李應(yīng)宏——基于PowerWorld的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析和計算

1、基于PowerWorld的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析和計算李應(yīng)宏華南理工大學(xué)電力學(xué)院08電氣2班1 PowerWorld Simulator介紹 PowerWorld Simulator（仿真器）是一個電力系統(tǒng)仿真軟件包，其設(shè)計界面友好，并有高度的交互性。該仿真軟件能夠進(jìn)行專業(yè)的工程分析。而且由于其可交互性和可繪圖性，它也可以用于向非專業(yè)用戶解釋電力系統(tǒng)的運(yùn)行操作。 該仿真器是一個集成的產(chǎn)品，其核心是一個全面、強(qiáng)大的潮流計算程序。它能夠有效地計算高達(dá)10,0000個節(jié)點的電力網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)它作為一個獨立的潮流分析軟件包時，性非常實用。與其它商業(yè)潮流計算軟件包不同，該軟件可以讓用戶通過生動詳細(xì)的全景圖來

2、觀察電力系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)模型可以通過使用仿真軟件的圖形編輯工具很容易地進(jìn)行修改，用戶只需輕輕點擊幾下鼠標(biāo)就可以在檢修期間切換線路、增加新的線路或發(fā)電機(jī)、確定新的交易容量。仿真器廣泛地使用了圖形和動畫功能，大大地增強(qiáng)了用戶對系統(tǒng)特性、問題和約束的理解，以便于用戶對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。它基本的工具包括經(jīng)濟(jì)調(diào)度、區(qū)域功率經(jīng)濟(jì)分配分析、功率傳輸分配因子計算算（PTDF）、短路分析以及事故分析等功能的工具。2電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)2.1 220kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)圖1 220kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)500kV站（#1）的220kV母線視為無窮大母線，電壓恒定在230kV。表1 圖中各變電站參數(shù)編號類型220kV最大負(fù)

3、荷，MVA#1500kV站平衡節(jié)點#2220kV站230+j20#3220kV站350+j90#4220kV站250+j85#5220kV站410+j90各變電站負(fù)荷曲線基本一致。日負(fù)荷曲線主要參數(shù)為：日負(fù)荷率：0.85，日最小負(fù)荷系數(shù)：0.64各線路長度如圖所示。所有線路型號均為LGJ-2*300，基本電氣參數(shù)為：正序參數(shù)： r = 0.054/km, x = 0.308/km, C = 0.0116 µF/km；零序參數(shù)： r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, C0 = 0.0078 µF/km；40ºC長期運(yùn)行允許的最大電流：1190A

4、。燃煤發(fā)電廠G有三臺機(jī)組，均采用單元接線。電廠220kV側(cè)采用雙母接線。發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)如下表（在PowerWorld中選擇GENTRA模型）：表2發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的參數(shù)機(jī)組臺數(shù)單臺容 量（MW）額定電壓（EV）功率因數(shù)升壓變?nèi)萘縈VAXdXdXqTd0TJ=2H230010.50.853501.80.181.287125010.50.853002.10.21.576升壓變參數(shù)均為Vs%=10.5%，變比10.5kV/242kV。不計內(nèi)阻和空載損耗。穩(wěn)定計算中平衡節(jié)點用一臺大發(fā)電機(jī)代替，選定GENPWTwoAxis模型，把其中的H值設(shè)得非常大（如300.000），其他都用默認(rèn)參數(shù)。穩(wěn)定仿真中發(fā)電機(jī)

5、采用無阻尼繞組的凸極機(jī)模型。不考慮調(diào)速器和原動機(jī)模型。不考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型。勵磁系統(tǒng)模型為：圖2 勵磁系統(tǒng)模型該模型在PowerWorld中為BPA_EG模型，主要參數(shù)如下：KA=40 TA=0.1 TA1=0.1 KF=0.05 TF=0.7 VRmax=3.7 VRmin=0.0 發(fā)電廠按PV方式運(yùn)行，高壓母線電壓定值為1.05VN?？紤]兩種有功出力安排方式：² 滿發(fā)方式： 開機(jī)三臺，所有發(fā)電機(jī)保留10%的功率裕度；² 輕載方式： 僅開250MW機(jī)組，且保留10%的功率裕度；² 發(fā)電廠廠用電均按出力的7%考慮。2.2 PowerWorld仿真計算的主要內(nèi)容

6、對文中電力系統(tǒng)模型進(jìn)行運(yùn)行方式分析和計算，內(nèi)容涉及潮流計算、短路故障計算和暫態(tài)溫度計算三方面，詳細(xì)如下：1、潮流計算1）根據(jù)負(fù)荷變化和機(jī)組出力變化，擬定至少兩種典型運(yùn)行方式；2）建立PowerWorld電力系統(tǒng)模型，運(yùn)用軟件進(jìn)行各個運(yùn)行方式下的潮流計算。3） 用PowerWorld電力系統(tǒng)模型對MATLAB的潮流程序計算的典型運(yùn)行方式的潮流、電壓和網(wǎng)損進(jìn)行驗算、校核和分析；4）用PowerWorld電力系統(tǒng)模型完成大方式的“N-1”潮流校核，進(jìn)行線路載流能力和電壓水平分析；對MATLAB所編制的潮流程序進(jìn)行驗算。2、短路故障計算1）用PowerWorld電力系統(tǒng)模型對主要220kV母線進(jìn)行三相

7、短路容量測算，并與Matlab編制三相短路的短路容量計算程序的計算結(jié)果進(jìn)行校核。3、暫態(tài)穩(wěn)定計算自行選擇2-3種故障方案，用PowerWorld進(jìn)行穩(wěn)定計算，給出搖擺曲線，并計算故障的極限切除時間。3基于PowerWorld的電力系統(tǒng)仿真計算3.1 PowerWorld的電力系統(tǒng)模型圖3 PowerWorld接線圖3.2基于PowerWorld的電力系統(tǒng)潮流計算本文對模型進(jìn)行兩種運(yùn)行方式的潮流仿真：（1）發(fā)電機(jī)輕載方式，負(fù)荷重載方式表3 節(jié)點參數(shù)（發(fā)電機(jī)輕載方式，負(fù)荷重載方式）節(jié)點123456發(fā)電機(jī)功率MW平衡節(jié)點0000209.25負(fù)荷MVA230+j20350+j90250+j85410+

8、j90PV節(jié)點注入功率MVA-230-j20-350-j90-250-j85-410-j90電壓初值1.045511111.05發(fā)電機(jī)輕載方式，負(fù)荷重載方式）計算結(jié)果：圖4 發(fā)電機(jī)輕載負(fù)荷重載方式的潮流分布表4 線路功率及線損線路首端功率末端功率線損率121048.78-j23.501033.63-j99.661.4454%23247.65-j104.82247.01-j101.9810.2544%24555.99-j14.846555.02-j18.0910.1745%63103.42+j187.51102.99+j191.980.4158%45305.02-j103.09304.75-j1

9、02.740.0885%65105.83+j186.86105.25+j192.740.5480%其中，網(wǎng)損率按以下公式計算：表5 節(jié)點電壓計算結(jié)果節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03551.03861.03401.03471.0500電壓相角/°0-4.788-5.554-5.359-5.634-5.343（2）發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷輕載方式表6 節(jié)點參數(shù)（發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷輕載方式）節(jié)點123456發(fā)電機(jī)功率MW平衡節(jié)點0000711.45負(fù)荷MVA147.2+j12.8224+j57.6160+j54.4262.4+j57.6PV節(jié)點注入功率MVA-147.2-j12.

10、8-224-j57.6-160-j54.4-262.4-j57.6電壓初值1.045511111.05（發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷輕載方式）計算結(jié)果：表7 線路功率及線損線路首端功率MVA末端功率MVA線損率1285.06-j31.3784.94-j41.070.1408%32130.05+j8.15129.90+j13.810.3848%2467.64+j42.0867.62+j44.260.0295%63355.24+j65.59354.05+j65.750.3351%5492.31+j8.3992.29+j10.170.0217%65356.40+j65.84354.80+j65.950.44

11、90% （1）據(jù)式（1）即可把功率轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值。圖5發(fā)電機(jī)滿發(fā)負(fù)荷輕載方式的潮流分布表8 結(jié)點電壓計算值節(jié)點123456電壓幅值1.04551.04121.04301.04021.04061.0500電壓相角/°0-0.3560.010-0.416-0.3401.0383.3基于PowerWorld的電力系統(tǒng)短路故障計算本文電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是在發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷重載方式進(jìn)行的。故障1：三相短路表9 三相短路短路電流及短路容量220kV變電站#2#3#4#5#6短路電流/kA5.09565.17485.11005.13435.4946短路容量/×104MVA0.11230.

12、11380.11240.11300.1209故障2：單相短路表9 單相短路短路電流及短路容量220kV變電站#2#3#4#5#6短路電流/kA6.87107.23106.91847.02388.7793短路容量/×104MVA0.15120.15910.15220.15450.19303.4基于PowerWorld的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算本文電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是在發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷重載方式進(jìn)行的。故障1：母線#2發(fā)生三相短路圖6母線#2發(fā)生三相短路相角搖擺曲線極限切除時間為0.755s.故障2：母線#3發(fā)生三相短路圖7母線#3發(fā)生三相短路相角搖擺曲線極限切除時間為0.66s.故障3：母

13、線#6發(fā)生三相短路圖8母線#6發(fā)生三相短路相角搖擺曲線極限切除時間為0.525s.4 N-1分析N-1的處理方法：本課程設(shè)計“N-1”指是在發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷重載方式進(jìn)行的斷開一回線路。斷開線路：12表10 結(jié)點電壓節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03391.03781.03271.03361.0500電壓相角/°0 -4.926 -4.953 -5.236 -5.294-3.973表11 一回線的相電流線路122324364556電流/kA1.35560.097350.38750.490670.11520.4898圖9 斷開線路12電流電壓分布斷開線路：23表12 結(jié)點電

14、壓節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03601.03981.03441.03511.0500電壓相角/°0-2.410 -2.429-2.715-2.769-1.433表13 一回線的相電流線路122324364556電流/kA0.673280.094660.387920.472030.095740.48061圖10 斷開線路23電流電壓分布斷開線路：24表14 結(jié)點電壓節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03701.03941.03401.03471.0500電壓相角/°0-2.419-2.503-2.980-3.014-1.583表15 一回線的相電流線路12

15、2324364556電流/kA0.673050.070840.71700.449500.077310.50893圖11 斷開線路24電流電壓分布斷開線路：36表16 結(jié)點電壓節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03411.03391.03281.03371.0500電壓相角/°0-2.400-2.605 -2.634-2.628-1.007表17 一回線的相電流線路122324364556電流/kA0.676580.088990.298240.751700.074290.56805圖12 斷開線路36電流電壓分布斷開線路：45表18 結(jié)點電壓節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03651.03911.03471.03571.0500電壓相角/°0-2.413-2.439-2.713-2.812-1.458表19 一回線的相電流線路122324364556電流/kA0.672960.067570.38540.474310.168010.4800圖13 斷開線路45電流電壓分布斷開線路：56表20 結(jié)點電壓節(jié)點123456電壓幅值1.04551.03351.03751.030