基于Matlab计算程序的电力系统运行分析.doc

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： 电气工程自动化 年 级：学生姓名：指导教师：日 期：教 务 处 制目录前 言 1第一章 参数计算 2 一、目标电网接线图 2 二、电网模型的建立 3第二章 潮流计算 6 一系统参数的设置6 二 程序的调试 7 三、对运行结果的分析 13第三章 短路故障的分析计算 15 一、三相短路 15 二、不对称短路 16 三、由上面表对运行结果的分析及在短路中的一些问题 21心得体会26参考文献27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障的发生概率。短路计算可以为设备的选择提供原始数据。17第一章 参数计算一、目标电网接线图系统参数表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/km45LGJ-240/301130。0470.41。7846LGJ120/701200。0741。4757LGJ120/251650。0791.6069LGJ95/551660。0921。8078LGJ240/30920。0471。7889LGJ240/301220.0471。78说明：线路零序电抗为正序电抗3倍。表2. 变压器参数表线路编号变压器型号变压器变比（kV)短路电压百分数（%）27SSPL22000024232。5/2010。433-9SSPL12000024232。5/155。8114SSPL24000024232。5%/17.511。42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120016。50。852180180。85310013。80.85表4. 发电机参数表2发电机母线名（S）(S）(S)1147。2800.320。130。210.218。962212.8001。930.261.870。436.000.535336。0201.510.211。450。298。590。60表5. 负荷数据表节点号有功负荷(MW）无功负荷（MVA）51355061003088035二、电网模型的建立设计中，采用精确计算算法,选取=100MVA，=220KV，将所有支路的参数都折算到220KV电压等级侧,计算过程及结果如下：1、系统参数的计算（1）线路参数计算公式如下：各条线路参数的结果：45： 46：57：69：7-8: 89： （2）变压器参数的计算:（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）(4）负荷节点的计算2系统等值电路图的绘制根据以上计算结果，得到系统等值电路图如下:第二章 潮流计算一系统参数的设置设计中要求所有结点电压不得低于1.0p.u.，也不得高于1。05p.u。，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：n=9，支路数：nl=9，平衡母线节点号：isb=1,误差精度:pr=0。00001。由支路参数形成的矩阵：B1=14 0。0576i 0 1 0;27 0.0574i 01 0;3 9 0。0586i 0 1 0;4 5 0。0114+0。093i0.194i 1 0；46 0。018+0.099i 0。170i 1 05 7 0。027+0。136i 0。026i 1 06 9 0。032+0。137i 0.028i 1 07 8 0。047+0.076i 0.158i 1 08 9 0.012+0。101i 0。022i 1 0；支路参数矩阵由各节点参数形成的矩阵：B2=2+1.24i 0 1 10 1；1.8+1.12i 01 1 0 3;1+0。62i 01 1 0 30 0 1 0 0 2;0 1。35+0.5i 1 0 0 20 1+0.3i 1 0 0 20 0 1 0 0 20 0.8+0。35i 1 0 0 20 0 1 0 0 2；%节点参数矩阵由节点号及其对地阻抗形成的矩阵:X=1 0;2 0;3 0；4 0;5 0;6 0；7 0；8 0;9 0；二 程序的调试1。 未调试前,原始参数运行结果如下：选用牛顿拉夫逊法来进行潮流计算,计算结果如下所示：迭代次数 4没有达到精度要求的个数 14 16 16 0各节点的实际电压标幺值E为（节点号从小到大排列）: Columns 1 through 4 1。0000 0。9755 + 0。2198i 0.9903 + 0.1390i 0。9727 0。0252i Columns 5 through 8 0.9322 0.0435i 0.9450 0.0394i 0.9769 + 0。1142i 0。9474 + 0.0619i Column 9 0。9755 + 0。0777i各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）: Columns 1 through 7 1.0000 1。0000 1。0000 0。9730 0。9332 0.9458 0。9835 Columns 8 through 9 0.9494 0.9786各节点的电压角O为(节点号从小到大排列）： Columns 1 through 7 0 12.6996 7.9891 1。4863 -2。6727 2.3851 6。6694 Columns 8 through 9 3。7358 4.5559各节点的功率S为（节点号从小到大排列): Columns 1 through 4 0.4382 + 0。4742i 1.8000 + 0。3819i 1。0000 + 0。3957i 0.0000 + 0。0000i Columns 5 through 8 1.3500 0.5000i 1.0000 0.3000i -0.0000 + 0.0000i -0。8000 0。3500i Column 9 0.0000 + 0。0000i各条支路的首段功率 Si为（顺序同您输入B1时一样）： 0。4382 + 0。4742i 1.8000 + 0。3819i 1.0000 + 0.3957i 0。2497 + 0.2964i 0.1884 + 0。1538i 1.1028 - 0.0482i -0。8133 + 0.0008i 0。6594 - 0.0269i0。1618 - 0。2637i各条支路的末段功率 Sj为（顺序同您输入B1时一样)： 0。4382 0。4501i -1。8000 0。1876i -1。0000 - 0。3279i 0.2472 0.4518i 0.1867 - 0。3008i 1。1406 + 0。2145i 0。8370 + 0.0746i 0。6382 0。0863i 0.1630 + 0。2534i各条支路的功率损耗DS为（顺序同您输入B1时一样)： 0 + 0.0240i 0 + 0。1943i -0。0000 + 0。0678i 0。0026 - 0.1554i 0。0017 0。1471i 0。0378 + 0.1663i 0。0237 + 0。0754i 0。0212 0.1133i 0。0012 0。0103i以下是每次迭代后各节点的电压值(如图所示) 由运行结果可知,节点4、5、6、7、8、9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。2。采用NL法进行潮流的计算和分析。1）第一次调试将1、2、3号变压器的变比初值1。000均调为1.0250，则修改结果如下:运行结果如下:如上所示:节点4、5、6、8都不满足要在1.00001。0500范围内的要求，再进行第二次调试.2）第二次调试将1号变压器变比初值由1.025改至1。050，则修改结果如下： 运行结果如下：如上所示：节点5、6、8号节点的值仍不满足要求,进行第三次调试.3）第三次调试将5、6、8号节点的无功补偿的初值由0均改为0.1，则修改结果如下:运行结果如下：如上所示：节点5、6、8、的值，不满足要在1。00001.0500范围内的要求。4. 第四次调试将5、6、8号节点的无功补偿的初值由0。1均改为0.2，则修改结果如下：运行结果如下：如上所示:节点5的值，不满足要在1。00001。0500范围内的要求。5. 第五次调试将5号节点的无功补偿的初值由0。2改为0。3，则修改结果如下:运行结果如下：满足要求,结果如下图所示: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能满足.其约束条件有：,，。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、潮流控制的主要手段有哪些?答：潮流控制的主要手段有：（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节点处增加无功补偿3、 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：（1）联系：它们采用相同的数学模型和收敛判据。当电路的电抗远大于电阻时,可以简化牛顿拉夫逊极坐标的修正方程的系数矩阵得到PQ分解法，且简化后并未改变节点功率平衡方程和收敛判据,因而不会降低计算结果的精度。（2)区别：PQ分解法的修正方程结构和牛顿拉夫逊的结构不同。pq分解法由于雅可比矩阵常数化，计算过程中减少了很大的计算量，而且有功和电压幅值，无功和电压相角的完全割裂也大大的对矩阵降维数，减少了一半的计算量，但是他雅克比矩阵常数化是经验值,丧失了一部分稳定收敛的特性,而且当支路电阻与电抗比值较大的时候收敛性也特别差，甚至不收敛（3）PQ法按几何级数收敛，牛顿拉夫逊法按平方收敛。PQ分解法把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式,抓住主要矛盾，把有功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功功率和无功功率迭代分开进行。它密切地结合了电力系统的固有特点，无论是内存占用量还是计算速度方面都比牛顿拉夫逊法有了较大的改进。4、 选取PQ分解法的数据来分析降低网损的方法:支路未调整前:调整后：支路首端功率支路末端功率支路功率损耗支路首端功率支路末端功率支路功率损耗140.4382+ 0.4742i0。4382 0。4501i0+ 0。0240i0。4272+0.2600i0.4272-0。2456i0+ 0.0144i2-71。8000 + 0。3819i1。8000 0。1876i0 + 0.1943i1。8000+0。0356i-1。80000。1504i0 + 0.01860i451。0000 + 0.3957i1。0000 0。3279i0。0000 + 0。0678i1.00000.0930i1.0000+0。0339i0 + 0.0591i390.2497+ 0。2964i0.2472- 0.4518i0.0026- 0.1554i0。2343+0。1543i0。2330-0.3463i0.00130。1920i4-60。1884+ 0。1538i0。1867 0.3008i0.0017 - 0。1471i0.1929+0.0913i0。191740.2631i0.00120.1719i571。1028 0。0482i1。1406+ 0。2145i0.0378+ 0.1663i-1.11700.1518i1.1508+ 0.0084i0。0338+0.01433i69-0。8133 0。0008i0.8370+ 0。0746i0.0237 0。0754i0.80830.1687i0.8297 0。1062i0.02140。0625i7-80.6594+ 0.0269i0.6382 0。0863i0。0212 0。1133i0。6492+0。1420i0。63030。0093i0。01890。1327i89-0.1618- 0。2637i0。1630+ 0。2534i0.0012- 0.0103i0。16970.1576i0。1703- 0.1401i0。0006-0。0175i（1）提高机端电压电压和节点电压一定可以使有功损耗降低，但是对于无功损耗来说为正的是可以降低的，为负的则是提高了；（2)另外适当提高负荷的功率因数、改变电力网的运行方式,对原有电网进行技术改造都可以降低网损。5、 发电机节点的注入无功为负值说明了什么?答：因为线路无功潮流最有可能的流向由电压的幅值大小决定:由幅值高的节点流向幅值低的节点。由此看出发电机的电压小于节点电压而无功功率的方向是从高电压到低电压，所以发电机的注入无功为负值.6、负荷功率因数对系统潮流有什么影响?答:负荷功率因数降低，无功功率就会增大，其输电线路的总电流就会相应增大，从而会造成电压损耗的升高，从而会改变无功功率潮流的大小,严重时甚至会改变方向；反之亦然.三 绘制潮流分布图第三章 故障电流计算一三相短路电流的计算 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.对称短路计算的正序等值网络图：计算程序的输入数据为：运用节点阻抗矩阵计算三相短路电流：7点短路时电流的标幺值If= 1.2926 -12.2919i各节点的电压标幺值U为（节点号从小到大排）: 0。7888 + 0.0290i 0.2395 0。0000i 0.5706 + 0.0378i 0。6603 + 0。0514i 0。3577 + 0。0770i 0。5701 + 0.0740i 0 0.1793 + 0。0470i 0。4887 + 0。0469i各支路短路电流的标幺值I为(顺序同您输入B时一样）： -0.5241 +14。2642i 0。0000 + 1.9500i -0。2119 + 3。1967i 0.4188 3.3595i 0。4444 - 0。2829i 0。5480 0。2451i 0.0000 5.0518i -0。1269 - 0。1003i 0.1640 - 1。9388i -0.3005 - 3.5434i -0。2499 - 0。9945i 0。6172 - 2。8665i 0。2161 0.6490i 0。6754 + 2.5755i 0。0011 + 3.3562i二 简单不对称故障短路电流的计算简单不对称故障（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。(1)系统三序等值网络图如下: 正序网络图 负序网络图 零序网络图程序运行步骤及对所用变量的解释如下：表七:各种不对称短路情况下故障点和各支路各序电流标么值正序电流标么值负序电流标么值零序电流标么值单相接地短路短路点0.4484 4。9800i0.4484 4。9800i0。4484 - 4。9800i两相短路短路点0。6463 6。1459i0.6463 + 6.1459i0两相接地短路短路点0.8581 9。3168i-0.4345 + 2.9750i0。4237 + 6。3418i单相接地短路140.0110 1。6307i0。0100 - 1。4132i027-0.0536 4。1213i-0。0546 4。0396i0390。0263 - 0。7966i-0.0263 - 0.9786i0450。0934 1。6397i0.0581 - 1.3385i-0.0560 0。7089i460.0195 0.3086i-0。0483 0。1529i-0。0337 0。0414i570。2633 1.1462i0。0543 0。1648i0。2084 0.8109i690.0320 - 0.0677i0。0638 0。0212i0。0206 0.0587i78-0.2494 + 1.0179i0。2656 + 1。1559i0.2116 + 0。7044i890.0439 + 1。2340i0。0290 + 1。1066i0。0434 + 0。6368i两相短路140。0496 - 2。6848i-0。0496 + 2。4643i0270 - 6。6706i0 + 6。5935i0390。0213 1。4156i0.0213 + 1。5976i0450。1597 2.4843i0。1244 + 2.1831i0460.0466 0.4063i0.0754 + 0.2506i0570。4942 - 2。0326i-0。5469 + 2。3002i0690。0700 - 0。1707i-0.0923 + 0。2677i0780。4428 + 1。7425i0.4589 1。8805i0890。0867 + 1.9326i0。0717 1。8053i0两相接地短路140。0462 - 3。3833i 0。0530 + 1.7658i 0270.0467 8。5385i-0。0467 + 4。7256i0390。0387 1。8681i0.0040 + 1.1452i0450。1794 - 3.1037i-0。1046 + 1.5638i0。0594 + 0.6551i46-0.0697 0。4768i0。0523 + 0.1801i0。0316 + 0。0379i570。6328 2。6881i0。4083 + 1。6447i0。1841 + 0.7523i690。0942 0。2472i-0。0680 + 0。1912i0。0184 + 0。0545i780。5595 + 2。2785i0。3423 1。3445i0。1882 0。6538i89-0.0942 + 2。4446i0.0642 - 1。2934i0.0469 0.5886i表八:不对称短路情况下各条支路的相电流各支路相电流各支路相电流各支路相电流单相接地短路14-0。0709 4。0007i0。2918 + 0.8607i0。0901 + 0.8607i270.0000-13。2641i0。0970 1。0297i0。2306 1.0297i390。1191-2.3760i0.1174 + 0.2869i0.1978 + 0。2869i450。0955 - 3。6872i0。3927 + 0。7497i0。1291 + 0.8107i46-0.1014 0。5029i0.1347 + 0.1644i0.1350 + 0。2143i570。7877 - 3.3709i0。1505 + 0。5147i0。3131 + 0.4234i 690。1069 - 0。2912i0。0615 + 0。0769i0.1067 + 0。0383i780.7266 + 2。8782i-0。0736 0。3965i0.1654 - 0。3685i890.0295 + 2。9774i0.1901 0.5206i0。0304 - 0。5464i两相短路140 0。2205i4。4593 + 0.0243i4。4593 + 0.1962i270 0。0771i11。4871 + 0.0385i11。4871 + 0。0385i390 + 0。1820i2。6096 - 0.0540i2.6096 0。1280i450.0353 0。3012i-4。0597 - 0.0954i4。0245 + 0。3966i460。0288 - 0。1557i-0。5833 + 0.1835i0。5545 0。0278i570.0527 + 0。2676i3。7260 - 1。0354i3。7787 + 0。7678i690.0223 + 0。0971i0。3685 0。1891i0.3908 + 0。0920i780。0162 0。1380i3。1295 + 0。8499i-3。1457 0。7119i89-0。0149 + 0。1273i3.2446 + 0.0735i-3.2297 0。2008i两相接地短路140.0853 0.9157i -4。3638 + 1。4246i4.5548 + 1。5964i270。1401 + 0。9127i11。4871 + 6。6321i11.4871 + 6.6321i390。0332 0。1680i2.5243 + 0。9533i2。6948 + 0。8794i450。1342 0。8848i4。0201 + 1。1791i4。0641 + 1.6711i460。0142 - 0.2587i0。5285 + 0。2919i0.6092 + 0。0806i570。0404 0。2911i-4。0488 + 0。3724i3。4560 + 2.1756i690。0078 0。0014i0。4112 0。0581i0.3482 + 0。2230i780。0290 + 0。2802i3。4344 - 0。3399i2.8408 - 1。9017i890.0769 + 0。5627i3.2053 - 1。0270i3。2691 - 1。3014i表九:不对称短路情况下各结点处的相电压相电压相电压相电压单相接地短路10.8295 + 0。0260i0.4147 - 0。8790i0.4147 + 0。8531i20.3847 + 0。0096i0。1924 0。8702i-0。1924 + 0。8618i30。6531 + 0。0358i-0.3265 0。8839i-0。3265 + 0。8482i40。7191 + 0.0488i-0。3796 0.9164i0。3796 + 0。8756i50.3918 + 0。0867i0.3328 0.8924i-0。3328 + 0.8553i60。6407 + 0。0699i0。3430 - 0。9060i0。3430 + 0。8501i70。0000 + 0.0000i0.2946 0.9093i-0。2946 + 0.8719i80.2133 + 0。0535i0.2928 0。8883i0.2928 + 0。8512i90.5735 + 0。0456i-0。3129 - 0。9054i-0.3129 + 0。8634i两相短路11。00000.4749 - 0。6831i-0.5251 + 0.683121。0000-0。5000 - 0。2074i0。5000 + 0.2074i31。0000-0。4672 - 0。4942i-0.5328 + 0。4942i41。0346-0。4728 0。5719i0。5618 + 0。5719i51。00900.4378 0。3098i0。5712 + 0。3098i61。01390。4428 0。4938i-0.5711 + 0.4938i71。02840.5142 0。5142 81.00430。4614 - 0。1552i0.5429 + 0.1552i91.02120。4700 0。4232i0.5512 + 0.4232i两相接地短路10。8920 + 0。0190i0.4209 - 0。6927i-0。4711 + 0。6736i20.6092 + 0。0143i-0。3046 0。2154i-0.3046 + 0.1994i30.7801 + 0。0278i0.3573 0。5081i-0。4228 + 0。4802i40.8602 + 0。0299i0。3602 - 0.5925i-0.4492 + 0。5512i50。7914 + 0.0286i0。1557 - 0。3597i0.2891 + 0。2600i60.8063 + 0。0404i-0。3105 0。5235i-0。4387 + 0。4640i70。7499 + 0。0302i-0.0000 - 0。0000i-0。0000 + 0。0000i80。7388 + 0.0297i0.0924 0。1859i0.1738 + 0。1245i90.7706 + 0。0325i-0。3115 0.4425i0.3927 + 0。4040i表十：不对称短路情况下短路点处相电流标幺值单相接地短路两相短路两相接地短路故障点处A相电流 1。5832 19.6699i故障点处A相电流 0故障点处A相电流0故障点处B相电流 0故障点处B相电流 18。5127 1.7422i故障点处B相电流19.1404 + 7。3630i故障点处C相电流 0 故障点处C相电流 18.5127 + 1.7422i故障点处C相电流 17。8850 +10。8474i3。短路点故障电流有名值的计算:表十一：各种短路情况下短路点处序电流有名值(KA）正序电流有名值(KA）负序电流有名值(KA)零序电流有名值(KA）单相接地短路短路点0。1325 1。6457i0.1325 1.6457i0。1325 1。6457i两相短路短路点0。25252.6828i-0。2525 +2.6828i0两相接地短路短路点0.30503。4446i-0。1999 + 1。9210i-0.1050 + 105236i 表十二:各种短路情况下短路点处相电流有名值(KA）单相接地短路两相短路两相接地短路三相短路故障点处A相电流0。3974 -4.9371i故障点处A相电流 0故障点处A相电流0短路点7电流0。50495.3655i故障点处B相电流 0故障点处B相电流 -4。64670。4373i故障点处B相电流4。8042+ 1。8481i故障点处C相电流 0 故障点处C相电流 4.6467+ 0。4373i故障点处C相电流4。4891 +2。7227i三 对运行结果的分析本设计中，在各种短路情况中：三相对称的短路的电流最大，标么值为13.74，其次