电力系统课程设计

电气工程学院电力系统分析课程设计专业：电气工程及其自动化设计题目：电力系统分析课程设计班级：电自1141学生姓名：00学号：xx指导教师：高纯斌分院院长：许建平教研室主任：高纯斌一、课程设计任务书1.课程题目电力系统分析课程设计2.设计内容供配电网络潮流仿真设计1）设计具体内容、计算参数、总负荷容量等设计数据已给出；1）完成电力网络电能分配设计；2）完成电力网络功率补偿；3）完成电力网络各节点短路故障的计算；4）撰写课程设计报告；5）完成课程设计答辩。3.课程设计报告要求课程设计报告应包括以下内容：A、本次设计的主要内容、设计题目、设计目录、供配电网络仿真图及数据结果、补偿结果、短路数据，使用设备清单、设备选择公式、计算过程、选择依据。B、课程设计总结。包括本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等。C、全文不少于3000字。如出现报告雷同，经查实后抄袭学生成绩按不及格处理。4.参考资料1.电力系统分析。2.powerworld使用说明书。5.设计进度（2013年11月25日至12月6日）时间设计内容第1-2天查阅资料，方案比较、设计与论证，理论分析与计算第3-8天完成电力网络规划第9-12天系统负荷计算、短路计算、功率因素补偿第13-14天绘制图纸、书写报告、答辩6.答疑地点新实验楼321目录第一章绪论.11.1潮流计算的含义：.11.2潮流计算的发展趋势：.11.3潮流计算的意义：.1第二章PowerWorld软件介绍.22.1PowerWorld软件.22.2PowerWorld的主要功能.223PowerWorld部分操作使用介绍.4第三章设计主体内容.73.1配电网络分析实例.73.2涉及运算公式.73.3建模网络仿真图.73.4电力系统的运行数据结果.8第四章网络元件的电压降落和功率损耗.9总结.10参考资料.11评语及成绩.121第一章绪论1.1潮流计算的含义：潮流计算是根据给定的系统接线和运行参数等条件，求解电力系统的运行状态，如母线的电压幅值及相位、网络中的功率分布及功率损耗。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。电力系统潮流计算的用途：系统正常运行性能分析、故障分析、稳定计算、电力系统规划。1.2潮流计算的发展趋势：通过几十年的发展，潮流算法日趋成熟。近几年，对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。牛顿法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。1.3潮流计算的意义：(1)在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。(2)在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。(3)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。(4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。2第二章PowerWorld软件介绍2.1PowerWorld软件PowerWorld是一个面向对象的电力系统大型可视化分析和计算程序，其设计特点是用户界面友好以及优异的交互性能。交互能力和可视化方法使它在胜任严谨的电网运行分析的同时，还可以用来向非专业人员阐明电力系统的运行原理和进行专业培训。V11.0版的PowerWorld集电力系统潮流计算、灵敏度分析、静态安全分析、短路电流计算、经济调度EDC/AGC，最优潮流OPF、无功优化，GIS功能、电压稳定分析PV/QV、ATC计算、用户定制模块等多种庞大复杂功能于一体，并利用数据挖掘技术实现强大丰富的三维可视化显示技术。使用方便、功能强大、可视化程度相当高，其界面如图1.1所示，图中所示系统为广西电网2010年三维可视化运行全景图。PowerWorld可视化程序确切地说是多个产品的集成。它的核心是一个综合的、强大的潮流计算的软件，它可以有效地求解多达100,000个节点的大型复杂电力系统。这使得PowerWorld作为一个独立的潮流分析软件包十分有用。与其他同类商业应用软件不同的是：PowerWorld允许用户通过可缩放的彩色动画单线图来模拟一个系统。用户可以运用可视化分析程序个性鲜明的示例（CASE）编辑器对模型任意进行修改直至满意。在PowerWorld可视化分析程序中，输电线路的投切、负荷调整、发电机的投退及其各种功能切换以及联络线的建立等等，这一切只需点击鼠标就可完成。此外，图形和动画演示的广泛使用增加了用户对系统特性、存在的问题和限制条件的理解.并且知道如何采取补救措施。PowerWorld提供了极为方便的模拟电力系统时间特性的工具。同样它可以可视化地显示负荷、发电量和联络线功率随时间的变化，以及因此产生的系统运行状况的变化。这项功能在解释例如电网扩建引起网络结构变化等问题上十分有用。PowerWorld可视化分析程序还具有一体化的经济调度、联络线功率交换经济性分析、功率传输分配因子(PTDF)计算、短路计算和故障分析的强大功能，所有这一切都通过一个主界面来实现。32.2PowerWorld的主要功能PowerWorld可视化分析程序的上述特性被集成在一起，在软件安装完毕后即可领略到它的庞大功能。1)基本功能PowerWorld程序有2种重要的操作模式：编辑模式和运行模式。编辑用来创建新模型或修改己存在的工程示例；而运行模式则用来模拟演示实际系统，使用程序具有的各种先进的工具对所建立的电力系统模型进行各种可视化分析。通过点击程序栏的EDITMODE（编辑模式）和RUNMODE（运行模式）按钮，可在两者之间随意切换。每种模式下菜单中的命令不同。通过文件面板（File）可进行存盘、打印、读取等操作。本栏也提供了联机帮助和查错工具。PowerWorld仿真器允许用户用几种不同的格式存储工程。选择主菜中File中的SaveAs项可出现对话框，在对话框左下角存储文件类型一栏中可选择所需的保存格式。仿真器能以二进制格式（默认值），PTI版本V2330所用的原始数据类型、IEEE通用格式和GEEPC等格式来存储工程。编辑面板（Edit）包括一些工程编辑工具。可剪切或复制单线图上的单个设备或原件并把它粘贴在原图或其他图中。同样也可通过通常的选取操作或矩形框对一组元件进行相同的操作。用插入面板（Insert）按钮可在现有的单线图上添画新组元。这些组元包括电力系统的元件如节点、输电线、变压器、负荷、发电机和“地区(AREA)”,“区域（ZONE）”以及诸如“饼图(PIECHART)”等提供测量、标注和咨询信息的框件。也可添加文本框或矩形、椭圆形、弧形等形状的显示框，而这些均与系统中其它设备无关。通过格式面板（Format）可改变字体、颜色、线型、图形放大比例及其原件所属层次等。也可设定不同绘图参数的缺省值，并在必要时重设这些值。为显示复杂的电力系统运行图，PowerWorld可视化分析程序可放大和移动单线图。可在图像缩放面板中直接指定放大的尺寸，也可通过选定图中某一矩形区域来设定放大倍数。本栏包含一对话框.可以通过它选择以某一母线为中心显示单线运行图。通过选项/信息栏（Options)，可迅速查阅PowerWorld可视化分析程序的有关信息和设置选项。可设置有关仿真和求解的选项、定义过滤显示、进行单步潮流计算、电压等高线动态着色、各种运行报表和区域控制误差分析、网络拓扑结构分析、二维和三维可视化运行图切换以及工程所包含的原件的所有属4性和相关运行参数和控制参数的显示和修改。这两个栏目在编辑模式和运行模式下根据需要不尽相同。工具栏（Tools）提供母线运行信息浏览、全网潮流浏览和指定母线或线路潮流运行信息、静态安全分析、可用传输容量ATC计算、短路电流计算、各种灵敏度分析、电气岛分析、网损计算、功率传输分布因子计算、强制潮流设置与计算、地理信息功能加载（GIS）、制作影视剪接，负荷和出力调整等高级功能。仿真栏（Simulation）提供仿真所采用的各种算法，包括极坐标和直角坐标的牛顿拉夫逊法、快速解耦算法、单步法、交直流系统混合潮流计算、鲁棒性潮流加速计算、最优潮流计算、潮流计算启动终止设置和不收敛的处理办法以及脚本文件的相关处理。最优潮流（LPOPF）栏提供常规最优潮流计算、考虑各种运行约束和经济约束的最优潮流计算以及相关参与最优潮流的系统各种原件参数的设定和修改。电压安全性和稳定性分析工具（VSAT）以内置的牛顿一拉夫逊法进行的潮流计算为基础，允许用户在某特定传输容量下求解多重潮流解，从而得到给定节点的PV或QV曲线。电压安全性和稳定性分析（VSAT）的目的是在用户定义的传输容量自动增加时允许用户监视系统的任一参数。电压安全性和稳定性仿真计算结束后用户可用可视化仿真曲线显示所监视的参数。2）高级功能除了上述各功能，PowerWorld可视化分析程序还提供方便快捷的局部菜单（在运行图上右击鼠标），主要有限值监视设定、越限后文本区自动改变颜色、可视化显示内容和参数设定、全屏切换显示和分屏耦合显示、快速查找和定位、鹰眼漫游、负荷预测可视化、考虑气候变化的系统运行状态分析、用户自定义界面、新的插入模板、母线颜色自动选择、动画率可调、饼图和线路颜色的协调等功能。另外还包括潮流计算收敛性加速算法设定、缺省绘图值功能、过滤选项、常用表达的定义、移相器建模、直流线路建模、在线帮助、系统数据导入导出、自动插入和外挂用户自编程序扩展标准接口等高级功能。23PowerWorld部分操作使用介绍打开后界面会显示各对话框，最左侧为“编辑模式”和“运行模式”，两种模式分别为实例模型构建和运行仿真不同界面控制的界面。另外单击左上角蓝色球体可以在“新建实例”中进行建立新的仿真模型5在“绘图”“网络”栏里会有如下下拉菜单：图2-1绘图工具在此下拉菜单中可以选择所需元器件。下面以添加变压器为例进行说明：先绘制两条母线，然后左键单击连接该变压器的两条母线中的一条，左键双击另一条母线则会在画面上添加变压器，并弹出变压器控制信息对话框，如图下图。填入变压器相关参数，则变压器模型添加就成功了。图2-2参数对话框完成电力系统虚拟模型后可以在“工具”栏中进行求解图2-3求解对话框6图2-4PowerWorld打开后的界面PowerWorld采用最优化潮流运算OPT模拟实际的电力市场考虑各区域的约束各地区的供应与需求平衡考虑输电系统的各种约束边缘成本局部化采用最优化潮流运算OPT5。OPT以见效成本为目标并考虑各种约束:平衡约束母线有功/无功平衡、发电机电压设定值、区域有功功率交换、输电线/变压器/表面功率约束非平衡约束输电线/变压器/表面功率约束、发电机有功功率约束、发电机无功功率容量曲线、母线电压幅值。仿真中用户可以通过改变机组有功出力和相角变换器来进行控制。7第三章设计主体内容3.1配电网络分析实例已知条件：变压器T：SFT-35000/10，Ps=200kW，Vs%=10.5，Po=42kW，Io%=3.6，Kt=Kn；线路AC段：l=60km，r1=0.27/km，x1=0.42/km；线路BC段：l=60km，r1=0.45/km，x1=0.41/km；线路AB段：l=30km，r1=0.27/km，x1=0.42/km；各段线路的导纳均可忽略去不计；负荷功率：Sldb=25+j18MVA，Sldc=30+j20MVA；母线D额定电压为10KV。当C点的运行电压Vc=35kV时，整个系统的运行图。3.2涉及运算公式线路的阻抗：Z=（r+jx）l变压器：Rt=PsVn2/1000Sn2；Xt=Vs%Vn2/100Sn。3.3建模网络仿真图图3-1仿真动态图83.4电力系统的运行数据结果PoutRecordsBusFlowsBUS11220.0MWMvarMVA%1.00000.0011GENERATOR160.2042.62R73.8TO22129.7221.5936.70TO44130.4921.0337.00BUS22220.0MWMvarMVA%0.9824-0.4011TO111-29.34-21.0136.10TO33134.5023.5841.8421.0000TA0.0TO441-5.16-2.575.80BUS3310.0MWMvarMVA%0.8472-1.1411LOAD130.0020.0036.1TO221-30.01-19.9536.0361.0000NT0.0BUS44220.0MWMvarMVA%0.9859-0.3411LOAD125.0018.0030.8TO111-30.18-20.5536.50TO2215.172.595.809第四章网络元件的电压降落和功率损耗1网络元件的电压降落221VV)(21tg222VRQXP同样,也可由首端电压和功率求得末端电压21212)(V2.网络元件的功率损耗（线路）211BQ22BVQ（变压器）0)(VjGST3输电效率%102P10总结每次课程设计都有不同的收获和体会。即使在报告完成部分也是如此。从刚刚接触Word到现在，使用的并不频繁，可以说使的很不顺手，但每次都能收获新的东西。从编辑到排版，可谓“困难”重重，不过很有意思，每次解决一个处理问题，就获得一种技巧。在此次课程设计中初次接触PowerWorld软件，我们都很迷茫,但是在老师的讲解和同学的帮助下,我顺利的完成了基本操作.老师让我们每个人都拷贝一份.在简单的操作中，学会了一些此软件的基本应用。不是很娴熟，但是自己勉强还能够完成。另外在此次课设过程中又重新温习了潮流计算的有关知识，收益匪浅。电力系统潮流计算不仅是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它还能根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母