1、课程设计课程名称电力系统分析设计题目基于MATLAB计算程序的电力系统运行分析学院电力工程学院专业电气工程及其自动化年级2011级学生姓名指导教师、日期20150112教务处制目录前言1第一章参数计算2第一节原始数据2第二节电网模型的建立3第二章潮流计算6第一节系统参数的设置6第二节程序的调试7第三节网损和潮流分析13第三章短路故障的分析计算15第一节序网分析15第二节短路计算18心得体会35参考文献361前言电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布，用以检查系
2、统各元件是否过负荷各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。在电力系统中可能发生的各种故障中，危害最大且发生概率较高的首推短路故障。产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏。短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路。短路故障大多数发生在架空输电线路。电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故
3、障的发生概率。短路计算可以为设备的选择提供原始数据。2第一章参数计算第一节原始数据一、目标电网接线图图11二、系统参数表1线路参数表线路编号线路型号线路长度（KM）线路电阻/KM线路正序电抗/KM线路容纳之半S/KM45LGJ240/3011300470417861046LGJ120/70120007414761057LGJ120/25165007916061069LGJ95/55166009218061078LGJ240/3092004717861089LGJ240/301220047178610说明线路零序电抗为正序电抗3倍。3表2变压器参数表线路编号变压器型号变压器变比（KV）短路电压百
4、分数27SSPL220000242325/20104339SSPL120000242325/1558114SSPL240000242325/1751142说明变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为/Y0接法。表3发电机参数表1发电机额定功率MW额定电压KV额定功率因数12001650852180180853100138085表4发电机参数表2发电机母线名JT（S）ARDXDXQXQX0DT（S）0QT（S）114728003201302102189622128001930261870436000535336020151021145029859060表5负荷数据表节点号有功负荷（MW）无功负荷（M
5、VA）51355061003088035第二节电网模型的建立本设计中，采用精确计算算法，选取BS100MVA，BU220KV，将所有支路的参数都折算到220KV电压等级侧；一、计算公式（1）线路参数的计算（2）变压器参数的计算422100BBNNKTUSSUUX（3）发电机参数的计算（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗，故只求出暂态电抗）22BBDDUSKXX（4）负荷节点的计算2JQPSSZB二、使用编程的结果如下线路电抗X009340099201364013720076001008线路电阻R001090018300269003160008900118线路正序、负序阻抗Z1
6、Z2COLUMNS1THROUGH50010900937I0018300992I0026901364I0031601372I0008900760ICOLUMN60011801008I线路容纳之半B/2COLUMNS1THROUGH5000974I000854I001280I001450I000793ICOLUMN6001050I线路零序阻抗Z0COLUMNS1THROUGH50010902802I0018302975I0026904091I0031604112I0008902281ICOLUMN60011803024I变压器正、负序电抗值XT000576I000574I000586I变压器零序
7、电抗值XT0000576I000574I000586I发电机暂态电抗XDG000476I000803I001103I负荷节点阻抗ZL0651402413I0917402752I104904590I5以上结果均采用程序计算。三、等值电路模型该等值电路图全部数值以标幺值表示，具体图12所示J00803J0057400089J0076000118J100808909J03118J00793J00793J01050J01050J00586J01103J01280J0145000269J01364J01280J0145000316J0137206514J02413J00854J0097400109J00
8、93400183J00992J00854J00974J00576J00476BUS7BUS8BUS9BUS3BUS5BUS6BUS4BUS209174J02752BUS1G2G3G1图126第二章潮流计算第一节系统参数的设置设计中要求所有结点电压不得低于10PU，也不得高于105PU，若电压不符合该条件，可采取下面的方法进行调压（1）改变发电机的机端电压（2）改变变压器的变比（即改变分接头）（3）改变发电机的出力（4）在电压不符合要求的结点处增加无功补偿调压方式应属于逆调压。结点的分类根据电力系统中各结点性质的不同，将结点分为三类PQ结点、PV结点和平衡结点，在潮流计算中，大部分结点属于PQ结
9、点，小部分结点属于PV结点，一般只设一个平衡结点。对于平衡结点，给定其电压的幅值和相位，整个系统的功率平衡由这一点承担。本设计中，选1号节点为平衡节点；2、3号节点为P、U节点；4、5、6、7、8、9号结点为P、Q节点。设计中，节点数N9，支路数NL9，平衡母线节点号ISB1，误差精度PR00001。由支路参数形成的矩阵B11400576I01000002700574I01000003900586I0100000450010900934I200974I100000460018300992I200854I100000570026901364I201280I100000690031601372I2
10、01450I100000780008900760I200793I100000890011801008I201050I100000支路参数矩阵由各节点参数形成的矩阵B2001000010000010000180000100001000003000010000010000100000300000010000002000001350005000I10000002000000000003000I1000000200000010000002000000800003500I10000002000000100000020000节点参数矩阵由节点号及其对地阻抗形成的矩阵X1,02,03,04,05,06,07
11、,08,09,07第二节程序的调试一、未调试前，原始参数运行结果如下注意输入“VAR1”时将选用牛顿拉夫逊法来进行潮流计算；输入“VAR其他数字时将选用PQ分解法来进行潮流计算”VAR1迭代次数4没有达到精确要求的个数141680各节点的实际电压标么值E为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH4100000975902183I0990601368I0984000240ICOLUMNS5THROUGH80949800429I0968900388I0986301148I0981400641ICOLUMN90996900785I各节点的电压大小V为节点号从小到大排列COLUMNS1THRO
12、UGH710000100001000009843095080969709929COLUMNS8THROUGH90983510000各节点的电压相角O为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH701261017860313973258392290966372COLUMNS8THROUGH93737745008各节点的功率S为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH40416702781I1800002175I1000000298I0000000000ICOLUMNS5THROUGH81350005000I1000003000I0000000000I0800003500ICOLUM
13、N90000000000I各条支路的首端功率SI为顺序同您输入B1时一样0416702781I1800002175I1000000298I0245602320I0171100316I1106301017I0829701097I0657300157I80146702444I各条支路的末端功率SJ为顺序同您输入B1时一样0416702636I1800000288I1000000289I0243703983I0170301903I1142700445I0852800711I0653301056I0147200422I各条支路的功率损耗DS为顺序同您输入B1时一样000145I0000001887I0
14、000000587I0001901663I0000801587I0036400572I0023201808I0003901213I0000502022I以下是每次迭代后各节点的电压值如图所示图21由运行结果可知，节点4、5、6、7、8电压均不满足要求。故需进行调试，以期各结点电压均满足要求。下面用NL法进行潮流计算。二、采用NL法进行潮流的计算和分析（1）第一次调试9将变压器1的变比初始值由10000改为10250，则修改结果如下B1100004000000576I0102500200007000000574I0100000运行结果如下各节点的电压大小V为节点号从小到大排列1000010000
15、10000100220963809823099680987510038节点5、6、7、8都不满足要在1000010500范围内的要求，改变变压器1的变比不满足要求。（2）第二次调试将变压器2的变比初始值由10000改为10250，则修改结果如下B1100004000000576I0102500200007000000574I0102500运行结果如下各节点的电压大小V为节点号从小到大排列100001000010000100660974509871101471000110085节点5、6的值，虽然第二次调试仍然不满足要在1000010500范围内的要求，但电压有所升高。（3）第三次调试将变压器3
16、的变比初始值由10000改为10250，则修改结果如下B1100004000000576I0102500200007000000574I0102500300009000000586I0102500运行结果如下各节点的电压大小V为节点号从小到大排列100001000010000101090979509977101961010910265节点5、6的值，虽然第三次调试仍然不满足要在1000010500范围内的要求，但电压有所升高。（4）第四次调试将变压器1的变比初始值由10250改为10500，则修改结果如下B1100004000000576I0105000200007000000574I0102
17、500300009000000586I0102500运行结果如下各节点的电压大小V为节点号从小到大排列100001000010000102870992410103102361015010305节点5的值，不满足要在1000010500范围内的要求，且变压器T1的变比以调至最大。应调节与节点5临近的变压器T2的变比。（5）第五次调试将变压器2的变比初始值由10250改为10500，则修改结果如下B1100004000000576I010500010200007000000574I0105000300009000000586I0102500运行结果如下各节点的电压大小V为节点号从小到大排列1000
18、01000010000103321003110152104131027610353所有节点的值，都满足在1000010500范围内的要求。NL法程序运行结果如下注意输入“VAR1”时将选用牛顿拉夫逊法来进行潮流计算；输入“VAR其他数字时将选用PQ分解法来进行潮流计算”VAR1迭代次数4没有达到精确要求的个数1416100各节点的实际电压标么值E为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH4100000978302074I0991401307I1032900248ICOLUMNS5THROUGH81002200423I1014500384I1035601087I1025800609ICO
19、LUMN91032500755I各节点的电压大小V为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH710000100001000010332100311015210413COLUMNS8THROUGH91027610353各节点的电压相角O为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH701196937508413780241432166259892COLUMNS8THROUGH93396141824各节点的功率S为节点号从小到大排列COLUMNS1THROUGH40410802829I1800002384I1000001423I0000000000ICOLUMNS5THROUGH813
20、50005000I1000003000I0000000000I0800003500ICOLUMN90000000000I各条支路的首端功率SI为顺序同您输入B1时一样0410802829I1800002384I111000001423I0236602034I0174300651I1115001078I0826700608I0651800403I0151901709I各条支路的末端功率SJ为顺序同您输入B1时一样0410802685I1800000491I1000002021I0235003922I0173302392I1148200088I0847901521I0648101791I01521
21、00500I各条支路的功率损耗DS为顺序同您输入B1时一样0000000143I0000001892I0000000598I0001501888I0000901741I0033200990I0021202128I0003601388I0000302209I以下是每次迭代后各节点的电压值如图所示图2212三、对运行结果的分析（1）、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢要考虑什么条件各变量是如何划分的哪些可调哪些不可调答潮流计算时功率方程是非线性，多元的具有多解。初始条件给定后得到的结果不一定能满足约束条件要求，要进行调整初值后才
22、能满足。其约束条件有MAXMINIIIUUU，MAXMINIIIPPP，MAXMINIIIQQQ，|IJ。负荷的PQ量为扰动变量，发电机的PQ为控制变量，各节点的V为状态变量。扰动变量是不可控变量，因而也是不可调节的，状态变量是控制变量的函数，因而状态变量和控制变量是可以调节的。所以，计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流的。（2）、牛顿拉夫逊法与PQ分解法有哪些联系有哪些区别二者的计算性能如何答在潮流计算中，牛顿拉夫逊法的实质是一种逐步线性化的方法，它有很好的收敛性，但要求有合适的初值。PQ分解法来源于NL法极坐标形式，又充分考虑在交流高压电网中，变压器和线路的电抗远远大于电阻，且系
23、统中母线有功功率的变化主要受电压相位的影响，而无功功率的变化主要受母线电压幅值的影响，在此基础之上对H、L阵进行简化。由于这种简化只涉及修正方程的系数矩阵，并为改变结点功率平衡方程和收敛判据，从NL法和PQ分解法程序运行结果可以看出不会降低计算结果的精度。由图22和图23比较可知，PQ分解法与NL法相比大大提高了计算速度，但迭代次数却增多；PQ分解法为恒速率收敛，比起NL法，其收敛速度变慢。13第三节网损和潮流分析一、选取NL法的数据来分析网损表21调整前后网络损耗比较节点编号142739454657697889调整前00145I01887I00587I0001901663I000080158
24、7I0036400572I0023201808I0003901213I0000502022I牛拉法调整后00143I01892I00598I0001501888I0000901741I0033200990I0021202128I0003601388I0000302209I调节前有功损耗P（000000190000800364002320003900005）100667MW调节后有功损耗P000000150000900332002120003600003100604MW调节前无功损耗Q（001450059800587016630158700572018080121302022）100I11484
25、IMVAR调节后无功损耗Q（001430189200598018880174100990021280138802209）100I12977MVAR由以上可知调压前有功损耗为667MW，调节后有功损耗为604MW；调节前无功损耗为11484IMVAR，调节后无功损耗为12977IMVAR。进行调压有功网损减少了，而无功网损却增加了，之所以会出现这种情况是由于调压后，许多节点电压升高了，对地电容的充电功率为Q1/2CU2，充电功率与网络电压的平方成正比，所以最终导致无功网损增加。二、选取NL法的数据来分析潮流1潮流分布如图23所示14BUS7BUS8BUS9BUS21800002384I18000
26、00491I0651800403I0648101791I0151901709I0152100500I1000001423I1000002021I1115001078I1148200088I0826700608I0847901521I0236602034I0235003922I0174300651I0173302392I0410802685I0410802829IS0000000143IS0000001892IS0001501888IS0000000598IS0000901741IS0033200990IS0021202128IS0003601388IS0000302209I有功功率无功功率BU
27、S3BUS6BUS5BUS4BUS1图232根据图23进行分析（1）线路有功潮流最有可能的流向是线路无功潮流最有可能的流向是发电机节点的注入无功为负值说明了什么由潮流分布图可知，线路有功功率总是从电压相位超前的结点流向滞后的结点，无功功率的总是从电压幅值高的结点流向电压幅值低的结点。在潮流分布图中，3号发电机发出的无功功率为负值，说明3号发电机从系统吸收无功。（2）潮流控制的主要手段有哪些由于电网运行时负荷等的变化，引起系统中各节点电压的变化。由于发电机容量有限，而电压的调整又必须服从对电压质量的要求，调整的幅度不能太大，另一方面从电网运行经济性和安全等方面考虑，网络中的潮流往往需要控制。在实
28、际的网络潮流控制中主要采用串联电容（作用以容抗抵偿线路感抗）；串联电抗（作用在于限流）；附加串联加压器（作用在于产生一环流或强制循环功率使强制循环功率与自然分布功率的叠加可达到理想值）等手段控制潮流。15第三章短路故障的分析计算第一节序网分析一、各序网参数计算设计中，采用近似计算算法，选取BS100MVA，BUUAV，将所有支路的参数都用平均电压，计算过程及结果如下1计算公式（1）线路参数的计算（2）变压器参数的计算22100BBNNKTUSSUUX（3）发电机参数的计算（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗，故只求出暂态电抗）22BBDDUSKXX（4）负荷节点的计算2JQP
29、SSZB2使用编程的结果如下线路电抗X008540090701248012550069600922线路电阻R001000016800246002890008200108线路正序、负序阻抗Z1Z2COLUMNS1THROUGH50010000854I0016800907I0024601248I0028901255I0008200696ICOLUMN60010800923I线路容纳之半B/2COLUMNS1THROUGH5001060I000933I001400I001580I16000866ICOLUMN6001150I线路零序阻抗Z0COLUMNS1THROUGH50010002563I001
30、6802722I0024603743I0028903766I0008202087ICOLUMN60010802767I变压器正、负序电抗值XT000476I000474I000484I变压器零序电抗值XT0000476I000474I000484I发电机暂态电抗XDG000433I000728I001000I负荷节点阻抗ZL0651402413I0917402752I104904590I二、各序网图1正序图10000I00484I00474I00728I00476I00433I04590I00923I01255I02752I00907I00854I02413I01248I00696IBUS9B
31、US3BUS7BUS2BUS5BUS6BUS4BUS1G1G2BUS8图31172负序图10000I00484I00474I00728I00476I00433I04590I00923I01255I02752I00907I00854I02413I01248I00696IBUS9BUS3BUS7BUS2BUS5BUS6BUS4BUS1BUS8图323零序图00484I00474I00476I10000002767I03766I10000002722I02563I10000003743I02087IBUS9BUS3BUS7BUS2BUS5BUS6BUS4BUS1BUS8图3318第二节短路计算一、三
32、相短路1、三相短路电流的计算原理利用结点阻抗矩阵和导纳矩阵都可以计算短路电流，其算法有所不同。利用结点阻抗阵时，只要形成了阻抗阵，计算网络中任意一点的对称短路电流和网络中电流、电压的分布非常方便，计算工作量小，但是，形成阻抗阵的工作量大，网络变化时的修改也比较麻烦，而且结点阻抗矩阵是满阵，需要计算机存储量较大。利用结点导纳矩阵计算短路电流，实质是先用它计算出与指定的短路点有关的结点阻抗矩阵的相应列的元素，然后利用公式IJJIIJFIKIIFKKKFZUUIIZUUZZUI,00（IJZ为连接节点I和J的支路阻抗）进行短路电流的计算。然而，导纳阵是对称、稀疏阵，极易形成，且网络结构变化时也易于修
33、改。程序运行步骤及对变量的解释（1）请输入短路点的数目NF（2）请输入节点数N（3）请输入支路数NL（4）输入各支路参数矩阵B矩阵B的每行是由下列参数构成的某支路的首端号P；末端号Q，且PQ；支路的阻抗（RJX）支路的对地电纳；支路的变比K；折算到哪一侧的标志（如果支路的首端P处于高压侧请输入“1”，否则请输入“0”）。（5）输入由短路点号，短路点阻抗形成的矩阵D（6）请输入由各节点的初电压标幺值形成的列矩阵V0（7）形成节点阻抗矩阵Z（8）求短路点电流FKKKFZZUI019（9）求网络中各节点的电压FIKIIIZUU0（10）求网络中各支路电流IJJIIJZUUI2、7节点和8节点发生三相
34、短路的程序结果（1）7节点发生三相短路1）短路点的电流标幺值08847156651I有名值（KA）0222139319I2）各节点的电压表31节点号电压表幺值有名值（KV）1116520350163311384103322376450571200303I131386969I60757700302I174276946I769389E18I080162000447I372610281I90427400385I983028855I有名值与标幺值的转化公式IIBIUIBB3SBKAIB251023031003）各支路电流表32支路编号电流表幺值电流有名值（KA）010185288I046507I020
35、42369I010635I03086414I021690I050755903266I0189700820I060748702575I0187900646I080114000924I0028600232I14006975I001751I270000073864I018540I3907961118303I0199829694I450355254102I0089213580I460333030375I0083607624I570243145766I0061011487I690066426318I0016706606I20780641623278I0161005843I890066428754I001
36、6707217I3、8节点发生三相短路1）短路点的电流标幺值0981998545I有名值（KA）0246524735I2）各节点的电压表33节点号电压表幺值有名值（KV）1116520658600030II118548311384103322376450776300179I1785494117I60708500200I1629554600I70494300047I1136891081I80090313200085I720361955I3各支路电流表34支路编号电流表幺值电流有名值（KA）010185288I046507I020035779698I0009020004I03086414I0216
37、90I051039004124I0260701035I060702502326I0178300584I080014006975I001751I270037534669I0009408702I3901753141902I0044035617I450209630080I0052607550I460220835802I0055408986I570105522602I0026405673I690091931496I0023107905I780068071013I0017117824I890091933932I0023108517I4、对运行结果的分析由上面的结果可知，当发生三相短路时，其短路点的电压为
38、0，短路点的电流为最大，这与理论都是相符的。21二、不对称短路简单不对称故障（包括横向和纵向故障）与对称故障的计算步骤是一致的，首先算出故障口的电流，接着算出网络中各个结点的电压，由结点电压即可确定支路电流，所不同的是，要分别按三个序进行如图31、32、33所示。1、7节点和8节点发生不对称短路的程序结果（1）7节点发生不对称短路的程序结果1）故障点和各支路各序电流标幺值表35正序电流标幺值负序电流标幺值零序电流标幺值单相接地短路短路点（7点）0580018733I0580018733I0580018733I两相短路0442380352I0442380352I0两相接地短路0648785933
39、I0236074771I0412711162I单相接地短路（各支路序电流）010219949I000202441121070I0244109752I75728E00558682E006I03097561I00051288604632I0065500384I0492200289I060985102911I0030100134I0216100321I080746203072I0075800525I0588301038I14006975I00270256301526I0256310239I79514E00561616E006I390277507787I0277515081I2699395763I45
40、0107609608I0107606083I0389812781I460044605439I0044603454I0326806957I570173202638I0173205699I0102312492I690074801718I0074803320I0110707279I780150500826I0150502794I0477606241I890074804154I0074803320I0110707279I两相短路（各支路序电流）010219949I00020000089569I0000041253I02203097561I00051055004141I0299100875I006088
41、2002810I0133300235I0080468002261I0354001337I014006975I00270000034602I0000043315I0390398055505I0398062798I0450177628813I0177625289I0460166516180I0166514195I0570121521353I0121524414I0690033212358I0033213960I0780320810655I0320812623I0890033214794I0033213960I0两相接地短路（各支路序电流）010219949I00020089986654I00899
42、38338I46082E00510807E006I03097561I00051035804014I0279900748I0297300336I060873102765I0124400190I0132000124I080445902089I0331901165I0353100821I14006975I00270094437663I0094440255I48386E00511348E006I390289360029I0506858274I1322858913I450135030639I0220223463I0194507873I460147317219I0185613156I0175304323I
43、570183323051I0059722715I0102807536I690005113352I0061312966I0043304447I780371011477I0270611801I0309803626I23890005115788I0061312966I0043304447I2）各节点序电压标么值表36故障类型节点号正序电压标幺值负序电压标幺值零序电压标幺值单相接地短路110020925500187I0074500187I0795100616I31004103320050951100092I0052000092I0327600999I60983900040I0031300040I018
44、9400890I70918200308I0123100308I0795100616I80924000203I0103600203I0664901613I90962300134I0073000134I0463501306I两相短路110020684700000I0315300000I031004103320050787100152I0216000152I060886500151I0128700151I070520605207080594800223I0432800223I090731400193I0303900193I0两相接地短路110020662400069I0293100069I04839
45、00113I31004103320050771500115I0200400188I0200400188I60877000134I0119300168I0119300168I70483900113I0483900113I0483900113I80563700145I0401700302I0401700302I90709500140I0282000245I0282000245I3）故障点和各支路相电流标幺值表37A相电流标幺值B相电流标幺值C相电流标幺值单相接地短路短路点1740056199I22204E01622204E01624两相短路013917407662I13917407662I两相接地
46、短路27756E01688818E016I14536509082I13298424405I单相接地短路（各支路相电流）010219949I190482109975I190482109975I0204882111318I11085555659I11573555659I03097561I8449048780I8449048780I050730903959I0669314140I1538109313I060738903098I0429809859I0957307725I080082101509I0612009429I1235104807I14006975I0604003487I0604003487I
47、270512711766I0498405883I1010805883I3921444118630I2345284329I3608484329I450174528472I0802704936I0192204936I460237515850I0543302511I0199602511I570448720829I0194208323I0335908323I690038812316I0046804760I0324204760I780778609861I0497504431I0156604431I890038814752I0257703542I0113203542I两相短路（各支路相电流）0102199
48、49I190482109975I190482109975I020130822I4184365411I4184365411I03097561I8449048780I8449048780I051354105016I0394209054I0959904038I061015203046I0284608007I0730604961I080822003597I0330902786I0491000812I14006975I0604003487I0604003487I27008713I6747904357I6747904357I2539007293I10245403247I10245410541I450035
49、25I4685404838I4685401314I46001985I2630503876I2630501891I57003061I3963503635I3963500574I69001602I2279200226I2279201376I78001968I2015906541I2015904572I89000834I2490100992I2490100158I两相接地短路（各支路相电流）010219949I190482109975I190482109975I0201797124992I4094462496I4274262496I03097561I8449048780I8449048780I051612905098I0077708591I0643304501I061129402830I0143708085I0589704882I081130904075I0044301793I0115800181I14006975I0604003487I0604003487I270188702592I6842301296I6653401296I391540257159I9031366685I11459452896I450279
