推荐电力系统稳定分析与计算课程设计 精品Word文档下载推荐.docx
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5.装订顺序
1)设计()
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
3)其它
课程设计题目C:
电力系统稳定分析和计算
姓名:
指导教师:
李晓华
一、一个220kV分网结构和参数如下:
500kV站(#1)的220kV母线视为无穷大母线,电压恒定在230kV。
图中,各变电站负荷均等效接于220kV母线。
变电站参数和负荷如下表:
编号
类型
220kV最大负荷,MVA
#1
500kV站
平衡节点
#2
220kV站
180+j110
#3
350+j180
#4
260+j120
#5
250+j120
#6
150+j70
各线路长度如图所示。
所有线路型号均为LGJ-2*300,基本电气参数为:
正序参数:
r=0.054Ω/km,x=0.308Ω/km,C=0.0116µ
F/km;
零序参数:
r0=0.204Ω/km,x0=0.968Ω/km,C0=0.0078µ
40º
C长期运行允许的最大电流:
1190A。
燃煤发电厂G有三台机组,发电机与升压变之间采用单元接线。
电厂220kV侧采用单母分段接线,正常运行时分段开关闭合。
发电机组主要参数如下表:
机组台数
单台容量(MW)
额定电压(EV)
功率因数
升压变容量MVA
升压变Vs%
Xd
Xd’
Xq
Td0’
TJ=2H
3
300
10.5
0.85
350
2.0
0.25
1.7
4
11
当发电机采用三阶模型时,励磁环节(含励磁机和励磁调节器)模型如下(不考虑PSS):
上图中参数如下:
TR=0,KA=25,TA=0.1,Te=0.15,KE=1,KF=0.05,TF=0.7
发电厂升压变均采用Y/Y0接线,变比10.5kV/242kV。
不计内阻和空载损耗。
发电厂按PV方式运行,高压母线电压定值为1.05VN。
发电厂厂用电均按出力的7%考虑。
稳定仿真中不考虑发电厂的调速器和原动机模型。
负荷采用恒阻抗模型,负序阻抗标幺制取0.2。
二、设计的主要内容:
1、手工进行参数计算和标幺化,形成潮流计算的网架参数;
2、用Matlab编制潮流计算程序,要求采用P-Q分解潮流计算方法。
3.考虑该电厂开机三台,均为额定容量输出的方式,用编制的程序计算潮流。
3、用PowerWorld软件进行潮流计算并与自己编制的软件计算结果进行校核和分析;
4、设#2和#4母线之间双回线路中一回的中点分别发生以下2种故障:
1)1s时发生三相短路,1.1s同时切除故障线路三相;
2)1s时单相接地短路,1.1s时同时切除故障线路三相。
1.9s时三相重合闸。
因重合于永久性故障,2.1s时再次切除故障线路。
试手工计算序网以及用网络变换法求解转移阻抗;
5、针对问题4,用Matlab编制稳定计算程序(三台机可并联等值成一台机),发电机采用二阶经典模型(注:
用ode45函数既可求解),用软件计算出摇摆曲线,要求输出发电机功角,角速度。
6、用PowerWorld软件的分析问题4,并与编程计算结果进行比较校核。
7、发电机采用三阶模型,用PowerWorld作为分析工具,对问题4的两种故障方案进行稳定计算,给出摇摆曲线,并计算故障的极限切除时间。
8、比较两种模型的仿真结果,分析发电机模型选择对于稳定计算结果的影响。
9、编制课程设计报告。
三、设计要求和设计成果:
1、2位同学为一组,自行分工,但任务不能重复;
2、每位同学对自己的设计任务编写课程设计说明书一份;
3、一组同学共同完成一份完整的设计报告;
2、设计说明和报告应包含:
✧以上设计任务每一部分的计算过程和结果分析;
✧所编制的潮流和稳定计算源程序(主要语句应加注释);
✧潮流计算结果(潮流图)
✧稳定计算的功角曲线等;
✧网络变换法求解转移阻抗的变换过程图。
附注:
ODE函数说明
Matlab提供了一阶常微分方程组求解的系列函数:
ode**。
包括:
ode45,ode23,ode113等,还有针对刚性系统的ode15s,ode23s等。
这里可采用ode45编程(大家也可选择和对比其它函数,不同编号采用的数值积分算法不同)。
函数形式:
[t,y]=ode45(odefun,[t1,tf],x0,options);
说明:
odefun:
列向量1*n,通过函数计算柄输出的微分方程的右端项;
t1,tf:
分别制定积分的时间起点和终点;
x0:
列向量1*n,状态变量初值
options:
:
微分优化参数,是一个结构体,使用odeset可以设置其具体参数,详细内容查看帮助。
t:
为时间列向量1*m
y为状态变量计算结果矩阵,m行代表时间点,n列代表n个状态变量的时间序列值。
例如,求解如下微分方程:
初值为x1=1,x2=0
从0s积分到3s,步长:
0.1s
则,首先定义函数myfunc,计算微分方程右端项的值:
functiondx=myfunc(x)
dx=[x
(2)
2*sin(x
(1)];
Ode45函数引用如下:
x0=[1,0]
options=odeset;
options.reltol=1e-8;
[t,y]=ode45(@myfunc,[0,3],x0,options)
华南理工大学
电力系电气工程和及其自动化专业
课程设计()任务书
兹发给20XX级电气工程及其自动化1班学生课程设计任务书,内容如下:
课程设计题目:
电力系统运行方式分析和计算
应完成的项目:
用Matlab编制PQ分解法潮流计算程序,完成典型运行方式的潮流计算并进行分析;
用PowerWord软件对自己编制的软件计算结果进行校核和分析;
用Matlab编制稳定计算程序,发电机采用二阶经典模型,要求给出网络变换法求解转移阻抗的变换过程图;
选择2-3种故障方案,计算故障的极限切除时间和极限切除角;
用Powerworld作为分析工具,发电机采用三阶模型,对上面的2-3种故障方案进行稳定计算,计算故障的极限切除时间,分析发电机模型选择对于稳定计算结果的影响,并且分析励磁调节系统参数变化对于稳定计算结果的影响。
参考资料以及说明
《电力系统分析》(上、下册)华中科技大学出版
《发电厂电气部分》高等学校教材
《电网调度运用技术》东北大学出版社
PowerWorld15使用手册
基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用
本()任务书于20XX年12月23日发出,应于20XX年1月3日前完成,然后提交课程考试委员会进行答辩。
系主任批准年月日
教员组主任审核年月日
指导老师签发20XX年12月23日
1.电网参数计算
1.1线路参数的计算和标幺化
220kV分网结构的π型等值电路图1如下图所示:
图1.电网等效线路图
待求解电网的基准功率取为100MVA,基准电压220kV,则有
(1)
线路的正序参数:
(2)
线路阻抗标幺值计算公式:
(3)
线路等值电纳标幺值计算公式:
(4)
当线路为双回线路时,线路阻抗为单回线线路的一半,导纳为单回线路的两倍。
各线路参数的标幺化计算如下:
线路L12长度15km,则:
Z12=0.5×
15×
(0.054+j0.308)=(0.405+j2.32)Ω
B12=2×
2π×
50×
0.0116×
10-6=1.0933×
10-4S
标幺值:
Z12*=(0.405+j2.32)×
100/2202=8.3678×
10-4+j0.004793
B12*=1.0933×
10-4×
2202/100=0.052916
线路L13长度18km,则:
Z13=0.5×
18×
(0.054+j0.308)=(0.486+j2.772)Ω
B13=2×
10-6=1.3113×
Z13*=(0.486+j2.77)×
100/2202=1.004×
10-3+j0.005723
B12*=1.3113×
2202/100=0.063467
线路L24长度12km,则:
Z24=0.5×
12×
(0.054+j0.308)=(0.324+j1.848)Ω
B24=2×
10-6=8.7418×
10-5S
Z24*=(0.324+j1.848)×
100/2202=6.69×
10-4+j0.003818
B24*=8.7418×
10-5×
2202/100=0.04231
线路L45长度10km,则:
Z45=0.5×
10×
(0.054+j0.308)=(0.27+j1.54)Ω
B45=2×
10-6=7.2848×
Z45*=(0.27+j1.54)×
100/2202=5.58×
10-4+j0.003182
B45*=7.2848×
2202/100=0.03526
线路L46长度12km,则:
Z46=12×
(0.054+j0.308)=(0.648+j3.696)Ω
B46=2π×
10-6=4.3731×
Z46*=(0.648+j3.696)×
100/2202=1.339×
10-3+j0.007636
B46*=4.3731×
2202/100=0.021166
线路L3G长度16km,则:
Z3G=0.5×
16×
(0.054+j0.308)=(0.432+j2.464)Ω
B3G=2×
10-6=1.16557×
Z3G*=(0.432+j2.464)×
100/2202=8.93×
10-4+j0.005091
B3G*=1.16557×
2202/100=0.05641
线路L5G长度25km,则:
Z5G=0.5×
25×
(0.054+j0.308)=(0.675+j3.85)Ω
B5G=2×
10-6=1.8212×
Z5G*=(0.675+j3.85)×
100/2202=1.395×
10-3+j0.007955
B5G*=1.8212×
2202/100=0.08815
线路L6G长度12km,则:
Z6G=0.5×
B6G=2×
Z6G*=(0.324+j1.848)×
B6G*=8.7418×
综上,电网的线路参数的有名值和标幺值如下表所示:
表1.线路参数的标幺值和有名值统计
线路名
长度/km
有名值
标幺值
阻抗Z/Ω
导纳B/S
阻抗Z*/Ω
导纳B*/S
L12
2×
15
0.405+j2.32
1.0933×
10-4
8.368×
10-4+j0.00479
0.05292
L13
18
0.486+j2.772
1.3113×
1.004×
0.06347
L24
12
0.324+j1.848
8.7418×
10-5
6.69×
0.04231
L45
10
0.27+j1.54
7.2848×
5.58×
0.03526
L46
0.648+j3.696
4.3731×
1.339×
0.02117
L3G
16
0.432+j2.464
1.1656×
8.93×
0.05641
L5G
25
0.675+j3.85
1.8212×
1.395×
0.08815
L6G
线路零序参数的标幺值计算与正序相似,如表2.所示。
表2.线路零序参数的计算
3.161×
10-3+j0.015
0.03558
3.793×
10-3+j0.018
0.04270
2.529×
10-3+j0.012
0.02846
2.107×
10-3+j0.010
0.02372
5.058×
10-3+j0.024
0.01423
3.372×
10-3+j0.016
0.03795
5.269×
10-3+j0.025
0.05930
故障L24
1.2节点信息统计
在给定的220kV网架中共有7个节点,其中节点1是500kV变电站,为平衡节点,视为无穷大系统,电压稳定在230kV,即1.045455VN。
节点2、3、4、5、6均为PQ节点,并且带有一定的负荷。
此外,节点6为PV节点,由于发电机并不总是满载运行,在正常运行时,考虑到7%的厂用电,因而发电机机组发出的总有功功率为:
满载运行时,
(6)
于是,当发电机机组满载时,每台机组的出力为837/3=279MW,发电机机端额定电压为10.5kV,出线侧的高压母线电压稳定在1.05VN,各个节点的参数信息如表3所示。
表3.各节点参数一览表
1
2
5
6
G
节点类型
PQ节点
PV节点
有功功率P/MW
-
180
260
250
150
837
无功功率Q/MVar
100
120
70
电压V/kV
230
242
2.电网潮流计算
2.1采用Matlab计算电网潮流
通过对待求解电网的等效线路参数的计算与标幺化,形成节点导纳矩阵。
然后利用各个节点的类型信息,利用PQ分解法进行电网潮流计算。
本文编写了基于Matlab平台的PQ分解法计算程序,对电网进行了潮流计算,得出了系统稳定时各节点的电压,以及线路损耗等,分析了系统稳定运行时各线路的输送功率。
2.1.1网络信息处理
形成电网线路的节点导纳矩阵是进行潮流计算前必须要做的准备。
首先利用线路的标幺值参数整合成矩阵,使其包含线路的所有信息,再形成节点导纳矩阵。
具体如下:
构造支路信息矩阵B1,每一行代表一条线路,每行中的各元素表示线路不同的信息(注:
节点G记为节点7):
1、支路首端节点号;
2、支路末端节点号;
3、支路阻抗标幺值;
4、支路对地电纳标幺值;
5、支路变比;
6、支路存在变压器时,若首段:
末端=k:
1,则为1,反之则为0,如果支路不存在变压器则默认为0;
7、是否为变压器支路。
本题形成的B1矩阵见附录。
构造节点信息矩阵B2,题目给定的网络共有7个节点,本文编程中的B2矩阵为7×
6的矩阵,每一行代表一个节点的信息,每一行中的各元素的含义:
1、该节点的发电机功率(注入);
2、该节点的负荷功率(输出);
3、空行(保持矩阵格式);
4、PV节点电压给定值和PQ节点的初始值;
5、各节点电压相角;
6、节点类型(其中,1表示平衡节点,2表示PQ节点,3表示PV节点)。
待求解网架中,1号节点为平衡节点,2~6号节点为PQ节点,7号节点(即母线G)为PV节点。
本题形成的B2矩阵见附录。
2.1.2基于Matlab的PQ分解法程序
编程思想如下:
1)根据支路信息矩阵B1和节点信息矩阵B2,先形成待求解电网的节点导纳矩阵:
2)先对空矩阵加入对角线元素,即先加入每个节点的对地导纳y0;
3)根据支路信息矩阵B1,对导纳矩阵再加入互导纳Ypq;
4)将互导纳Ypq加入到导纳矩阵的对角线元素,形成自导纳。
至此,形成节点导纳矩阵Y。
5)初始化各节点电压(幅值和相角)的存储矩阵和各节点注入功率(实部和虚部)的存储矩阵,以存放迭代过程中的中间值和输出最终值;
6)构造各节点的潮流方程,进入潮流计算程序,计算不平衡功率ΔP,判断ΔP是否小于可接受误差。
若ΔP大于可接受误差,则进行相角修正。
计算不平衡功率ΔQ判断ΔQ是否小于可接受误差。
若ΔQ大于可接受误差,则进行电压幅值修正。
7)当
和
都满足要求时,计算结束。
计算平衡节点功率和全部线路功率。
8)基于MATLAB平台,得出计算结果,采用误差精度为ε=1.0×
10-5。
由结果可知,共用6次迭代便能满足精度要求,共用时间仅为0.073687s;
2.1.3PQ分解法潮流计算的结果分析
利用2.1.2节的PQ分解法的matlab程序计算的电网潮流结果如附录中附2图所示。
将matlab程序计算的结果整理如下:
1)各节点的电压和注入功率如表4.所示。
表4.各节点电压和注入功率
节点编号
7
基准电压
220
标幺电压
1.0455
1.0375
1.0417
1.0358
1.0363
1.0429
1.05
实际电压(kV)
230.01
228.25
229.17
227.88
227.99
229.44
231.00
节点相角(度)
-0.6033
-0.2606
-0.7560
-0.7119
-0.1932
0.3608
节点注入功率
(标幺值)
3.5671
+j1.7501
-1.8000
+j1.0000
-3.5000
-j1.8000
-2.6000
-j1.2000
-2.5000
-1.5000
-j0.7000
8.3700
+j3.9248
(实际值)
356.71
+j175.01
-180.00
-j100.00
-350.00
-j180.00
-260.00
-j120.00
-250.00
-150.00
-j70.00
837.00
+j392.48
其中,matlab中各节点的相角是以弧度的形式表示的,其换算关系为:
角度=弧度×
180÷
π,表3.中的功角是角度的形式表示的。
2)各支路的状态如表5.所示。
表中的功率值均为标幺值,基准功率SB=100MW。
表.5各支路的状态
支路名称
线路首端有功功率(MW)
线路首端无功功率(Mvar)
线路末端有功功率(MW)
线路末端无功功率(Mvar)
有功损耗(MW)
无功损耗(Mvar)
2.6117
1.2732
-2.6052
-1.2933
0.0065
-0.0201
0.9553
0.4769
-0.9543
-0.5399
0.0011
-0.0630
0.8052
0.2933
-0.8047
-0.3361
0.0005
-0.0428
-0.2829
-0.1524
0.2830
0.1148
0.0001
-0.0376
-1.5123
-0.7115
1.5158
0.7084
0.0035
-0.0031
L37
-2.5457
-1.2601
2.5523
1.2359
0.0066
-0.0242
L57
-2.7830
-1.3148
2.7951
1.2882
0.0121
-0.0267
L67
-3.015
- 配套讲稿:
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