電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計實驗指導書

1、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計實驗指導書一、課程設(shè)計的目的與任務(wù) :該課程設(shè)計為電氣工程及其自動化專業(yè)的主要專業(yè)課設(shè)計之一， 是學習電力 系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程后的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。 其目的在于鞏固和加深對電 力系統(tǒng)潮流和短路電流計算基本原理的理解， 學習和掌握應(yīng)用計算機進行電力系 統(tǒng)設(shè)計和計算的方法，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。二、課程設(shè)計的基本要求 :掌握電力系統(tǒng)等值模型和參數(shù)計算，以及潮流和短路計算的基本原理，學會 應(yīng)用計算機計算系統(tǒng)潮流分布和短路電流的方法。三、課程設(shè)計選題原則 :該課程設(shè)計是根據(jù)電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程內(nèi)容， 結(jié)合實際工程和科研的電力 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)的潮流和短路電流計算。

2、四、課程設(shè)計內(nèi)容 : 1 、課程設(shè)計地點：機房和教室2、設(shè)計內(nèi)容（1）電力系統(tǒng)潮流計算（ 2）電力系統(tǒng)短路電流計算 具體內(nèi)容包括：1）系統(tǒng)等值模型和參數(shù)計算。2）編制電力系統(tǒng)潮流和短路計算程序。3）計算結(jié)果分析。4）編寫說明書。3、時間安排1、系統(tǒng)等值模型和參數(shù)計算（ 2 天）2、編制算法程序并進行計算（ 2 天）3、計算結(jié)果整理和分析（ 1 天）4、編寫說明書（ 1 天）5、成績考核（ 1 天）五、課程設(shè)計主要參考資料：1、李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.北京：水利電力出版社.第二版2、陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.北京：水利電力出版社.第二版3、孟祥萍.基于MATLAE的電力系統(tǒng)設(shè)計與計算.長春：吉林

3、人民出版社4、孟祥萍.電力系統(tǒng)分析.北京：高等教育出版社六、課程設(shè)計成績考核：根據(jù)學生的平時表現(xiàn)， 說明書，以及設(shè)計完成后的口試成績等進行綜合評定。 課程結(jié)束時，要求學生有課程設(shè)計說明書。課程設(shè)計成績以平時成績（占 50%）、 設(shè)計說明書（占 50%）進行綜合評定。 3 個同學一個題目，一個班題目不能選重 復(fù)。七、課程設(shè)計題目（一）電力系統(tǒng)潮流的計算機計算1. 題目電力系統(tǒng)潮流的計算機計算2. 目的和要求通過課程設(shè)計，使同學們掌握電力系統(tǒng)P-Q分解法潮流計算（包括理論分析計算和數(shù)值計算）的基本原理和數(shù)值計算仿真的基本過程（包括算法的確定），同時也有助于計算機操 作能力和軟件開發(fā)能力的提高。要求

4、手工計算和計算機仿真出給定系統(tǒng)的潮流分布（包括節(jié)點電壓和支路功率計 算）；開發(fā)語言：FORTRA或C語言。3. 內(nèi)容1. 復(fù)習PQ分解法潮流計算，弄清基本原理，寫出程序框圖（課堂復(fù)習講授）；2. 復(fù)習計算機語言，并根據(jù)程序框圖制定分步實施方案，給出進度表；3. 為各階段準備原始數(shù)據(jù)和計算過程模擬數(shù)據(jù)，確定合適的數(shù)值計算方法。4. 編程上機調(diào)試；連調(diào)。5. 計算分析給定系統(tǒng)潮流分布并與手工計算結(jié)果作比較分析。6. 準備老師檢查（計算機演示），書寫該課程設(shè)計說明書（盡可能計算機打印）。4. 成品要求（1 ）設(shè)計說明書成品要求書寫工整，內(nèi)容全面，簡明扼要，層次清楚。具體應(yīng)包括：1）.原始資料，手工計

5、算的過程及結(jié)果。2）. P-Q分解法的原理、特點及適用場合，潮流數(shù)學模型的建立。3）.數(shù)學計算方法的確定及其原理（如因子表法）4）.程序流程圖及分步實施方案。5）.原始數(shù)據(jù)的說明，初始條件的確定，中間計算過程數(shù)據(jù)，最終計算結(jié)果及結(jié) 果分 析（并與手工計算結(jié)果比較）。（2）源程序清單包括輸入輸出變量說明，輸入輸出數(shù)據(jù)文件。5. 進度安排第1天：求解潮流的原理，算法的確定等。第2天：編寫程序流程圖，確定分步實施方案，復(fù)習計算機語言，初步編寫源程序。第3 7天：上機調(diào)試程序，分析驗證。第8天：撰寫課程設(shè)計報告。第9-10天：打印整理報告，老師檢查答辯。6. 參考文獻（1）.何仰贊等，“電力系統(tǒng)分析（

6、上、下）”華中理工大學出版社。（2）.西安交通大學等，“電力系統(tǒng)計算”，水利電力出版社。7. 原始資料題一：在如圖1所示的簡單電力系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標幺值如下：Z12=0.01+ j 0.40 Y120=Y210=j 0.01528 Z13=j 0.3 k=1.1Z14=0.12+ j 0.50 Y140=Y410=j 0.01920 Z24=0.08+ j 0.40Y240=Y420=j 0.01413系統(tǒng)中節(jié)點1，2為PQ節(jié)點，節(jié)點3為PV節(jié)點，節(jié)點4為平衡節(jié)點，已給定 P1+jQ1=-0.30- j 0.18 P2+jQ2=-0.55- j 0.13 P3=0.5，V3=1.10，

7、V4=1.05（相角為 0）容許誤差e=10-5圖1電力系統(tǒng)圖題二：簡單電力系統(tǒng)如圖 2所示，已知各個線路阻抗和節(jié)點功率為：Z12=24+j 22( Q),Zl3=10+j 16( Q)，Z23=13.5+j 21( Q)，S°2=20+j 15( MVA), S°3=25+j 18( MV，系統(tǒng)中 節(jié)點1、2為PQ節(jié)點，其功率已給定：P1+Ql=-20- j 15(MVA，P2+jQ2=-25-j 18(MVA，節(jié) 點 3 為平衡節(jié)點， V1=115.0 Z0( KV)。題三：如圖1所示的簡單電力系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的有名值如下：Zi2=12.1 + j 48.4 Q;

8、 yi2 o = y2i o = j 0.000126 ST： S=100MVA Vs% = 24.79； K=n O kV/nkVZ14 = 14.52 + j 60.5 Qy_ = y_ = j 0.000159 SZ24 = 9.68 + j 48.4 Q y240 = y 420 = j 0.000117 S系統(tǒng)中節(jié)點1 , 2為PQ節(jié)點，節(jié)點3為PV節(jié)點，節(jié)點4為平衡節(jié)點，已給定P + jQ1 = -30 - j 18 MVAP2 + jQ2 = -55 - j 13 MVAF3 = 50 MW Vs = 11kV 7 = 115.5 Z00 kV容許誤差夕=10-5題四：如圖2電力

9、系統(tǒng)，各元件的參數(shù)如下：發(fā)電機 G: 60MVA Xd'' =0.12;調(diào)相機 SC: 5MVA, Xd'' =0.2 變壓器 T-1: 31.5MVA Vs%=10.5.變壓器 T-2: 20MVA，Vs%=10.5.變壓器 T-3: 7.5MVA，Vs%=10.5. 線路 L-1: 60km;線路 L-2: 20km; 線路 L-3: 10km;電抗為 0.4Q/km負荷 LD-1: 30MVA;負荷 LD-2: 18MVA;負荷 LD-3: 6MVA;ID.5KV L15KV6.3KVSCLD-I<LLX3題五:目標電網(wǎng)單線圖系統(tǒng)參數(shù)表1.線路參數(shù)表

10、線路編號線路型號線路長度（kn）線路電阻 Q/km線路正序電抗 Q/km線路容納之半S/km4-5LGJ-240/301040.047(15)1.78 X 10 64-6LGJ-120/701100.0740.461.47 X 105-7LGJ-120/25980.0791.60 X 10 66-9LGJ-95/551630.09261.80 X 107-8LGJ-240/30880.0471.78 X 10 68-9LGJ-240/301220.0471.78 X 10 6說明：線路零序電抗為正序電抗3倍。表2.變壓器參數(shù)表線路編號變壓器型號變壓器變比（kV）短路電壓百分數(shù)（）2-7SSPL

11、-220000242± 3X 2.5%/20103-9SSPL-120000242± 3X 2.5%/1561-4SSPL-240000242± 3X 2.5%/17.511說明：變壓器零序電抗與正序電抗相等，且均為 /丫。接法。表3.發(fā)電機參數(shù)表1發(fā)電機額定功率MW額定電壓kV額定功率因數(shù)120016.50.852180180.85310013.80.85表4.發(fā)電機參數(shù)表2發(fā)電機母線 名Xd ©Xd ©Td0 (S)Xq ©Xq QTq0 ( S)Tj (S)110.14600.06088.960.09690.0969047.28

12、220.89580.11986.000.86450.19690.53512.80331.31250.18138.591.25780.25000.6006.02表5.負荷數(shù)據(jù)表節(jié)點號有功負荷（MW無功負荷（MVA51255069030810035題六:Table I Line Data of the 6-Bus System on 100 MVA BaseTapRatioLi ne Bus NumberR Number From To1120.0000.3001.025題7:如圖7所示的電力系統(tǒng)中，變壓器兩側(cè)電壓等級分別為 標幺值示于圖中。(Sb=100MVA VB=Vav)，計算系統(tǒng)的潮流分布

13、。10kV和110kV，各元件參數(shù)2140.0970.4073160.1230.5184250.2820.6405350.7231.0506430.0000.1331.1007460.0800.370（二）系統(tǒng)三相短路電流的仿真計算1. 題目電力系統(tǒng)二相對稱短路電流的計算2.設(shè)計目的與要求通過課程設(shè)計，鞏固學生電力系統(tǒng)中有關(guān)二相短路計算的基本原理與方法，掌握短路電流的數(shù)值求解方法（三角分解法等），開發(fā)系統(tǒng)三相短路電流的計算程序。同時，通過軟件開發(fā)，也有助于計算機操作能力和軟件開發(fā)能力的提高。要求手工計算和計算機仿真岀給定系統(tǒng)三相短路后的短路電流和節(jié)點電壓。開發(fā)語言：matlab語言。主要內(nèi)容1

14、.形成算例系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣，準備原始數(shù)據(jù)，并手工計算短路電流。2.確定合適的數(shù)值計算方法（三角分解法）。3.上機編程調(diào)試。4.計算算例系統(tǒng)的短路電流、支路電流和節(jié)點電壓。5.計算機演示答辯，書寫該課程設(shè)計說明書。3.計算原理1、三相對稱短路的計算現(xiàn)系統(tǒng)在f點發(fā)生三相短由n個節(jié)點組成的電力系統(tǒng)，假定 宀2,gn為電源節(jié)點, 路，根據(jù)迭加原理寫成以節(jié)點阻抗矩陣表示的節(jié)點電壓方程：U ZI （1）式中：U Ui,U2,UnT為節(jié)點電壓列向量Z12,Zn1Zn2乙nZ2nZnn為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點阻抗矩陣I Il,l2InT為節(jié)點注入電流列向量I 0 I F(2)式中: I 0 I 01, I 02 ,IonT

15、為故障前節(jié)點注入電流列向量If 0,0,0T為節(jié)點注入電流故障分量對應(yīng)節(jié)點f,式（2）代入（1 ）得U ZIo ZIf Uo ZIf（3）式中：U0U 01,U 02 ,為故障前節(jié)點電壓列向量UiU01乙，乙2，.，Z1n0U2U02Z21Z22 .，Z2n0UiU0iZiiJZi2.Zin0UfU°fZfiJZf2 .,ZfnIf也即UnU°nZn1JZn2 .,Znn0(4)按第i行展開得Ui U°i ZifIf對于f點有Uf Uof Zfflf（6）f點發(fā)生金屬性三相短路時，Uf 0因此If Uof/Zff，（ 7）故障前節(jié)點電壓U0102,，Uof，U&#

16、176;n可由潮流計算得到，近似計算時,認為 Uf 1（11,2,., n）因此:If 1/Zff（ 8）及:Ui1 Zif/ Zff（ 9）pqkUp ）Zpq2、節(jié)點阻抗矩陣元素 Zif及Z f的計算那么如何由由于節(jié)點導納矩陣具有稀疏性，一般來講，電力系統(tǒng)總是用節(jié)點導納表示,節(jié)點導納矩陣求得阻抗矩陣元素Zif及Zff呢?Y求逆，因為事實上，節(jié)點阻抗矩陣 Z即為節(jié)點導納矩陣 Y的逆陣，但我們沒有必要對 我們只用到Z中的第f列元素Zy，計算原理如下：由UZIU1Z11,Z12, .,Z1nI1U2Z21乙2.,Z2nI2UiZi1JZi2 .z.inIiUfZf1JZf2 .，Z fnIfUn

17、Zn1JZn2 ., ZnnIn （ 11）令 Ii 0(11n,lf),lf1，則有UiZif(i1 n)(12)以節(jié)點導納矩陣表示的節(jié)點電壓方程I YU (13)令 Ii 0(I 1n,lf), If1,w1112IiIf¥1,¥2,Yn U1Y2nU2Y1Y2,Yn UiYf1Yf2YmYn2YfnUfYnnUn(14)0Yn,Y2,.,九U10丫21Y22.,丫 2nU20Y1JY2.,YnUi1Yf1JYf 2.,YfnUf0YmJ%2 .,YnnUn由于方程（15）與方程（11）等價，故方程（15）的解U|, U,，U,即為 Zlf, Z2f，Znf。4. 計算

18、步驟1、輸入數(shù)據(jù)2、形成節(jié)點導納的矩陣3、令 Ii 0（I1n，1f），If 1 求解I=YU（也即方程（15）得U, U2,，U即為Zif,乙f，Znf4 利用式（8）、（ 9）計算If及U5、利用式（10）計算支路電流5. 報告要求原始資料，手工計算的過程及結(jié)果。三相對稱短路數(shù)學模型的建立。數(shù)學計算方法的確定及其原理（如LR分解軍法）。程序流程圖及分步實施方案。源程序清單。6. 報告要求原始資料，手工計算的過程及結(jié)果。三相對稱短路數(shù)學模型的建立。數(shù)學計算方法的確定及其原理（如LR分解軍法）。程序流程圖及分步實施方案。源程序清單。7. 題目題目8f點發(fā)生三相短路時，短路點已知系統(tǒng)接線如圖 9

19、-22所示，各元件參數(shù)已標在圖中。求在 的總電流及各發(fā)電機支路的電流。10.5kV250MVAX =0.445MVAX d =0.125300MVAUk%=9.8115kV50km115kV60MVAUk%=10.5115kV30km50kmf (3)(線路電抗0.4Q /km )習題9-22圖題目9系統(tǒng)結(jié)線如圖9-21所示，有關(guān)參數(shù)標于圖中，發(fā)電機均裝有自動電壓調(diào)節(jié)器。當f點發(fā)生三相短路時，計算短路點的總電流及各支路的電流。0.4 Q /km110kV130km:G1o_SS=300MVA2X 20MVA2X 30MVA 10.5kVUk%=10.5Xd =0.13Xs=0.5GDg習題9-21圖題目10電力系統(tǒng)結(jié)線如圖 9-20所示。A系統(tǒng)的容量不祥，只知斷路器QF的切斷容量為3500MVA,B系統(tǒng)的容量為100MVA，電抗Xb=0.3，試計算當f點發(fā)生三相短路時計算短路點的總電流及各支路的電流。題目11系統(tǒng)結(jié)線如圖 流。9-19所示。當f點發(fā)生三相短路時，計算短路點的總電流及各支路的電f (3)250MVAXp "=0.3習題9-19圖題目12某大型火電廠主接線示于圖 9-18