完整word版基于Matlab计算程序的电力系统运行分析Word格式文档下载.docx

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电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障的发生概率。

短路计算可以为设备的选择提供原始数据。

第一章参数计算

一、目标电网接线图

系统参数

表1.线路参数表

线路编号

线路型号

线路长度（km）

线路电阻

{Ω/km}

线路正序电抗

线路容纳之半

{S/km}

4-5

LGJ-240/30

113

0.047

0.4

1.78×

4-6

LGJ-120/70

120

0.074

1.47×

5-7

LGJ-120/25

165

0.079

1.60×

6-9

LGJ-95/55

166

0.092

1.80×

7-8

92

8-9

122

说明：

线路零序电抗为正序电抗3倍。

表2.变压器参数表

变压器型号

变压器变比（kV）

短路电压百分数（%）

2-7

SSPL-220000

242±

3×

2.5%/20

10.43

3-9

SSPL-120000

2.5%/15

5.81

1-4

SSPL-240000

2.5%/17.5

11.42

变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为Δ/Y0接法。

表3.发电机参数表1

发电机

额定功率{MW}

额定电压{kV}

额定功率因数

1

200

16.5

0.85

2

180

18

3

100

13.8

表4.发电机参数表2

母线名

（S）

{Ω}

47.28

0.32

0.13

0.21

8.96

12.80

1.93

0.26

1.87

0.43

6.00

0.535

6.02

1.51

1.45

0.29

8.59

0.60

表5.负荷数据表

节点号

有功负荷（MW）

无功负荷（MVA）

5

135

50

6

30

8

80

35

二、电网模型的建立

设计中，采用精确计算算法，选取

=100MVA，

=220KV，将所有支路的参数都折算到220KV电压等级侧，计算过程及结果如下：

1、系统参数的计算

（1）线路参数

计算公式如下：

各条线路参数的结果：

4-5：

4-6：

5-7：

6-9：

7-8：

8-9：

（2）变压器参数的计算：

（3）发电机参数的计算：

（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗，故只求出暂态电抗）

（4）负荷节点的计算

2．系统等值电路图的绘制

根据以上计算结果，得到系统等值电路图如下：

第二章潮流计算

一．系统参数的设置

设计中要求所有结点电压不得低于1.0p.u.，也不得高于1.05p.u.，若电压不符合该条件，可采取下面的方法进行调压：

（1）改变发电机的机端电压

（2）改变变压器的变比（即改变分接头）

（3）改变发电机的出力

（4）在电压不符合要求的结点处增加无功补偿

调压方式应属于逆调压。

结点的分类：

根据电力系统中各结点性质的不同，将结点分为三类：

PQ结点、PV结点和平衡结点，在潮流计算中，大部分结点属于PQ结点，小部分结点属于PV结点，一般只设一个平衡结点。

对于平衡结点，给定其电压的幅值和相位，整个系统的功率平衡由这一点承担。

本设计中，选1号节点为平衡节点；

2、3号节点为P、U节点；

4、5、6、7、8、9号结点为P、Q节点。

设计中，节点数:

n=9，支路数:

nl=9，平衡母线节点号:

isb=1，误差精度:

pr=0.00001。

由支路参数形成的矩阵:

B1=[140.0576i010;

270.0574i010;

390.0586i010;

450.0114+0.093i0.194i10;

460.018+0.099i0.170i10

570.027+0.136i0.026i10

690.032+0.137i0.028i10

780.047+0.076i0.158i10

890.012+0.101i0.022i10];

%支路参数矩阵

由各节点参数形成的矩阵:

B2=[2+1.24i01101;

1.8+1.12i01103;

1+0.62i01103

001002;

01.35+0.5i1002

01+0.3i1002

001002

00.8+0.35i1002

001002];

%节点参数矩阵

由节点号及其对地阻抗形成的矩阵:

X=[10;

20;

30;

40;

50;

60;

70;

80;

90];

二．程序的调试

1.未调试前，原始参数运行结果如下：

选用牛顿-拉夫逊法来进行潮流计算，计算结果如下所示：

迭代次数

4

没有达到精度要求的个数

1416160

各节点的实际电压标幺值E为（节点号从小到大排列）：

Columns1through4

1.00000.9755+0.2198i0.9903+0.1390i0.9727-0.0252i

Columns5through8

0.9322-0.0435i0.9450-0.0394i0.9769+0.1142i0.9474+0.0619i

Column9

0.9755+0.0777i

各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）：

Columns1through7

1.00001.00001.00000.97300.93320.94580.9835

Columns8through9

0.94940.9786

各节点的电压角O为（节点号从小到大排列）：

012.69967.9891-1.4863-2.6727-2.38516.6694

3.73584.5559

各节点的功率S为（节点号从小到大排列）：

0.4382+0.4742i1.8000+0.3819i1.0000+0.3957i0.0000+0.0000i

-1.3500-0.5000i-1.0000-0.3000i-0.0000+0.0000i-0.8000-0.3500i

0.0000+0.0000i

各条支路的首段功率Si为（顺序同您输入B1时一样）：

0.4382+0.4742i

1.8000+0.3819i

1.0000+0.3957i

0.2497+0.2964i

0.1884+0.1538i

-1.1028-0.0482i

-0.8133+0.0008i

0.6594-0.0269i

-0.1618-0.2637i

各条支路的末段功率Sj为（顺序同您输入B1时一样）：

-0.4382-0.4501i

-1.8000-0.1876i

-1.0000-0.3279i

-0.2472-0.4518i

-0.1867-0.3008i

1.1406+0.2145i

0.8370+0.0746i

-0.6382-0.0863i

0.1630+0.2534i

各条支路的功率损耗DS为（顺序同您输入B1时一样）：

0+0.0240i

0+0.1943i

-0.0000+0.0678i

0.0026-0.1554i

0.0017-0.1471i

0.0378+0.1663i

0.0237+0.0754i

0.0212-0.1133i

0.0012-0.0103i

以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）

由运行结果可知，节点4、5、6、7、8、9电压均不满足要求。

故需进行调试，以期各结点电压均满足要求。

2.采用NL法进行潮流的计算和分析。

1）第一次调试

将1、2、3号变压器的变比初值1.000均调为1.0250，则修改结果如下：

运行结果如下：

如上所示：

节点4、5、6、8都不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求，再进行第二次调试。

2）第二次调试

①将1号变压器变比初值由1.025改至1.050，则修改结果如下：

运行结果如下：

如上所示：

节点5、6、8号节点的值仍不满足要求，进行第三次调试。

3）第三次调试

将5、6、8号节点的无功补偿的初值由0均改为0.1，则修改结果如下：

节点5、6、8、的值，不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求。

4.第四次调试

将5、6、8号节点的无功补偿的初值由0.1均改为0.2，则修改结果如下：

节点5的值，不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求。

5.第五次调试

将5号节点的无功补偿的初值由0.2改为0.3，则修改结果如下：

满足要求，结果如下图所示：

三、对运行结果的分析：

1、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢？

要考虑什么条件？

各变量是如何划分的？

哪些可调？

哪些不可调？

答：

潮流计算时功率方程是非线性，多元的具有多解。

初始条件给定后得到的结果不一定能满足约束条件要求，要进行调整初值后才能满足。

其约束条件有：

，

。

负荷的PQ量为扰动变量，发电机的PQ为控制变量，各节点的V为状态变量。

扰动变量是不可控变量，因而也是不可调节的，状态变量是控制变量的函数，因而状态变量和控制变量是可以调节的。

所以，计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流的。

2、潮流控制的主要手段有哪些？

潮流控制的主要手段有：

（1）改变发电机的机端电压

（2）改变变压器的变比（即改变分接头）（3）改变发电机的出力（4）在电压不符合要求的节点处增加无功补偿

3、牛顿拉夫逊法与PQ分解法有哪些联系？

有哪些区别？

二者的计算性能如何？

（1）联系：

它们采用相同的数学模型和收敛判据。

当电路的电抗远大于电阻时，可以简化牛顿拉夫逊极坐标的修正方程的系数矩阵得到PQ分解法，且简化后并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。

（2）区别：

P-Q分解法的修正方程结构和牛顿拉夫逊的结构不同。

pq分解法由于雅可比矩阵常数化，计算过程中减少了很大的计算量，而且有功和电压幅值，无功和电压相角的完全割裂也大大的对矩阵降维数，减少了一半的计算量，但是他雅克比矩阵常数化是经验值，丧失了一部分稳定收敛的特性，而且当支路电阻与电抗比值较大的时候收敛性也特别差，甚至不收敛

（3）P-Q法按几何级数收敛，牛顿拉夫逊法按平方收敛。

PQ分解法把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式，抓住主要矛盾，把有功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功功率和无功功率迭代分开进行。

它密切地结合了电力系统的固有特点，无论是内存占用量还是计算速度方面都比牛顿-拉夫逊法有了较大的改进。

4、选取PQ分解法的数据来分析降低网损的方法：

支路

未调整前：

调整后：

支路首端功率

支路末端功率

支路功率损耗

0.4382

+0.4742i

-0.4382

-0.4501i

+0.0240i

0.4272

+0.2600i

-0.4272

-0.2456i

+0.0144i

1.8000

+0.3819i

-1.8000

-0.1876i

0

+0.1943i

1.8000

+0.0356i

-1.8000

-0.1504i

+0.01860i

1.0000

+0.3957i

-1.0000

-0.3279i

-0.0000

+0.0678i

1.0000

-0.0930i

-1.0000

+0.0339i

+0.0591i

0.2497

+0.2964i

-0.2472

-0.4518i

0.0026

-0.1554i

0.2343

+0.1543i

-0.2330

-0.3463i

0.0013

-0.1920i

0.1884

+0.1538i

-0.1867

-0.3008i

0.0017

-0.1471i

0.1929

+0.0913i

-0.19174

-0.2631i

0.0012

-0.1719i

-1.1028

-0.0482i

1.1406

+0.2145i

0.0378

+0.1663i

-1.1170

-0.1518i

1.1508

+0.0084i

0.0338

+0.01433i

-0.8133

-0.0008i

0.8370

+0.0746i

0.0237

-0.0754i

-0.8083

-0.1687i

0.8297

-0.1062i

0.0214

-0.0625i

0.6594

+0.0269i

-0.6382

-0.0863i

0.0212

-0.1133i

0.6492

+0.1420i

-0.6303

-0.0093i

0.0189

-0.1327i

-0.1618

-0.2637i

0.1630

+0.2534i

0.0012

-0.0103i

-0.1697

-0.1576i

0.1703

-0.1401i

0.0006

-0.0175i

（1）提高机端电压电压和节点电压一定可以使有功损耗降低，但是对于无功损耗来说为正的是可以降低的，为负的则是提高了；

（2）另外适当提高负荷的功率因数、改变电力网的运行方式，对原有电网进行技术改造都可以降低网损。

5、发电机节点的注入无功为负值说明了什么？

因为线路无功潮流最有可能的流向由电压的幅值大小决定：

由幅值高的节点流向幅值低的节点。

由此看出发电机的电压小于节点电压而无功功率的方向是从高电压到低电压，所以发电机的注入无功为负值。

6、负荷功率因数对系统潮流有什么影响？

负荷功率因数降低，无功功率就会增大，其输电线路的总电流就会相应增大，从而会造成电压损耗的升高，从而会改变无功功率潮流的大小，严重时甚至会改变方向；

反之亦然。

三．绘制潮流分布图

第三章故障电流计算

一．三相短路电流的计算

利用结点阻抗矩阵和导纳矩阵都可以计算短路电流，其算法有所不同。

利用结点阻抗阵时，只要形成了阻抗阵，计算网络中任意一点的对称短路电流和网络中电流、电压的分布非常方便，计算工作量小，但是，形成阻抗阵的工作量大，网络变化时的修改也比较麻烦，而且结点阻抗矩阵是满阵，需要计算机存储量较大。

对称短路计算的正序等值网络图：

计算程序的输入数据为：

运用节点阻抗矩阵计算三相短路电流:

7点短路时电流的标幺值If=

1.2926-12.2919i

各节点的电压标幺值U为（节点号从小到大排）:

0.7888+0.0290i

0.2395-0.0000i

0.5706+0.0378i

0.6603+0.0514i

0.3577+0.0770i

0.5701+0.0740i

0

0.1793+0.0470i

0.4887+0.0469i

各支路短路电流的标幺值I为（顺序同您输入B时一样）:

-0.5241+14.2642i

0.0000+1.9500i

-0.2119+3.1967i

-0.4188-3.3595i

-0.4444-0.2829i

-0.5480-0.2451i

-0.0000-5.0518i

-0.1269-0.1003i

-0.1640-1.9388i

-0.3005-3.5434i

-0.2499-0.9945i

0.6172-2.8665i

0.2161-0.6490i

-0.6754+2.5755i

0.0011+3.3562i

二．简单不对称故障短路电流的计算

简单不对称故障（包括横向和纵向故障）与对称故障的计算步骤是一致的，首先算出故障口的电流，接着算出网络中个结点的电压，由结点电压即可确定支路电流，所不同的是，要分别按三个序进行。

（1）系统三序等值网络图如下：

正序网络图

负序网络图

零序网络图

程序运行步骤及对所用变量的解释如下：

表七：

各种不对称短路情况下故障点和各支路各序电流标么值

正序电流标么值

负序电流标么值

零序电流标么值

单相接地短路

短路

点

0.4484-4.9800i

两相短路

0.6463-6.1459i

-0.6463+6.1459i

两相

接地

0.8581-9.3168i

-0.4345+2.9750i

-0.4237+6.3418i

单相

14

0.0110-1.6307i

0.0100-1.4132i

27

-0.0536-4.1213i

-0.0546-4.0396i

39

-0.0263-0.7966i

-0.0263-0.9786i

45

0.0934-1.6397i

0.0581-1.3385i

-0.0560-0.7089i

46

-0.0195-0.3086i

-0.0483-0.1529i

-0.0337-0.0414i

57

0.2633-1.1462i

0.0543-0.1648i

0.2084-0.8109i

69

0.0320-0.0677i

0.0638-0.0212i

0.0206-0.0587i

78

-0.2494+1.0179i

-0.2656+1.1559i

-0.2116+0.7044i

89

-0.0439+1.2340i

-0.0290+1.1066i

0.0434+0.6368i

两

相

短

路

0.0496-2.6848i

-0.0496+2.4643i

0-6.6706i

0+6.5935i

-0.0213-1.4156i

0.0213+1.5976i

0.1597-2.4843i

-0.1244+2.1831i

-0.0466-0.4063i

0.0754+0.2506i

0.4942-2.0326i

-0.5469+2.3002i

0.0700-0.1707i

-0.0923+0.2677i

-0.4428+1.7425i