电网设计规划课程设计.docx

区域电网规划设计报告专业：电气工程及其自动化班级：卓越班学号： 姓名：区域电网规划设计姓名： 指导教师： 摘要本文主要是根据所给任务的要求，规划设计出一个区域电网。该独立系统包括一个火电厂，一个水电厂和五个变电站。我们将从以下 个方面着手完成设计任务(一) 设计电网网架结构，初步设计四个方案，并对其结构进行初步分析，选出两个较好的网架结构并根据网架结构，计算分析选择线路材料。(二) 计算得到系统的电力电量平衡表，分析系统有功，无功平衡情况。根据电力电量平衡表分析增容问题，并选择好发电机，变压器的型号及数量。(三) Matlab部分分别用N-R法和P-Q分解法对两个方案进行潮流计算，并对两种方法进行比较分析收敛性。对两个方案进行短路潮流计算，分析短路时的电流，对两方案进行短路校验。(四) 对两个方案进行经济评估，并联系潮流计算，总结两个设计方案的优缺点。(五) 根据节点的性质和在电网中的地位，设计电厂，变电站的主接线，用visio进行作图。关键词：区域电网 电网规划 电网网架 电力电量平衡表 P-Q法 N-R法目录区域电网规划设计2摘要2第一章概述41.1电网规划原始资料及初步整理41.2电网网架类型及分析选择61.3电压等级的选择，及根据选择的两个方案选择线路材料81.3.1方案1的导线选型81.3.2方案2的导线选型10第二章电力电量平衡112.1 电力电量平衡表的计算及增容分析112.2 有功，无功的平衡142.3发电机，变压器的选择15第三章matlab潮流分析163.1 N-R法电网潮流163.2 P-Q分解法电网潮流213.3 N-R与P-Q的收敛分析263.4 短路潮流校核分析26第四章经济估算并确认方案284.1 经济估算284.1.1 方案一：284.1.2 方案二：28第5 章主接线305.1火电厂主接线305.2水电厂主接线315.3变电站主接线32附录336.1 PQ潮流源程序336.2 NR潮流源程序376.3短路电流计算源程序42第一章 概述1.1 电网规划原始资料及初步整理设计原始资料：1发电厂，变电站地理位置图 由a图，我们可知各点实际距离为：支路距离（km）A-1181-2302-3232-442A-4434-525A-523A-233B-318B-4201 电厂，变电站实际距离 月份项目一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月最大负荷0.52 0.45 0.65 0.75 0.78 0.82 0.92 1.0 0.98 0.78 0.65 0.55 水电厂可保证月平均出力Ptj0.2 0.3 0.38 0.65 0.75 0.90 0.96 0.9 0.65 0.58 0.45 0.3 b 系统负荷和发电机出力资料 单位：p.u 项目台数容量（MW）电压(kV)功率因素12186.30.85c 火电厂 资料 项目台数容量（MW）电压(kV)功率因素2526.30.85d 水电厂资料 表1-4 负荷资料项目发电厂A发电厂B变电所1变电所2变电所3变电所4变电所5最大负荷（MW）3.2 +j2.1-6.5+j3.56.2+j3.810.2+j5.58.5+j3.89.4+j5最小负荷（MW）2.1+j1.4-3.2 +j1.72.8+j1.54.0+j1.63+j1.64.8+j3.8Tmax（小时）4500-46004500550045005200注：（1）电厂负荷不包括厂用电；（2）主网采用110kV电压等级，厂用电率自己确定。导线截面载流量（A）r(/km)X(/km)线路综合投资（万元/km）LGJ-702750.450.43219.5LGJ-953350.330.41621LGJ-1203800.270.40922.5LGJ-1504450.210.40324.5LGJ-1855150.170.39527LGJ-2406100.1320.18829.5LGJ-3007100.1070.38232LGJ-4008980.0790.38636e 线路参数 1.2 电网网架类型及分析选择2 电网结构图电网分为有备用网络结构和无备用网络结构，其中，有备用的网络结构成本会更高，但是，其稳定性与可靠性要比无备用的高的多。有备用的网络结构一般如图2，其中a为双回路放射式，b为双回路链式，c为环网，d为双回路与环网混合型。根据常见网络结构，我们设计出以下四种方案:3 电网结构方案设计 对四种方案的经济性，可靠性进行初步分析：方案1总线路长度：253km变电站3,5负荷较重要，故采用双回路，变电站2的位置较重要，故采用双回路，环网可靠性更强方案2总线路长度：267km在方案1的基础上略做修改，减小环的大小，电压稳定性更好但成本更高方案3总线路长度：243km用大环网，成本更少，但是大环网会导致环网中离电厂远的节点电压偏低方案4总线路长度：277km环网数目较多，稳定性理论上比较好，但是成本太大4 方案设计经过对可靠性和经济性的初步分析，我们决定采用方案1和方案2.1.3 电压等级的选择，及根据选择的两个方案选择线路材料假设全网为均一网络，用展开法将闭式网络拆成开式网络进行初步潮流计算,由powerworld中潮流计算为基础，假设全部使用LGJ-70导线。再由计算数据根据电力系统分析11-7原理进行调整。1.3.1方案1的导线选型各段线路负荷SA1=6.77+j3.76 MVASA2=12.21+j6.64 MVASA5=14.26+j6.58 MVAS23=4.74+j1.82 MVASB3=5.74+j3.46 MVASB4=3.86+j2.74 MVAS54=4.31+j1.04 MVA部分潮流截图如下由计算公式Ix=P2+Q23110Sx=IxJ可求得导线所需最小截面SA1=6.772+3.76231100.9 =45.1mm2SA2=12.212+6.64231100.9 =79.1mm2SA5=14.262+6.58231100.9 =91.5mm2S23=4.742+1.82231100.9 =29.7mm2SB3=5.742+3.46231100.9 =39.1mm2SB4=3.862+2.74231100.9 =27.6mm2S45=4.312+1.04231100.9 =25.8mm2初步选定各个线路导线型号线路编号A1A2A5B3B44523导线LGJ-70LGJ-95LGJ-95LGJ-70LGJ-70LGJ-70LGJ-70选定导线后进行潮流计算校验SA5=93.2mm2SA2= =78.3mm2均符合要求。1.3.2方案2的导线选型SA1=7.4+j4.04 MVASA2=8.92+j4.02 MVASA5=8.9+j4.84 MVASA4=8.00+j2.56MVAS23=2.29-j0.19 MVASB3=8.18+j5.44 MVASB4=0.83+j1.56 MVA取负荷最大的A5进行计算：SA5=8.92+4.84231100.9 =59.1mm2证明所有线路最大截面积都不可能大于70mm2因此初步选定各个线路导线型号线路编号A1A2A5A423B3B4导线LGJ-70LGJ-70LGJ-70LGJ-70LGJ-70LGJ-70LGJ-70第二章 电力电量平衡2.1 电力电量平衡表的计算及增容分析电力电量平衡表公式符号说明：符号物理意义Pzj系统需要电总量Psyd厂用电Sj负荷每月标幺值Psj水电厂每月出力Ssj水电每月平均出力标幺值Pf(max)j最大负荷有功Pi(max)第i个站的最大负荷有功Phgj火电厂工作容量Psg水电厂工作容量Pbj系统备用容量Pszj水电装机容量Phzj火电装机容量Qgj系统无功工作容量Qimax第i个电厂的无功最大负荷Qbj系统无功备用量Qxyj系统无功需要量Qfzj负荷无功总量tan功率因素角的正切Pnf负荷年有功需要量Ti(max)第i个站的最大利用小时数Pnh火电厂年产生有功量Pns水电厂年产生有功量tj一个月的天数Qnxy系统年需要无功量计算电力电量平衡表用到的公式主要如下：Pzj=P6*1.2+i=1i=5pi(max)*1.25*Sj+Psyd1Psyd=50*0.08=42Psj=10*Ssj.3Pf(max)j=i=1i=6pi(max)*0.9*Sj4Phgj=Pf(max)j5Psg=0.6Pbj=i=1i=6pi(max)*0.9*Sj*0.27Pszj=Psj.8Phzj=Pzj-Pszj9Qgj=i=16Qimax*0.9*Sj10Qbj=i=16pi2+Qi20.5*0.2*0.1*Sj11Qxyj=Qgj+Qbj.12Qfzj=Pzj*tan.13Pnf=i=16pimax*Ti(max)14Pnxy=P6*1.2*T6max+i=1i=5pi(max)*1.25*Ti(max)*Sj+Psyd*500015Pnh=2*25*500016Pns=j=11210*Ssj*24*tj.17Qnxy=i=16(Qimax+pi2+Qi20.5*0.2*0.1)*Ti(max).18Qnz=Pnh+Pns*tan.19得到电力电量平衡表，初始资料得到的电力电量表的有功分析：月份123456系统需要发电电量28.5451225.090234.961439.89741.3776843.35192水电233.86.57.59最大有功负荷24.4267221.526229.813433.95735.2000836.85752备用容量4.11843.5645.1485.946.17766.4944月份789101112系统需要发电电量48.2875252.23651.2488841.3776834.961430.0258水电9.696.55.84.53最大有功负荷41.0011244.31643.4872835.2000829.813425.6698备用容量7.28647.927.76166.17765.1484.3565 原始资料部分电力电量平衡表根据发电厂原始资料，火电最大产电量为36MW，水电厂为9.6MW，从上面表格5可看出7,8,9三个月，电厂的产电量小于系统需要的用电量，因此，需要考虑系统增容问题。经过分析比较，我们计划采用增大发电机容量的方法，将火电机组由18MW每台改为25MW每台增容后，得到电力电量平衡表如下：月份123456系统需要发电总量29.1275225.594235.689440.73742.2512844.27032水电233.86.57.59最大有功负荷20.59217.8225.7429.730.88832.472水电工作容量233.86.57.59火电工作容量23.0091219.030226.741429.059429.7568828.58392备用容量4.11843.5645.1485.946.17766.4944需要装机容量水电233.86.57.59火电27.1275222.594231.889434.23734.7512835.27032系统无功工作需要量11.09169.598513.864515.997516.637417.4906系统无功备用量0.4677840.4048130.584730.6746880.7016760.737659系统无功需要容量11.5593810.0033114.4492316.6721917.3390818.22826系统无功发电量17.9833315.8018622.0346425.1510226.0859427.3325月份789101112系统需要发电总量49.3179253.35652.3464842.2512835.689430.6418水电9.696.55.84.53最大有功负荷36.43239.638.80830.88825.7421.78水电工作容量9.696.55.84.53火电工作容量31.1979234.094438.0848830.2736826.041423.2858备用容量7.28647.927.76166.17765.1484.356需要装机容量水电9.696.55.84.53火电39.7179244.35645.8464836.4512831.189427.6418系统无功工作需要量19.623621.3320.903416.637413.864511.7315系统无功备用量0.8276173760.8995840.8815920.7016760.584730.494771系统无功需要容量20.4512173822.2295821.7849917.3390814.4492312.22627系统无功发电量30.4488838132.9419932.3187226.0859422.0346418.91825年负荷量215430水电厂年发电量50704.8系统年需要发电量288567.5系统年需要无功量122220.1994火电厂年发电量250000系统年产生无功量186358.79282.2 有功，无功的平衡根据电力电平衡表，我们可以分析系统每个月的电力平衡即有功，无功平衡和一年的电量平衡有功平衡：月份123456系统需要发电总量29.1275225.594235.689440.73742.2512844.27032水电装机容量233.86.57.59火电装机容量27.1275222.594231.889434.23734.7512835.27032月份789101112系统需要发电总量49.3179253.35652.3464842.2512835.689430.6418水电装机容量9.696.55.84.53火电装机容量39.7179244.35645.8464836.4512831.189427.6418年负荷量215430系统年需要发电量288567.5火电厂年发电量250000水电厂年发电量50704.86 有功平衡表火电最大产生有功50MW，从表6中我们很清晰的看出每月火电的最大发电量加上水电的都能大于系统所需电量，故每月的有功都能平衡，全年的也可以实现。无功平衡：月份123456系统无功需要容量11.5593837310.0033114.4492316.6721917.3390818.22826系统无功发电量17.9833308515.8018622.0346425.1510226.0859427.3325月份789101112系统无功需要容量20.4512173822.229584121.7849917.3390814.4492312.22627系统无功发电量30.4488838132.941994432.3187226.0859422.0346418.91825系统年需要无功量122220.1994系统年产生无功量186358.79287 无功功率平衡表从表格7中，可以很清楚的看出增容后系统的无功可以达到平衡。2.3发电机，变压器的选择经过对发电机，变压器负荷大小，容量大小及型号的查阅，设计采用机组如下：火电厂变压器：型号空载损耗kw负载损耗kw空载电流%台数SF1131500/11024.6126.40.62水电厂变压器SF116300/1107.434.20.772火电机组采用：上海电机厂 QF-25-2型汽轮机水电机组SF系列水轮发电机组第三章 matlab潮流分析3.1 N-R法电网潮流流程图中的公式a为：oPi=Pis-Pi=Pis-eij=1nGij*ej-Bij*fj-fij=1nGij*fj+Bij*ej=0oQi=Qis-Qi=Qis-fij=1nGij*ej-Bij*fj+eij=1nGij*fj+Bij*ej=0oVi2=Vis2-Vi2=Vis2-ei2+fi2=0公式b为i=j时：Hi,i=U1,i2*Bii+Qi Ni,i=-U1,i2*Gii-PiKi,i=U1,i2*Gii-PiL(i,i)=U(1,i)2*B(i,i)-Qii=j时：H(i,j)=-U(1,i)*U(1,j)*(G(i,j)*sin(w(i)-w(j)-B(i,j)*cos(w(i)-w(j)N(i,j)=-U(1,i)*U(1,j)*(G(i,j)*cos(w(i)-w(j)+B(i,j)*sin(w(i)-w(j)K(i,j)=U(1,i)*U(1,j)*(G(i,j)*cos(w(i)-w(j)+B(i,j)*sin(w(i)-w(j)L(i,j)= -U(1,i)*U(1,j)*(G(i,j)*sin(w(i)-w(j)-B(i,j)*cos(w(i)-w(j)修正方程式c为 OX=ow;V;OX=-(inv(J)*f);根据流程图及相应公式，可对设计的两个电网方案进行NR潮流计算；计算结果如下：方案一：潮流计算结果：f0.4860.87940.78460.70970.8424-1.56710.44510.80130.70970.82620.7813ow0.3727-0.07940.162-0.0688-0.51981.5141oP 0.4860 0.8794 0.7846 0.7097 0.8424 -1.5671oQ 0.4451 0.8013 0.7097 0.8262 0.7813w 0.3727 -0.0794 0.1620 -0.0688 -0.5198 1.5141 0U 1.1000 0.8970 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0500count4平衡点功率8.4095平衡点电流 1.0e+02 * 0.0148 - 0.0142i 3.2671 - 3.1364i -1.9355 + 1.8581i -0.0070 + 0.0067i -0.0062 + 0.0078i -0.0078 + 0.0075i -1.3254 + 1.2706iMatlab 截屏方案二潮流结果：f0.4861.65680.95120.70240.8424-1.73430.44511.54760.86960.6340.7813ow0.0160.2378-0.12970.6169-0.7971.6756oP 0.4860 1.6568 0.9512 0.7024 0.8424 -1.7343oQ 0.4451 1.5476 0.8696 0.6340 0.7813w 0.0160 0.2378 -0.1297 0.6169 -0.7970 1.6756 0U 1.1000 0.8050 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0500count3平衡点功率28.0714平衡点电流 2.2544 - 2.1643i 53.8749 -51.7198i -24.2365 +23.2670i -0.8662 + 0.8316i -0.6084 + 0.5840i -0.7774 + 0.7463i -29.6408 +28.4552iMatlab 截屏计算出的结果显示两个方案的2号节点即变电站2的电压偏低，其他节点电压在较好的范围内。3.2 P-Q分解法电网潮流其中公式d为：oPi=Pis-Pi=Pis-eij=1nGij*ej-Bij*fj-fij=1nGij*fj+Bij*ej=0修正方程g为Ud1-1 *oP=-B*Ud1*ow公式a为：oQi=Qis-Qi=Qis-fij=1nGij*ej-Bij*fj+eij=1nGij*fj+Bij*ej=0修正方程h为Ud2-1*oQ=-B*oV根据上面的流程图及公式，可对PQ潮流计算进行编程，得到潮流结果如下：方案一：Y14.7704 -14.1796i 0.0000 + 0.0000i -7.7739 + 7.4629i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i0.0000 + 0.0000i 20.6484 -19.8224i -12.1678 +11.6810i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i-7.7739 + 7.4629i -12.1678 +11.6810i 19.9417 -19.1439i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 12.5937 -12.0900i -5.5972 + 5.3733i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -5.5972 + 5.3733i 17.9119 -20.8970i 0.0000 + 0.0000i -12.3147 +15.5237i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 15.5479 -14.9259i -15.5479 +14.9259i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -12.3147 +15.5237i -15.5479 +14.9259i 36.3432 -38.5910iUB1 -14.1796 0 7.4629 6.7166 0 0 0 -19.8224 11.6810 0 0 0 0 0 -8.3327 3.5351 0 0 0 0 0 -7.4087 5.3733 0 0 0 0 0 -16.9999 0 0 0 0 0 0 -14.9259UB2 -14.1796 0 7.4629 6.7166 0 0 -19.8224 11.6810 0 0 0 0 -8.3327 3.5351 0 0 0 0 -7.4087 5.3733 0 0 0 0 -16.9999oP0.4860.87940.78460.70970.8424-1.5671w00.15690.13280.15010.13170.0496-0.105oQ2.74821.5651.87883.30073.1074oV0.69780.35630.47070.57810.1828U1.11.69781.35631.47071.57811.18281.05count3Matlab 截屏方案二潮流结果：Y 22.5443 -21.6425i 0.0000 + 0.0000i -15.5479 +14.9259i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 14.5645 -13.9819i -6.0839 + 5.8405i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i -15.5479 +14.9259i -6.0839 + 5.8405i 21.6317 -20.7664i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 10.3281 - 9.9150i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -3.3317 + 3.1984i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 12.1678 -11.6810i 0.0000 + 0.0000i -12.1678 +11.6810i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 15.5479 -14.9259i -15.5479 +14.9259i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i 0.0000 + 0.0000i -3.3317 + 3.1984i -12.1678 +11.6810i -15.5479 +14.9259i 39.5279 -37.9466iUB1 -21.6425 0 14.9259 6.7166 0 0 0 -13.9819 5.8405 0 0 0 0 0 -8.0330 4.6322 0 0 0 0 0 -5.1595 0 0 0 0 0 0 -11.6810 0 0 0 0 0 0 -14.9259UB2 -21.6425 0 14.9259 6.7166 0 0 -13.9819 5.8405 0 0 0 0 -8.0330 4.6322 0 0 0 0 -5.1595 0 0 0 0 0 -11.6810oP0.4861.65680.95120.70240.8424-1.7343w00.18040.20080.19690.13610.0721-0.1162oQ2.54964.75073.14683.43533.5603oV0.84870.66380.77570.66580.3048U1.11.84871.66381.77571.66581.30481.05count12Matlab 截屏两个方案的PQ潮流计算，结果波动都比较大，其中，方案二迭代了12次，第10次迭代时出现矩阵奇异。3.3 N-R与P-Q的收敛分析方案PQ迭代次数NR迭代次数1342123方案二PQ迭代次数明显大于NR，并且两个方案的PQ潮流计算结果波动都比较大，收敛情况都不理想，经分析，在该电网设计中，我们只考虑了线路阻抗，而我们选择的线路材料的电阻和电抗都比较接近，即电阻不能忽略，而PQ简化的前提之一便是RX,而我们的方案并不能满足这个，所以PQ潮流计算出来的结果会不太理想，并且和NR的结果有较大差距。3.4 短路潮流校核分析If=Vf/(Zff+zf)对于电网三相短路计算，我们的思路为：其中，负荷等效导纳计算公式为：Yi=Si/(Vi2)根据上述流程图及公式，可进行编程计算两个方案的短路电流进行短路校验，计算结果如下：方案一修正后的导纳矩阵 Y 14.7704 -14.1796i 0.0000 + 0.0000i -7.7739 + 7.4629i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 20.6484 -19.8224i -12.1678 +11.6810i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i -7.7739 + 7.4629i -12.1678 +11.6810i 19.9417 -19.1439i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 12.5937 -12.0900i -5.5972 + 5.3733i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -5.5972 + 5.3733i 17.9119 -20.8970i 0.0000 + 0.0000i -12.3147 +15.5237i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 15.5479 -14.9259i -15.5479 +14.9259i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -12.3147 +15.5237i -15.5479 +14.9259i 36.3432 -38.5910iZff 0.0683 + 0.0392i 0.0454 + 0.0150i 0.0462 + 0.0119i 0.0558 + 0.0176i 0.0428 + 0.0130i 0.0591 + 0.0206i 0.0408 + 0.0142iI 12.1159 - 6.9544i 19.8549 - 6.5568i 20.2885 - 5.2461i 16.3003 - 5.1364i 21.3950 - 6.4838i 15.0930 - 5.2549i 22.9411 - 7.9956i方案二：Y 22.5443 -21.6425i 0.0000 + 0.0000i -15.5479 +14.9259i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 14.5645 -13.9819i -6.0839 + 5.8405i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -8.4806 + 8.1414i -15.5479 +14.9259i -6.0839 + 5.8405i 21.6317 -20.7664i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -6.9965 + 6.7166i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i 10.3281 - 9.9150i 0.0000 + 0.0000i 0.0000 + 0.0000i -3.3317 + 3.198