电力系统课程设计---电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析

1、课 程 设 计 说 明 书 题目题目： 电力系统潮流、短路计算和暂态电力系统潮流、短路计算和暂态 稳定性分析（四）稳定性分析（四） 学院（系）学院（系）：电气工程学院电气工程学院 年级专业年级专业： _ _ 学学号号： 学生姓名学生姓名： 电气工程学院课程设计任务书电气工程学院课程设计任务书 学号 设计题目 设 计 技 术 参 数 设 计 要 求 参 考 资 料 周次 应 完 成 内 容 指导教 师签字 学生姓名（专业）班级 电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析（四） 某地区各发电厂和负荷点的地理位置如图所示。 输电系统电压等 级为 220kV，负荷额定功率标示如图。节点 2-4 距离为 3

2、80km， 2-6 为 230km，2-8 为 215km，2-9 为 180km，2-10 为 160km，4-6 为 350km，4-8 为 300km，4-9 为 220km，4-10 为 390km，6-8 为 330km， 6-9为150km， 6-10为130km， 8-9为21km， 8-10为320km， 9-10 为 180km。可选导线型号和单位长度导线参数如表所示。变 压器电抗为标么值，基准功率为 100MW。 设计的供电网络应保证当系统中任一条线路发生故障时， 各负荷 均不断电。运用 Power World软件计算出系统潮流分布和各母线 短路时不同短路类型情况下的短路电

3、流，并进行暂态稳定性分 析。计算容许误差为 10 5。最后将最终结果列表在报告中。 夏道止， 电力系统分析 ，中国电力出版社，2004 年 陈珩， 电力系统稳态分析 ，中国电力出版社，1995 年 李光琦， 电力系统暂态分析 ，中国电力出版社，1995 年 第一周 设计系统的接线形式，选择线路参数。对设计的电网结构进行静 态安全分析，判断系统运行的薄弱环节。计算系统潮流分布，分 析网络损耗。 计算某一母线和线路不同短路类型情况下的短路电 流，对比分析不同类型短路情况下对母线电压、线路电流和发电 机的影响。进行暂态稳定性分析，确定系统在较严重事故情况下 的临界切除故障时间，撰写课程设计报告、答辩

4、。 基层教学单 位主任签字 电气工程学院 教务科 说明：任务书要求装订到课程设计报告前面。 地理位置 6 10 2 9 8 4 G1 500MW 100MVar 13.8kV j0.0625 G3 220MW 100MVar 10.5kVj0.0570 5 1:1 1 1:1.05 2 240MW 100MVar 300MW 50MVar 90MW 65MVar 160MW 30MVar G2 3 1:1.05 4 9 10.5kV j0.105 G4 78 300MW 70MVar 10 6 50MW 15MVar 1:1 10.5kVj0.0530 120MW 40MVar 100MW 2

5、5MVar 发电机参数：G1：SN=1000MVA，xd G2：SN=300MVA，xd G3：SN=300MVA，xd G4：SN=150MVA，xd 0.37，H=8.24s，D=5.8 0.25，H=5.36s，D=4.8 0.28，H=6.33s，D=4.3 0.19，H=4.33s，D=3.5 表：可选导线参数 导线型号 LGJ-70 r1( /km) 0.450 0.270 0.210 0.052 x1( /km) 0.440 0.423 0.416 0.415 b110-6(S/km) 2.58 2.60 2.74 2.72 LGJ-120 LGJ-150 LGJQ-600 目目

6、录录 第第 1 1 章章设计说明设计说明4 1.1设计技术参数 4 1.2设计要求 4 第第 2 2 章章设计原理及分析设计原理及分析 5 2.1设计原理 5 2.2应用 power world 设计的原理图 6 第第 3 3 章章静态安全分析静态安全分析6 第第 4 4 章章系统潮流分布及网络损耗系统潮流分布及网络损耗 7 4.1节点状态和支路参数 8 4.2网络损耗 9 第第 5 5 章章短路分析及短路电流短路分析及短路电流 9 5.15.1节点节点 5.1.1单相接地 9 5.1.2相间短路 10 5.1.3三相对称 10 5.1.4两相接地 10 5.25.2线路线路 5.2.1单相接

7、地 10 5.2.2相间短路 11 5.2.3三相对称 11 5.2.4两相接地 11 5.35.3不同短路类型对比分析不同短路类型对比分析 11 第第 6 6 章章暂态稳定性分析暂态稳定性分析 12 6.1系统接入故障后稳定性分析 12 6.2临界切除故障时间 17 第第 7 7 章章心得体会心得体会 18 参考文献参考文献 19 附：燕山大学课程设计评审意见表 设计题目：设计题目： 电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析（一）电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析（一） 第第 1 1 章章 设计说明设计说明 1.11.1 设计技术参数设计技术参数 1、输电系统电压等级为 220kV，负荷额

8、定功率标示如图。 2、发电机参数： G1：SN=1000MVA，xd G2：SN=300MVA，xd G3：SN=300MVA，xd G4：SN=150MVA，xd 0.37，H=8.24s，D=5.8 0.25，H=5.36s，D=4.8 0.28，H=6.33s，D=4.3 0.19，H=4.33s，D=3.5 3、线路参数： 节点 2-4 距离为 380km，2-6 为 230km，2-8 为 215km，2-9 为 180km， 2-10 为 160km， 4-6 为 350km， 4-8 为 300km， 4-9 为 220km， 4-10 为 390km， 6-8 为 330km，

9、 6-9 为 150km， 6-10 为 130km，8-9 为 21km， 8-10 为 320km， 9-10 为 180km。选用导线型号为 LGJ-150，参数：r1=0.210 x1=0.416b1=2.74 4、基准功率为 100MW，基准电压为 110kV。 1.21.2设计要求设计要求 设计的供电网络应保证当系统中任一条线路发生故障时， 各负荷均不断电。 运用Power World软件计算出系统潮流分布和各母线短路时不同短路类型情况 下的短路电流，并进行暂态稳定性分析。计算容许误差为 10 5。最后将最终 结果列表在报告中。2、运用Power World软件计算出系统潮流分布和

10、各母线短路时不 同短路类型情况下的短路电流，并进行暂态稳定性分析。 第第 2 2 章章 设计原理及分析设计原理及分析 2.12.1 设计原理设计原理 根据设计要求，需保证任意一条线路出现故障时，每个负荷均不断电，因此必须 保证每个节点处同时至少连接两条线路，设计采用环网结构，根据各负荷的功率分布， 让发电机自动调整对负荷提供有功和无功功率。其中，有一个发电机处于平衡节点，对 整个电网的功率进行平衡。 由于发电机的输出电压相对系统而言很小，所以要经过升压变压器连入原系统，使 系统运行并分析实例信息数据，如果电压不够稳定或不能对负载供电，则对设计网络再 进行修改，先考虑线路连接情况，再看导线选择是

11、否合理，直到运行时平衡系统功率并 保证另外两发电机输出额定功率。这时，可以进行短路计算和暂态稳定性分析。 2.22.2 应用应用 power worldpower world 软件设计的原理图软件设计的原理图 第第 3 3 章章 静态安全分析静态安全分析 安全分析，是用预想事故的分析方法来预知系统是否存在安全隐患，以便及早采取 相应的措施防止系统发生大的事故。静态安全分析可判断发生预想事故后系统是否会过 负荷或电压越限。 运用 power world 软件静态安全分析功能，插入事故：单个线路或变压器事故后， 开始运行，得到如下结果，见表1 表表 1 1静态安全分析静态安全分析 已 跳 标签处

12、过 理 L_000066-000022C1NOYES L_000022-000088C1NOYES L_000022-000099C1NOYES 静态安全分析 已 自动绘制 QV 求 曲线? 解 YESNO YESNO YESNO 越最大支路 限越限% 0 0 0 最低 电压 L_000022-000099C2 L_0001010-000022C1 L_000066-000044C1 L_000044-000088C1 L_000066-0001010C1 L_000066-000044C2 NO NO NO NO NO NO YES YES YES YES YES YES YES YES Y

13、ES YES YES YES NO NO NO NO NO NO 0 2 0 0 2 0 113.70.852 112.10.874 第第 4 4 章章 系统潮流分布及网络损耗系统潮流分布及网络损耗 4.14.1 节点状态和支路参数节点状态和支路参数 运用 power world 软件运行实例，查看实例信息等到如下表的节点状态和支路参数， 见表 2，表 3 表表 2 2节点状态节点状态 名基准 称电压 113.8 2220 310.5 4220 510.5 6220 710.5 8220 9220 10220 标幺电 压 1.00000 1.01396 1.00000 0.98825 1.00

14、000 0.99732 1.03509 1.00268 0.99752 0.96197 实际电 压 13.800 223.071 10.500 217.415 10.500 219.410 10.868 220.590 219.453 211.633 节点状态 相角有功 (度)负荷 0.00 -18.89300 -10.51 -26.04300 -13.43 -20.66160 -21.60 -24.00120 -24.1550 -23.38100 表表 3 3支路参数支路参数 无功 负荷 50 70 30 40 15 25 发电机 有功 500.22 240 220 81.86 发电机 无功

15、 138.14 88.74 18.59 65 支路参数 首端末端 节点名节点名状态 称称 是否 变压 器 RXB极限 A MVA 2 6 2 2 2 10 4 6 4 4 5 6 8 9 1 2 8 8 9 2 3 4 8 9 6 10 7 8 Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Closed Yes No No No No No Yes No No No Yes No Yes No 0.00000 0.06250 0.00000 0.12583 0

16、.19986 0.29080 0.11973 0.18781 0.02710 0.11973 0.18781 0.02710 0.09922 0.15676 0.22720 0.06875 0.13702 0.21270 0.00000 0.10500 0.00000 0.03589 0.29334 0.46620 0.12575 0.25457 0.40130 0.09371 0.18780 0.29310 0.00000 0.05700 0.00000 0.07207 0.11341 0.16380 0.00000 0.05300 0.00000 0.01952 0.01909 0.026

17、20 1000.00000 100.00000 100.00000 100.00000 100.00000 100.00000 500.00000 100.00000 100.00000 100.00000 500.00000 100.00000 500.00000 100.00000 4.24.2 网络损耗网络损耗 计算后，得到网络损耗如表4 表表 4 4网络损耗网络损耗 网络损耗 首末是 端端否 节节变 点点压 编编器 号号 21 Yes 62 No 28 No 28 No 29 No 102 No 43 Yes 64 No 48 No 49 No %视在 无功视在功功率 视在功 首端节率

18、首极限 率极限 点端节点(最大 值) 有功 首端节 点 有功 无功损耗 损耗 -500.2030.20 501.10 1000.00 51.90 0.00 -14.80 -13.2019.80100.00 21.80 0.37 38.00 -17.4041.80100.00 41.80 1.98 38.00 -17.4041.80100.00 41.80 1.98 48.30 -28.9056.30100.00 56.30 2.57 -58.20 -14.9060.10100.00 60.80 2.57 -240.00 -20.00 240.80500.00 51.20 0.00 31.60

19、-22.5038.80100.00 38.80 0.43 -13.20 -18.4022.60100.00 24.90 0.40 -15.60 -11.1019.20100.00 23.50 0.31 168.31 -28.97 0.35 0.35 -18.98 -15.71 68.75 -43.01 -39.31 -28.40 5 6 8 9 6 Yes220.0018.60 220.80 10 No43.10-3.5043.30 7 Yes-81.90 -59.60 101.30 8 No-20.20-7.6021.60 500.00 44.20 0.00 100.00 43.30 1.3

20、8 500.00 20.90 0.00 100.00 21.60 0.09 27.78 -13.58 5.41 -2.53 第第 5 5 章章 短路分析短路分析 5.15.1节点短路故障分析节点短路故障分析 5.1.15.1.1 单相接地单相接地 节点一接地 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C 号 10.001.531.300.00-136.43148.75 20.291.691.18-78.06-148.67138.33 30.431.521.15-27.71-141.10139.21 40.491.641.03-67.72-151.61132.11 50.351.5

21、91.15-42.72-143.58139.75 60.401.641.09-63.40-148.31136.18 70.441.651.10-59.78-148.56132.85 80.431.661.06-71.42-150.37133.67 90.421.661.07-73.43-150.98134.00 100.361.651.09-81.31-151.62136.84 5.15.12 2 相间短路相间短路 节点一相间短路 编 相电压 A相电压 B相电压 C 号 110.499990.49999 21.013960.490120.60142 310.615660.88207 40.98

22、8250.566690.74843 510.53090.78394 60.997320.531140.71411 71.035090.585410.70979 81.002680.550590.64985 相角 A相角 B 0 -18.89 -10.51 -26.04 -13.43 -20.66 -21.6 -24 180 -174.7 -129.72 -157.23 -142.37 -157.02 -160.29 -167.38 相角 C 180 141.6 131.96 119.23 134.78 128.46 125.41 125.65 9 10 0.99752 0.96197 0.54

23、256 0.48019 0.64849-24.15-167.54 0.63221-23.38-168.32 125.92 130.76 5.1.35.1.3 三相对称三相对称 三相对称 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C 号 10.00.00.00.00.0 20.20.20.2-2.3-122.3 30.70.70.79.9-110.1 40.50.50.5-10.2-130.2 50.50.50.58.5-111.5 60.40.40.4-3.4-123.4 70.50.50.5-10.2-130.2 80.40.40.4-13.7-133.7 90.40.40.4

24、-13.1-133.1 100.30.30.3-5.7-125.7 0.0 117.7 129.9 109.8 128.5 116.7 109.8 106.3 106.9 114.3 5.1.45.1.4 两相接地两相接地 两相接地 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C 号 11.390.000.003.000.000.00 21.410.050.37-10.07-87.6987.07 31.330.450.72-4.42-94.73108.99 41.330.220.68-14.88-119.5585.98 51.360.300.60-6.03-92.59104.12

25、61.360.190.58-10.92-107.7591.40 71.370.220.60-12.23-126.9989.49 81.350.140.55-13.38-134.4883.76 91.360.130.54-13.61-128.7583.01 101.350.100.48-12.91-90.7983.32 5.25.2 线路短路故障线路短路故障 5.2.15.2.1 46 单相接地 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C 号 10.491.351.3926.73-141.85139.90 20.341.531.32-13.70-155.56128.73 30.2

26、91.461.4241.31-152.31133.81 40.001.641.350.00-163.69127.22 50.391.451.333.50-151.78131.32 60.321.521.29-14.50-157.08127.52 70.341.551.31-19.91-156.88125.85 80.271.561.28-28.24-159.22126.01 90.241.561.29-25.73-160.10126.09 100.281.511.26-24.42-159.97126.91 5.2.25.2.2 46 相间短路 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B

27、相角 C 号 11.000.601.010.00-105.97145.53 21.010.520.88-18.89-138.81130.43 31.000.340.71-10.51-163.33156.94 40.990.490.49-26.04153.96153.96 51.000.500.92-13.43-127.25136.65 61.000.460.85-20.66-141.89131.64 71.040.510.79-21.60-153.11129.43 81.000.470.74-24.00-160.33130.17 91.000.450.73-24.15-162.18131.59

28、 100.960.470.83-23.38-144.06127.49 5.2.35.2.3 46 三相对称 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C 号 10.770.770.7730.34-89.66150.34 20.590.590.5910.15-109.85130.15 30.290.290.2941.31-78.69161.31 40.000.000.000.000.000.00 50.630.630.6319.51-100.49139.51 6 7 8 9 10 5.2.45.2.4 0.55 0.49 0.42 0.40 0.54 0.55 0.49 0.42

29、0.40 0.54 0.5512.32-107.68132.32 0.493.14-116.86123.14 0.422.98-117.02122.98 0.404.82-115.18124.82 0.547.62-112.38127.62 两相接地 编 相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C 号 11.320.710.70-2.76-78.15139.09 21.370.470.58-16.89-95.37112.71 31.370.290.29-11.80-78.69161.31 41.420.000.00-22.750.000.00 51.340.530.61-13.08

30、-87.97124.76 61.350.430.55-18.37-93.31114.46 71.380.390.50-19.02-107.06108.53 81.370.310.44-20.61-104.21105.14 91.370.300.40-21.02-100.93106.38 101.330.420.53-20.52-93.95106.68 5.35.3 不同短路类型对比分析不同短路类型对比分析 1、单相接地：取 A 相为特殊相，故障线路相电压为零，相角为零 2、相间短路：B、C 相直接短路，B 相电压等于 C 相电压 3、三相对称：三相相电压相等，故障线路电压为零 4、两相接地：B

31、、C 相直接短路再接地，B 相电压等于 C 相电压且均为零，相角为零 由表可知，软件计算结果与理论值相符。 第第 6 6 章章 暂态稳定性分析暂态稳定性分析 6.16.1 系统接入故障后稳定性分析系统接入故障后稳定性分析 暂态稳定性是指电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或 回复到原来稳态运行方式的能力。 在1.0000s插入故障， 在系统稳定时刻进行稳定性分析， 选取t=1.200s时刻， 用power world 软件进行暂态稳定计算，得到如下曲线： 发电机 2 转速与角度的关系曲线 Gen 1 #1 Speed Deviation (Rad/s)Gen 1 #1 Sp

32、eed Deviation (Rad/s) 13 12 11 10 G e n 1 # 1 S p e e d D e via tio n ( R a d/ s ) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3540455055 Gen 1 #1 Rotor Angle (Deg) 606570 Gen 1 #1 Speed Deviation (Rad/s) 发电机 3 转速与角度的关系曲线 Gen 3 #1 Speed Deviation (Rad/s)Gen 3 #1 Speed Deviation (Rad/s) 16 15 14 13 12 G e n 3 # 1 S p e e d

33、D e vi ati o n ( R a d/ s ) 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3540455055 Gen 1 #1 Rotor Angle (Deg) 606570 Gen 3 #1 Speed Deviation (Rad/s) 发电机 5转速与角度的关系曲线 Gen 5 #1 Speed Deviation (Rad/s)Gen 5 #1 Speed Deviation (Rad/s) 16 15 14 13 G e n 5 # 1 S p e e d D e vi ati o n ( R a d/ s ) 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

34、1 0 3540455055 Gen 1 #1 Rotor Angle (Deg) 606570 Gen 5 #1 Speed Deviation (Rad/s) 发电机 7转速与角度的关系曲线 Gen 7 #1 Speed Deviation (Rad/s)Gen 7 #1 Speed Deviation (Rad/s) 17 16 15 14 13 G e n 7 # 1 S p e e d D e vi ati o n ( R a d/ s ) 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3540455055 Gen 1 #1 Rotor Angle (Deg) 60657

35、0 Gen 7 #1 Speed Deviation (Rad/s) 稳定时，各发电机功率与时间关系曲线 Transient Stability TimTransient Stability Time Step Results Variablese Step Results Variables 500 450 400 350 300 V al u e s 250 200 150 100 50 0123456789101112131415161718192021222324252627282930 Tim e in Seconds Gen 1 #1 MWGen 3 #1 MW Transient

36、 Stability TimTransient Stability Time Step Results Variablese Step Results Variables 280 260 240 220 200 180 160 V al u e s140 120 100 80 60 40 20 0 -20 0123456789101112131415161718192021222324252627282930 Tim e in Seconds Gen 5 #1 MWGen 7 #1 MW 稳定时，各发电机功角与时间关系曲线 TransTransieie nt Stability Timnt S

37、tability Time e Ste Step Rp Re e s s ultsults Variable Variables s 80 75 70 65 60 55 V a lu e s 50 45 40 35 30 25 20 0123456789101112131415161718192021222324252627282930 Tim e in Seconds Gen 3 #1 Rotor Angle (Deg)Gen 1 #1 Rotor Angle (Deg) Transient Stability TimTransient Stability Time Step Re Step

38、 Results Variablesesults Variables 60 55 50 45 40 35 30 V al u e s 25 20 15 10 5 0 -5 0123456789101112131415161718192021222324252627282930 Tim e in Seconds Gen 7 #1 Rotor Angle (Deg)Gen 5 #1 Rotor Angle (Deg) 稳定时，各发电机转速与时间关系曲线 TransTransieie nt Stability Timnt Stability Time e Ste Step Rp R e e s s

39、ultsults Variable Variables s 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0123456789101112131415161718192021222324252627282930 Tim e in Seconds Gen 3 #1 Speed Deviation (Rad/s) V a lu e s Gen 1 #1 Speed Deviation (Rad/s) TransTransieie nt Stability Timnt Stability Time e Ste Step Rp Re e s s ultsults Variable Variables s 10 9 8 7 6 V a lu e s 5 4 3 2 1 0 0123456789101112131415161718192021222324252627282930 Tim e in Seconds Gen 7 #1 Speed Deviation (Rad/s)Gen 5 #1 Speed Deviation (Rad/s) 6.26.2 临界切除故障时间临界切除故障时间 在 1.0000 秒插入事故，临界故障切除时间为：临界故障切除时间为：1.2101.210秒秒 Gen 1 #1 Spe