成都理工大学电力系统分析

1本科生实验报告实验课程电力系统分析学院名称核技术与自动化工程学院专业名称电气工程及其自动化学生姓名学生学号指导教师顾民实验地点6C901实验成绩二〇一五年月二〇一五年月2电力系统分析实验报告摘要电力系统分析是电气工程专业的主干基础课程，是学生进入电力系统专业的主要向导和桥梁。而MATLAB仿真中的Simulink建模是对电力系统进行建模分析的一个重要工具。关键词：电力系统；MATALB；建模实验一电力系统分析计算一、实验目的1.掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法.2.通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要求选取模型。3.掌握多级电力网络的等值电路计算方法。4.理解有名制和标幺制。二、实验内容1．电力线路建模有一回220kV架空电力线路，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。电阻(欧)电抗(欧)电纳(S)电阻(欧)电抗(欧)电纳(S)电阻(欧)电抗(欧)电纳(S)60km200km500km模型115.7522.81.8e-52.576欧6e-4131.2190欧1.5e-3欧欧4欧欧欧5欧3欧2．多级电力网络的等值电路计算部分多级电力网络结线图如图1-1所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。图1-1多级电力网络结线图线路额定电压电阻(欧/km)电抗(欧/km)电纳(S/km)线路长度（km)L1（架空线）220kv0.080.4062.81*10-6200L2（架空线）110kV0.1050.3832.81*10-660L3（架空线）10kV0.170.38忽略15变压器额定容量Pk(kw)Uk%Io%Po(kW)T1180MVA893130.5175T263MVA28010.50.61602．作出等值电路仿真模型，线路采用中等长度模型，用字母标出相应的参数4以220KV为基本级，SB=100MVA按精确求解要求，求出有名制和标幺制表示的各参数值。（注意有些量要归算）。按下表填入计算数据。用下标标示相应的线路和变压器。参数名称Z1Y1Z2Y2Z3有名制16+j81.2Ωj5.62e-4S25.2+j91.2Ωj0.4215e-4S1234.2+j2758.8Ω标幺制0.033+j0.1677j2.72e-10.052+j0.1882.04e-22.55+j5.7参数名称ZT1YT1ZT2YT2有名制1.3+j34.95Ω3.6e-6+j1.8e-5S3.4+j80.66Ω1.2e-6+j7.9e-6S标幺制2.6e-3+j0.0721.742e-3+j8.712e-37.024e-3+j0.16675.808e-4+j3.823e-33、回答思考题三、思考题1．比较计算数据，讨论模型的适用条件。答：一，对于长度不超过100KM的架空电力线路，线路额定电压为60KV以下者；以及不长的电缆电力线路，电纳的影响不大时，可认为是短电力线路。只能应用短电力线路模型。二，线路电压为110到220KV，架空电力线路长为100-300km，电缆电力线路长度不超过100km的电力线路，可以认为中等长度的电力线路。三，一般长度超过300km的架空电力线路和长度超过100km的电缆电力线路称为长线路，对于这种电力线路，需要考虑他们的分布参数特性。2．什么是有名制？什么是标幺制？电力系统元件的有名值和标幺值有什么关系？5有名制：采用有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等进行计算的。标幺制：采用没有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等的相对值来进行计算的。标幺值=有名值/相应的基准值。实验二电力系统简单电网潮流计算一、实验目的1.学习Matlab仿真方法。2.初步掌握电力系统时域分析工具。3.电力系统简单电网潮流计算仿真分析。二、实验内容在如图2-1所示的电力系统中，已知条件如下：变压器T：SFT-40000/110，00200,10.5%,42,0.7%,ssTNPkWVPkWIkk，线路AC段：1150,0.27/,0.42/lkmrkmxkm；线路BC段：1150,0.45/,0.41/lkmrkmxkm；线路AB段：1140,0.27/,0.42/lkmrkmxkm；各段线路的导纳均可略去不计；负荷功率：(2518),(3020)LDBLDDSjMVASjMVA；母线D的额定电压为10kV。节点A为平衡节点，其余为PQ节点。计算系统的潮流分布。6GABCDSLDBSLDD图2-1简单电力系统三、实验原理及步骤参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第四章四、实验设备1.PC一台2.Matlab软件7五、实验过程图2-2负载1参数8图2-3负载2参数9图2-4线路参数图2-5线路1参数图2-6线路2参数10图2-7同步发电机参数11图2-8仿真系统图2-9仿真电流结果12图2-10仿真电流结果六、思考题1、为什么会有线损？线损的构成主要有哪些成分？答：线路有阻抗、导纳。电阻、电导会消耗有功，电抗、电纳会消耗无功13实验三、复杂电力系统的潮流计算一、实验目的1.学习Matlab仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工具。3.电力系统复杂电网潮流计算仿真分析。二、实验内容如图3-1所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为10kV和110kV，各元件参数标幺值示于图中。（SB=100MVA，VB=Vav），计算系统的潮流分布。图3-1复杂电力系统网络图G2G1T2T1P4=0.8U4=1.051:1.051.05:1U5=1.05δ5=0。S1=0.8+j0.3S2=0.3+j0.2S3=0.3+j0.4发电厂2发电厂1Z23=0.08+j0.3Z12=0.04+j0.25Z13=0.1+j0.3ZT1=j0.03ZT2=j0.015ACDBE14三、实验原理及步骤参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第四章四、实验设备1.PC一台2.Matlab软件五、实验报告要求1、Simulink仿真模型如下。152、说明建模步骤和仿真过程16171819203、系统的潮流分析21分析系统各节点电压大小是否满足系统要求，若不满足如何进行调整？4、保持负荷有功功率不变，改变无功负荷，观察记录各母线电压。保持无功负荷不变，改变有功负荷，观察记录各发电机母线功角。保持负荷不变，改变变压器变比，观察记录各母线电压。5、回答思考题六、思考题1、谈谈你对线路损耗的认识。22答：线损是电能通过输电线路传输而产生的能量损耗产生的。电力网络中除输送电能的线路外，还有变压器等其他输变电设备，也会产生电能的损耗，这些电能损耗的总和称为网损。线损是由电力传输中有功功率的损耗造成的，主要由以下3个部分组成。=1\*GB3①于电流流经有电阻的导线，造成的有功功率的损耗，它是线损的最主要部分②由于线路有电压，而线间和线对接之间的绝缘有漏电，造成的有功功率损耗③电晕损耗：架空输电线路带电部分的电晕放电造成的有功功率损耗。在一般正常情况下，后两部分只占极小的份量。2、如果各110kV线路承担的输送功率长期满负荷运行，有何方法可较好地解决线损过高问题？答：为了降低网络功率损耗,可以采取改变系统运行方式,调整运行参数和负荷率等措施使网络的功率分布接近经济分布,使网络运行更经济,功率损耗为最小。在有功功率合理分配的同时,还应做到无功功率的合理分布。按照就近的原则安排补偿,减少无功远距离输送。增设无功补偿装置,并合理配置,以提高负荷的功率因数,改变无功潮流分布,可以减少有功损耗和电压损耗,可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率,使线损大为降低,而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。23实验四电力系统三相短路故障仿真分析一、实验目的1.学习Matlab仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工具。3.对三相接地短路故障进行仿真分析。二、实验内容设某部分电力线路的简化等值电路如图所示。用Matlab仿真工具建立模型，并仿真线路出现三相接地短路时短路点的电流电压的变化情况。图4-1简单三相接地短路电路图模型1.交流电压源元件参数电压峰值/V相位/rad频率/Hz采样时间/S测量值11005000242.串联RLC参数电阻R/欧姆电感L/H电容C/F测量值RLC1535e-31e-6BranchcurrentRLC15105e-31e-6Branchcurrent3.仿真参数StarttimeStoptimeTypeRelativetolerance其它00.1Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto4.三相电路短路故障发生器（有对地故障）RonTranstatusTrantimes测量值RpCpRg0.001[10][0.020.05]none1e6inf0.001三、实验原理及步骤参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章四、实验设备1.PC一台2.Matlab软件25五、实验步骤图4-2三相交流电压源参数26图4-3电力线路参数图4-4电力线路1参数图4-5Simulink仿真系统图27图4-6短路点三相电压波形图4-7短路点三相电流波形28图4-8电力线路1电流图4-9电力线路1电压实验思考1.什么叫冲击电流？答：短路冲击电流是短路全电流中的最大值，在短路后半个周期t=0.01s,ik达到最大，此时的短路全电流即为短路冲击电流。2.什么叫短路电流的最大有效值？29答：由短路点的电流波形可知，在短路后第一个周期的短路电流的有效值最大。3.某一线路，首端发生三相短路故障和末端发生三相短路故障引起的系统反应一样吗？请说说理由答：两者不一样，短路后之路中的电力原件发生了变化，且首段短路时短路电流最大，造成影响也最大。实验五电力系统不对称故障分析一、实验目的1.学习Matlab仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工具。3.熟悉不同类型短路故障的特点及其影响，对电力系统出现的不对称故障进行仿真分析。二、实验内容设无穷大电源的电力系统电路如图5-1，仿真分析在K点出现各种短路故障时电流电压的变化。30图5-1电力系统各种短路故障仿真图1.三相电压源元件参数电压有效值A相相位（正序）频率连接方式内阻抗10．5KV050Y0.312+j6.63e-32.输电线路参数长度电阻R(正，零序)电感L(正，零序)电容C(正，零序)测量值RLC1100km[0.012730.3864][0.937e-34.12e-3][12.7e-97.75e-3]noneRLC260km[0.012730.3864][0.937e-34.12e-3][12.7e-97.75e-3]none3.三相电路短路故障发生器RonRgTranstatusTrantimesSampletimeRpC0.0010.001[10][0.010.04]01e-6inf4.三相序分量分析元件FundamentalfrequenceHarmomicnSequence501PositiveNegativeZero5.仿真参数StarttimeStoptimeTypeRelativetolerance其它3100.1Variable-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto三、实验原理及步骤参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章四、实验设备1.PC一台2.Matlab软件五、实验步骤图5-2三相电压源参数32图5-3三相变压器参数33图5-4分布线路参数34图5-5分布线路1参数图5-6Simulink仿真系统图35图5-7三相故障时电流波形图5-8两相故障时电压波形图5-9A相接地短路时电流波形36三相短路分析在三相电路短路故障发