411D.0 WMvarKVA%0.9388 -1.111TO111-18.55-15.3324,70TO221-5.59-4.747.40TO55112, 1210.5316. 101.0000TA0.0K55212.1210.5316. 101.COCOTA0, 0BUS55110.0 1WMvar%0.S771 -5.251ILOAD124.0018.0030.0TO441-12.00-9.0015,001. OOOONT0. 0TO442-12.00-9.0015.001.OOOOMT0. 05.4短