四川大学调度自动化实验报告-电力系统正常运行潮流分布与调整实验

电力系统正常运行潮流分布与调整实验一、实验目的●通过本实验，深入理解潮流分布与调整的相关原理与方法。特别是网络结构、网络特点对潮流分布的影响；超高压电网中线路首端电压幅度差与电压相角差对有功传输与无功传输的影响程度；均一网潮流分布特点；有功功率与系统频率及无功平衡与系统电压的关系等基本概念和原理。●掌握组建复杂电力系统的方法与步骤。●掌握电力系统调度自动化结构、功能。二、实验原理与说明电力系统是由许多发电厂，输电线路和各种形式的负荷组成的，在正常运行过程中，绝大多数时间都处于正常运行状态，此时，发电机发出的有功功率和负荷取用的有功功率以及网络损耗的有功功率之间，应随时保持平衡；系统产生的感性无功功率和负荷取用的感性无功功率以及网络损耗的感性无功功率，也随时保持平衡；系统的频率和各母线电压都在规定范围内，各支路潮流都没有超过发热极限值和运行稳定的极限值。但是由于电力系统负荷随时随地都在发生变化，因此系统的发电出力也应随负荷的变化而变化，母线电压和输电线路的潮流也相应发生变化。电力系统调度中心的任务就是要随时掌握电力系统的实时运行情况，合理分配各发电厂和线路的潮流，以实现电力系统的安全优质和经济运行的目标。当系统出现异常情况，要根据当时的实际情况，提出决策和措施，指挥控制系统及时动作进行控制，以保证电力系统安全可靠运行。三、实验项目与方法本实验采用‘2MF—无穷大’系统，一次接线图如图3-1。利用无穷大系统屏、系统升压屏、机组、机组控屏、变压器屏、网络屏等构成电网供电系统，利用变电站低压模拟屏、负载屏、负载等构成配电系统。图3-1中，断路器对应顺序为：断路器编号对应位置断路器编号对应位置101无穷大系统屏122变压器T2高压侧103系统升压屏低压侧211网络屏1QF104系统升压屏高压侧212网络屏2QF1101#机组控制屏1QF213网络屏3QF111变压器T1低压侧214网络屏4QF112变压器T1高压侧215网络屏5QF1202#机组控制屏1QF216网络屏6QF121变压器T2低压侧图3-1实验供电系统一次示意图实验接线参照图3-2。注意：接线前务必断开所有电源以及无穷大系统出线开关。接线步骤如下：A、接线屏上无穷大系统连接至升压变压器入端，升压变压器出端连接网络屏1QF入端，同时将网络屏3QF入端并入1QF入端；B、1QF出端连接至线路L1入端，线路L1出端连接至2QF入端，2QF出端连接至5QF入端，5QF出端连接至线路L2入端，线路L2出端连接至6QF入端；C、6QF出端连接至线路4QF出端，3QF出端连接至L3入端，L3出端连接至4QF入端，4QF出端连接至6QF出端；D、接线屏上机组1连接至变压器T1入端，变压器T1出端连接网络屏5QF入端，同时机组2连接至变压器T2入端，变压器T2出端连接网络屏4QF出端；E、低压屏进线1连接至3QF入端，低压屏进线2连接至6QF出端；低压屏出线1连接至负载1，低压屏出线2连接至负载2；图3-2实验供电系统一次接线图注意：接线完毕后务必多次检查连线是否正确，特别是相序和高低压不能出错。1、多台机组依次并网实验机组并网实验步骤：1)完成实验接线，所有实验接线均在接线屏上实现。2)断开各机组控制屏上的发电机并列断路器（机组控制屏1QF）。3)合上“TQPWX-II无穷大系统屏”上的空气开关，使电动调压器带电，通过升压/降压按钮调节调压器输出电压为380V，可通过T1下方的网络电力仪表观察。调节好后合上T1下方断路器，使机组屏上A母线带电。4)依次合上211、212断路器使D母线带电；合上215、216断路器使C母线带电；合上213、214断路器，构成环网。5)各机组依次并网。将机组控制屏调速装置打到“自动”位，励磁装置打到“恒Ug”位，将发电机组G1的频率调到50Hz附近，将输出电压调到380V左右，同期装置方式选择开关打到“自动”位。在符合并网条件时，同期装置发出合闸信号，并网。按同样方法并入G2。将各机组控制屏上的自动调速装置“远方/就地”选择开关打到“远方”位，以实现远方调节；将各机组控制屏上的自动励磁装置“远方/就地”选择开关打到“远方”位，以实现远方调节。将各机组控制屏上的自动同期装置“远方/就地”选择开关打到“远方”位，以实现远方调节。6)并网成功后，打开“电力系统综合组态实验监控系统”软件，观察系统电压、电流、潮流及每台发电机组的运行参数。2、不改变网络结构的潮流分布实验注意：1)调节过程中，定子电流不应超过额定值4.61A。2)发电机有功功率不应超过2kW。2.1、改变发电机的有功、无功功率对系统潮流分布的影响改变各机组的有功、无功，观察改变前和改变后各机组及系统各断路器上的电压、电流功率等，将数据填入表2-1和表2-2中，并将结果进行比较分析。改变前改变后G1G2211212213214215216103104P（kW）-0.23-0.160.384-0.3150.309-0.3450.033-0.1021.037-0.690Q（kVar）1.23-1.231.440-1.3651.5361.3620.015-0.1234.959-3.210U（V）405.60395.801144.01054.01140.01048.51057.01059.4438.141140.0I（A）1.471.830.750.690.810.750.060.067.071.68cosΦ-0.147-0.1040.26-0.230.2-0.240.91-0.620.20.22表2-1发电机改变输出功率前系统参数G1G2211212214215216103104P（kW）1.07-0.21-0.2850.3420.132-0.0960.345-0.40500.27Q（kVar）-1.66-1.231.755-1.5751.698-1.6290.0060.0725.358-3.570U（V）408.60396.701147.41048.81144.51049.11054.41059.3439.281144.0I（A）2.811.840.810.960.870.870.210.277.491.81cosΦ0.542-0.135-0.160.210.07-0.0361.00-1.000-0.08表2-2发电机改变输出功率后系统参数分析结果：发电机G1的输出功率增大以后，发现发电机G2的输出功率也有所改变，说明系统中任一一台发电机的输出功率不仅与自身负荷及本站的情况有关，还与系统中其他发电机的电势和输出功率有关。2.2、投、切负荷对系统潮流分布的影响通过控制低压屏、负载屏上断路器，投/切阻性负载，观察各参数的变化，并记录于表2-3和表2-4中，对数据进行比较分析。负荷1和负荷2侧都投入了1000W（200Ｗ+800Ｗ）的阻性负荷（灯泡）改变前改变后G1G2211212213214215216103104P（kW）1.07-0.21-0.2850.3420.132-0.0960.345-0.40500.27Q（kVar）-1.66-1.231.755-1.5751.698-1.6290.0060.0725.358-3.570U（V）408.60396.701147.41048.81144.51049.11054.41059.3439.281144.0I（A）2.811.840.810.960.870.870.210.277.491.81cosΦ0.542-0.135-0.160.210.07-0.0361.00-1.000-0.08表2-3投入负荷前系统参数G1G2211212213214215216103104P（kW）1.09-0.170.144-0.0030.819-0.7710.783-0.7472.029-1.71Q（kVar）-1.54-1.071.680-1.3861.551-1.14-0.0990.1925.016-3.3U（V）406.80393.601134.81045.31133.81041.61053.41053.3436.621136.0I（A）2.691.610.810.780.90.90.360.457.421.90cosΦ0.58-0.1570.0800.46-0.561.0-0.980.380.47表2-4投入负荷后系统参数分析结果：由于负荷1和负荷2侧都增投了阻性负荷，发电机的输出功率也有所增加，各处断路器流过的负荷都受负荷的影响较大。相应负荷侧的节点电压也有所下降。2.3、投、切电容器对潮流分布的影响投、切电容器观察各参数的变化，并记录数据于表2-5和表2-6中，对数据进行比较分析。负荷2侧投入8𝛍F的电容器改变前改变后G1G2211212213214215216103104P（kW）1.09-0.170.144-0.0030.819-0.7710.783-0.7472.029-1.71Q（kVar）-1.54-1.071.680-1.3861.551-1.14-0.0990.1925.016-3.3U（V）406.80393.601134.81045.31133.81041.61053.41053.3436.621136.0I（A）2.691.610.810.780.90.90.360.457.421.90cosΦ0.58-0.1570.0800.46-0.561.0-0.980.380.47表2-5投入负荷前系统参数G1G2211212213214215216103104P（kW）1.04-0.190.063-0.0030.645-0.660.771-0.782.041-1.71Q（kVar）-1.54-1.281.578-1.4881.341-1.23-0.1110.2914.742-3.09U（V）406.10397.001120.71045.31134.81051.91053.51062.3435.861133.0I（A）2.691.870.840.840.810.720.510.457.091.80cosΦ0.56-0.1470.0400.43-0.470.99-0.950.400.49表2-6投入负荷后系统参数分析结果：由于在负荷侧增添了静电电容，补偿了所在节点的无功，从而提高了节点电压。因此实验中可看出：断路器214,216处的节点电压升高了。3、改变网络结构的潮流分布实验改变网络结构不调整负载量，分别退出各线路（注意：各节点之间不能失去电气联系）。观察网络改变前后，各机组参数的变化，并记录数据于表2-7和表2-8中。退出断路器213,214改变前改变后G1G2211212213214215216103104P（kW）1.04-0.190.063-0.0030.645-0.660.771-0.782.041-1.71Q（kVar）-1.54-1.281.578-1.4881.341-1.23-0.1110.2914.742-3.09U（V）406.10397.001120.71045.31134.81051.91053.51062.3435.861133.0I（A）2.691.870.840.840.810.720.510.457.091.80cosΦ0.56-0.1470.0400.43-0.470.99-0.950.400.49表2-7网络改变前系统参数G1G2211212213214215216103104P（kW）1.10-0.120.465-0.3570.0060.0241.233-1.2481.87-1,56Q（kVar）-1.31-0.181.821-1.5570.111-0.0750.135-0.0843.534-1.86U（V）403.50380.901134.71036.01131.11019.31046.51020.2437.001136.0I（A）2.460.380.930.870.060.120.660.665.511.25cosΦ0.643-0.5550.25-0.220.030.171.0-1.00.470.64表2-8网络改变后系统参数分析结果：由于退出断路器213、214，G1，G2的输出功率都相应的增加了，断路器103、104受网络结构影响较小，其他断路器受影响较大3、四遥实验进入电力系统综合组态实验监控系统主菜单，通过进入每一台发电机组的控制界面，可以对发电机组进行遥测、遥控、遥信、遥调操作。同时也可以进入“电网综合监控”选项，对整个发电厂的发电机组、线路、变电站的潮流分布进行实时检测和观察。4、电力系统有功功率平衡与频率调整实验在主界面或各机组控制画面上点击“升速”和“降速”按钮可实现远程控制发电机组的有功功率输出，依次调节各机组有功出力，观测系统有功功率和频率的变化。5、电力系统无功功率平衡与电压调整实验在主界面或各机组控制画面上点击“升压”和“升压”按钮可实现远程控制发电机组的无功功率输出，依次调节各机组无功功率，观测系统无功功率和电压的变化。6、多台机组依次退出观察各机组的运行状态，依次退出G2和G1，并观察各发电机的运行参数变化。注意：退出机组前务必先退出负载，并将机组调节至空载状态。四、思考题1)电力系统中如何实现有功功率和无功功率的调整？答：电力系统中的有功功率的输入只能通过改变发电机的出力来实现，通常系统可通过AGC控制装置来实现有功功率的调整。而系统中无功功率的调整可通过安装无功源，如：静电电容器、SVC，同步调相机等。2)电力系统经济运行的基本要求是什么？答：电力系统在保证正常可靠运行，保证电能质量的前提下，尽量提高电能生产和输送的效率，降低供电成本。3)何谓均一环网?其功率分布有何规律?根据实验结果，分析多机系统是否满足上述规律？为什么？答：均一环网的定义：每段线路的R/X比值都相等的环网。其功率的自然分布与经济分布相同，初始功率与线路长度成反比分布，自然功率分布下，网络中的功率损耗最小。均一网中有功功率和无功功率的分布彼此无关。由实验结果，多机系统中各处的功率因素不同，所以每段线路上的R/X不同，不满足上述规律。能量管理的实时运行分析一、实验目的●了解能量管理的实时运行分析功能在调度自动化系统中的作用：电网实时运行分析是在电网实时运行情况下，利用采集到的厂站运行状态的实时信息，对电网运行的安全性和经济性进行分析与计算，为调度运行人员提供运行优化决策的依据●了解电网实时运行分析的功能模块●了解电网实时运行分析的实现方式。二、系统结构●能量管理的电网实时运行分析包括：计算部分：电网的状态估计（在线潮流）电网的安全分析无功―电压的优化调度统计部分：各厂站的负荷曲线各中枢点的电压曲线有关运行参数的统计查询●电网结构本系统为一3个发电厂、5个变电站的110kV的电网。为了便于掌握分析和计算方法，将整个电网分为两部分：内部系统外部系统电网分析控制台2电网分析控制台2发电厂模拟一次控制屏远方采集终端2打印投影仪语音报警数据管理控制台1实时监控控制台2数据管理控制台2远方采集终端1前置通信控制台实时监控控制台1变电站模拟一次控制屏电网分析控制台2电网分析控制台2发电厂模拟一次控制屏远方采集终端2打印投影仪语音报警数据管理控制台1实时监控控制台2数据管理控制台2远方采集终端1前置通信控制台实时监控控制台1变电站模拟一次控制屏图4-1系统结构三、系统功能历史数据库实时数据库选择显示统计查询电压曲线负荷曲线安全分析无功电压控制在线潮流打印人—机联系状态估计历史数据库实时数据库选择显示统计查询电压曲线负荷曲线安全分析无功电压控制在线潮流打印人—机联系状态估计图4-2系统功能四、实验内容和步骤●了解电网分析控制台的硬件结构。调度自动化实验系统配置两台电网分析控制台；电网分析控制台联接在调度主站计算机网络系统中；在电网分析控制台上运行实时运行分析软件；本实验将联接在调度主站计算机网络系统中的多台微机控制台安装并运行实时运行分析软件，以满足更多同学同时上机操作的需要。●启动系统在Windows平台上，双击“RTAA”图标，得到如图所示系统工作画面。画面上列出有关计算和统计内容。要进行某项计算或统计任务，点击有关项目，即可进入该项任务。点击左下或右下两个图标，即可退出系统。图4-3主画面●了解电网分析控制台的软件配置情况IP地址共享目录的映射关系电网分析软件运行状况，菜单功能，多画面显示●状态估计和在线潮流(SE―OLF)进入状态估计和在线潮流功能；图4-4状态估计和在线潮流功能观察显示画面的构成；左侧：电网结构图和有关参数；右上：内部系统图形和数据显示；右中：操作按钮和计算进程显示；右下：数据显示窗口。了解计算方法和计算结果点击一次“计算”按钮，则进行一次SE―OLF计算图4-5在线潮流计算点击一次“cls”按钮，则清除所有计算内容显示。计算结果数据记录如下:VθVθVθ1240107.46-10.45105.08-13.07节点名PQL(估计值)ijPQPQ12148.53-13870.25-35.1313148-141.8199-51.572312.19-12.119-8.18状态估计―在线潮流是电网实时分析和计算的最基本计算，用来将遥测得到不相容的数据，经过计算处理得到电网的状态估计值。●安全分析SA图4-6安全分析功能进入安全分析功能；观察显示画面的构成；左侧：电网结构图和有关参数；右上：内部系统图形和数据显示；（支路断开方法）节点或母线显示有电压值；支路显示有有功功率值PI和有功功率最大限值Pm支路Pm键入为0，表示该支路断开。右中：操作按钮和计算进程显示；右下：数据显示窗口。了解计算方法和计算结果；点击一次“计算”按钮，则进行一次安全分析SA计算；图4-7安全分析计算点击一次“cls”按钮，则清除所有的内容显示。计算结果首先进行正常情况计算：正常情况是不断开任何一条支路，可以算出节点电压和支路的潮流。断开“i-j”支路：计算前，将支路“i-j”的Pm置为0；点击“计算”按钮，可以得到结果为：图4-8安全分析实验结果①支路i，j的潮流为0；②其它支路的潮流与该支路Pm比较，如大于Pm，则为警告状态，用不同颜色显示；③各节点电压与上限VM和下限Vm比较，超过限值，则为警告状态，用不同颜色显示。实验结果记录：ijVVVPQPQPQ23126.41106.83108.15156.21101.87140.5695.970.210.15●无功―电压的优化进入无功―电压优化调度功能；图4-9无功―电压优化调度功能观察显示画面的构成；左侧：电网结构图和有关参数；右上：内部系统图形和数据显示；右上画面的左上角，用以设定Pf0—未补偿的负荷功率因数，Pfc—加补偿的负荷功率因数；1#节点为电源节点，它的电压值V1可以按逆调压要求设定。右中：操作按钮和计算进程显示；右下：数据显示窗口。了解计算方法和计算结果；点击一次“计算”按钮，则进行一次“Q―V”综合计算；图4-10点击一次“cls”按钮，则清除所有的内容显示。计算结果改变负荷无功补偿容量QC，提高负荷补偿功率因素PfcPfc=0.88，0.90，0.92（1）Pfc=0.88图4-11（2）Pfc=0.90图4-12（3）Pfc=0.92图4-13在右上图上，读出Ploss和各支路的无功潮流QI及各节点电压；在右下图上，读出各补偿容量QC及各支路的功率损耗PR；改变电源（节点1）母线电压，V1=115，118，120，122（1）V1=115图4-14（2）V1=118图4-15（3）V1=120图4-16（4）V1=122图4-17-1图4-17-2在右上图上读出各节点电压及网损Ploss；选择Pfc；找出最优策略，使达到Min(QC,,<V>)根据以上结果，可知线路电压和线路无功功率、无功功率补偿、网损、功率损耗之间正相关。●负荷曲线LC进入负荷曲线功能；图4-18负荷曲线功能观察显示画面的构成；了解显示方法；屏幕右侧有三个选键，由鼠标点出选定，即：P1为节点1，即电厂输出负荷的曲线；P2为节点2，即变电站2供给负荷的曲线；P3为节点3，即变电站3供给负荷的曲线。鼠标点击“cls”，则可以清除屏幕画出的曲线；鼠标点击“WJ”，则可由输入负荷数据的文件，画出相应的曲线。图4-19-1P1图4-19-2P2图4-19-3P3曲线的黑影差值，用来估计前一日和当日负荷值的差别，t0处为左右曲线的断点。进行选择操作；观察、分析并记录显示结果。●电压曲线VC进入电压曲线功能；图4-20电压曲线功能观察显示画面的构成；了解显示方法；屏幕右侧有六个选键，由鼠标点击选定，即：V1―110为电厂1的110KV母线电压；V2―110为变电站2的110KV的母线电压；V3―110为变电站3的110KV的母线电压；V1―10为电厂1的10KV的母线电压；V2―10为变电站2的的10KV的母线电压；V3―10为变电站3的的10KV的母线电压。鼠标点击“cls”则可以清除屏幕上画出的曲线。鼠标点击“WJ”，则可以由输入的电压数据文件，画出相应的曲线。图4-21-1V1-110图4-21-2