电力系统分析课程设计

课程设计(论文)

题目名称潮流计算

课程名称电力系统稳态分析

学生姓名谭永怡

学号 1041201076

系、专业电气工程系、电气工程及其自动化

指导教师黄肇袁旭龙

2012 年 1 月 6 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

指导教师（签字）：学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名谭永怡学号 1041201076

系电气工程系专业班级 10级电本二班

题目名称潮流计算课程设计课程名称电力系统分析

一、学生自我总结

二、指导教师评定

注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

摘要

电力系统的出现使高效、无污染、使用方便、易于控制的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的发展，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。电力系统的潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统各母线电压、各支路电压与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流及功率是否越限，如果有越限，就应采取措施调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。

关键词: 电力系统分析；PSCAD软件；潮流计算

摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ

1 总体方案论证………………………………………………………………………….1

1.1 课程设计题目…………………………...………………………………………….2

1.2课题分析及思路……………………………………………………………………....7

1.3 方案论证……………………………………………………….………………………8

2 潮流计算简介……………………………………...…………………………………..2

3 PSCAD软件介绍及应用………………………………………………………………13

3.1PSCAD简介……………………………………………………………………………13

3.2 PSCAD应用……………………………………………………………………………14

3.2.1流程图…………………………………………………………………………………13

3.2.2电气接线图……………………………………………………………………………14

3.2.3输出显示图……………………………………………………………………………14

3.2.4仿真波形图……………………………………………………………………………14

4 总结………………………………………………………………………………………15

参考文献……………………………………………………………………………………16

1 总体方案论证

1.1 课程设计题目

在图1所示的简单电力系统中，系统中节点1、2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点，已给定S1=–0.4–j0.3，S2=–0.3–j0.2，P3=0.4， V3=1.02，V4=1.05，θ4=0°，网络各元件参数的标幺值如表2所示，给定电压的初始值如表2所示，收敛系数ε=0.00001。试求各个母线上的潮流分布。

图1 简单电力系统

表1 网络各元件参数的标幺值

表2 各节点电压（初值）标幺值参数

1.2 课题分析及思路

在这个电力系统中,一共有4个节点, 节点1、2为PQ节点，节点3为PV节点，节点4为平衡节点,综合牛顿拉夫逊潮流计算,PQ分解法等多种求解方法，然后用PSCAD软件进行仿真，仿真出计算结果。

1.3 方案论证

本次课程设计我们小组一开始准备了三种不同的方案一共筛选出最合适最好的运行方案。

方案一：采用手工计算

最开始熟悉课题之后，我们准备采用手工计算的方法算出各母线上的潮流分布。在进一步熟悉了牛顿-拉夫逊法后，我们发现不仅节点导纳矩阵十分难算，后续的雅可比矩阵更是多达一百多个元素要进行计算，短时间内我们根本无法完成设计任务。而P-Q分解法要将相关参数化为极坐标形式，计算量也十分巨大，于是最终我们只好放弃了这个方案。

方案二：用MATLAB软件进行相关计算

这个方案大大减少了手工计算的时间，但每次计算过程都要编写大量程序，虽然编程的相关指令并不难，但编程稍微有一点错误结果就无法正确显示，而且算出的结果并不直观清晰。所以最后我们也放弃这个方案。，

方案三：用PSCAD软件仿真

在学长学姐的指导和帮助下，我们开始学习PSCAD软件。这是电气专业的专业仿真软件，开始我们并看不懂，而且关于这个软件的教程和说明大部分是英文版的，这无疑又增加了我们的学习难度。但考虑到今后毕业设计也要学习这个软件，我们还是硬着头皮开始学习。

在他们的耐心指导下，我们几个人一小组开始学习和探讨这个软件的使用方法。从元件的选择到布线安排、相关参数的设置到最后的调试运行，可谓每一步大家都付出了相当大的努力。

虽然我们现在对这个软件还不是特别熟悉，但是我们的课题还是成功的完成了。在仿真图输出显示中，系统特性十分直观快速的显示出来了，我们觉得非常开心。

综上，方案三被选为小组共同方案。

2 潮流计算简介

潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。

潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。

通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

在电力系统运行和规划中，都需要研究电力系统稳定运行情况，确定电力系统的稳态运行状态。给定电力系统的网络结构、参数和决定电力系统运行状况的边界条件，，确定电力系统运行的方法之一是朝流计算。

从数学上说,朝流计算是要求解一组有潮流方程描述的非线性方程组。电力系统潮流计算是电力系统分析中最重要最基本的计算，是电力运行、规划以及安全性、可靠性分析和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点。

电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。

对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。

潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。

此外，在进行电力系统稳态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合；潮流计算往往成为上述计算程序的一个重要组成部分。

以上这些，主要是在系统规划设计及运行方式安排中的应用，属于离线计算范畴。

随着现代化的调度中心的建立，为了对电力系统进行实时安全监控，需要根据实时数据库所提供的信息。

3 PSCAD软件介绍及应用

3.1 PSCAD简介

PSCAD是一种有效的用户图形界面,能够显著地提高电力系统电磁瞬时模拟研究的效率。利用PSCAD 家族的软件工具,使得电力系统工程师能够充分利用现代微机工作站的资源, 更为有效地使用马尼托巴高压直流研究中心的EMTDC 瞬时模拟软件。该族软件还可作为该中心的实时数字模拟器(RTDS)的用户界面。

　　PSCAD 由下述软件模块构成: 档管理系统、建模(DRAFT)模块、架空线(T-LINE)和电缆(CABLE)模块、运行(RUN TIME)模块、单曲线绘图(UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块。 PSCAD 编写使其适合在基于UNIX操作系统并具有X 窗口环境的微机工作站上运行。PSCAD 具备自己的软件支持因而不需要用户再安装其他支持软件。软件同时支持单色和彩色监视器。如果要运行EMTDC 模拟软件, 用户应提供FORTRAN 77(F77) 编译器。硬拷贝输出采用PS格式。建模模块中的图形可通过接受HP-GL 命令的绘图仪输出。

PSCAD代表电力系统计算机辅助设计，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。PSCAD V1 1988年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年PSCAD V2开始应用。PSCAD V3以PC Windows作为平台，在1999年面世。目前最新版本的是PSCAD V4.2.1。用户可以通过调用随EMTDC 主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。EMTDC 的威力之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统, 包括直流输电系统和其相关的控制系统。

采用 PSCAD 进行的典型模拟研究包括：一般的交流电力系统电磁暂态研究，直流输电结构和控制， FACTS(灵活交流输电系统)元部件模型，由于故障、断路器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究，绝缘配合研究，谐波相互影响研究，静止补偿器研究，变压器饱和研究, 如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究，同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究，研究当一台多轴系发电机与串补线路或电力电子设备相互作用时的次同步谐振现象，向孤立负荷送电。

3.3 PSCAD应用

3.3.1 流程图

用PSCAD/EMTDC 进行仿真的主要流程如图所示：

$说明: C:\Users\liu\AppData\Roaming\Tencent\Users\1021379732\QQ\WinTemp\RichOle\I`9GE}TORDTGRTROZTI[R8C.jpg$ 图3.3.1 PSCAD仿真流程

3.3.2电气接线图

根据PSCAD课程的学习，画出主电气图如图所示：

图3.3.2 电气接线图

3.3.3 输出显示图

图3.3.3 输出显示图

3.3.4 仿真波形图

图3.3.4 总的仿真波形图

图3.3.5 节点1处相关波形图

图3.3.6 节点2处相关波形图

图3.3.7 节点3处相关波形图

图3.3.8 节点4处相关波形图

4 总结

在这次为期不久的电力系统课程设计中，我第一次接触了用PSCAD软件进行的课程设计，这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更加深入的了解。同时在具体的制作过程中我发现书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，在今后的学习工作中我会更加的注重实际。

关于本次所要用到的仿真软件PSCAD，由于之前并没有过多的接触和了解，初次着手关于电力系统潮流计算的仿真，确实有一定的难度，大家都另外的查找资料学习相关的知识。首先在参考了关于该软件的书籍，但是仍然存在很多不懂的地方，于是我们请教老师，寻求老师的帮助。同时也在网络上搜索了部分这方面的知识，另一方面自己再慢慢的参透老师发给我们的资料和例子，将所学的理论知识联系实际，做到活学活用。

第一次靠用所学的专业知识来解决问题，检查了自己的知识水平，使我对自己有一个全新的认识。通过学习专业知识和查阅大量的资料，我在理论方面有了很大的收获，实践能力有了飞速提高，也积累了丰富的实践经验，还锻炼了自己分析问题、处理问题的能力，提高了自己的动手能力。这些培养和锻炼对于我们这些以后都会走向工作岗位的大学生来说，是很重要的，同时我也明白了只有不断学习,用知识充实自己的头脑,才能在未来社会有一席之地,才能为社会的发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1]何仰赞.电力系统分析[M].湖北：华中科技大学出版社，2010：35—47.

[2]温增银.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1993：255—271.

[3]陈衍.电力系统稳态分析[M].北京：水利电力出版社，2002：91—111.

[4]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：水利电力出版社，2004：17—277.

[5]于永源. 电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2004：23—57.

第二篇：电气电力系统分析课程设计

—、设计要求

根据“电力系统分析”课程所学理论知识和电力系统规划设计的基本任务，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算（如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。

二、原始资料

1．电源点和负荷点的相对地理位置；

2．发电厂装机容量、额定电压和功率因数；

3．各负荷点的最大最小负荷、最大负荷利用小时数和额定电压等。

三、电力网规划设计的基本内容

根据前述课程设计的要求，在电源和负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成以下设计内容：

1．制订网络可能的接线方案，选择电力网的电压等级；

2．选择各方案发电厂及变电站的主接线，根据电网运行的可靠性、灵活性和经济性，比较各方案的负荷矩、线路长度和高压开关数等指标，摒弃显然不合理的方案；

3．对待选的各方案，确定其输电线路的导线截面及发电厂、变电站的主要电气设备（变压器及断路器）；

4．计算各方案的一次投资，对待选方案进行工程经济计算。进行技术经济比较，选定最优设计方案；

5．对所选方案进行调压或稳定性计算，提出调压或提高稳定性的措施。

6．物资统计，列出设备清单。

四、设计成果

1．设计说明书

2．全网主接线图

3．潮流计算结果及潮流分布图

4．设备清单

题目一 . 110KV变电站设计

原始资料

本地区的供电系统是主要由水电供电，即使在最枯的月份，系统供电也能满足本地区的负荷需要。

建站模式

（1）变电站类型：110kv变电工程

（2）主变台数：两台

（3）电压等级：110kv、35kv、10kv

（4）出线回数和传输容量

110kv出线4回

本变-----A 地 13000kw 5.5km LGJ—120

本变-----系统 13000kw 70km LGJ—120

本变-----B 地 13000kw 30km LGJ—120

备用一回

35kv出线6回

本变-----A 地 5000kw 5.5km LGJ—95

本变-----C 地 5000kw 10km LGJ—95

本变-----D 地 10000kw 12km LGJ—95（两回）备用两回

10kv出线10回

本变-----E 地 2500kw 5.5km LGJ—95

本变-----F 地 2000kw 70km LGJ—95（两回）本变-----G 地 2000kw 30km LGJ—95

本变-----H 地 2500kw 5.5km LGJ—95

本变-----I 地 1500kw 70km LGJ—95

本变-----J 地 1500kw 30km LGJ—95

备用三回

（5）站用电

站用电计算功率为98kw。

（6）无功补偿

配置2台容量为4.8Mvar并联电容器组。

环境条件

站址在城郊，此地地势平坦，海拔500m，站址标高高于50年一遇洪水水位和历史最高内涝水位。平均温度为25℃，最高气温为39℃，最低气温为零下10℃。土壤电阻率50Ω·m，交通方便，水源充足。

短路阻抗

系统作无穷大电源考虑：Xmax?0.05,Xmin?0.1。

题目二 . 500KV变电站设计

原始资料

500KV变电站为枢纽变电所，有三个电压等级。其500KV双回路进线，220KV馈线2回，35KV馈线12回。电源距变电站距离300KM，两回路输电。

220kv负荷资料：最大负荷60000KW，功率因数0.95，回路2回，距离变电站50KM；35KV负荷资料：分别为矿机厂、机械厂、汽车厂、电机厂、机车厂、煤矿厂回路各两回，功率因数都是0.95，距离变电站均按60KM计算，重要负荷均是65%，前5个厂最大负荷均按2500KW计算，煤矿厂最大负荷25000KW。最大负荷时间分别是500kv侧为3000小时/年，220kv侧为3600小时/年，35kv侧为5000小时/年。500kV保护动作时间0.08s，220kV和35KV为0.15S，断路器灭弧时间按0.06S考虑。 2.设计要求

（1）用标准符号绘制电气主接线图（2）撰写计算书（负荷计算与短路计算）（3）选择高压设备负荷统计及计算

根据任务书，对变电站负荷统计和计算如下。线路中l～2为500kV进线，3~4为220kV馈线，5~16为35KV馈线。根据任务书对负荷统计。

电气电力系统分析课程设计

题目三 . 220KV变电站设计

原始资料

1.按照当地要求，本所要建220KV、110KV、10kV的变电站。220KV进线侧有7回（备用2回），最大一回进线负荷为40MVA；110KV出线侧有10回（备用2回）其中有2回出线供给大型工厂，容量为50MVA。其他为地区负荷，总负荷166MVA；10KV出线侧14回(一次配全)，总负荷40MVA，其中ⅠⅡ类用户占60%，最大一回负荷为5MVA。变电站的负荷率取cos??0.85。

2.各电压等级具体功率因数、最大负荷利用小时数为：

220KV侧 cos??0.90 Tmax?3600小时/年

110KV侧 cos??0.90 Tmax?4600小时/年 10KV侧 cos??0.90 Tmax?4000小时/年 3.220KV进线侧和110KV出线侧主保护都为瞬时动作，这两侧的后备保护时间0.15S，10KV出线侧主保护时间2S，各侧断路器消弧时间取0.06S。

4.系统阻抗：220KV进线侧（电源侧）系统等值机容量为800MVA，阻抗0.20。110KV侧出线电抗为0.36，10KV侧阻抗为0.42（Sb=100MVA）

5.该地区最热月均温度29°C，年均气温18°C，最高气温39°C，土壤温度

为17°C。

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