电力系统分析实验指导书.doc

电力系统分析实验指导书南京理工大学自动化学院电气工程系目录一、 实验系统介绍.1二、 实验一 电力系统接线图.20三、 实验二 电力系统潮流计算.21四、 实验三 电力系统短路试验.22五、 实验四 潮流计算程序设计与调试.23一、 实验系统介绍1.系统简介1.1系统主要功能：1）、图形组态功能图形界面中建立电力系统主接线(输电网、配电网、变电站)，可以添加删除设备，修改各个设备的参数。2）、计算功能根据图形组态形成的电力系统，自行形成电力网络拓扑图，计算系统的各点各线的正常潮流，算网络任意点发生各种类型的短路故障时，系统网络各节点的电压和各线路的短路电流。3）、模拟仿真功能通过接口程序，将网络中各节点电压、各线路电流信号下载到微机型继保测试仪中，实时模拟电网的潮流或故障信号。1.2系统主要部分：1）、接口接口程序为本软件和微机保护测试仪的数据通道，通过接口程序，可以向微机保护测试仪，发出控制命令，模拟电力网络各种情况信号。2）、组态界面组态界面为本软件系统提供给用户的图形编辑工具，它有两种状态，分别对应不同的功能。(1)编辑状态：a. 使用工具栏上的图元按钮，用鼠标可方便快捷地完成系统图的绘制和连接；b. 使用鼠标和快捷键可以很方便地对图元的大小、颜色及其他属性进行修改；c. 数据录入：每个元件设有窗体让用户输入其相关资料，还可在已有系统图中添加新的变电所和元器件；e. 资料修改：在元器件上单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中，可以修改此元件属性参数。（2）运行状态：a. 可以很方便的查询各元件的信息。使用鼠标点击相应元件，即可弹出该元件的资料。b. 可在弹出的资料框上修改设备状态。c. 可设置各种故障状态。3）、计算：可计算电力系统正常潮流和故障参数。1.3名词解释1）、设备名称：a. 变电所名称为“站名”+“变”，如新乡变、刘庄变；b. 变压器名为“变电所名称”+“序号”,如新乡变1#；c. 电容器名称为“变电所名称”+“序号”+“电容（抗）器”，如新乡变1#电容器； 2）、操作类型 ：对于电容器和电抗器，操作类型分为“投”和“切”；对于变压器，操作类型分为“升”和“降”。4）、调压方式 ：分为“有载”、“无载”。5）、母线分段： 表示母线是否有母联开关；6）、有载：表示此变压器可带负荷调压。 7）、无载：表示此变压器不能带负荷调压或者没有分接头。2.软件界面操作21系统的启动在桌面中按【开始】【程序】【继电保护信号源综合控制系统】操作顺序即可系统起动。22系统的退出选择软件中文件菜单中的退出选项即可退出系统23软件界面操作软件操作界面如图1所示，分为五部分。 图 11）菜单项 菜单项由“文件”、“视图”、“选项”、“状态”、“运行”、“设备管理”、“帮助”等组成。文件项：主要完成建立项目，打开项目文件等功能。视图项：控制主窗体的视图的大小。选项项：选择图纸方式和图纸模式。状态项：选择当前运行方式（组态）。运行项：软件将当前设置的结果下载到继电保护测试仪中运行。设备管理项：管理微机继电保护测试仪的工作。 2）图元工具栏组态功能使用的各种元件包括变电站、发电机、变压器、线路、断路器、电容器、负载、母线、无关连线、设备、文字等，每个元件具有属性窗体可灵活设置各种参数。3）项目管理区 对当前项目的文件和电气元件进行管理，包括文件管理和元件管理。4）工作区组态图形区，可形成电气主接线图。23菜单操作 菜单项由“文件”、“视图”、“选项”、“状态”、“运行”、“设备管理”、“帮助”等组成。1)文件项：主要完成建立项目，打开项目文件等功能。 新建项目：建立新的项目文件。打开项目：将已有的项目文件装入软件。新建文件：本软件是多文件系统，因此，一个项目内可建多个文件。保存:将当前工作区内的文件保存至项目内。关闭文件：关闭当前工作区内的文件。关闭项目：关闭当前项目。2)视图项：显示或隐藏一些工具栏，以扩大工作区视区。 元件栏: 显示或隐藏图元工具栏。 状态栏：显示或隐藏元件的状态条。 项目管理器：显示或隐藏软件的项目管理区，以扩大工作区视区。3)选项：改变工作区的显示方式。 图纸: 改变工作区的大小和颜色（如图2）。 图2 显示栅格：在工作区上显示条纹。 字体选择：选择工作区显示文字的字体。 图纸尺寸：设置工作区的大小。 显示元件名称:在工作区内电气元件的旁边显示元件名称。 显示元件参数: 在工作区内电气元件的旁边该元件电气参数，如变压器的容量，线路的阻抗等。 显示规则： 发电机参数显示：位于发电机旁边。第一行发电机容量，第二、三、四行分别显示发电机的正序、负序、零序阻抗标么值。 母线参数显示：位于母线旁边。显示母线的电压等级。 变压器参数显示：位于变压器旁边。第一行变压器容量，第二行显示 变压器的短路功耗和短路压降。 线路参数显示：位于线路旁边。第一行线路型号和长度，第二、三行显示线路每公里长度的正序、零序阻抗值。 电流互感器显示：位于电流互感器旁边，显示电流互感器的变比。 负载显示：位于负载旁边，显示负载大小(MW+jMVAR)。 显示结果：当系统中没有设置故障时，显示系统的潮流（电流、电压、有功和无功）。当系统中设有故障时，显示系统的故障时的三相电流和母线残压。 潮流显示规则 母线旁显示母线的一次线电压（KV），断路器旁从上至下分别显示流过断路器的一次有功功率（MW）、无功功率（MVar）、和线电流（A）.潮流方向以母线流向线路为正 。 故障时显示规则 母线旁显示系统故障时母线的一次相电压，从上至下分别是ABC三相的相电压(KV)。断路器旁显示流过断路器的一次线电流从上至下分别为ABC三相的线电流(A)。 4)状态: 指示工作区当前的工作状况。由组态和运行组成。 组态：指示当前的工作区处在组态状态，可以利用图元工具栏组成电气一次主接线图，设定各电气元件的参数。 运行：指示当前的工作区处在运行状态，无法进行组态功能。5)运行: 由运行和参数设置组成。运行：在无设备相连选择运行，若系统无故障时进行潮流计算，若系统有故障时则进行故障计算。 在有设备相连选择运行，若系统无故障时进行计算潮流并将设备安装处的电流电压信息下载至继电保护测试仪中，若系统有故障时，则将设备安装处的故障时电流电压信息下载至继电保护测试仪中。参数设置：（见图3）因本软件的潮流计算是以牛顿拉夫孙法为基础进行计算的，因此必须设置各电气节点的初始参数和迭代次数，以保证潮流计算的收敛性 改变各电气节点的初始参数，可改变各母线的实际电压。 图 3 最大迭代次数：牛顿拉夫孙法计算的最大迭代次数。 收敛判据：当各电气节点的每次迭代计算的标么值功率的变化率小于此数时，认为牛顿拉夫孙法已收敛，结束计算。 初始电压标么值参数：设置各电气节点的初始电压参数。6)帮助: 由关于、和密码管理等组成关于：是关于软件版本的信息。密码管理：本软件的一些功能，可通过密码功能加以限制，使一般用户无法使用全部功能。禁止的功能有新建文件、保存文件、组态、参数设置、设备参数、显示结果等菜单功能。24图元工具栏操作图元工具栏提供组态用的各种电气元件。 变电站图标发电机图标 变压器图标 电气线路图标 断路器图标3.组态功能31绘制电网主接线图在状态菜单中选择组态选项，软件进入组态功能。点击图元工具栏中的元件，可在主窗体放置电气元件，组成主接线图。注:为正确的设计主接线图须遵循以下原则: 任意电气元件都必须和断路器相连后再连接到母线上如组成电网图一所示的变电站主接线图，可采用如下方法。1:点击发电机图标 ,点击主窗体,放置发电机.2:放置断路器,放置母线,放置断路器.3:放置连线放置线路元件,放置连线放置断路器.4:放置母线,放置断路器.放置变压器,放置断路器.放置母线.5:放置两个断路器.放置两个负载.6:放置断路器放置连线放置线路元件,放置连线放置断路器.7:放置母线,放置断路器.放置负载.在放置元器件时,可右击鼠标利用弹出菜单进行电气元件的缩放、移动、旋转、删除等操作。注：在进行此鼠标操作时，必须只能选择一项，在选择另一项时，必须先取消前一项的选择3.2 数据录入数据录入一定要遵循以下准则，这样，会很轻松的完成工作，不会出现无谓的重复劳动，轻点鼠标就可完成数据输入！（否则输入数据时会出现错误！） 一、先输入厂站资料；二、再输入变压器、电容器、母线、线路，这些元件资料无先后要求；三、然后输入电源资料；四、最后请输入断路器资料。1）、变电所、发电厂的基本参数的输入点击变电站图标，出现设置窗体如（图2）可输入该厂站的厂站名、厂站号、变压器个数、电容器个数，该厂站母线是否分段参数等。 图22）、变压器的基本资料与运行参数右击鼠标在弹出菜单上，选中属性选项鼠标左击变压器图元，可弹出变压器窗体如（图3）。 图3基本属性页（见图3）在厂站名中的下拉选项中选择该变压器所在的厂站名（若无所需的厂站名，则必须先创建厂站）、然后在变压器名的下拉选项中选择变压器名（可以根据需要更改，但必须确保整个系统中是唯一的名称）。此两项必须填写。高压端铭牌电压、低压端铭牌电压：变压器铭牌上显示的高低电压变比值。此两项必须填写。额定容量：该变压器的额定容量。必须填写。高压线圈接法、低压线圈接法、接线时钟，选择变压器的实际接线方式。若只计算系统潮流，可不必填写，当计算故障或模拟仿真时，则必须填写。短路损耗、短路电压：变压器铭牌上的值，软件可根据此数据计算变压器的阻抗，因此，这两值和阻抗值可选一填写。调压类型：选择变压器的调压方式。调压分解头信息：设置该变压器调压段数。附加属性页（见图4），设置告警信息，当变压器流过最大功率值时会产生告警信息 图4 图 5图形属性页如图5所示，设置变压器图元图形显示信息3）、电容器的基本资料和运行参数 基本属性页（见图6）在厂站名中的下拉选项中选择该电容器所在的厂站名（若无所需的厂站名，则必须先创建厂站）、然后在电容器名的下拉选项中选择电容器名（可以根据需要更改，但必须确保整个系统中是唯一的名称），见图6，此两项必须填写。容量：电容器组的容量（兆乏）必须填写。图形属性设置电容器图元的显示图形特点。 图 64）、变电站母线的基本资料和运行参数基本属性页（见图7）本软件中的设计，是以母线为系统的节点。在厂站名中的下拉选项中选择该母线所在的厂站名（若无所需的厂站名，则必须先创建厂站）、然后在母线名称的下拉选项中选择该母线名（可以根据需要更改，但必须确保整个系统中是唯一的名称），此两项必须填写电压等级：母线所处系统的电压等级，必须正确填写。告警信息设置：最高电压、最低电压 当母线实际电压在此电压范围之外时，会出现告警信息。节点属性页（见图8）节点类型：潮流计算中所需的项目 图 7 图 8平衡节点：整个系统中必须接只能一个平衡节点，一般是调频电厂（能提供任意的有功无功功率）的母线。PQ节点：该母线注入系统的有功无功功率恒定，电压可变。PV节点：该母线注入系统的有功功率恒定、电压恒定，无功功率可变。无选择时的节点，当作PQ节点。图形属性设置母线图元的显示图形特点。5）、线路的基本资料和运行参数 基本属性页（见图9）填写该线路的基本信息。线路名称：该线路的名称，必填（区别其他线路）。线路型号、正序、零序、电阻、电抗等可和附件属性中的项目选填其一。 图 9 图 106）、电源的基本资料和运行参数基本属性页（见图10）填写该电源的基本信息。在厂站名中的下拉选项中选择该母线所在的厂站名（若无所需的场站名，则必须先创建厂站）。电源名称：填写该电源的名称，必填。电源功率：电源额定功率。选填。输出有功、输出无功：电源出力。（电源接在平衡节点时，可不填）阻抗值（标么值）：电源的阻抗的标么值。7）、负载的基本资料基本属性页（见图11）。填写该负载的基本信息。在厂站名中的下拉选项中选择该负载所属的厂站名（若无所需的场站名，则必须先创建厂站），也可以不选。负载名称：该负载的名称，必须在网络中是独一无二的。有功功率、无功功率：负载的功率。阻抗值(标么值)：负载阻抗的标么值。潮流估计计算时，不需要，故障计算时可能需要当不填写时，负载的正序、负序阻抗相等且根据有功无功自动计算。若填写，则当负载的有功或无功功率不等于零时，负载正序、负序阻抗恒定等于所填写的值。 图 118）、断路器的基本资料和运行参数断路器是形成网络图的连接元件，因此必须正确填写连接信息，否则会导致计算错误。基本属性页（见图12）填写该电源的基本信息。在厂站名中的下拉选项中选择该断路器所在的厂站名（若无所需的场站名，则必须先创建厂站）。断路器名称：填写该断路器的名称，必填。断路器类型：断路器所连接电气元件的名称。 图12 图13联结属性页（见图13）当在基本属性页选择了断路器类型后在该页可选择断路器连接的器件和母线9）、连线的基本资料连线是形成网络图的连接元件，无电气特性，加强时图形美观性。其设置如图14所示。 图 1410）、文字的基本资料 软件可在是主窗体上添加文字，每行不超过20字。其无电气特性，只是加强时图形美观性。其设置如图15所示。 图 15 4.潮流计算41计算参数设置 当组态已经完成后，就可进行整个电力网络的潮流计算，在计算之前，可先选择参数设置，初始化整个网络，保证潮流计算收敛，结果正确。要设置计算参数，需在运行菜单中选择参数设置项，其设置窗体如图16所示 图 16周期运行模式：是否定期运算获得潮流，一般是否。收敛判据：当系统中每个节点功率的标么值在计算时，其变化率小于设定值，则认为系统收敛，结果正确。最大迭代次数：运用迭代算法计算系统潮流时，迭代次数超过此设置值而计算未收敛，则认为计算不会收敛，退出计算。注：当迭代次数较小，而导致迭代计算未收敛时，可增加迭代次数以使计算收敛。但迭代次数增加，会导致计算时间延长。初始电压标么值参数：迭代计算时每个节点的初始值。注：平衡节点的设置值在计算过程中不会改变。其他节点可能会在计算过程中改变。42计算及其结果观测 1）、当参数设置完成后，可进行潮流计算。在状态菜单中选择退出组态，然后在运行菜单中选择运行，软件开始计算网络系统的潮流。 2）、结果观测。 计算结果有两种观测方法。 一种方法在选项菜单中选择显示结果，直接在母线和断路器傍边显示潮流结果值。 注：母线边显示的是母线上的线电压。 断路器傍边显示的是流过该断路器的潮流。显示数据从上到下依次为有功功率（MW）、无功功率（Mvar）、电流（A）,以功率从母线流向线路为正方向。 另一种方法在运行菜单中选择结果浏览选项，从结果窗体中观察。如图17所示。 该窗体上能够显示整个网络的潮流结果。其中包括各条母线电压、各条线路的潮流、 各变压器潮流、各负载和电源潮流。 窗体上的方向按钮分别表示显示首次，前一次、后一次，最新的潮流计算结果。 删除数据库数据按钮：清空计算结果数据库中的所有数据。 图 1743 运行中的操作 在计算潮流中，可对整个网络中的一些元件进行操作，以改变系统的潮流流向。常用的方法有：调节变压器的调压分接头、调节负载、增减发电机出力、投切电容器、合断线路等操作。1） 调节变压器的调压分接头双击系统中的变压器，会出现变压器调节的窗体如图18所示。其中显示数据项是合SCADA系统相关，一般无用。档位操作：根据实际要求调节变压器档位。接地操作：此项对潮流计算无关，故障计算则必须填写（因其涉及零序网络的构成）。图 18确定按钮 此次操作有效，但不会立即改变变压器的分解头，而是要在运行菜单选择运行选项，软件才开始计算调压后的系统潮流。取消按钮 取消此次操作。应用按钮 此次操作操作有效，而且立刻计算调压后的系统潮流。2)调节负荷双击系统中的负荷图元，会出现负载调节的窗体如图19所示。可更改负载值。 图 193） 调节发电机的出力。双击系统中发电机的图元，会出现发电机出力调节的窗体如图20所示。可更发电机出力载值。注：平衡节点上的发电机无法调节出力。 图 204） 投切电容器、合断线路投切电容器，合断线路通过断路器合断操作实现。双击系统中断路器的图元，会出现断路器控制的窗体如图21所示。可操作断路器合断。 图 21通过以上操作，可仿真计算系统各种运行方式下的潮流。5.短路计算51故障参数设置当组态已经完成后，就可进行整个电力网络的故障电流计算。其中主要包括：输电线路短路故障、变压器短路故障、母线短路故障、电容器故障等。在窗体的电气元件上右击鼠标，在弹出菜单上选择设置故障后，再要设置故障的元件上单击，便可进行故障设置。注：每次只能设置一个故障1） 输电线路短路故障设置双击网络中的线路图元，出现输电线路故障设置的窗体如图22所示 图 22 故障设置页 故障性质:设置线路发生的故障是永久性故障,还是瞬时性故障.在故障计算时可不考虑,但在和微机继电保护测试仪连接实时模拟仿真时,则必须填写. 非周期分量:在故障开始时是否有非周期电流电压产生。 故障类型:短路故障类型包括相间、接地、三相短路。 故障地点离：发生故障的地点的参考点。 线路全长：故障地点离参考点的距离占线路全长的百分比。 过渡电阻Rf:线路发生故障时，相间的过渡电阻。 过渡电阻Rg: 线路发生故障时，相和地之间的过渡电阻。 故障限时：在和微机继电保护测试仪连接实时模拟仿真时，在大电流输出，当保护装置没有发跳令切除故障时，经过故障限时延时后测试仪自动停止电流输出，从而保护测试仪的功放。负载状态页 负荷自起动系数：当线路负载为电机类时，则重起动时的冲击系数。2） 变压器短路故障设置 其设置方法和线路类似，非周期和合闸实验和本版软件无关。3） 母线、电容器故障设置其设置方法和线路类似，（略过）4） 取消故障设置右击鼠标，在弹出菜单上选择清除故障后，则可将所设的故障清除掉。52 运行中的操作 在计