电力系统实验报告

1、电力系统分析实验报告 学院：核技术与自动化工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：何承恩 学号：201206050220指导老师：顾民 目录实验一 MATPOWER软件在电力系统潮流计算中的应用实例2一、MATPOWER模块介绍2二、电力系统模型3三、实验总结6实验二 无穷大功率电源供电系统模拟仿真构建7一、电力系统图7二、实验结果10三、心得体会11实验三 同步发电机突然三项短路暂态过程的仿真方法12一、电力系统网络图12二、仿真结果与分析14三、实验总结15实验四 小电流接地系统仿真模型构建16一、中性点不接地系统的仿真模型及计算16二、中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算18三、中

2、性点经消弧线圈接地系统仿真结果分析：19四、心得体会：20实验一 MATPOWER软件在电力系统潮流计算中的应用实例一、MATPOWER模块介绍Matlab在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块(PowerSystemBlockset简称PSB)来完成。PSB是在Simulink环境下使用的模块,采用变步长积分法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和开关发生时刻。PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块，通过PSB可以迅速建立模型，并仿真。1) 字段baseMVA是一个标量，用来设置基准容量，如100MVA。2)字段bus是一

3、个矩阵，用来设置电网中各母线参数。 bus_i用来设置母线编号(正整数)。 type用来设置母线类型, 1为PQ节点母线, 2为PV节点母线, 3为平衡(参考)节点母线，4为孤立节点母线。 Pd和Qd用来设置母线注入负荷的有功功率和无功功率。 Gs、Bs用来设置与母线并联电导和电纳。 baseKV用来设置该母线基准电压。 Vm和Va用来设置母线电压的幅值、相位初值。 Vmax和Vmin用来设置工作时母线最高、最低电压幅值。 area和zone用来设置电网断面号和分区号，一般都设置为1，前者可设置范围为1100，后者可设置范围为1999。3)字段gen为一个矩阵，用来设置接入电网中的发电机(电源

4、)参数。 bus用来设置接入发电机(电源)的母线编号。 Pg和Qg用来设置接入发电机(电源)的有功功率和无功功率。 Pmax和Pmin用来设置接入发电机(电源)的有功功率最大、最小允许值。 Qmax和Qmin用来设置接入发电机(电源)的无功功率最大、最小允许值。 Vg用来设置接入发电机(电源)的工作电压。二、电力系统模型电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图图1-1 电力网络图图1-2 变压器T1参数设置图1-3 线路L1参数设置图1-4 Load1参数设置在潮流计算和电机初始化窗口中单击“更新潮流”，就得到

5、潮流计算结果：图1-5 潮流计算在Powergui模块主界面下打开稳态电流电压分析，得到如下结果：图1-6 稳态电流电压分析三、实验总结通过本次实验课,我对Matlab中的SimPowerSystems模块有了更直观的认识，经过前期计算，锻炼了对电力系统故障的分析能力，再通过后期用电脑模拟，锻炼了运用软件解决实际问题的能力。但由于理论基础不扎实，分析过程举步维艰，以后还要加强理论知识的学习。实验二 无穷大功率电源供电系统模拟仿真构建一、电力系统图假设无穷大功率电源供电系统，在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。线路参数L=50km，x1=0

6、.4/km，r1=0.17/km；变压器Sn=20MVA，短路电压Us%=10.5，短路损耗Ps=135kw，空载损耗P0=22kw，空载电流I0%=0.8，变比kT=110/11，高低压绕组均为Y行联接；并设供电点电压为110KV。其对应的Simulink仿真模型如图1-1所示。图2-1 无穷大功率电源供电电力系统图2-2 电源模块的参数设置变压器T采用“Three-PhaseTransformer（TwoWindings）”模型。根据给定的数据，计算折算到110kv侧的参数如下：变压器的电阻为：RT=PsUN2SN2103=4.08变压器的电抗为:XT=Us%100UN2SN103=63.

7、53变压器的漏感：LT=XT2f=0.202H变压器的励磁电阻为：Rm=UN2P0103=5.5105变压器的励磁电抗为：Xm=100UN2I0%SN103=75625变压器的励磁电感为：Lm=Xm2f=240.8H变压器模块中的参数采用有名值则设置如图1-3所示图2-3采用有名值时变压器模块的参数设置如果要采用标幺值，则在Similink的三相变压器模型中，一次、二次绕组漏感和电阻的标幺值以额定功率和一次、二次侧各自的额定线电压为基准值，励磁电阻和励磁电感以额定功率和一次额定线电压为基准值。则一次侧的基准值为R1base=U1n2SN=605L1base=U1N2SN2f=1.927H二次侧

8、的基准值为R2base=U2n2SN=6.05L2base=U2N2SN2f=0.01927H因此，一次绕组漏感和电阻的标幺值为R1*=0.5RTR1base=0.0033，L1*=0.5LTL1base=0.052同理，R2*=0.0033，L2*=0.052，Rm*=909.09，Rm*=106.3，则变压器模块的参数设置如图图2-4 变压器参数设置输电线路L的参数：RL=r1l=0.1750=8.5XL=X1l=0.450=20，LL=XL2f=0.064H设置如下：图2-5 线路L参数设置图2-6 三相电压电流测量模块仿真时，故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块“Three-Ph

9、aseFault”来设置：图2-7 故障模块设置二、实验结果得到以上的电力系统参数后，可以首先计算出在变压器低压母线发生三相短路故障时短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。短路电流周期分量的幅值为Im=Umk1（RT+RL)2+(XT+XL)2=10.63kA时间常数为Ta=LT+LLRT+RL=0.0211s则短路冲击电流为iim1+e-0.010.0211Im=1.6225Im=17.3kA通过模型窗口菜单中的“SimulationConfigurationParameters”命令打开设置仿真参数的对话框，选择ode23t算法，仿真起始时间设置为0，终止时间设置为0.2s，其他参数采用默

10、认设置。在三相线路故障模块中设置在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障。仿真运行，可得变压器低压侧的三相短路电流波形如图图2-8 三相短路电流波形正常运行时发电机输出端电流波形：图2-9 发电机端电流波形三、心得体会 通过这次实验，熟悉了电力系统的故障分析，直观的观察到了三相短路电流的波形，理解了它们之间的相位、大小关系，电力系统未发生短路故障时，发电机端的电压和电流均成正弦变化，三相交流电源的三相电压和电流之间相位不同，而幅值的大小是相同的。即巩固了理论知识，又锻炼了建模能力。实验三 同步发电机突然三项短路暂态过程的仿真方法一、 电力系统网络图图3-1发电机突然发生三相短路的仿真模型

11、图3-2 同步电机参数设置图3-3 变压器参数设置图3-4 三相短路参数设置二、 仿真结果与分析图3-5三相对称短路时d绕组波形图图3-6三相对称短路时q绕组波形图图3-7三相对称短路时励磁电流波形图图3-8三相对称短路时a、b、c三相电流波形图图3-9三相对称短路时定子A相电流波形图由以上的仿真波形可以看出，突然短路时，各绕组电流都发生震荡。定子绕组有周期分量和非周期分量(实际数学分析时还有二倍频分量)。转子各绕组也有周期分量和非周期分量。从物理意义上可以这样来理解：定子绕组突然三相短路后，由于转子磁场的旋转及定子绕组中产生相应的三相稳态基频电流，将引起定子励磁绕组中就产生了非周期电流。由于

12、转子以同步速旋转，转子阻尼和励磁绕组中的非周期电流分量。由于转子绕组中存在电阻，突然短路在转子阻尼绕组中引起的非周期分量将逐步衰减到零，如图3-5和图3-6。短路后，由于定转子短路电流产生的磁场相互作用，电磁转矩产生衰减。三、 实验总结通过这次实验，在MatlabSimulink环境下，构建了同步发电机机端突然三相短路的仿真模型。通过仿真结果分析，仿真结果与理论分析相吻合。加深了对电机三相短路的理论理解，锻炼了运用软件分析的能力。实验四 小电流接地系统仿真模型构建一、 中性点不接地系统的仿真模型及计算图4-1 电力系统网络图图4-2 Line1的参数设置图4-3 Load1的参数设置图4-3三

13、相电压电流测量模块的参数设置在仿真模型中，选择在第3条出线的1km处（即Line3与Line4之间）发生A相金属性单相接地，故障模块的参数设置如图4-4图4-4 故障模块设置通过计算得到系统在第3条出线的1km处发生A相金属性单相接地时各线路始端的零序电流有效值为：3I01=3UC01=5.75A同理可得：3I02=7.75A，3Io3=3I01+3I02=13.5A接地点的电流为：ID=20.18A二、中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算 图4-5 中性点经消弧线圈接地系统图4-6 消弧线圈参数设置图4-7三、中性点经消弧线圈接地系统仿真结果分析：下面仅列出线路4中段发生金属性接地，比较线路2、3、4 的暂态零序电流与稳态零序电流的幅值和极性得到的仿真计算结果及波形。消弧线圈的电感采用过补偿5%计算。1.仿真结果图4-8 =0时零序电压、零序电流波形图图4-9 =90时零序电压、零序电流波形图2. 结果分析通过总结大量的仿真计算结果及仿真得到的波形可以得出如下结论：中性点经消弧线圈接地系统，在过补偿方式