电力系统稳态分析课程设计

1 任务书 电力系统分析课程设计 一 设计要求 1 绘制原始网络接线图 2 变压器 线路选型 3 查阅工程手册 得到设备参数 4 标幺值参数计算 SB 1000MVA UB UAV 5 等值网络 6 潮流结果图 各节点电压 各条支路的始端和末端 功率 7 设计总结 二 计算要求 1 每个节点的电压必须在额定电压值的 5 范围 2 发电机的输出功率必须在 60 以上 三 上机说明 一 安装 在 Windows 下安装 软盘中的 setup 文件为安装文件 密码为 123456 1 二 使用 1 在工具栏中用鼠标左键点击要画的元件的图标 即可在空 白文档中画出接线图 画图中通过鼠标点击拖拉方向不同 可 以画出不同方向的元件 2 在画线路时 要注意点击鼠标的右键使线路结束 点击鼠 标左键可以使线路方向改变 3 每个元件的参数在元件属性中填写 注意 PV PQ 平 衡节点的选择在每一条母线上的属性框中选择 发电机发电机 其阻抗参数不需填写 只需要选择电压等级 如为 PQ 节点 需填写有功功率和无功功率 如为 PV 节点 需要 填写有功功率 无功功率填写 0 如为平衡节点 有功功率和 无功功率都填写 0 变压器变压器 需要填写各侧电压等级 变压器的变比 正序电阻 正序电抗 变比 高压 低压的标幺比 线路线路 需要填写电压等级 正序电阻 正序电抗 1 2 对地电 纳 负荷负荷 需要填写电压等级 有功功率 无功功率 4 结果输出可以以文本形式 也可以直接标注在接线图中 1 当以文本形式输出时 在工具栏中的 结果输出 的下拉菜单中选择 网络参数 进行网络参数的输出 选择 潮流结果 进行计算结果的输出 注意在文件名中写清楚路径 以免找不到文件 如 c my documents cljg txt 当以图形文件输出时 需要在接线图上进行标注 如要标注变压器 先用鼠标点击要标注的变压器 在本元 件为选中状态下 再用鼠标点击标注图标 然后再一次用鼠标 点击本变压器元件 则出现对话框 其中标注信息用来标注你 想要标注的任意中 英文信息 而关联变量用来标注本元件的 有关计算结果 注意 变压器功率是以升压变为准 即降压变 的功率与实际的功率方向相反 结果打印可采用全屏拷贝即 print screen 键 然后在画 板中粘贴并剪切到 word 中打印 5 填写好参数后 在工具栏的 分析 菜单下先选择 自动 连接 以确保接线图的每个节点正确连接 6 在工具栏的 分析 菜单下选择 潮流计算 进行计算 1 三 注意事项 1 如果计算结果为不正确的乱码 或明显的错误 则 表示计算不收敛 2 不收敛的原因有可能是没有选定节点类型 3 画图时最好是一次画完 中间不要删除 否则会出 现错误 4 每次计算完后在进行第二次计算前 需要对 PV 节 点有功功率进行重新填写 5 如果出现异常 请保存结果 退出程序 重新启动 程序 四 十六节点原始接线图 1 1 5 选型标准和参数计算 一 选型 1 变压器容量和台数 发电厂主变容量和台数的确定 变电所主变压器容量和台数的确定 2 变压器电压调整方式的选择 不带负荷切换 称为无励磁调压 调整范围通常在 5 带负载切换 称为有载调压 调整范围可达 20 30 选择有载调压方式的原则 1 对于 220kV 及以上的降压变压器 仅在电网电压可能有较 大波动的情况下 采用有载调压方式 一般不应选用 2 对于 110kV 及以下的变压器 设计时宜考虑至少有一级变 压器采用有载调压方式 3 发电厂的升压变压器 当发电机的运行出力昼夜变化大时 设计中应优先考虑选用有载调压方式 3 输电线路选型 表 1 2 中列出根据经验确定的 采用架空线路时与各额定电 压等级相适应的输送功率和输送距离 1 架空输电线路导线截面积一般按经济电流密度来选择 并根 据电晕 机械强度以及事故情况下的发热条件进行校验 必要时 通过技术经济比较确定 但对于超高压线路 电晕往往成为选择 导线截面积的决定因素 二 参数计算 SB 1000MVA UB Uav 统一按照平均额定电压计算 近似计算 2 2 3 B B B B B B B B B U Z S S Y U S I U 1 发电机 按照节点类型发电机可选为 PQ PV 平衡节点 分别给定 不同的参量 如 PQ 节点 给点 P 和 Q 标幺值计算为 B B P P S Q Q S 1 2 变压器 2 2 2 222 1000 10001000 KN N KNBKB BNBN P U R S P USP SR R ZSUS A 2 2 2 100 100100 KN N KNBKB NNB UU X S UUSUS X SSU A 变比 k 实际变比 平均额定电压之比 比如 22022 5 10 5 230 10 5 k 实际变比 平均额定电压之比 线路 如 LGJ 240 1 1 6 1 0 131 0 394 2 89 10 r km x km s b km 6 0 131140 0 394140 2 89 10140 Rkm km Xkm km s Bkm km 4 负荷 计算功率标幺值 1 摘要 本次课程设计 以一个比较简单的从发电输电到配电的 220kV 110kV 35kV 10 5kV 等级组合的 16 节点网络为例 设 计其中的导线和变压器部分 在设计中综合考虑了经济性 供电 可靠性以及将来可能的电网扩容 书本中线路回路数 线路结线 方式 分裂导线 变压器的有载调压和无励磁调压 变压器台数 节点类型 无功补偿 负荷的最优分配等内容均在设计当中体现 有助于对知识的加深理解 限于设计时参考资料不全 大多为厂家保密数据 参数来源 全部出自于 1998 年版的 电力工程电气设备手册 书中设备参 数距今可能已有二十多年 设备选择必然过旧甚至可能所选设备 早已停产 以及个人能力问题 此设计必然存在不足地方 请提 出指正 1 目录 任务书 摘要 第 1 章 绘制原始网络结线图 1 第 2 章 变压器 线路选型 2 第 3 章 参数计算 3 第 4 章 等值网络 4 第 5 章 潮流结果 5 第 6 章 设计总结 6 参考文献 7 1 第一章 绘制原始网络接线图 1 第二章 变压器 线路选型 1 选定节点类型 平衡节点 担负调频任务的发电厂母线 一般一个系 统只选择一个平衡节点 由于 10 11 节点均具有两台 100MW 发电机组 发电效率 低于 1 节点 200MW 机组 选择其中一个作为平衡节点 另外 一个可选为 PV 节点负责调压或者干脆选作 PQ 节点 本次设计选择 10 节点作为平衡节点 PV 节点 有一定无功功率储备的发电厂母线和变电所母线可 选作 PV 节点 系统中的 PV 节点一般不多 初次设计时可以先 设较多的 PV 节点 随后根据计算数据改为 PQ 节点并填写有功 无功参数 10 节点选作平衡节点后 留下的 11 节点选作 PV 节点 另外将连接变电所的 8 4 节点选作 PV 节点 PQ 节点 属于这类节点的有按给定的有功 无功功率发电的 发电厂母线和没有其他电源的变电所母线 系统当中 除去 PV 节点和平衡节点的其他节点均作为 节点 占大多数 所以 平衡节点 10 1 PV 节点 11 8 4 PQ 节点 1 2 3 5 6 7 9 10 12 13 2 变压器选型 连接发电机的变压器按发电机的最大输出视在功率考虑 10 的 裕量和 5 8 的厂用电后 粗略计算公式为 1 2 倍的发电机有功 容量 连接负荷的变压器则按照所接总负荷视在功率 的 1 2 倍进 行估算 变压器的台数 需要综合考虑容量大小 供电可靠性以及 成本 T1 由于其只连接一台 200MW 发电机 可以在发电机 检修或其他 原因停机期间同时检修 故障率较低 考虑到成本问题 两台变 压器的价格要比一台二倍容量的变压器价格高出不少 选择一台 240MVA 的变压器 因为连接发电机 调压方式选择无励磁调压 T2 2 3 机负责调频 连接两台 100MW 的发电机 可能不同时发 电 为提高利用率 选择两台 120MVA 的变压器 同时可以提高 1 供电稳定性 因为连接发电机 调压方式选择无励磁调压 T3 接一台 100MW 的发电机 同 T1 一样 可以在发电机停机时检 修 所以选用一台 120MVA 的变压器 因为连接发电机 调压方 式选择无励磁调压 T4 用于 220KV 网络 系统中低位较重 并且所接负荷较重 为保证 供电可靠 选用两台变压器 再考虑负荷 确定使用两台 90MVA 的 100 100 50 三绕组变压器 因为是 220kV 降压变 调压方式选择无励磁调压 T5 用于给 35kV 和 10kV 网络供电 负荷不大 没有特别说明存在一 级负荷 出于成本考虑选用一台 63MVA 的 100 100 100 三绕 组变压器 供电可靠性略低 因为是 110kV 降压变 必须至少有 一级采用有载调压 调压方式选择有载调压 T6 与 T2 类似接两台 100MW 发电机 再结合负荷选用两台 120MVA 100 50 100 的三绕组变压器 因为节点 11 已经选 为 PV 节点 电压恒定 调压方式选择无励磁调压 综上所述 参考有关变压器资料 选型如下 参数仅列出此次设 计中需要用到的 1 T1 型号容量 MVA 高压 kV 低压 kV SFP7 240000 220240 242 2 2 5 15 75 调压方式联结组别号负载损耗 kW 阻抗电压 无励磁调压YN d1163014 T2 两台 型号容量 MVA 高压 kV 低压 kV SFP7 120000 220120 242 2 2 5 10 5 调压方式联结组别号负载损耗 kW 阻抗电压 无励磁调压YN d1138513 T3 型号容量 MVA 高压 kV 低压 kV SFP7 120000 11012012110 5 调压方式联结组别号负载损耗 kW 阻抗电压 无励磁调压YN d1142210 5 T4 两台 电压 kV 型号容量 MVA 高中低 OSFPS7 90000 22090 90 45 220 2 2 5 12138 5 负载损耗 kW 调压方式空载损耗 kW H MH LM L 无励磁调压41245 阻抗电压 联结方式 H MH LM L YN Y0 d118 23121 1 T5 电压 kV 型号容量 MVA 高中低 SFSZ7 63000 1100 63 110 8 1 25 38 5 2 1 2 5 11 负载损耗 kW 空载电流 空载损耗 kW H MH LM L 有载调压84 7 300 阻抗电压 联结方式 H MH LM L YN Y0 d111710 56 5 T6 两台 电压 kV 型号容量 MVA 高中低 OSSPS7 120000 220120 60 120 242 2 2 5 12110 5 负载损耗 kW 调压方式空载损耗 kW H MH LM L 无励磁调压62 370 阻抗电压 联结方式 H MH LM L YN Y0 d1112 611 617 4 3 导线选型 本次设计无需考虑环境因素 所以导线选型无需特殊考虑线的 抗拉力 主要从经济输送容量指标进行选择 另外 220kV 线路需 1 要做电晕校验 本设计中线路型号在各电压等级的推荐型号中直 接选择 不做校验 L1 L3 L4 构成环网 当其中一条线断线时 其余线路将承 担全部功率输送任务 输送容量将可能达到 200MVA 再考虑到 裕量 选择 LGJ 240 2 的二分裂导线 L2 110kV 线路 输送容量和电晕都不大 单根 LGJ 240 即 可 还有一点 当电网扩容时 变电站扩容只需增加变压器台数即 相关配套设备 比较便捷 而线路扩容需要重新架设很长的输电 线路 工程量和投资都很大 所以线路裕量根据日后负荷可能的 增长选的大一点 便于日后扩容 具体线路参数如下表 R1X1B1长期允许电流 T 25oCT 40oC 线路型号 km km 1e 6 km Im A LGJ 240 2 0 0660 3123 6012961050 LGJ 2400 1300 388648525 经济输送容量 持续极限 输送容量 导线 截面 分裂数单根 Im 1 J 0 9J 1 1T 25oCT 40oCS T 25 P MVA Wm MVA A 1652104944004802648 41531231002401648 注 环境温度为 25 导线温度 70 无日照 时 P 1 732 Uh J S Wm 1 732 Uh Im 其中 S 导线截面 mm2 P 经济输送容量 MVA 第三章 参数计算 本次计算全部采用标幺值计算 便于判断母线电压是否满足任务 1 要求 电力系统的计算机算法也普遍采用标幺值计算 基准值 SB 1000MVA UB Uav 统一按照平均额定电压计算 近似计算 2 2 3 B B B B B B B B B U Z S S Y U S I U 1 导线 L1 有名值 6 6100066 0 R 2 31100312 0X 46 2 1 108 1100106 35 0 B 基准值 9 521000 2302 B Z SY B ZB 0189 0 9 52 11 标幺值 0095 0 0189 0 108 1 5898 0 9 52 2 31 1248 0 9 52 6 6 4 2 1 B X R L2 有名值 1 不考虑B X R 04 3180388 0 4 1080130 0 基准值 225 131000 1152 B Z 标幺值 3471 2225 13 04 31 7864 0 225 13 4 10 X R L3 根据 L1 直接计算标幺值 0057 0 100 60 0095 0 2 1 3539 0 100 60 5898 0 0749 0 100 60 1248 0 B X R L4 根据 L1 直接计算标幺值 0133 0 10 14 0095 0 2 1 8257 0 10 14 5898 0 1747 0 10 14 1248 0 B X R 2 变压器阻抗参数 双绕组 1 2 1000 N BK S SP R N BK S SU X 100 T1 标幺值 5833 0 240100 100014 0109 0 2401000 1000630 2 X R T2 标幺值 0833 1 120100 100013 0267 0 2401000 1000385 2 X R T3 标幺值 8750 0 120100 1000 5 10 0293 0 1201000 1000422 2 X R 三绕组 2 2 max 2000 100 N NK S UP R 100 2 50 RR 2 max 22 2 max 20002000 100 N BK B B N NK S SP U S S UP R 100 2 50 RR 1 2 1 32 13 21 1 KKKK UUUU 2 1 13 32 21 2 KKKK UUUU 2 1 21 13 32 3 KKKK UUUU N BK S SU X 100 1 1 N BK S SU X 100 2 2 N BK S SU X 100 3 3 表中参数变压器阻抗电压 均已折算到 100 容量 T4 标幺值 1 9 21312 8 2 1 KH U 9 0 31212 8 2 1 KM U 9 21 2 82131 2 1 KL U 0111 1 90100 10001 9 100 N BKH H S SU X 1 0 90100 10009 0 100 N BKM M S SU X 4333 2 90100 1000 9 21 100 N BKL L S SU X 0151 0 902000 1000245 2 H R 1 0151 0 HM RR 0302 00151 0 2 L R T5 5 10 5 617 5 10 2 1 KH U 0 175 6 5 10 2 1 KM U 5 6 5 105 617 2 1 KL U 6667 1 63100 1000 5 10 100 N BKH H S SU X 0 63100 10000 100 N BKM M S SU X 0317 1 63100 10005 6 100 N BKL L S SU X 0378 0 632000 1000300 2 H R 0378 0 HM RR 0378 0 HL RR T6 4 3 4 17 6 116 12 2 1 KM U 2 9 6 11 4 176 12 2 1 KM U 2 8 6 12 4 17 6 11 2 1 KL U 1 2833 0 120100 10004 3 100 N BKH H S SU X 7667 0 120100 10002 9 100 N BKM M S SU X 6833 0 120100 10002 8 100 N BKL L S SU X 0128 0 1202000 1000370 2 LH RR 0256 00128 0 2 2 HM RR 3 变压器变比 初次计算时先不考虑分接头 随后根据各母线电压情况修改分 接头 变比标幺值 k 实际变比 平均额定电压之比 T1 0522 1 5 10 230 5 10 242 K T2 0522 1 5 10 230 5 10 242 K T3 0522 1 5 10 115 5 10 121 K T4 9193 0 37 230 5 38 220 H K 1 0112 1 37 115 5 38 121 M K T5 9130 0 5 10 115 11 110 H K 9932 0 5 10 37 11 5 38 M K T6 0522 1 5 10 230 5 10 242 H K 0522 1 5 10 115 5 10 121 M K 4 负荷 计算功率标幺值 F1 06 0 1 0 1000 60100 j j F F2 012 0 02 0 1000 1220 j j F F3 02 0 03 0 1000 2030 j j F F4 06 0 1 0 1000 60100 j j F F5 1 018 0 1000 100180 j j F 1 F6 04 0 08 0 1000 4080 j j F F7 015 0025 0 1000 1525 j j F 5 发电机输出功率标幺值 只算 PQ 节点的有功 无功功率和 PV 节点的有功功率 其 余由计算给出 1 PQ 节点 由于是系统当中效率最高的机组 令其满负荷发电 2 0 1000 200 P 1238 0 1000 85 0tan cos200 1 Q 2 3 作为平衡节点 都不计算 4 PV 节点 根据总的发出功率和负荷 大概给出 0 13 的有功功率 满足 60 以上的发电机出力要求 P 0 13 5 PQ 节点 给出 0 7 的有功功率 满足 60 以上的发电机出力要 求 无功有 0 85 的功率因数求得 P 0 07 0434 0 1000 85 0 tan cos70 1 Q 1 第四章 等值网络 1 第五章 潮流结果图 1 说明 为便于阅读 图中仅标出了各母线电压和各线路的始末端功率 总结 1 各母线电压不超过 5 波动范围 满足要求 2 各发电机出力达到了 60 以上 满足要求 3 PV 节点有三个 较多 过多的无功补偿会使电网的谐波加重 也不经济 可考虑将 8 11 节点设为 PQ 节点 4 节点因 为 L2 的无功损耗较大 必须增加无功补偿 所以维持 PV 节点不 变 改进 1 调节电压偏离较大节点所连接的变压器变比 已进一步改善电压 2 将 8 11 节点改为 PQ 节点 所引起的超出范围的变化由调 节变压器变比以及系统联络功率改善 3 将平衡节点由 10 改为 11 10 改为 PQ 效果较之前较好 4 增加各发电机的输出 多余功率由系统联络功率吸收 改进后结果如下图 1 1 问题即再次改进 1 L1 L3 L4 的输送容量均低于经济输送容量 尤其是 L4 线路选型不合适 经济性不高 但当系统联络功率为负值 即向本系统输入负荷时 输送容量将增大 具体数值有输入功率 大小决定 综合考虑 L1 L3 的型号不变 而 L4 只为联络 2 9 节点 非 L1 L3 其中之一断线情况下 输送功率一直不 会太大 出于减小电晕考虑仍然选用二分裂导线 改为 LGJ 150 2 2 L2 线路为增加供电可靠性 改为双回路供