成都理工大学电力系统分析

1、. . 本本科科生生实实验验报报告告 实实验验课课程程 电电力力系系统统分分析析 学学院院名名称称 核核技技术术与与自自动动化化工工程程学学院院 专专业业名名称称 电电气气工工程程及及其其自自动动化化 学学生生姓姓名名 学学生生学学号号 指指导导教教师师 顾顾民民 实实验验地地点点 6 6C C9 90 01 1 实实验验成成绩绩 二二一五年一五年 月月 二二一五年一五年 月月 . . 电力系统分析实验报告 摘要 电力系统分析是电气工程专业的主干基础课程，是学生进入电力系统专业 的主要向导和桥梁。而 MATLAB 仿真中的 Simulink 建模是对电力系统进行建模 分析的一个重要工具。 关键

2、词：电力系统；MATALB；建模 实验一 电力系统分析计算 一、实验目的 1. 掌握用 Matlab 软件编程计算电力系统元件参数的方法. 2. 通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要 求选取模型。 3. 掌握多级电力网络的等值电路计算方法。 4. 理解有名制和标幺制。 二、实验内容 1电力线路建模 有一回 220kV 架空电力线路，导线型号为 LGJ-120，导线计算外径为 15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为 4m。试计算该电力线路 的参数，假设该线路长度分别为 60km，200km，500km，作出三种等值电路模型， 并列表给出计算值。 电阻

3、电阻 ( (欧欧) ) 电抗电抗 ( (欧欧) ) 电纳电纳 (S)(S) 电阻电阻 ( (欧欧) ) 电抗电抗 ( (欧欧) ) 电纳电纳 (S)(S) 电阻电阻 ( (欧欧) ) 电抗电抗 ( (欧欧) ) 电纳电纳 (S)(S) 60 kmkm 200km200km500km500km 模型 1 15.75 欧 22.8 欧 1.8e- 4 欧 52.5 欧 76 欧 6e-4 欧 131.2 5 欧 190 欧 1.5e- 3 欧 . . 2多级电力网络的等值电路计算 部分多级电力网络结线图如图 1-1 所示，变压器均为主分接头，作出它的 等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值

4、和用标幺制表示的各参数 值。 图 1-1 多级电力网络结线图 线路线路额定电压额定电压电阻电阻 ( (欧欧/km)/km) 电抗电抗 ( (欧欧/km)/km) 电纳电纳 (S/km)(S/km) 线路长度线路长度 （km)km) L1（架空线）220kv 0.080.4062.81*10-6200 L2（架空线）110kV 0.1050.3832.81*10-660 L3（架空线）10kV 0.170.38 忽略 15 变压器变压器额定容量额定容量 P Pk k(kw)(kw)U Uk k% %I Io o% %P Po o(kW)(kW) T1180MVA893130.5175 T263M

5、VA28010.50.6160 . . 2作出等值电路仿真模型，线路采用中等长度模型，用字母标出相应的参数 以 220KV 为基本级，SB=100MVA 按精确求解要求，求出有名制和标幺制表示 的各参数值。（注意有些量要归算）。按下表填入计算数据。用下标标示相应 的线路和变压器。 参数名称参数名称 Z1Z1Y1 Z2 Y2Z3 有名制有名制 16+j81.2 j5.62e-4S25.2+j91. 2 j0.4215e- 4S 1234.2+j2 758.8 标幺制标幺制 0.033+j0. 1677 j2.72e-10.052+j0. 188 2.04e-22.55+j5.7 参数名称参数名称

6、 ZT1YT1 ZT2YT2 有名制有名制 1.3+j34.9 5 3.6e- 6+j1.8e- 5S 3.4+j80.6 6 1.2e- 6+j7.9e- 6S 标幺制标幺制 2.6e- 3+j0.072 1.742e- 3+j8.712e -3 7.024e- 3+j0.1667 5.808e- 4+j3.823e -3 3 3、回答思考题 三、思考题 1 比较计算数据，讨论模型的适用条件。 答：一，对于长度不超过 100KM 的架空电力线路，线路额定电压为 60KV 以 下者；以及不长的电缆电力线路，电纳的影响不大时，可认为是短电力线路。 只能应用短电力线路模型。二，线路电压为 110

7、到 220KV，架空电力线路长 为 100-300km，电缆电力线路长度不超过 100km 的电力线路，可以认为中等 长度的电力线路。三，一般长度超过 300km 的架空电力线路和长度超过 100km 的电缆电力线路称为长线路，对于这种电力线路，需要考虑他们的分 布参数特性。 . . 2 什么是有名制？什么是标幺制？电力系统元件的有名值和标幺值有什么关 系？ 有名制：采用有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等进行计算的。 标幺制： 采用没有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等的相对值来进行计算的。 标幺值=有名值/相应的基准值。 实验二 电力系统简单电网潮流计算 一、实验目的 1. 学习 Ma

8、tlab 仿真方法。 2. 初步掌握电力系统时域分析工具。 3. 电力系统简单电网潮流计算仿真分析。 二、实验内容 在如图 2-1 所示的电力系统中，已知条件如下： 变压器 T：SFT-40000/110， 00 200,10.5%,42,0.7%, ssTN PkW VPkW Ikk， 线路 AC 段：； 11 50,0.27/,0.42/lkm rkm xkm 线路 BC 段：； 11 50,0.45/,0.41/lkm rkm xkm 线路 AB 段：；各段线路的导纳均可 11 40,0.27/,0.42/lkm rkm xkm 略去不计；负荷功率：；母线 D(2518),(3020)

9、LDBLDD SjMV A SjMV A 的额定电压为 10kV。节点 A 为平衡节点，其余为 PQ 节点。计算系统的潮流分 布。 . . G A B CD SLDB SLDD 图 2-1 简单电力系统 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第四章 四、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 . . 五、实验过程 图 2-2 负载 1 参数 . . 图 2-3 负载 2 参数 . . 图 2-4 线路参数 图 2-5 线路 1 参数 图 2-6 线路 2 参数 . . 图 2-7 同步发电机参数 图 2-8 仿真系统 . . 图 2-9 仿

10、真电流结果 . . 图 2-10 仿真电流结果 六、思考题 1、为什么会有线损？线损的构成主要有哪些成分？ 答：线路有阻抗、导纳。电阻、电导会消耗有功，电抗、电纳会消耗无功 实验三、复杂电力系统的潮流计算 一、实验目的 1. 学习 Matlab 仿真方法。 2. 掌握电力系统时域分析工具。 3. 电力系统复杂电网潮流计算仿真分析。 二、实验内容 如图 3-1 所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为 10kV 和 110kV，各元 件参数标幺值示于图中。（SB=100MVA，VB=Vav），计算系统的潮流分布。 . . G2G1 T2 T1 P4=0.8 U4=1.0 5 1:1.0 5 1

11、.05: 1 U5=1.0 5 5=0。 S1=0.8+j0 .3 S2=0.3+j0.2S3=0.3+j0 .4 发电厂 2 发电厂 1 Z23=0.08+j0 .3 Z12=0.04+j0.25 Z13=0.1+j0.3 ZT1=j0.0 3 ZT2=j0.0 15 A C D B E 图 3-1 复杂电力系统网络图 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第四章 四、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 . . 五、实验报告要求 1、Simulink 仿真模型如下。 2、说明建模步骤和仿真过程 . . . . . . . . . .

12、3、系统的潮流分析 . . 分析系统各节点电压大小是否满足系统要求，若不满足如何进行调整？ 4、保持负荷有功功率不变，改变无功负荷，观察记录各母线电压。保持无功负 荷不变，改变有功负荷，观察记录各发电机母线功角。保持负荷不变，改变变 压器变比，观察记录各母线电压。 5、回答思考题 六、思考题 1、谈谈你对线路损耗的认识。 答：线损是电能通过输电线路传输而产生的能量损耗产生的。电力网络中 除输送电能的线路外，还有变压器等其他输变电设备，也会产生电能的损耗， . . 这些电能损耗的总和称为网损。 线损是由电力传输中有功功率的损耗造成的， 主要由以下 3 个部分组成。 = 1 * GB3于电流流经有

13、电阻的导线，造成的有 功功率的损耗，它是线损的最主要部分由于线路有电压，而线间和线对接之 间的绝缘有漏电，造成的有功功率损耗电晕损耗：架空输电线路带电部分的 电晕放电造成的有功功率损耗。在一般正常情况下，后两部分只占极小的份量。 2、如果各 110kV 线路承担的输送功率长期满负荷运行，有何方法可较好地 解决线损过高问题？ 答：为了降低网络功率损耗,可以采取改变系统运行方式,调整运行参数和 负荷率等措施使网络的功率分布接近经济分布,使网络运行更经济,功率损耗为 最小。在有功功率合理分配的同时,还应做到无功功率的合理分布。按照就近的 原则安排补偿,减少无功远距离 输送。增设无功补偿装置,并合理配

14、置,以提高负荷的功率因数,改变无功潮 流分布,可以减少有功损耗和电压损耗,可以减少发电机送出的无功功率和通过 线路、变压器传输的无功功率,使线损大为降低,而且还可以改善电压质量、提 高线路和变压器的输送能力。 . . 实验四 电力系统三相短路故障仿真分析 一、实验目的 1. 学习 Matlab 仿真方法。 2. 掌握电力系统时域分析工具。 3. 对三相接地短路故障进行仿真分析。 二、实验内容 设某部分电力线路的简化等值电路如图所示。用 Matlab 仿真工具建立模型， 并仿真线路出现三相接地短路时短路点的电流电压的变化情况。 图 4-1 简单三相接地短路电路图模型 1.交流电压源元件参数 电压

15、峰值/V相位/rad频率/Hz采样时间/S测量值 . . 11005000 2.串联 RLC 参数 电阻 R/欧姆电感 L/H电容 C/F测量值 RLC1535e-31e-6Branch current RLC15105e-31e-6Branch current 3.仿真参数 Start time Stop time TypeRelative tolerance 其它 00.1Variable- step,ode15s(stiff/NDF) 1e-3auto 4.三相电路短路故障发生器（有对地故障） RonTran status Tran times 测量值 RpCpRg 0.0011 0 0

16、.02 0.05 none1e6inf0.001 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章 四、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 . . 五、实验步骤 图 4-2 三相交流电压源参数 图 4-3 电力线路参数 . . 图 4-4 电力线路 1 参数 图 4-5 Simulink 仿真系统图 . . 图 4-6 短路点三相电压波形 图 4-7 短路点三相电流波形 . . 图 4-8 电力线路 1 电流 图 4-9 电力线路 1 电压 实验思考 1. 什么叫冲击电流？ 答：短路冲击电流是短路全电流中的最大值，在短路后半个周 期 t=0

17、.01s,ik达到最大，此时的短路全电流即为短路冲击电流。 2. 什么叫短路电流的最大有效值？ . . 答：由短路点的电流波形可知，在短路后第一个周期的短路电 流的有效值最大。 3. 某一线路，首端发生三相短路故障和末端发生三相短路故障引 起的系统反应一样吗？请说说理由 答：两者不一样，短路后之路中的电力原件发生了变化，且首 段短路时短路电流最大，造成影响也最大。 实验五 电力系统不对称故障分析 一、实验目的 1. 学习 Matlab 仿真方法。 2.掌握电力系统时域分析工具。 3. 熟悉不同类型短路故障的特点及其影响，对电力系统出现的不对称故障进行 仿真分析。 二、实验内容 设无穷大电源的电

18、力系统电路如图 5-1，仿真分析在 K 点出现各种短路故 障时电流电压的变化。 . . 图 5-1 电力系统各种短路故障仿真图 1.三相电压源元件参数 电压有效值A 相相位（正 序） 频率连接方式内阻抗 105KV 050Y0.312+j6.63e -3 2.输电线路参数 长度电阻 R(正， 零序) 电感 L(正， 零序) 电容 C(正，零序) 测量值 RLC1100km0.01273 0.3864 0.937e-3 4.12e-3 12.7e-9 7.75e-3 none RLC260km0.01273 0.3864 0.937e-3 4.12e-3 12.7e-9 7.75e-3 none

19、 3.三相电路短路故障发生器 RonRgTran status Tran times Sample time RpC 0.0010.0011 0 0.01 0.04 01e-6inf 4.三相序分量分析元件 Fundamental frequenceHarmomic n Sequence 501Positive Negative Zero 5.仿真参数 Start Stop TypeRelative 其它 . . timetimetolerance 00.1Variable- step,ode15s(stiff/NDF) 1e-3auto 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simuli

20、nk 电力系统建模与仿真第五章 四、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 五、实验步骤 图 5-2 三相电压源参数 . . 图 5-3 三相变压器参数 . . 图 5-4 分布线路参数 . . 图 5-5 分布线路 1 参数 图 5-6 Simulink 仿真系统图 . . 图 5-7 三相故障时电流波形 图 5-8 两相故障时电压波形 图 5-9 A 相接地短路时电流波形 . . 三相短路分析 在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障全选中，并选择故障相接地选项。 进行电路仿真，用 M1 观察故障点电流波形，并记录三相电流的最大幅值，填入 表中。 A 相B 相C 相 0.38

21、0.40.5 六、思考题 1 理论上推导在两相短接时三个序电流之间有什么关系?与实验结果进行比较. 答：正序电流等于负的负序电流、零序电流为零。 2 单相接地短路时短路电流与三个序电流之间有什么关系?与实验结果进行比较. 答：单相接地短路时正序电流等于负序电流等于零序电流。 3、有人认为发生不对称故障时，故障相电流是由各序电流合成的，因此相电流 一定比序电流要大，对吗？为什么？ 答：不对，合成是相量合成，有可能总电流比序电流小。 实验六 小电流接地系统单相故障分析 一、实验目的与要求 通过实验教学加深学生的基本概念，掌握小电流接地系统的单相故障的特 点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对

22、系统配电线路进行单相接地 短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电 力系统仿真过程的分析能力。 . . 本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并 了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真 结果加以分析。 二、实验内容 搭建如图 6-1 所示的系统模型并仿真，该系统有 1 个电源，3 条配电线路， 4 个负荷，在 Line3 的末端设置单相接地短路故障，观察示波器中的电压和电 流波形，记录下故障电压电流的有效值。 1.三相电压源元件参数 电压有效值A 相相位（正 序） 频率连接方式内阻抗 105KV 05

23、0Yg0.00529+j4.427e -2 2.输电线路参数 长度电阻 R(正， 零序) 电感 L(正，零 序) 电容 C(正，零序)测量值 RLC1120km0.01273 0.3864 0.937e-3 4.12e-3 12.7e-9 7.75e-3 none . . RLC2180km0.01273 0.3864 0.937e-3 4.12e-3 12.7e-9 7.75e-3 none RLC32 km0.01273 0.3864 0.937e-3 4.12e-3 12.7e-9 7.75e-3 none RLC4150 km 0.01273 0.3864 0.937e-3 4.12e

24、-3 12.7e-9 7.75e-3 none 3.三相电路短路故障发生器 RonRgTran status Tran times Sample time RpC 0.0010.0011 0 0.01 0.04 01e-6inf 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章 四、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 . . 五、实验步骤 图 6-2 三相电压源参数 . . 图 6-3 三相电压电流测量元件参数 . . 图 64 线路 1 参数 图 6-5 load1 参数 . . 图 6-6 故障模块参数 图 6-7 仿真系统参数 . .

25、 通过示波器 8 得到系统的零序电压3u0 图 6-8 系统的零序电压3u0 图 6-9 系统的零序电压3I0 . . 图 6-10 故障点的三相电压 图 6-11 故障点的接地电流（黄色表示 A 相、其他两相电流为零） . . 图 6-12 故障点 A 相电压 图 6-13 故障点 B 相电压 图 6-14 故障线路零序电流的幅值 . . 图 6-15 故障点 C 相电压 图 6-16 故障线路零序电流相位 六、实验思考题 1、中性点不接地系统为什么可以在单相接地故障发生时允许继续运行 2 小时？ 答：因为 10KV 中性点不接地 ，不影响线电压， 其他高压有接地故障保护应 当立即跳开。 2

26、、中性点不接地系统装设消弧线圈的原则是什么？装设消弧线圈的目的是什么？ 答：目的是防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压。 . . 实验七 一个复杂电力系统的短路计算 一、实验目的与要求 通过实验教学加深学生的基本概念，掌握复杂电力系统短路故障的特点， 使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对复杂电力系统短路故障仿真实验， 以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分 析能力。 本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并 了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真 结果加以分析。 二、实验原理及步骤

27、参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章 三、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 四，实验报告要求 1、 给出复杂系统故障的仿真模型 . . 2、说明建模步骤和仿真过程 短路点 k1 . . 短路点在 k2： 五，思考题 1、 同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？ 发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电 压和频率不变。一般讲，由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可 以近似地认为转子保持同步转速，即频率保持稳定。 . . 实验八 同步发电机三相短路暂态过程分析 一、实验目的与要求 通过实验教学加深学生的基本概念，掌握同

28、步发电机三相短路暂态过程的 特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对同步发电机三相短路暂态 过程仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系 统仿真过程的分析能力。 本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并 了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真 结果加以分析。 二、实验内容 已知一台有阻尼的同步发电机，其参数如下： 00 200,13.8,50,1.0, 0.6,0.30,0.21,0.31,0.005, 0.18,0.1,0.25,5 ,2 ,1.4 NNNd qddq faDQdDq PMW Uk

29、V fHz x xxxxr xxxTs Ts Ts 若发电机空载，端电压为额定电压，发电机定子端部突然发生三相短路，并且 ，求发电机定子电流。 0 0 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章 四、实验设备 1. PC 一台 2. Matlab 软件 五、实验过程： . . . . . . 六、思考题 1、同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？ 2、发电机机端两相短路和机端三相短路相比，有何不同？ 答： 实验九 简单电力系统静态稳定性仿真 一、实验目的与要求 通过实验教学加深学生的基本概念，了解影响系统静态稳定性的因素，使 学生通过系统进行物理模拟和

30、数学模拟，对简单电力系统静态稳定仿真实验， 以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感 性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。 . . 本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并 了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真 结果加以分析。 二、实验内容 对如图 9-1 所示的单机无穷大系统，发电机带有自动励磁调节器，发电机 输出的功率为，；原动机的功率为；发电机为隐极机，且不 0 P N 00T PP 计发电机各绕组的电磁暂态过程 发电机的参数： 0 352.5,300,10.5,1.7, 0.25,0.25

31、2,1.7,0.243,0.18,1.01, 0.053,0.1,0.0028,( )4 ;7.8 GNGNGNd ddqqld dqsJN SMV A PMW UKV x xxxxxT TTRH ss Ts 负序电抗： 2 0.2x 变压器 T-1 的参数:; TN1ST1T1 S360MVA,U%14%,K10.5/ 242 变压器 T-2 的参数:; TN2ST2T2 S360MVA,U%14%,K220/121 线路的参数：，线路的 N L250km,U220KV,x0.41/ kmr0.07/ km ll ， 零序电抗为正序电抗的 5 倍。 运行条件如下： 000 U115,250,

32、cos0.95kV PMW 分析在为常数的条件下，发电机励磁调节系统对发电机静态稳定性的 0 qq EE 影响。 . . 三、实验原理及步骤 参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第六章 四、实验仪器设备及耗材 1.每组计算机 1 台、软件 Matlab7.0 套。 五、实验报告要求 1、给出单机无穷大系统静态稳定性 Simulink 仿真模型。 . . 发电机参数设置发电机参数设置 变压器变压器 T1T1，T2T2 参数设置参数设置(T1(T1，T2T2 参数一样参数一样) ) . . 负载参数设置负载参数设置 无穷大系统参数设置 . . 六、思考题 1、功角和发电机惯性

33、时间常熟 TJ的物理意义是什么？ 转动惯量。在额定转矩的作用下，把转子加速至额定转速的时间。理论上是一 直线关系，实际上是一曲线. 2、 影响电力系统静态稳定性的因素有哪些？ 主要和线路的潮流及线路的热稳定极限有关。 3、 如何提高电力系统的静态稳定性？ 电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性，电力系统静态稳定 性的基本性质说明，静态储备越大则静态稳定性越高。提高静态稳定性的措 施很多，但是根本性措施是缩短电气距离。主要措施有:(1)、减少系统各 元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗(采用分裂导线);(2)、 提高系统电压水平;(3)、改善电力系统的结构;(4)、采用串

34、联电容器补偿;(5)、 采用自动调节装置;(6)、采用直流输电。在电力系统正常运行中，维持和控 制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持、控 制变电站、发电厂高压母线电压恒定，特别是枢纽厂(站)高压母线电压恒定， 相当于输电系统等值分割为若干段，这样每段电气距离将远小于整个输电系 统的电气距离，从而保证和提高了电力系统的稳定性。 . . 实验十 简单电力系统暂态稳定性仿真 一、实验目的与要求 通过实验教学加深学生的基本概念，了解系统遭受大干扰后(比如短路故障)系 统能否稳定运行与故障切除时间等因素紧密相关，使学生通过系统进行物理模 拟和数学模拟，对简单电力系统暂态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效 果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真 过程的分析能力。 本实验要求学生掌握 S