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电力系统运行方式分析和计算电力系统运行分析和计算设计报告专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 12级电气六班 学 号： 姓 名： 华南理工大学电力学院2014-12-28目录课程设计题目A3：电力系统运行方式分析和计算31.电力系统的参数计算和标幺化81.1电力系统的等效电路图81.2运行方式的拟定81.3线路参数计算91.3.1线路参数的有名值计算91.3.2线路参数的标幺值计算91.4发电机参数计算101.5变压器参数计算101.6负荷相关参数的计算112.潮流计算的Matlab实现及PowerWorld仿真112.1 基于牛顿拉夫逊法潮流计算的Matlab实现112.1.1满发最大负荷运行方式：122.1.2轻载最小负荷运行方式152.2两种运行方式的电压网损汇总162.2.1牛顿拉夫逊法的运算结果162.2.2分析讨论172.3电力系统潮流的PowerWorld仿真182.3.1 PowerWorld仿真电路图182.3.2满发大负荷运行方式电力系统的潮流计算182.3.3轻载小负荷运行下电力系统的潮流计算192.4PowerWorld潮流计算相关结果202.5两种方法结果分析203.大方式下N-1的潮流校核223.1大方式下的N-1潮流校核224.220kV母线的三相短路容量测算244.1短路容量的Matlab计算程序244.2各220kV变电站短路容量的计算结果244.2.1大方式下的三相短路容量计算244.3PowerWorld的短路仿真结果254.3.1大方式下的短路容量计算254.4两种计算方法结果比较265.PowerWorld的暂态稳定分析265.1情况一：近发电机母线输电线路三相短路，0.1s切除故障线路265.2情况二： 节点7三相短路，0.1s切除故障275.3情况三：在节点2-3之间输电线路三相短路，0.1s切除故障线路295.3结论316.发电机组的负荷经济分配316.1利用等微增率原则的经济分配方案316.2使用quadprog函数进行优化的分配方案326.2.1Matlab程序代码326.2.2Matlab计算结果326.3两种计算方法的结果分析337.课程设计总结34附录135附录239附录340课程设计题目A3：电力系统运行方式分析和计算姓名： 杨林 谭傲 指导教师： 林舜江 一、 一个220kV分网结构和参数如下：500kV站（#1）的220kV母线视为无穷大母线，电压恒定在230kV。图中，各变电站参数如下表：编号类型220kV最大负荷，MVA#1500kV站平衡节点#2220kV站230+j40#3220kV站210+j25#4220kV站300+j85#5220kV站410+j110#6220kV站220+j30各变电站负荷曲线基本一致。日负荷曲线主要参数为： 日负荷率：0.85，日最小负荷系数：0.64各线路长度如图所示。所有线路型号均为LGJ-2*300，基本电气参数为：正序参数： r = 0.054/km, x = 0.308/km, C = 0.0116 F/km；零序参数： r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, C0 = 0.0078 F/km；40C长期运行允许的最大电流：1190A。燃煤发电厂G有三台机组，均采用单元接线。电厂220kV侧采用双母接线。发电机组主要参数如下表（在PowerWorld中选择GENTRA模型）：机组台数单台容 量（MW）额定电压（EV）功率因数升压变容量MVAXdXdXqTd0TJ=2Hai,2t/(MW2h)ai,1t/(MWh)ai,0t/hPmax(MW)Pmin(MW)130010.50.853501.80.181.2870.000040.29810.22300120130010.50.853501.80.181.2870.000030.30510.32300120125010.50.853002.10.21.5760.000030.3219.38250100升压变参数均为Vs%=10.5%，变比10.5kV/242kV。不计内阻和空载损耗。稳定仿真中发电机采用无阻尼绕组的凸极机模型。不考虑调速器和原动机模型。不考虑电力系统稳定器模型。励磁系统模型为：该模型在PowerWorld中为BPA_EG模型，主要参数如下：KA=40 TA=0.1 TA1=0.1 KF=0.05 TF=0.7 VRmax=3.7 VRmin=0.0 发电厂按PV方式运行，高压母线电压定值为1.05VN。考虑两种有功出力安排方式： 满发方式： 开机三台，所有发电机保留10%的功率裕度； 轻载方式： 仅开250MW机组，且保留10%的功率裕度； 发电厂厂用电均按出力的7%考虑。二、 设计的主要内容：1、根据负荷变化和机组出力变化，拟定至少两种典型运行方式；2、进行参数计算和标幺化，形成两种典型运行方式的潮流计算参数；3、用Matlab编制潮流计算程序，可任选一种潮流计算方法；4、用所编制的潮流程序完成典型运行方式的潮流计算，进行电压和网损分析；5、用PowerWorld软件进行潮流计算并与自己编制的软件计算结果进行校核和分析；6、用所编制的潮流程序完成大方式的“N-1”潮流校核，进行线路载流能力和电压水平分析；7、用Matlab编制三相短路的短路容量计算程序；8、对主要220kV母线进行三相短路容量测算，并与PowerWorld的计算结果进行校核；9、自行选择2-3种故障方案，用PowerWorld进行稳定计算，给出摇摆曲线，并计算故障的极限切除时间。10、假定电网公司下发给燃煤发电厂G的日发电计划曲线如下图，按照等微增率准则对三台机组进行经济负荷分配，同时采用matlab中的quadprog函数对三台机组进行负荷优化分配，并对两种分配结果进行分析比较。要求给出三台机组的日发电计划曲线。11、编制课程设计报告三、 设计要求和设计成果：1、每两位同学为一组，自行分工，但任务不能重复；2、每位同学对自己的设计任务编写课程设计说明书一份；3、一组同学共同完成一份完整的设计报告；4、设计说明和报告应包含： 以上设计任务每一部分的计算过程和结果分析； 所编制的潮流、短路和机组经济负荷分配源程序（主要语句应加注释）； 潮流计算结果（潮流图） 稳定计算的功角曲线等；华南理工大学电力系 电气工程和及其自动化 专业课程设计(论文)任务书兹发给2012级电气工程及其自动化6班学生 杨林 谭傲 课程设计任务书,内容如下：1. 课程设计题目： 电力系统运行方式分析和计算 2. 应完成的项目：A. 根据负荷和机组出力变化，拟定两种典型运行方式，形成潮流计算参数；B. 用Matlab编制潮流计算程序，完成典型运行方式的潮流计算并进行分析；C. 用PowerWord软件对自己编制的软件计算结果进行校核和分析；D. 用所编制的潮流程序完成大方式的“N-1”潮流校核；E. 用Matlab编制三相短路的短路容量计算程序；F. 对主要220kV母线进行三相短路容量测算，并与PowerWorld校核；G. 选择2-3种故障方案，用PowerWorld进行稳定计算；H. 由燃煤发电厂的日发电计划曲线对三台机组进行经济负荷分配。3. 参考资料以及说明A. 电力系统分析（上、下册）华中科技大学出版B. 发电厂电气部分高等学校教材C. 电网调度运用技术东北大学出版社D. PowerWorld 15使用手册E. 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用4. 本毕业设计（论文）任务书于2014年12月20日发出，应于2015年 1 月 2 日前完成，然后提交课程考试委员会进行答辩。系主任 批准 年 月 日教员组主任 审核 年 月 日指导老师 签 发 2014 年 12月20日1. 电力系统的参数计算和标幺化1.1电力系统的等效电路图上图是课程设计题目的等效电路图，采用线路的型模型来等效模拟。1.2运行方式的拟定1满发最大负荷运行方式：发电厂：发电厂满发，即开机三台，所有发电机保留10%裕度，再按发电机出力的7%作为厂用电，即发出功率为总容量的83.7%。负荷：负荷采用最大负荷计算。2轻载最小负荷运行方式： 发电厂：只开250MW机组，发电机保留10%裕度，再按发电机出力的7%作为厂用电，即发出功率为总容量的83.7%。 负荷：负荷将已知的最大负荷与日最小负荷系数相乘，得出负荷最小值。1.3线路参数计算1.3.1线路参数的有名值计算根据题目，考虑到潮流计算的方便，在MATLAB计算中把原来的1节点改为7节点，取发电机G为1节点，线路参数如下：正序参数：r = 0.054/km, x = 0.308/km, C = 0.0116 F/km；零序参数：r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, C0 = 0.0078 F/km；线路长度：l27=30km,l23=20km, l24=11km, l36=9km, l45=11km, l15=11km, l16=30km；由于线路是双回路，阻抗值为单根的一半而电纳翻倍。我们使用以下公式进行有名值计算： 由此，我们可以得到线路的相关参数有名值：（为计算方便，直接计算的值）正序参数：线路L27L23L24L36L45L15L16长度/km3020119112516电阻R/0.8100000.540000.297000.243000.297000.675000.43200电抗X/4.6200003.080001.694001.386001.694003.850002.46400电纳B/S0.0001093 0.000073 0.000040 0.000033 0.000040 0.000091 0.000058 零序参数：线路L27L23L24L36L45L15L16电阻R/3.0600002.0400001.1220000.9180001.1220002.5500001.632000电抗X/14.5200009.6800005.3240004.3560005.32400012.1000007.744000电纳B/S0.000074 0.000049 0.000027 0.000022 0.000027 0.000061 0.000039 1.3.2线路参数的标幺值计算选取基准电压VB=220kV，基准功率SB100MW。相应阻抗标幺值的计算公式为：由此我们分别计算出相应的标幺值：正序参数标幺值：线路L27L23L24L36L45L15L16长度/km3020119112516电阻R0.0016740.0011160.0006140.0005020.0006140.0013950.000893电抗X0.0095450.0058220.0032020.0026200.0032020.0072780.004658电纳B0.0529140.0352760.0194020.0158740.0194020.0440950.028221零序参数标幺值：电阻R0.0063220.0042150.0023180.0018970.0023180.0052690.003372电抗X0.0300000.0200000.0110000.0090000.0110000.0250000.016000电纳B0.035580 0.023720 0.013046 0.010674 0.013046 0.029650 0.018976 1.4发电机参数计算发电机额定电压为10.5KV，系统侧电压为1.05VB=231KV。将三台机组分别赋予编号，两个300MW机组为1、2号，剩余一台250MW机组为3号，由此可得以下计算值：参数有名值：机组序号容量/MVAXdXdXqPmax/MWPmin/MW13001.80000.18001.200030012023001.80000.18001.200030012032502.10000.20001.5000250100参数标幺值：为了不出现非基准变比，电机端基准电压VGB= VB* KN，KN为变压器额定变比。电抗标幺值计算公式为：X*=X* SB *VGN2 / VGB2 / SN机组序号容量/MVAXdXdXqPmax/MWPmin/MWTd0TJ13000.6170940.0617090.41139631.28723000.6170940.0617090.41139631.28732500.8639320.0822790.6170942.51761.5变压器参数计算变压器与发电机相连的为同一编号按照题目要求，只计算XT，相关计算公式为：由此我们算出3组变压器参数如下：变压器序号容量/MVAXT/XT*135017.5692000.036300235017.5692000.036300330020.4974000.0423501.6负荷相关参数的计算根据已知的日负荷率0.85和日最小负荷系数0.64，可得到以下数据：节点编号节点类型节点电压Pmax/MWQmax/MWPmin/MWQmin/MW#7平衡节点230-#1PV231711.45-209.25-#2PQ-23040147.20025.6#3PQ-21025134.40016#4PQ-30085192.00054.4#5PQ-410110262.40070.4#6PQ-22030140.80019.2标幺化之后得到如下数据：节点编号节点类型节点电压Pmax/MWQmax/MWPmin/MWQmin/MW#7平衡节点1.04545-#1PV1.057.115-2.093-#2PQ12.3000.4001.4720.256#3PQ12.1000.2501.3440.160#4PQ13.0000.8501.9200.544#5PQ14.1001.1002.6240.704#6PQ12.2000.3001.4080.1922.潮流计算的Matlab实现及PowerWorld仿真2.1 基于牛顿拉夫逊法潮流计算的Matlab实现潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种。牛顿拉夫逊法是数学上解非线性方程式的有效方法，有较好的收敛性。将牛顿法用于潮流计算是以导纳矩阵为基础的，由于利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性及节点编号顺序优化等技巧，使牛顿法在收敛性、占用内存、计算速度等方面都达到了一定的要求。下面是牛顿拉夫逊算法流程图：程序代码详情见附录12.1.1满发最大负荷运行方式： 在这种运行方式下，三台机组全部开启，各自保留10%作为功率裕度，厂用负荷占发电量7%，负荷为最大负荷。取节点7为平衡节点，节点2、3、4、5、6为PQ节点，节点1为PV节点。输入节点数7，支路数7，平衡节点母线序号#7，PV节点为1，误差精度为0.00001。首先，根据各线路的参数形成节点导纳矩阵（发电机作为PV节点，注入有功和输出电压固定，发电机参数不参与形成节点导纳矩阵，这样做并不会对模型精度造成什么影响，却可以使程序更简洁）。为了方便形成节点导纳矩阵，先构造支路信参数矩阵B1，再通过循环算法形成节点导纳矩阵。关于B1矩阵的说明：1、 支路首端号；2、末端号；3、支路阻抗；4、支路对地电纳； 根据系统运行方式输入各节点的功率，给定各节点电压初值，经过Matlab的运算，我们得到如下结果：节点导纳矩阵Y为： 1.0e+02 *Columns 1 through 20.651014989743377 - 3.395326742263527i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i 1.073455000570829 - 5.684364157546673i0.000000000000000 + 0.000000000000000i -0.317576492965225 + 1.656747618318586i0.000000000000000 + 0.000000000000000i -0.577621403977497 + 3.012286214227925i-0.254027524455885 + 1.325313493182748i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i-0.396987465287492 + 2.070736409080779i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i -0.178257103628106 + 1.016406245000163iColumns 3 through 40.000000000000000 + 0.000000000000000i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i-0.317576492965225 + 1.656747618318586i -0.577621403977497 + 3.012286214227925i1.022988945659030 - 5.337870831581070i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i 1.155242807954994 - 6.024184388455850i0.000000000000000 + 0.000000000000000i -0.577621403977497 + 3.012286214227925i-0.705412452693804 + 3.681634713262485i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i 0.000000000000000 + 0.000000000000000iColumns 5 through 6-0.254027524455885 + 1.325313493182748i -0.396987465287492 + 2.070736409080779i0.000000000000000 + 0.000000000000000i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i -0.705412452693804 + 3.681634713262485i-0.577621403977497 + 3.012286214227925i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.831648928433383 - 4.336964737410673i 0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i 1.102399917981296 - 5.751930172343264i0.000000000000000 + 0.000000000000000i 0.000000000000000 + 0.000000000000000iColumn 70.000000000000000 + 0.000000000000000i-0.178257103628106 + 1.016406245000163i0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.000000000000000 + 0.000000000000000i0.178257103628106 - 1.015877105000163i迭代次数为7次，每次迭代所得电压如下： Columns 1 through 2 1.050000000000000 - 0.030324719503106i 1.039595580002429 - 0.046061552506054i 1.048939812693281 - 0.051871575542995i 1.032323164470227 - 0.061678481566421i 1.048790290746968 - 0.050409195077189i 1.033204333731419 - 0.060699338458241i 1.048777446840707 - 0.050654985700175i 1.033099809592797 - 0.060857478770628i 1.048778672677798 - 0.050629007619753i 1.033114096458935 - 0.060841332079843i 1.048778478675638 - 0.050633019690193i 1.033112403128421 - 0.060843929861203i 1.048778498847895 - 0.050632601696246i 1.033112637043745 - 0.060843671184187i Columns 3 through 4 1.043800270732913 - 0.047443256907013i 1.036772857613934 - 0.054269667304124i 1.035263175541118 - 0.067837633570077i 1.028609571109983 - 0.072151162801313i 1.036312603871094 - 0.066599180380739i 1.029701053349283 - 0.071005192715921i 1.036187934259251 - 0.066801653071212i 1.029573005664175 - 0.071191390220936i 1.036205022414179 - 0.066781032473659i 1.029590489333021 - 0.071172390442854i 1.036202998668916 - 0.066784363430434i 1.029588416963800 - 0.071175446916398i 1.036203278681197 - 0.066784033145247i 1.029588703095568 - 0.071175142550599i Columns 5 through 6 1.037781089246225 - 0.054212942931074i 1.046683756777299 - 0.043256380312821i 1.030029213710235 - 0.074070142757449i 1.038536769866816 - 0.065490548185928i 1.031067052708113 - 0.072807391779552i 1.039539632952158 - 0.064159234055514i 1.030941712487509 - 0.073015358690902i 1.039417869843627 - 0.064379473424369i 1.030958780376132 - 0.072994059166820i 1.039434555051042 - 0.064357003986337i 1.030956750951059 - 0.072997472121503i 1.039432577729426 - 0.064360628974191i 1.030957030241769 - 0.072997130756423i 1.039432851256813 - 0.064360269024846iColumn 71.045450000000000 + 0.000000000000000i1.045450000000000 + 0.000000000000000i1.045450000000000 + 0.000000000000000i1.045450000000000 + 0.000000000000000i1.045450000000000 + 0.000000000000000i1.045450000000000 + 0.000000000000000i1.045450000000000 + 0.000000000000000i 最后一行即为给定精度下（0.00001）节点电压的潮流计算值，迭代次数为7次，由此可见，牛顿拉夫逊潮流计算法收敛性较好，精度较高。潮流计算电压幅值为： Columns 1 through 51.050000000000084 1.034902736078444 1.038353187423629 1.032045928463996 1.033538087979150 Columns 6 through 71.041423495270208 1.045450000000000 潮流计算电压相角为： Columns 1 through 5-0.048240233384335 -0.058825601990409 -0.064361687567118 -0.069019877923457 -0.070687241900522 Columns 6 through 7-0.061839691684201 02.1.2轻载最小负荷运行方式输入数据时与2.2基本相同，只需要改变输入的有功和无功功率即可，误差精度仍为0.00001。经Matlab潮流运算，可以得到得到： 每次迭代的电压V：Columns 1 through 2 1.050000000000000 - 0.051115291390152i 1.045165218870943 - 0.046000788957430i 1.047679200562665 - 0.073231039369030i 1.037584427517339 - 0.062984728634797i 1.047509364953923 - 0.072284542157597i 1.037994527186690 - 0.062307420911483i 1.047505082524665 - 0.072340204600492i 1.037958564879510 - 0.062340220679795i 1.047505544682399 - 0.072333490894038i 1.037960910395656 - 0.062335783603978i 1.047505523605416 - 0.072333795809679i 1.037960686629561 - 0.062335957570512iColumns 3 through 4 1.048437422077746 - 0.052174912724643i 1.043671011045586 - 0.054142224109495i 1.039339328989852 - 0.074292067428801i 1.035192302093094 - 0.073534592036794i 1.039817839077290 - 0.073432267742477i 1.035715575496858 - 0.072744835765020i 1.039774697453611 - 0.073473655863721i 1.035671515311968 - 0.072783659511082i 1.039777523463030 - 0.073467954892505i 1.035674385488102 - 0.072778438906222i 1.039777253353077 - 0.073468176126597i 1.035674112260901 - 0.072778643631816iColumns 5 through 6 1.044254180114582 - 0.057284410857151i 1.050224395892676 - 0.052139375241260i 1.036010938803722 - 0.078623936948349i 1.041332835162499 - 0.076103914746645i 1.036499959228235 - 0.077760638390931i 1.041776936822195 - 0.075183127315586i 1.036456859423178 - 0.077804420571657i 1.041734634051235 - 0.075228217568231i 1.036459698608965 - 0.077798601164993i 1.041737422271117 - 0.075222016094367i 1.036459431686692 - 0.077798833085712i 1.041737156975121 - 0.075222258343252iColumn 7 1.045450000000000 + 0.000000000000000i 1.045450000000000 + 0.000000000000000i 1.045450000000000 + 0.000000000000000i 1.045450000000000 + 0.000000000000000i 1.045450000000000 + 0.000000000000000i 1.045450000000000 + 0.000000000000000i最终得到电压幅值V为： Columns 1 through 51.050000000000045 1.039830831719632 1.042369564738840 1.038228104886539 1.039375202687557Columns 6 through 71.044449468558852 1.045450000000000 电压相角为： Columns 1 through 5-0.068943934507801 -0.059984137002195 -0.070540375440750 -0.070156432316361 -0.074921611174695 Columns 6 through 7-0.07