电力系统稳态分析课程设计

1引言电力工业发展初期，电能由用户附近的发电站(或发电站)直接生产，各发电站孤立运行。 随着工农业生产和城市的发展，电能需求量迅速增加，热能资源和水能资源丰富的地区往往远离电能集中的城市和工矿区。 为了解决这一矛盾，有必要在动力资源丰富的地区建设大型发电站，将电能远距离传输给电力需求者。 同时，为了提高电力供应的可靠性和资源利用的综合经济性，用输电线路和变电站连接了很多分散形式的发电站。 这种由发电机、升压和降压变电站、输电线和电气设备有机连接的整体称为电力系统。电力系统有稳定状态和过渡状态两种基本运行状态。 电力系统正常运行时，发电厂中原发动机的输入功率与输出功率平衡，系统频率和电压稳定。 然而，这种运动中的平稳性并不会改变。 当系统受到某些干扰时，上述功率失去平衡，运动状态也发生变化。 由于系统包含许多惯性因素，运动状态的变化不能瞬间发生，必须经历被称为过渡状态的过渡状态。由于实际的干扰非常小，所以电力系统受到干扰后，其转移的结果可能有两种。 一种情况是系统将从其原始稳态转变到另一个新的稳态，其运行参数(电压和频率)与正常值的偏差可保持在一定的允许范围内，系统仍然正常运行，正常运行的电力系统实际上正在处于这样一个小的变化过程中。 另一种情况是，当电力系统发生各种故障时，系统的运行会发生急剧变化，变成有倾向的状态，运行参数大大偏离正常值，电力质量严重恶化。短路故障计算主要研究电力系统发生故障(包括短路、断线、异常操作)时故障电流、电压和电网的分布。 短路电流计是故障分析的主要内容。 短路电流计算的目的是确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数。 调整继电保护，分析系统中反相和零相电流的分布，确定其对电气设备和系统的影响。2课题内容2.1课题的说明和要求电力系统短路计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。 本课程设计主要掌握电力系统短路计算的基本原理，为熟练运用PSCAD仿真软件为今后的学习和工作奠定基础。 课程设计的具体要求如下：(熟悉PSCAD软件(2)了解短路计算的基本方法；(3)制作系统配线图的仿真过程(4)得到仿真结果。2.2课题相关技术参数测试系统由三个控制区域组成，区域1为典型的供电系统，总安装容量为5700MVA，最大负载为5000MW，大部分安装容量与负载比较接近，即继母线3容量为4400MVA的发电厂之后。 另外，1300MVA是远离负载的核电站，通过长距离500kV线路向负载输电。 地区2表示邻近地区的总安装容量和总负荷，该系统的总安装容量为60000MVA，最大负荷为40000MW。 区域2通过两条500kV线路与区域1连接，是图2.1所示的线路a和线路b。 地区3是大规模的邻接系统，设置容量为70000MVA，最大负荷为50000MW，该地区也通过500kV线路与地区1相连。 此次进行短路计算的是母线7短路。图2.1测试系统3短路计算3.1短路计算的原因和分类短路是指由于电力系统相和相间或者相和地之间的绝缘破坏，形成了异常的低阻抗路径。短路的原因在于外部和内部。 外部原因：雷，暴风雨，环境污染和动物侵入引起的绝缘破坏，雷击引起的放电和避雷器的动作，大风引起的架空断线和导线包复冰引起的电线杆倒塌，例如驾驶员带负载制动器，检查线路和设备后不拆下接地线就施加电压，挖槽损伤电流，伤害鸟兽(蛇、老鼠等) 内部原因：绝缘材料的劣化破裂，例如绝缘材料的自然劣化、设计设置维护不良等引起的设备缺陷的短路等。根据短路后的电路状态，短路形式有4种：三相短路、单相接地、二相短路、二相接地短路。 其中三相短路后电路维持三相对称状态，称为对称短路，其馀三种短路形式称为非对称短路。 根据短路原因的持续时间、停电后的短路状态是否自动消除，将短路分为瞬时短路和持续短路两种。 例如，动物侵入带电体之间引起的短路被称为瞬时短路，因为动物被击落或烧毁时，短路原因消失，停电后能够立即重新开始供电。 电气设备的绝缘破坏、输电线的逆立引起的短路是持续性的短路。3.2短路电流的危害短路电流可达数十至数百公里，造成严重危害。 包括两个阶段的危害：短路中的危害和短路结束后的危害。短路中的危害：短路电流会增加设备的发热，短路持续时间长时，设备可能会过热损坏(短路电流大量发热，电气设备发生热破坏，称为热稳定性破坏)。 短路点附近的分支路径出现正常值数倍的电流，在导体之间产生较大的机械应力，导体及其支撑体有可能被破坏(短路电流产生较大的电动力，给电气设备带来机械破坏，称为动态稳定性破坏)。 短路点附近的电网的电压显着降低，影响负载的电力供给，破坏输电侧和受电侧之间的能量传递，输电侧旋转单元减速，将电力系统的两个频率不相等称为失步的非对称短路后三相电流不对称，产生逆相电流，引起旋转电机和转子表层的发热，单相在短路结束后对：电力系统造成危害的自动保护装置(称为继电保护)切除故障电路部分时，有可能残留两个大问题：(1)发生短路的场所离电源不远，持续时间长，因此存在电力系统的各发电机组失去同步、破坏系统稳定、能否恢复同步状态的问题，严重时系统可能会崩溃。(2)如果切除故障，电力系统有可能分为多个部分，称为电力系统“解列”，解列后的系统一般不能保证电力平衡，发电电力小于负载电力的电网部分有频率崩溃的危险。 电力系统安全自动装置(例如低频负载、低压负载等)的作用是减小上述危害。3.3短路电流的限制措施限制短路电流的措施包括：电力系统可采取的限流措施、发电站和变电站可采取的限流措施、终端变电站可采取的限流措施。电力系统能够采取的限流措施：在提高了电力系统的电压电平的直流输电电力系统主网强化了联络之后，在开放二次电力网而运行的允许范围内，增大系统的零相阻抗，例如采用未将第三绕组和第三绕组y接线的全星形自耦合变压器，不要减少变压器的接地点在发电站和变电站可采取的限流措施：发电站中，在发电机电压母线的分支电路中设置电抗器的变压器分裂运转变电站中，在变压器电路中设置分裂电抗器或电抗器的低压侧在采用分裂绕组的变压器的引线上安装电抗器。终端变电站可采用的限流措施：变压器采用在采用并列运行的高阻抗变压器的变压器电路中设置电抗器的小容量变压器。以上是限制电流的措施，目前，在电力系统中限制短路电流的方法采用以下几个33、360合理地选择电气主布线形式和运转方式的采用分割低压绕组变压器的后置限流电抗器的微机保护和综合自动化装置等。电流限制的原理是加大短路点到电源点之间的等效电抗，但正常工作时的电压损失可能会因采取电流限制措施而增大。3.3.1合理选择电气主接线形式和运行方式减少配线中的并联分支路径，或增加串联分支路径，或者像双重线路那样分别运行，或者两台变压器并联运行。3.3.2采用分割低压绕组变压器分裂变压器的高压绕组由两个部分并列的不分裂的绕组构成，低压练习段由分裂为两个分支路的容量相等的分裂绕组构成，分裂绕组的各分支路之间没有电连接。 分裂变压器具有短路负阻大、正常电抗小的优点。 当分裂低压绕组变压器正常工作时，每个低压绕组流过相同的电流，即1/2，电抗值只相当于两分裂绕组短路电抗的1/4。 当一个分割绕组的线短路时，来自另一个发电机的短路电流和来自系统的短路电流受到较大的电抗限制。 采用分裂低压绕组变压器时，如果不另外增设电抗器，短路电流可能会降低到设备的允许值。3.3.3附加限流电抗器线路电抗器安装在引线断路器的后面(负载侧)时，电抗器以前的断路器和隔离开关可以选择轻量的电气设备，可以提高母线剩馀电压，但正常动作时的电压损失变大，线数变多则电抗器也变多，装置变得复杂。母线电抗器可以限制从本段母线流向短路母线的电流，提高本段母线的剩馀电压。 电抗器不仅限制短路电流，还应满足热稳定和动稳定的要求。分裂电抗器的限流作用与分裂变压器低压绕组的限流作用相似，但分裂电抗器的两臂不仅互感耦合，而且电连通。 其结构与普通的大型电抗器相似，只是中间有轻敲。 为了充分限制短路电路，使母线保持高剩馀电压，采用了分裂电抗器。在分裂电抗器和单臂的自感应电抗与通常电抗器的电抗值相等的情况下，两者短路时的限流作用相同，但通常运转时的分裂电抗器的电压损失仅为通常电抗器的一半的分裂电抗器，比通常电抗器供给的线路多2倍。 分裂电抗器的两个分支负载必须尽量接近。 否则可能会产生过电压，请尽量不要安装导线电抗器。 因为投资大，配电复杂，运行成本高。3.3.4采用微机保护和综合自动化装置短路电流分析表明，短路故障发生后约0.01s的时间内出现最大短路冲击电流，采用微机保护切断故障电路，防止导体和设备受到最大短路电流的冲击，达到了限制短路电流的目的。4模拟软件的介绍PSCAD是世界各国广泛使用的电力系统模拟软件，PSCAD是其用户界面，PSCAD的开发成功，用户可以使用EMTDC进行电力系统的分析，使电力系统的复杂部分可视化，软件可以实时数字EMI 可以模拟任意大小的交流直流系统。PSCAD/EMTDC在时域中描述并求解完整的电力系统及其控制的微分方程(包括电磁和机电系统)。 这样的模拟工具与潮流或过渡性地看到的模拟工具不同。 后者用稳态解来描述电路(即电磁过程)。 但求解了电机的机械运动，即转动惯量的微分方程。 求出PSCAD/EMTDC的结果作为时间的瞬时值。 但是，通过内置的转换器和测量功能(有效值计和高速培育里叶变换频谱分析等)。 这些结果可以转换成矢量的振幅和相位角。实际系统的测量可以用许多方法进行。 因为短路和稳定的程序由稳定方程式代表，所以只能基频带的振幅和相位。 因此，PSCAD的仿真结果可以对应于电力系统的所有频率并且限于用户自己选择的时间步骤。 这个时间步骤可以在毫秒到秒之间变化。因此，PSCAD是电力专业的非常有用的模拟软件，我们组的课题系统节点很多，传统的手工计算显然不现实，所以利用PSCAD模拟得出结果成为本次课程设计的最重要的一环。 在PSCAD的系统模拟中，可以迅速且正确地求出各母线的短路参数和系统的其他运行状态，输出显示迅速且明确。5系统调试与仿真结果系统PSCAD仿真图如图5.1所示图5.1系统仿真图总结在这次的课程设计中，强烈感受到自己在很多方面的不足，对他人的依赖性很强。 我希望在今后的学习中不断发现自己的不足，逐一更正，不要在今后的工作中犯同样的错误。在这次课程设计中，我们尽量按老师的要求去做，但在具体操作过程中，还是发生了很多问题。 完成这个课程的设计后，我感觉到了电力系统分析很有帮助的课程。 因为我学习那个的知识很少。 往往我不知道很多事情。 然后我走了很多弯路。 而且我感觉到了自己的知识不一致。 在很多情况下，出现了卡的盒子。 这次课程设计后，我一定要更加理解电力系统分析这个课程。 仔细研究这个过程中遗留的问题。 关于电力系统的分析这一课程，想尽早得到全面的理解。 今后毕业课程的设计有很多方案。 我接下来也要上岗，提高自己的专业技能，打下坚实的基础。另外，十几天的课程设计，使我养成了良好的学习习惯，对学习知识有了严格的态度。 同时，也养成了积极查阅相关资料的好习惯。 良好习惯的培养并不容易。 相信在今后的学习和工作中，我会继续保持这些好习惯，积极学习。 把自己升到更高层。 还有，在这里，感谢指导我的老师。 这次课程设计的完成与老师的领导分不开，终于和我们一起努力，完成了这个课程设计。 我在此衷心感谢指导老师。 感谢邵阳学院图书馆为我提供了丰富的参考资料，感谢同学给我很多宝贵的意见和参考，给我带来了很多好处。参考文献：1何颂，温增银.电力系统分析M .华中科技大学出版社2010.32西安交通大学等.电力系统计算M .北京：水利电力出版社，1993.123陈回.电力系统过渡分析M .北京：水利电力出版社，2004.14永源、杨qi电.电力系统分析(第二版) M .北京：中国电力出版社，2004.3附录系统输出波形图图6.1三相短路电压波形图6.2三相短路电流波形图6.3 A接地短路电压波形图6.4 A接地短路电流波形图6.5 AB相短路接地电压波形图6.6 AB相短路接地电流波形图6.