電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計--電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析和計算

1、<p>　　電力系統(tǒng)運(yùn)行分析和計算</p><p><b>　　設(shè)計報告</b></p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 10級電氣三班 </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　2014-01-03</p><p>　　課程設(shè)計題目A5：電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析和計算</p><p>　　一個220kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下：</p&g

3、t;<p>　　500kV站（#1）的220kV母線視為無窮大母線，電壓恒定在230kV。</p><p>　　圖中，各變電站參數(shù)如下表：</p><p>　　各變電站負(fù)荷曲線基本一致。日負(fù)荷曲線主要參數(shù)為：</p><p>　　日負(fù)荷率：0.8，日最小負(fù)荷系數(shù)：0.5</p><p>　　各線路長度如圖所示。所有線路型號均為L

4、GJ-2*300，基本電氣參數(shù)為：</p><p>　　正序參數(shù)： r = 0.054Ω/km, x = 0.308Ω/km, C = 0.0116 µF/km；</p><p>　　零序參數(shù)： r0 = 0.204Ω/km, x0 = 0.968Ω/km, C0 = 0.0078 µF/km；</p><p>　　40ºC長期運(yùn)行允許

5、的最大電流：1190A。</p><p>　　燃煤發(fā)電廠G有三臺機(jī)組，均采用單元接線。電廠220kV側(cè)采用雙母接線。發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)如下表（在PowerWorld中選擇GENTRA模型）：</p><p>　　表中，ai,0, ai,1, ai,2為發(fā)電機(jī)組耗量特性的系數(shù)，滿足：</p><p>　　電廠升壓變參數(shù)均為Vs%=10.5%，變比10.5kV/242kV

6、。不計內(nèi)阻和空載損耗。</p><p>　　穩(wěn)定仿真中發(fā)電機(jī)采用無阻尼繞組的凸極機(jī)模型。不考慮調(diào)速器和原動機(jī)模型。不考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型。勵磁系統(tǒng)模型為：</p><p>　　該模型在PowerWorld中為BPA_EG模型，主要參數(shù)如下：</p><p>　　KA=20 TA=0.1 TA1=0.1 KF=0.05 TF=0.7

7、 VRmax=3.7 VRmin=0.0 </p><p>　　發(fā)電廠按PV方式運(yùn)行，高壓母線電壓定值為1.05VN。發(fā)電廠廠用電均按出力的7%考慮。</p><p><b>　　設(shè)計的主要內(nèi)容：</b></p><p>　　1、進(jìn)行參數(shù)計算和標(biāo)幺化，形成兩種典型運(yùn)行方式的潮流計算網(wǎng)架參數(shù)；</p>&l

8、t;p>　　2、用Matlab編制潮流計算程序，編寫N-R法和P-Q分解法兩種算法的潮流計算程序，并比較兩者的收斂情況。并與PowerWorld軟件的潮流計算結(jié)果進(jìn)行校核和分析。</p><p>　　3、根據(jù)負(fù)荷變化和機(jī)組出力變化，擬定至少兩種典型運(yùn)行方式。用所編制的潮流程序完成典型運(yùn)行方式的潮流計算，進(jìn)行電壓和網(wǎng)損分析；</p><p>　　4、用所編制的潮流程序完成內(nèi)容3中的大方

9、式的“N-1”和同塔雙回線的“N-2”潮流校核，分析存在的問題；</p><p>　　5、用Matlab編制三相短路的短路容量計算程序，并對主要220kV母線進(jìn)行三相短路容量測算，并與PowerWorld的計算結(jié)果進(jìn)行校核；</p><p>　　6、用PowerWorld對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)定掃描，并分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。如果存在穩(wěn)定問題，請?zhí)岢鰧Σ摺?應(yīng)分析的故障類型包括：</p>&

10、lt;p>　　1）輸電線路三相永久性短路，0.12s切除故障線路；</p><p>　　2）輸電線路單相永久性短路，0.12s切除故障線路；0.9s重合閘，1.0s再次跳閘切除故障線路。</p><p>　　7、假定電網(wǎng)公司下發(fā)給燃煤發(fā)電廠G的日發(fā)電計劃曲線如下圖，按照等微增率準(zhǔn)則手工對三臺機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。</p><p>　　8、采用Matlab中的q

11、uadprog函數(shù)編程對三臺機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化分配，并對兩種分配結(jié)果進(jìn)行分析比較。要求給出三臺機(jī)組的日發(fā)電計劃曲線。</p><p>　　9、編制課程設(shè)計報告</p><p>　　設(shè)計要求和設(shè)計成果：</p><p>　　1、每兩位同學(xué)為一組，自行分工，但任務(wù)不能重復(fù)；</p><p>　　2、每位同學(xué)對自己的設(shè)計任務(wù)編寫課程設(shè)計說明書一份；&

12、lt;/p><p>　　3、一組同學(xué)共同完成一份完整的設(shè)計報告；</p><p>　　2、設(shè)計說明和報告應(yīng)包含：</p><p>　　以上設(shè)計任務(wù)每一部分的計算過程和結(jié)果分析；</p><p>　　所編制的潮流和短路源程序（主要語句應(yīng)加注釋）；</p><p>　　潮流計算結(jié)果（潮流圖）</p><p&

13、gt;　　穩(wěn)定計算的典型功角曲線（不必全列）；</p><p>　　1.電力系統(tǒng)的參數(shù)計算和標(biāo)幺化</p><p>　　1.1電力系統(tǒng)的等效電路圖</p><p>　　上圖是課程設(shè)計題目的等效電路圖，采用線路的π型模型來等效模擬。</p><p>　　1.2兩種運(yùn)行方式的擬定</p><p>　　1．滿載發(fā)電負(fù)荷最大運(yùn)

14、行方式：</p><p>　　發(fā)電廠：發(fā)電廠滿發(fā)，即開機(jī)三臺。取發(fā)電機(jī)容量10%為裕量，再按已知保留出力的7%作為廠用電，即發(fā)出功率為總?cè)萘康?3.7%。</p><p>　　負(fù)荷：負(fù)荷采用已知提供的最大負(fù)荷計算。</p><p>　　2．滿載發(fā)電負(fù)荷最小運(yùn)行方式：</p><p>　　發(fā)電廠：發(fā)電廠滿發(fā)，即開機(jī)三臺。取發(fā)電機(jī)容量10%為裕量

15、，再按已知保留出力的7%作為</p><p>　　用電，即發(fā)出功率為總?cè)萘康?3.7%。</p><p>　　負(fù)荷：負(fù)荷將已知的最大負(fù)荷與日最小負(fù)荷系數(shù)相乘，得出負(fù)荷最小值。</p><p><b>　　1.3線路參數(shù)計算</b></p><p>　　1.3.1線路參數(shù)的有名值計算</p><p>

16、;　　根據(jù)題目，已知的線路參數(shù)如下：</p><p>　　正序參數(shù)：r = 0.054Ω/km, x = 0.308Ω/km, C = 0.0116 µF/km；</p><p>　　零序參數(shù)：r0 = 0.204Ω/km, x0 = 0.968Ω/km, C0 = 0.0078 µF/km；</p><p>　　線路長度：l12=12km, l

17、13=20km, l14=25km, l36=32km, l45=15km, l56=30km；</p><p>　　因?yàn)榫€路是雙回路，阻抗值應(yīng)減半而電納值翻倍。我們使用以下公式進(jìn)行有名值計算：</p><p>　　由此，我們可以得到線路的相關(guān)參數(shù)有名值：（為計算方便，直接計算的值）</p><p><b>　　正序參數(shù)：</b></p&

18、gt;<p><b>　　零序參數(shù)：</b></p><p>　　1.3.2線路參數(shù)的標(biāo)幺值計算</p><p>　　我們選用的基準(zhǔn)電壓是230kV，基準(zhǔn)功率是100MW。由此我們得出以下基準(zhǔn)值：</p><p>　　計算相應(yīng)阻抗標(biāo)幺值的公式有：</p><p>　　由此我們分別計算出相應(yīng)的標(biāo)幺值：<

19、/p><p><b>　　正序參數(shù)：</b></p><p><b>　　零序參數(shù)：</b></p><p>　　1.4發(fā)電機(jī)參數(shù)計算</p><p>　　我們采用10.5kV作為發(fā)電機(jī)端的基準(zhǔn)電壓，230kV為系統(tǒng)側(cè)的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　將三臺機(jī)組分別賦予編號，兩個

20、300MW機(jī)組為1、2號，剩余一臺250MW機(jī)組為3號。</p><p>　　功率輸出：（采用滿發(fā)運(yùn)行方式后）</p><p>　　PG1=PG2=300×83.7%=251.1MW, PG3=250×83.7%=209.25MW</p><p>　　QG1=QG2==155.617803MVar, QG3==129.681503MVar<

21、/p><p><b>　　相應(yīng)標(biāo)幺值：</b></p><p>　　PG1*=PG2*=2.511000, PG3*=2.092500</p><p>　　QG1*=QG2*=1.556178, QG3*=1.296815</p><p><b>　　機(jī)端電壓：</b></p><p

22、>　　VG=10.5kV, 取基準(zhǔn)電壓10.5kV，VG*=1</p><p><b>　　相關(guān)電抗值的歸算：</b></p><p>　　我們采用這樣的公式進(jìn)行歸算：</p><p>　　得到歸算后的發(fā)電機(jī)相關(guān)電抗值：</p><p>　　1.5變壓器參數(shù)計算</p><p>　　我們分別

23、將與1、2、3號機(jī)組相連的變壓器分別編號為1、2、3號。</p><p>　　按照題目要求，只計算XT，相關(guān)計算公式為：</p><p>　　由此我們算出3組變壓器參數(shù)如下：</p><p>　　1.6負(fù)荷相關(guān)參數(shù)的計算</p><p>　　根據(jù)已知的日負(fù)荷率0.8和日最小負(fù)荷系數(shù)0.5，可得到以下數(shù)據(jù)：</p><p&g

24、t;　　標(biāo)幺化之后得到如下數(shù)據(jù)：</p><p>　　2.潮流計算的Matlab編程及PowerWorld仿真</p><p>　　2.1 牛頓拉夫遜法Matlab計算程序</p><p>　　牛頓拉夫遜法是計算潮流時常見的方法，該方法具有廣泛的應(yīng)用。該方法是牛頓在17世紀(jì)提出的一種在實(shí)數(shù)域和復(fù)數(shù)域上近似求解方程的方法。多數(shù)方程不存在求根公式，因此求精確根非常困難，

25、甚至不可能，從而尋找方程的近似根就顯得特別重要。方法使用函數(shù)f(x)的泰勒級數(shù)的前面幾項(xiàng)來尋找方程f(x) = 0的根。牛頓迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大優(yōu)點(diǎn)是在方程f(x) = 0的單根附近具有平方收斂，而且該法還可以用來求方程的重根、復(fù)根。</p><p>　　程序代碼詳情見附錄1</p><p>　　2.1.1滿載大負(fù)荷模式計算</p><p>　　在

26、這種運(yùn)行方式下，三臺機(jī)組全部開啟，各自保留10%作為功率裕度，重用負(fù)荷占發(fā)電量7%，負(fù)荷為最大負(fù)荷。此方式下，節(jié)點(diǎn)1為平衡節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2、3、4、5、6為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)7、8、9為PV節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)9，支路數(shù)9，平衡節(jié)點(diǎn)母線序號#1，誤差精度為0.00001。</p><p><b>　　各支路參數(shù)矩陣為：</b></p><

27、p>　　B1=[1 2 0.000612+0.003493j 0.023134j 1 0;</p><p>　　1 3 0.001021+0.005822j 0.038556j 1 0;</p><p>　　1 4 0.001276+0.007278j 0.0481

28、95j 1 0;</p><p>　　3 6 0.001633+0.009316j 0.061448j 1 0;</p><p>　　4 5 0.000766+0.004367j 0.028917j 1 0;</p><p>　　5

29、 6 0.001531+0.008733j 0.057834j 1 0;</p><p>　　6 7 0.033212j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 8 0.033212j 0 1/0.950413

30、 1;</p><p>　　6 9 0.038747j 0 1/0.950413 1]</p><p>　　B2=[0 0 1 1 0 1;</p><p>　　0 3.2+2j 1 0 0 2;</p><

31、p>　　0 4.3+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.5+1.6j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.8+1.4j 1 0 0 2;</p><p>　　0 0 1 0 0 2;</p><p&g

32、t;　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.0925 0 1 1.05 0 3]</p><p>　　關(guān)于兩個矩陣的說明：</p><p>　　B1矩陣：1、支路首端號；2、末端號；3、

33、支路阻抗；4、支路對地電納</p><p>　　5、支路的變比；6、支路首端處于K側(cè)為1，1側(cè)為0</p><p>　　B2矩陣：1、該節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)功率；2、該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率；3、節(jié)點(diǎn)電壓初始值</p><p>　　4、PV節(jié)點(diǎn)電壓V的給定值；5、節(jié)點(diǎn)所接的無功補(bǔ)償設(shè)備的容量</p><p>　　6、節(jié)點(diǎn)分類標(biāo)號：1為平衡節(jié)點(diǎn)（應(yīng)為1號節(jié)點(diǎn)）；2

34、為PQ節(jié)點(diǎn)；3為PV節(jié)點(diǎn)；</p><p>　　經(jīng)過Matlab的運(yùn)算，我們得到如下結(jié)果：</p><p><b>　　迭代次數(shù)：4次</b></p><p>　　2.1.2滿載小負(fù)荷模式計算</p><p>　　輸入數(shù)據(jù)時與2.2大致相同：</p><p>　　輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)9，支路數(shù)9，平衡節(jié)點(diǎn)母

35、線序號#1，誤差精度為0.00001。</p><p>　　B1=[1 2 0.000612+0.003493j 0.023134j 1 0;</p><p>　　1 3 0.001021+0.005822j 0.038556j 1 0;</p><p>　　1

36、 4 0.001276+0.007278j 0.048195j 1 0;</p><p>　　3 6 0.001633+0.009316j 0.061448j 1 0;</p><p>　　4 5 0.000766+0.004367j 0.028917j 1

37、 0;</p><p>　　5 6 0.001531+0.008733j 0.057834j 1 0;</p><p>　　6 7 0.033212j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 8 0.033212

38、j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 9 0.038747j 0 1/0.950413 1]</p><p>　　注意：矩陣B2是不同的：</p><p>　　B2=[0 0 1 1 0 1;

39、</p><p>　　0 1.6+1j 1 0 0 2;</p><p>　　0 2.15+1j 1 0 0 2;</p><p>　　0 1.75+0.8j 1 0 0 2;</p><p>　　0 1.9+0.7j 1 0 0 2;<

40、;/p><p>　　0 0 1 0 0 2;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.0925 0 1 1.05 0 3]</p&g

41、t;<p>　　經(jīng)Matlab運(yùn)算，我們得到：</p><p>　　2.2PQ分解法的Matlab計算程序</p><p>　　PQ分解法省略了牛拉法中雅克比矩陣的兩個對角部分，加快計算速度，同時理論上對解的精確性不產(chǎn)生影響。</p><p>　　程序代碼詳情見附錄2</p><p>　　2.2.1滿載大負(fù)荷下計算</p&

42、gt;<p>　　輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)9，支路數(shù)9，平衡節(jié)點(diǎn)#1，精度0.00001，PQ節(jié)點(diǎn)數(shù)5個。</p><p><b>　　輸入兩個信息矩陣：</b></p><p>　　B1=[1 2 0.000612+0.003493j 0.023134j 1 0;</p><p>　　1

43、 3 0.001021+0.005822j 0.038556j 1 0;</p><p>　　1 4 0.001276+0.007278j 0.048195j 1 0;</p><p>　　3 6 0.001633+0.009316j 0.061448j 1

44、 0;</p><p>　　4 5 0.000766+0.004367j 0.028917j 1 0;</p><p>　　5 6 0.001531+0.008733j 0.057834j 1 0;</p><p>　　6 7 0.033212

45、j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 8 0.033212j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 9 0.038747j 0 1/0.950413 1]</p&

46、gt;<p>　　B2=[0 0 1 1 0 1;</p><p>　　0 3.2+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 4.3+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.5+1.6j 1 0 0 2;</p&

47、gt;<p>　　0 3.8+1.4j 1 0 0 2;</p><p>　　0 0 1 0 0 2;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p>

48、<p>　　2.0925 0 1 1.05 0 3]</p><p>　　注：關(guān)于兩個矩陣的說明：</p><p>　　B1矩陣：1、支路首端號；2、末端號；3、支路阻抗；4、支路對地電納</p><p>　　5、支路的變比；6、支路首端處于K側(cè)為1，1側(cè)為0</p><p>　　B2矩陣：1、該節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)功

49、率；2、該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率；3、節(jié)點(diǎn)電壓初始值</p><p>　　4、PV節(jié)點(diǎn)電壓V的給定值；5、節(jié)點(diǎn)所接的無功補(bǔ)償設(shè)備的容量</p><p>　　6、節(jié)點(diǎn)分類標(biāo)號：1為平衡節(jié)點(diǎn)（應(yīng)為1號節(jié)點(diǎn)）；2為PQ節(jié)點(diǎn)；3為PV節(jié)點(diǎn)；</p><p>　　2.2.2滿載小負(fù)荷下計算</p><p>　　輸入數(shù)據(jù)與大負(fù)荷下的基本一致，不同之處為B2中的負(fù)荷

50、有所變動：</p><p>　　B2=[0 0 1 1 0 1;</p><p>　　0 1.6+1j 1 0 0 2;</p><p>　　0 2.15+1j 1 0 0 2;</p><p>　　0 1.75+0.8j 1 0 0

51、 2;</p><p>　　0 1.9+0.7j 1 0 0 2;</p><p>　　0 0 1 0 0 2;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3

52、;</p><p>　　2.0925 0 1 1.05 0 3]</p><p><b>　　其他均相同。</b></p><p>　　經(jīng)過計算，Matlab得出以下結(jié)果：</p><p>　　2.3不同計算方法的兩種運(yùn)行方式的電壓網(wǎng)損匯總</p><p>　　這里匯總了在我

53、們定義的滿發(fā)大負(fù)荷和滿發(fā)小負(fù)荷的運(yùn)行方式下的各節(jié)點(diǎn)電壓及其相角、以及支路線損的計算結(jié)果。</p><p>　　2.3.1牛頓拉夫遜法的運(yùn)算結(jié)果</p><p>　　2.3.2PQ分解法的運(yùn)算結(jié)果</p><p><b>　　2.3.3結(jié)論</b></p><p>　　可以看出，大方式下和小方式下電壓均比較穩(wěn)定，同標(biāo)幺值1

54、.0差距在0.05以內(nèi)，非常安全；而線損也很低，以大方式為例，線損占供電量的比例大約在0.5%附近，系統(tǒng)在這種情況下，完全可以正常運(yùn)行。</p><p>　　另外，正如預(yù)期，我們分別采用了牛頓拉夫遜法和PQ分解法計算得出的潮流結(jié)果（包括電壓標(biāo)幺值及其相角、線路損耗數(shù)據(jù)等）完全一致?？梢妰煞N方法的計算精度是幾乎沒有差別的，同時PQ分解法的確計算過程更快，所以以下的計算中我們都優(yōu)先使用PQ分解法。</p>

55、<p>　　2.4電力系統(tǒng)潮流的PowerWorld仿真</p><p>　　2.4.1 PowerWorld仿真電路圖</p><p>　　上圖為用PowerWorld軟件搭建的電力系統(tǒng)模型，各元件參數(shù)按照報告已得到的數(shù)據(jù)來設(shè)定。</p><p>　　2.4.2大方式運(yùn)行下電力系統(tǒng)的潮流計算</p><p>　　大方式運(yùn)行下，

56、發(fā)電廠三臺機(jī)組均滿載，取發(fā)電機(jī)容量10%為裕量，并保留出力的7%作廠用電，即發(fā)出功率為總?cè)萘康?3.7%。</p><p>　　負(fù)荷采用已知提供的最大負(fù)荷計算，如下所示：</p><p>　　其潮流計算結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　線路損耗如下紅色框圖所示：</p><p>　　2.4.3小方式運(yùn)行下電力系統(tǒng)的潮流計算</p&g

57、t;<p>　　小方式運(yùn)行下，發(fā)電廠三臺機(jī)組均滿載，取發(fā)電機(jī)容量10%為裕量，并保留出力的7%作為廠用電，即發(fā)出功率為總?cè)萘康?3.7%。</p><p>　　負(fù)荷采用最小負(fù)荷計算，各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷如下所示</p><p>　　各條線路的線損如下圖紅色框圖所示</p><p>　　2.5PowerWorld潮流計算相關(guān)結(jié)果</p><p&

58、gt;　　2.6三種方法結(jié)果分析</p><p>　　使用Matlab以牛頓拉夫遜算法和PQ分解法計算，兩者的結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)差別。</p><p>　　以Matlab和PowerWorld兩種軟件計算的結(jié)果比較中，以大方式的結(jié)果為例：電壓標(biāo)幺值的大小非常接近，小數(shù)點(diǎn)前兩位都非常接近；電角度會有一定差別，但一般小數(shù)點(diǎn)第一位都大致相同的；線損情況會有一定差別，但都不大。</p>&

59、lt;p>　　造成這兩種軟件結(jié)果的差別的原因，首先就有兩種程序輸入?yún)?shù)上都存在誤差，我們輸入Matlab的參數(shù)只保留了六位小數(shù)，不能達(dá)到最精確值，而PowerWorld會將線路參數(shù)強(qiáng)制以美制單位保存，每次查看和修改參數(shù)自動轉(zhuǎn)換成公制單位造成誤差，而且這種誤差還會隨著查看與修改的次數(shù)累積；使用Matlab的算法較為理論和簡單，系統(tǒng)中各個元件和部分的反饋和相互作用沒什么體現(xiàn)，而PowerWorld仿真的算法更為精確和復(fù)雜，如發(fā)電機(jī)的模

60、型更加詳細(xì)。</p><p>　　3.大方式下N-1和同塔雙回線N-2的潮流校核</p><p>　　在本節(jié)我們使用滿發(fā)大負(fù)荷運(yùn)行方式，即：三臺機(jī)組保留10%容量備用，發(fā)出功率的7%為廠用電，出力為機(jī)組總?cè)萘康?3.7%；負(fù)荷使用提供的220kV最大負(fù)荷。</p><p>　　N-1情況下，將3發(fā)電機(jī)組及其變壓器統(tǒng)一以#6節(jié)點(diǎn)代表，進(jìn)行計算。我們依次分別斷開6條支路

61、中雙回線的一條線，計算節(jié)點(diǎn)電壓和各個功率及損耗；同塔雙回線的N-2中我們依次斷開6條雙回線路，對剩余的各個節(jié)點(diǎn)電壓和相應(yīng)的負(fù)荷進(jìn)行計算和驗(yàn)證。</p><p>　　3.1大方式的N-1的校核</p><p>　　我們可以直接使用附錄1或附錄2的Matlab程序進(jìn)行潮流計算，使用時按照設(shè)想的N-1運(yùn)行情況修改相應(yīng)的B1和B2矩陣和相關(guān)的節(jié)點(diǎn)或支路參數(shù)即可。N-1故障可理解為雙回線中的一回被切

62、除，只剩一回在維持運(yùn)行。這種情況會造成電力系統(tǒng)潮流狀態(tài)的變更，需要進(jìn)行潮流校核來檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　此方式中，我們依次分別將其中一條雙回線參數(shù)改成相應(yīng)的單回線參數(shù)帶入Matlab計算。</p><p>　　在以下示例中，我們使用附錄2的PQ分解法的程序進(jìn)行計算。運(yùn)行Matlab程序時，我們的輸入?yún)?shù)按如下修改：</p><p>　　以L12為例，

63、我們輸入如下的數(shù)據(jù)：</p><p>　　節(jié)點(diǎn)數(shù)9，支路數(shù)9，平衡節(jié)點(diǎn)1</p><p>　　B1=[1 2 2*(0.000612+0.003493j) 0.023134j/2 1 0;</p><p>　　1 3 0.001021+0.005822j 0.038556j 1

64、 0;</p><p>　　1 4 0.001276+0.007278j 0.048195j 1 0;</p><p>　　3 6 0.001633+0.009316j 0.061448j 1 0;</p><p>　　4 5

65、 0.000766+0.004367j 0.028917j 1 0;</p><p>　　5 6 0.001531+0.008733j 0.057834j 1 0;</p><p>　　6 7 0.033212j 0 1/

66、0.950413 1;</p><p>　　6 8 0.033212j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 9 0.038747j 0 1/0.950413 1]</p><p>　　B2=

67、[0 0 1 1 0 1;</p><p>　　0 3.2+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 4.3+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.5+1.6j 1 0 0 2;</p><p>　　0

68、 3.8+1.4j 1 0 0 2;</p><p>　　0 0 1 0 0 2;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.09

69、25 0 1 1.05 0 3]</p><p>　　以上矩陣B1和B2每個相應(yīng)元素代表的含義與之前完全相同。</p><p>　　經(jīng)過Matlab運(yùn)算，我們可以得到以下結(jié)果：</p><p>　　接下來我們對其他5條線路分別模擬故障，因?yàn)椴襟E重復(fù)，過程被省略。</p><p>　　經(jīng)過共6步計算，我們可以整理出以下表

70、格：</p><p>　　關(guān)于短路電流，我們使用潮流計算得到的線損以及題目提供的線路阻抗進(jìn)行計算，即。</p><p>　　根據(jù)我們基準(zhǔn)值的選取，可以得到題目已知的41℃長期允許最大電流1190A的標(biāo)幺值為2.737。</p><p>　　上述結(jié)果中各節(jié)點(diǎn)電壓受N-1方式影響較小，都在安全范圍之內(nèi)；從線路電流來看，經(jīng)過計算，在L14和L36在遇到N-1故障時L56線

71、路的電流會超過安全值2.737，而且在其他線路遭遇N-1故障時自身的電流會比較接近2.737，需要引起注意。</p><p>　　總的來說，L56不符合N-1校核的安全要求。</p><p>　　3.2同塔雙回線的N-2的校核</p><p>　　關(guān)于同塔雙回線的N-2故障情況，即線路示意圖中的雙回線全部被切除，可理解為該段線路從電力系統(tǒng)中完全消失。</p&g

72、t;<p>　　由于該網(wǎng)絡(luò)的特殊性，當(dāng)L12出現(xiàn)N-2故障時節(jié)點(diǎn)2的供電將不能被保障。將直接導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)2失去電壓。在此情況下，系統(tǒng)不能通過N-2校核。</p><p>　　當(dāng)我們進(jìn)行N-2校核時，方法同N-1較為接近，B1矩陣中分別去掉一條線路的信息。同樣使用附錄2中的PQ分解法程序進(jìn)行計算。</p><p>　　當(dāng)模擬L13的N-2故障時，我們可以如下輸入?yún)?shù)：</p&

73、gt;<p>　　B1=[1 2 0.000612+0.003493j 0.023134j 1 0;</p><p>　　1 3 0.001021+0.005822j 0.038556j 1 0;</p><p>　　1 4 0.001276+0.007278j

74、 0.048195j 1 0;</p><p>　　3 6 0.001633+0.009316j 0.061448j 1 0;</p><p>　　4 5 0.000766+0.004367j 0.028917j 1 0;</p><p&

75、gt;　　5 6 0.001531+0.008733j 0.057834j 1 0;</p><p>　　6 7 0.033212j 0 1/0.950413 1;</p><p>　　6 8 0.033212j 0 1

76、/0.950413 1;</p><p>　　6 9 0.038747j 0 1/0.950413 1]</p><p>　　B2=[0 0 1 1 0 1;</p><p>　　0 3.2+2j 1 0 0 2;</

77、p><p>　　0 4.3+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.5+1.6j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.8+1.4j 1 0 0 2;</p><p>　　0 0 1 0 0 2;</p

78、><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.511 0 1 1.05 0 3;</p><p>　　2.0925 0 1 1.05 0 3]</p><p>　　兩矩陣B1和B2意義同先前用過的完全一樣，不再進(jìn)行相關(guān)說明。</p&g

79、t;<p>　　Matlab程序給出了以下結(jié)果：</p><p>　　按上圖的步驟，依次模擬全部5條線路的N-2故障情況，得到如下表格：</p><p>　　經(jīng)過潮流計算和分析，當(dāng)電力系統(tǒng)遭受到N-2故障時，節(jié)點(diǎn)2是無論如何都不能正常供電的，因此該系統(tǒng)也不可能滿足N-2的安全校核要求。</p><p>　　對N-2故障進(jìn)行全部的計算之后，考慮節(jié)點(diǎn)電壓的

80、標(biāo)幺值大小時，除了L12線路遭受N-2故障的情況，當(dāng)L56遭受N-2故障的時候節(jié)點(diǎn)電壓波動較大，可能影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，其他情況并未出現(xiàn)較大影響；考慮線路電流時，只有L13遭到N-2故障時各支路的電流值低于安全標(biāo)準(zhǔn)2.737，其他情況下各個線路流過電流均不能滿足同塔雙回線N-2的校核計算。</p><p>　　3.3系統(tǒng)N-1和N-2潮流校核的結(jié)論</p><p>　　經(jīng)過潮流計算，我們發(fā)

81、現(xiàn)該系統(tǒng)不能通過N-1和N-2的安全性校核，系統(tǒng)的安全保障需要提升和完善。</p><p>　　4.220kV母線的三相短路容量測算</p><p>　　4.1短路容量的Matlab計算程序</p><p>　　短路容量計算總體思路：首先利用九節(jié)點(diǎn)的潮流計算模型進(jìn)行潮流計算，得出各個節(jié)點(diǎn)的電壓值；接著根據(jù)使用潮流計算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息矩陣，形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣以計算網(wǎng)絡(luò)的節(jié)

82、點(diǎn)阻抗矩陣；計算各個PQ節(jié)點(diǎn)母線的三相短路電流。</p><p><b>　　詳情請見附錄3</b></p><p>　　4.2各220kV的短路容量計算結(jié)果</p><p>　　由于題目要求計算各個220kV母線的短路容量，此程序?qū)?臺機(jī)組等效為一臺（即原來的#6789節(jié)點(diǎn)合并等效為#6節(jié)點(diǎn)），而輸入?yún)?shù)也會進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。</p>

83、<p>　　4.2.1大方式下的容量計算</p><p>　　在此我們進(jìn)行滿發(fā)大負(fù)荷運(yùn)行方式的短路容量計算作為示范。</p><p>　　按照此程序的要求，我們分別輸入相應(yīng)參數(shù)：</p><p>　　300MW機(jī)組2臺，250MW機(jī)組1臺，節(jié)點(diǎn)數(shù)6，支路數(shù)6；</p><p>　　B1’=[1 2 0.000612

84、+0.003493j 0.023134j 1 0;</p><p>　　1 3 0.001021+0.005822j 0.038556j 1 0;</p><p>　　1 4 0.001276+0.007278j 0.048195j 1 0;</p&

85、gt;<p>　　3 6 0.001633+0.009316j 0.061448j 1 0;</p><p>　　4 5 0.000766+0.004367j 0.028917j 1 0;</p><p>　　5 6 0.001531+0.008733j 0

86、.057834j 1 0]</p><p>　　B2’=[0 0 1 1 0 1;</p><p>　　0 3.2+2j 1 0 0 2;</p><p>　　0 4.3+2j 1 0 0 2;</p><p>　　

87、0 3.5+1.6j 1 0 0 2;</p><p>　　0 3.8+1.4j 1 0 0 2;</p><p>　　0 0 1 0 0 2]</p><p><b>　　注：</b></p><p>　　B1和B2矩陣為等

88、效成6節(jié)點(diǎn)模型的新矩陣。</p><p>　　經(jīng)過Matlab運(yùn)算，分別得到短路電流和短路容量：</p><p>　　4.2.2小方式下的計算結(jié)果</p><p>　　輸入?yún)?shù)與5.2.1基本相同，不同的是矩陣B2：</p><p>　　B2’=[0 0 1 1 0 1;</p><

89、p>　　0 1.6+1j 1 0 0 2;</p><p>　　0 2.15+1j 1 0 0 2;</p><p>　　0 1.75+0.8j 1 0 0 2;</p><p>　　0 1.9+0.7j 1 0 0 2;</p>

90、<p>　　0 0 1 0 0 2]</p><p>　　經(jīng)過計算，可以得到如下結(jié)果：</p><p>　　4.3PowerWorld的短路仿真結(jié)果</p><p>　　4.3.1大方式下的短路容量計算</p><p>　　在上圖中，共有6個230KV的節(jié)點(diǎn)，分別用PowerWorld對這六個

91、節(jié)點(diǎn)分別仿真，得出其短路電流的標(biāo)幺值。由于短路容量的標(biāo)幺值等于短路電流的標(biāo)幺值，因此可以通過短路電流的標(biāo)幺值算得各點(diǎn)的短路容量，各節(jié)點(diǎn)短路的仿真結(jié)果如下：</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)一：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)二：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)三：</b></

92、p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)四：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)五：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)六：</b></p><p>　　大方式的PowerWorld仿真結(jié)果匯總：</p><p>　　由上可知，節(jié)點(diǎn)1-6的短路容量的標(biāo)幺值以

93、及有名值如下表所示：</p><p>　　4.3.2小方式下的PowerWorld仿真</p><p>　　調(diào)整負(fù)荷的大小，其他參照5.3.1，進(jìn)行仿真可以得到以下數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)一：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)二：</b></p><p&g

94、t;<b>　　節(jié)點(diǎn)三：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)四：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)五：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)六：</b></p><p>　　小方式的PowerWorld仿真結(jié)果匯總：</p>

95、<p>　　由上可知，節(jié)點(diǎn)1-6的短路容量的標(biāo)幺值以及有名值如下表所示：</p><p>　　4.4兩種計算方法結(jié)果比較</p><p>　　使用Matlab和PowerWorld進(jìn)行計算和仿真的結(jié)果有一定相關(guān)性，但是存在一定差別。我們認(rèn)為除了兩者輸入各種參數(shù)的誤差之外，還可能是導(dǎo)納矩陣算法之間的差距。PowerWorld形成的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣與我們處理的不同，短路電流的計算準(zhǔn)確。

96、Matlab的算法是我們根據(jù)書本概念按自己的理解寫成的程序代碼，核心算法也遵照書本所述，可能是我們對負(fù)荷模型處理不夠準(zhǔn)確造成了這種差別。</p><p>　　5.PowerWorld的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定掃描</p><p>　　如果短路點(diǎn)越靠近發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，則短路故障對電力系統(tǒng)擾動越大。因此在以下穩(wěn)定掃描仿真中，均把短路點(diǎn)盡可能靠近母線6上。即在設(shè)置短路故障時，把“percent locaton(ne

97、ar to far)”設(shè)置為0。若在此情況下，發(fā)電機(jī)搖擺曲線仍能保持暫態(tài)穩(wěn)定，則電力系統(tǒng)穩(wěn)定性符合要求。</p><p>　　5.1情況一：輸電線路三相永久性短路，0.12s切除故障線路</p><p>　　在節(jié)點(diǎn)6-5之間線路發(fā)生三相短路，0.12s后故障切除，發(fā)電機(jī)7、8、9的搖擺曲線如下所示：</p><p>　　Transient Contingency E

98、lements設(shè)置如下：</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G1：</b></p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G2：</b></p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G3：</b></p><p>　　顯然，發(fā)電機(jī)7、8、9故障切除后能滿足暫態(tài)穩(wěn)定要求。</p><

99、;p>　　5.2情況二： 單相短路0.12s切除故障；0.9s重合閘，1.0s再次切除</p><p>　　5.2.1在節(jié)點(diǎn)6-5之間輸電線路單相永久性短路</p><p>　　在節(jié)點(diǎn)6-5之間輸電線路單相永久性短路，0.12s切除故障線路；0.9s重合閘，1.0s再次跳閘切除故障線路</p><p>　　Transient Contingency Eleme

100、nts設(shè)置如下：</p><p>　　三臺發(fā)電機(jī)的搖擺曲線如下：</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G1：</b></p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G2：</b></p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G3：</b></p><p>　　由圖可見，發(fā)電機(jī)7

101、、8、9切除故障后均能保持暫態(tài)穩(wěn)定。</p><p>　　5.2.2在節(jié)點(diǎn)6-5之間輸電線路單相永久性短路</p><p>　　對于在節(jié)點(diǎn)6-3之間輸電線路發(fā)生以上故障，三臺機(jī)組的搖擺曲線如下所示：</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G1：</b></p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G2：</b>&

102、lt;/p><p><b>　　發(fā)電機(jī)G3：</b></p><p>　　由圖可見，發(fā)電機(jī)7、8、9切除故障后均能保持暫態(tài)穩(wěn)定。</p><p><b>　　5.3結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過三次PowerWorld對給定系統(tǒng)進(jìn)行特定故障的仿真計算，各個發(fā)電機(jī)組均能及時自行調(diào)整繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，我

103、們可以認(rèn)為該電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性良好。</p><p>　　6.發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配</p><p>　　6.1遵守等微增率原則的經(jīng)濟(jì)分配方案</p><p>　　由題目可知，三個發(fā)電廠的微增率表達(dá)式如下所示：</p><p><b>　　令</b></p><p>　　A．若t=0-6h時，，

104、則求得</p><p>　　顯然求得數(shù)據(jù)不滿足實(shí)際發(fā)電廠的發(fā)電范圍，因此發(fā)電廠2以及發(fā)電廠3應(yīng)該發(fā)最少功率，發(fā)電廠1發(fā)剩下的功率，實(shí)際負(fù)荷分配如下</p><p><b>　　總耗量</b></p><p>　　B．若t=6-9h或21-24h時，，則求得</p><p>　　顯然求得數(shù)據(jù)不滿足實(shí)際發(fā)電廠的發(fā)電范圍，

105、因此發(fā)電廠1發(fā)最多功率，發(fā)電廠2和3按照等微增率承擔(dān)其余功率</p><p><b>　　總耗量</b></p><p>　　C．若t=9-21h時，，則求得</p><p>　　顯然求得發(fā)電廠1以及發(fā)電廠2不滿足實(shí)際發(fā)電廠的發(fā)電范圍，因此發(fā)電廠1以及發(fā)電廠2均發(fā)最大功率，發(fā)電廠3承擔(dān)剩下功率各廠發(fā)電功率如下：</p><

106、;p><b>　　總耗量</b></p><p>　　6.2使用Matlab函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的分配方案</p><p>　　6.2.1Matlab程序代碼</p><p>　　使用Matlab優(yōu)化的過程中，我們按要求使用quadprog函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分配，這個函數(shù)專門適用于進(jìn)行二次優(yōu)化，使用廣泛，準(zhǔn)確度高。</p><p&g

107、t;<b>　　詳情請見附錄4</b></p><p>　　6.2.2Matlab計算結(jié)果</p><p>　　經(jīng)過程序計算，我們匯總得到以下結(jié)果：</p><p>　　A．若t=0-6h時，，則求得</p><p><b>　　總耗量</b></p><p>　　B．若t

108、=9-21h時，，則求得</p><p><b>　　總耗量</b></p><p>　　C．若t=6-9h或21-24h時，，則求得</p><p><b>　　總耗量</b></p><p>　　6.3兩種計算方法的結(jié)果分析</p><p>　　顯然，由Matlab算

109、出來的負(fù)荷分配總耗量比用等微增率算出的少，這是因?yàn)樵趯?shí)際運(yùn)用等微增率計算時，算出的結(jié)果并不滿足實(shí)際各發(fā)電機(jī)的最少或者最大出力要求，實(shí)際結(jié)果是對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行一定的調(diào)整才得到的，并不嚴(yán)格滿足等微增率準(zhǔn)則。因此在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)按照由Matlab算出的結(jié)果進(jìn)行負(fù)荷分配。</p><p>　　三臺機(jī)組的日發(fā)電計劃曲線如下所示：</p><p>　　黑、綠、紅色線分別代表發(fā)電廠1、2、3</p&

110、gt;<p><b>　　7.課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本學(xué)期我們組二人都參加了Matlab課程的學(xué)習(xí)，課程中曾經(jīng)學(xué)習(xí)過電力系統(tǒng)的相關(guān)計算，通過這次課程設(shè)計，這學(xué)期的知識已經(jīng)得到了很大的鞏固。關(guān)于電力系統(tǒng)的計算，很重要的一個步驟就是形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。該矩陣的正確與否能很大程度上決定運(yùn)算結(jié)果的正確性。在計算和仿真的過程中，我發(fā)現(xiàn)PowerWorld的導(dǎo)納矩陣形成的

111、算法更精確，跟我們Matlab上常用的代碼算出來的結(jié)果有所不同，很可能這些不同造成了兩種方法的結(jié)果差異。關(guān)于PowerWorld，我們發(fā)現(xiàn)參數(shù)的正確設(shè)置非常重要，標(biāo)幺值和有名值的區(qū)分也很關(guān)鍵，只要這幾點(diǎn)做好，得出來的結(jié)果比Matlab運(yùn)算的更加可靠。經(jīng)過這次課程設(shè)計的鍛煉，我們還學(xué)會了常用的電力系統(tǒng)仿真軟件的使用。提前熟悉了很多行業(yè)知識，為將來就業(yè)后可能遇到的跟專業(yè)知識相關(guān)的簡單情況模擬和處理，提高了我們處理問題的能力。</p&g

112、t;<p>　　通過這次設(shè)計，我們初步了解了進(jìn)行電力系統(tǒng)分析的大致步驟和方法，將電力系統(tǒng)課程所學(xué)知識聯(lián)系起來解決實(shí)際問題。雖然在完成設(shè)計任務(wù)的過程中所涉及到的工具在之前的學(xué)習(xí)中沒有學(xué)到，但是他所用的知識卻是跟我們書本，甚至是跟實(shí)際的電力系統(tǒng)研究息息相關(guān)。這加深了我們對以前所學(xué)知識的理解?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計的經(jīng)歷是是一筆寶貴的財富，讓我們獲益匪淺。</p><p><b>　　附錄1&l

113、t;/b></p><p>　　使用牛頓拉夫遜法進(jìn)行潮流計算的Matlab程序代碼</p><p>　　% 牛拉法計算潮流程序</p><p>　　%-----------------------------------------------------------------------</p><p>　　% B1矩陣：1、支路首

114、端號；2、末端號；3、支路阻抗；4、支路對地電納</p><p>　　% 5、支路的變比；6、支路首端處于K側(cè)為1，1側(cè)為0</p><p>　　% B2矩陣：1、該節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)功率；2、該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率；3、節(jié)點(diǎn)電壓初始值</p><p>　　% 4、PV節(jié)點(diǎn)電壓V的給定值；5、節(jié)點(diǎn)所接的無功補(bǔ)償設(shè)備的容量</p><

115、;p>　　% 6、節(jié)點(diǎn)分類標(biāo)號：1為平衡節(jié)點(diǎn)（應(yīng)為1號節(jié)點(diǎn)）；2為PQ節(jié)點(diǎn)；3為PV節(jié)點(diǎn)；</p><p>　　%------------------------------------------------------------------------</p><p>　　clear all;</p><p>　　format long;

116、</p><p>　　n=input('請輸入節(jié)點(diǎn)數(shù):nodes=');</p><p>　　nl=input('請輸入支路數(shù):lines=');</p><p>　　isb=input('請輸入平衡母線節(jié)點(diǎn)號:balance=');</p><p>　　pr=input('請輸入誤差精

117、度:precision=');</p><p>　　B1=input('請輸入由各支路參數(shù)形成的矩陣:B1=');</p><p>　　B2=input('請輸入各節(jié)點(diǎn)參數(shù)形成的矩陣:B2=');</p><p>　　Y=zeros(n);e=zeros(1,n);f=zeros(1,n);V=zeros(1,n);sida=

118、zeros(1,n);S1=zeros(nl);</p><p>　　%------------------------------------------------------------------</p><p>　　for i=1:nl%支路數(shù)</p><p>　　if B1(i,6)==0%左節(jié)點(diǎn)處于1側(cè)</p>

119、<p>　　p=B1(i,1);q=B1(i,2);</p><p>　　else %左節(jié)點(diǎn)處于K側(cè)</p><p>　　p=B1(i,2);q=B1(i,1);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　Y(p,q)=Y(p