电力系统潮流分布和短路电流分布的计算机分析.docx

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电力系统潮流分布和短路电流分布的计算机分析

第一章PSASP软件概述………………………………………………2

第二章电力系统潮流分布的计算机分析……………………………3

1.概述………………………………………………………3

2.数据的建立与编辑………………………………………4

3.潮流计算作业的建立……………………………………6

4.7节点的潮流计算………………………………………7

5.9节点的潮流计算………………………………………10

第三章电力系统短路电流分布的计算机分析………………………14

1．概述………………………………………………………14

2.36节点的短路电流的计算………………………………15

第四章课程设计总结…………………………………………………22

附录任务书和原始资料……………………………………………23

第一章PSASP软件概述

《电力系统分析综合程序》（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP）是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，是高度集成和开放具有我国自主知识产权的大型软件包。

PSASP是电力系统规划设计人员确定经济合理、技术可行的规划设计方案的重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题的得力助手；是高等院校用于教学和研究的软件设施。

基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，PSASP可进行电力系统（输电、供电和配电系统）的各种计算分析。

包括：

稳态分析的潮流计算、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析、静态等值等；

故障分析的短路计算、复杂故障计算以及继电保护整定计算等；

机电暂态分析的暂态稳定计算、直接法暂态稳定计算、电压稳定计算、小干扰稳定计算、动态等值、马达起动、控制系统参数优化与协调以及电磁-机电暂态分析的次同步谐振计算等。

PSASP的计算功能还在不断发展、完善和扩充。

PSASP有着友好、方便的人机界面，如基于图形的数据输入和图上操作，自定义模型图以及图形、曲线、报表等各种形式输出。

PSASP与Excel、AutoCAD、Matlab等通用的软件分析工具有着方便的接口，可充分利用这些软件的资源。

第二章电力系统潮流分布的计算机分析

1概述

（1）潮流计算

潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。

通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。

待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。

（2）潮流计算的用途

潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。

对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。

潮流计算是电力系统分析最基本的计算。

除它自身的重要作用之外，在《电力系统分析综合程序》（PSASP）中，潮流计算还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计算、静态和动态等值计算的基础。

（3）潮流计算问题的数学模型特点

潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，其数学模型简写如下：

为一非线性方程组

其中：

为节点平衡方程式；

为待求的各节点电压。

由此决定该问题有以下特点：

对于非线性方程组问题，其各种求解方法都离不开迭代，因此，存在迭代是否收敛的问题。

为此，在程序中开发了多种计算方法：

PQ分解法

牛顿法（功率式）

最佳乘子法

牛顿法（电流式）

PQ分解转牛顿法

供计算选择，以保证计算的收敛性。

PSASP潮流计算的流程和结构如下图所示：

图2.1潮流计算的流程和结构

2数据的建立与编辑

2.1文本方式下的数据建立与编辑

选定数据目录

点击PSASP6.1程序组中的“电力系统分析综合程序”项，弹出PSASP封面后，按任意键，即进入PSASP主画面：

图2.2选定数据目录

进入文本方式下的数据编辑环境

选择主菜单中的“数据”，即下拉第一级命令菜单：

图2.3文本方式下的数据编辑环境

编辑基本元件数据库

点击第一级菜单中的“基础数据”，便下拉其第二级菜单如下：

图2.4编辑基本元件数据库

菜单分割线以下各项均为基本元件数据库各个数据表的编辑命令，点击后，即进入相应元件的编辑窗口，每一元件对应一数据表

2.2图形方式下的数据建立与编辑

点击主画面中左下方的“图形支持环境”按钮，便进入了图形支持环境。

图2.5图形方式下的数据建立与编辑

编辑模式：

图形数据编辑入口。

主要是绘制和编辑电力系统单线图，图形数据库存入\GRAPH\子目录中；建立和修改电力系统元件数据库，存入\DATA_IN\子目录中。

亦可先在文本方式下建立系统各元件数据库，再绘图。

运行模式：

为计算运行入口。

主要是以电力系统单线图为背景，在图上修改数据或做某些操作之后，再执行潮流、暂态稳定、短路等各种计算，并在图上标识其计算结果。

地理位置接线图：

为地理位置接线图编辑入口。

主要是在已经建好电网数据的前提下，绘制和编辑电力系统地理位置接线图，在图上标识潮流数据和计算结果。

3潮流计算作业的建立

（1）潮流计算的基础方案

在做电力系统分析计算之前，PSASP要求首先确定潮流计算的基础方案，即定义待计算电网的规模、结构和运行方式，以便从已建立的电网基础数据库中抽取数据，建立潮流计算的基础电网模型。

一个基础方案Scheme的数据由一个或若干（最多30）个有次序的数据组Group（给出网络结构、参数和节点发电、负荷等计算基本数据）相叠加组成，如下图所示：

图2.6潮流计算的基础方案的组成

不同数据组的数据既可是电网中不同地区的计算数据，又可是同一电网不同年份、不同运行方式的数据。

各组数据叠加的结果为各数据组的“合集”，其中各数据组Group重叠部分的内容由顺序在后的数据组决定，即顺序在后者对前者加以修改。

如下图所示：

图2.7潮流计算的基础方案

由此即确定了所要计算的基础电网模型。

（3）潮流计算作业的构成

潮流计算的基础方案给出了待计算电网的网络结构、参数和各节点发电、负荷等基本数据，再配以不同的计算控制信息（包括发电、负荷的按比例修改等），即可得到不同的潮流计算作业。

（4）潮流计算作业的定义方法

按上述潮流作业必备的内容，在文本和图形环境下均可以定义不同的潮流计算作业。

每一作业需给定一个作业号。

在文本环境窗口中：

点击“计算”下拉菜单中的“潮流”，弹出文本方式下的潮流计算信息窗口，在该窗口中选择或定义潮流作业号后，即可点击“计算”按钮执行潮流计算。

在图形支持的运行模式窗口中：

点击“作业”下拉菜单中的“潮流”或点击工具条中的

按钮，弹出潮流计算信息窗口：

在该窗口中选择或定义作业号后，即可点击“确定”按钮，确认所定义的作业

图2.8图形支持的运行模式窗口图2.9文本环境窗口

47节点的潮流计算

7节点的接线图

无控制

图2.107节点无控制的潮流分布图

有控制

图2.117节点有控制的潮流分布图

7节点系统地理位置接线图

图2.127节点无控制潮流结果地理图

图2.137节点无控制潮流计算母线结果报表

图2.147节点无控制潮流计算交流线结果报表

图2.157节点无控制潮流计算变压器结果报表

区域图如下：

图2.167节点无控制潮流区域结果图示化输出

7节点潮流计算的结果分析

该七节点系统只使用了一条直流输电线路，使得无功损耗大大减小并有利于系统的稳定性的提高。

发电机发出的有功和无功与负荷所消耗的有功和无功相同，各节点电压在正常范围内。

有控制方式与无控制方式比较，网损较少。

59节点的潮流计算

常规情况下的运行图：

图2.179节点常规方式的潮流分布图

规划条件下的运行图：

图2.189节点常规方式的潮流分布图

9节点系统地理位置接线图

图2.199节点常规方式的潮流结果地理图

区域图如下

图2.209节点规划方式的潮流区域结果图示化输出

9节点潮流计算的结果分析

该系统为九节点的、系统，由三个发电厂和三个负荷组成的330kv系统，该实例分常规和规划两种运行方式。

由于母线STNM-345处于负荷较常规方式有所增加，需对原有电网进行改造。

通过对附和的有功功率和无功功率的调整，要使常规和规划两种方式下各母线电压误差不超过4%。

在规划方式下，可发现在该线路两侧的发电机和节点的功率分布与常规方式有很大的不同，可以通过潮流计算预估两条母线的承受能力。

在允许范围内，我们可以通过该方式进行有功和无功的重新分配。

第三章电力系统短路电流分布的计算机分析

1概述

（1）短路计算简述

电力系统短路的类型主要有三相短路、两相短路、一相接地短路和两相接地短路。

三相短路属对称故障，其余属不对称故障。

除不对称短路外，电力系统的不对称故障还有一相或两相断开的情况，称为非全相运行。

在同一时刻，电力系统内仅有一处发生上述某一种类型的故障，称为简单故障。

同时有两处或两处以上发生故障，或在同一处同时发生两种或两种以上类型故障，称为复杂故障或多重故障。

短路计算就是在某种故障下，求出流过短路点的故障电流、电压及其分布的计算。

（2）短路计算的用途

短路计算的目的主要用于解决下列问题：

①电气主接线方案的比较与选择，或确定是否需要采取限制短路电流的措施。

②电气设备及载流导体的动热稳定校验和开关电器、管型避雷器等的开断能力的校验。

③接地装置的设计。

④继电保护装置的设计与整定。

⑤输电线对通讯线路的影响。

⑥故障分析。

（3）短路计算问题的解法

求解短路电流的一般方法是：

利用对称分量法实现ABC系统与120系统参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出短路电流及其他分量。

PSASP短路计算的流程和结构如下图所示：

图3.1PSASP短路计算的流程和结构

236节点的短路电流的计算

短路计算过程

方案建立

图3.2方案建立

潮流计算

图3.3潮流计算

短路计算

图3.4短路计算

36节点短路试验

作业方式一

ABC三相短路全网故障

图3.5ABC三相短路全网故障短路结果

通过对36节点的短路计算，我们可以看到所选短路点不同对全网的各点短路电流就不一样。

这样我们可以在电力系统的实验阶段大致预测应该对系统采取怎么样保护措施，在不同的符合区域采取什么样的调度方式来解决电网面临的危险，从而加强电力系统的稳定性。

作业方式二

母线BUS25的B相接地短路，BUS25，BUS26支路两侧B相断开

图3.6短路作业2结果报表

作业方式三

BUS27、BUS28支路、BUS28侧设不同故障，BUS28侧开关断开

图3.7短路作业3结果报表

作业方式四

ABC三相全网故障

图3.8ABC三相短路全网故障短路结果

BUS8发生短路的短路电流及支路电流

图3.10作业四BUS8母线短路后全网电流分布

作业方式五

ABC三相短路全网故障

图3.10作业5ABC三相短路全网故障短路结果

BUS8短路的短路电流及支路电流

图3.11作业五BUS8母线短路后全网电流分布

作业方式六

ABC三相短路全网故障

图3.12作业5ABC三相短路全网故障短路结果

BUS8短路的短路电流及支路电流

图3.13作业六BUS8母线短路后全网电流分布

第四章课程设计总结

经过将近十天的对PSASP电力系统软件的学习和操作，我已经初步掌握了PSASP电力系统软件的应用，了解了电力系统仿真的在现实中的应用之处，通过这个软件我们还可以了解一个电力系统的运行情况，包括发电机，母线，交流线，变压器，负荷等相关信息。

根据任务书的要求，我们首先熟悉了软件的操作界面，接下来按照指导书的知识，相继进行了文本和图形方式下的基础数据的建立和编辑数据的输入，电力系统单线图的绘制及数据编辑，电力系统地理位置接线图的编辑，潮流计算作业的建立，文本下及图形下的潮流计算，短路计算作业的建立，文本下及图形下的潮流计算。

潮流计算是电力系统分析基础，短路计算又是电力系统稳定性等设计的重要参数。

我们通过7节点、9节点及36节点电力系统的实例，并对这些系统进行分析，接而在软件中进行仿真，可以预测系统可能发生的危险，寻找应对方式与解决方案。

对PSASP电力系统软件的运用，可以看到这款软件对潮流分析的方便和快捷。

这样的软件可以有效的防止错误的投资和选择正确合适的电气设备.

短路计算以潮流计算为基础，选取故障点，故障区域后进行计算。

这次课程设计要进行在短路状态下的短路电流计算，潜供电流计算，工频过电压计算，短路计算方案的建立，调试和修正,短路计算结果的输出、分析和修正。

在36节点短路计算中，遇到问题最多，特别是大数据量的输入，还有就是对得到的数据进行理论分析，需要我们再去仔细温习一下电力系统分析。

经过这几天的学习，尤其是在输数据的时候，需要有足够的耐心，并仔细的校对每个数据，可能由于一个错误的数据就会导致整个系统的错误，同时，也要加强对运行的结果进行判断分析的能力，懂得所得数据代表的意义，并根据数据分析整个系统的运行状态。

例如上述的9节点，我们可以了解到各元件本身的物理性质，还可以很容易的从表或图中看出与子有关的信息，如传输的功率，损耗等，尤其对于复杂的系统和将要扩建的系统具有重大意义。

通过对这次课程设计的学习，理论知识运用到了实践中去，使我的实际应用能力得到了很大的进步，学习到了很多的知识。

参考资料

1．电气工程课程设计任务书

2．电气工程课程设计指导书

3.《电力系统分析上、下册》

附录任务书和原始资料

电气工程课程设计任务书

（电气工程及其自动化05级）

一、题目：

电力系统潮流分布和短路电流分布的计算机分析

二、设计内容

（一）、电力系统潮流分布的计算机分析

1.概述

2.文本方式下的数据建立和编辑

3图形方式下的数据建立和编辑

4.电力系统单线图的绘制及数据编辑

5.电力系统地理位置接线图的编辑

6.潮流计算作业的建立

7.文本下的潮流计算

8.图形方式下的潮流计算

9.计算结果分析

（二）电力系统短路电流分布的计算机分析

1.概述

2.36节点系统单线图的绘制

3.文本方式下的数据建立和编辑

4图形方式下的数据建立和编辑

5.电力系统单线图的绘制及数据编辑

6.电力系统地理位置接线图的编辑

7.短路计算作业的建立

8.文本下的短路计算

9.图形方式下的短路计算

10.计算结果分析

三、设计要成果

编写设计说明书一分，约25~30页，包括下列内容：

1.封面（电气工程课程设计、题目、学生姓名、班级、学号、指导教师、时间）

2.任务书和原始资料，

3.目录

4.正文（带页码、页脚和页眉）

5.总结

6.参考资料

四、时间安排（总2周，三短学期）

日期

周一~周二

周三

周四~周五

周一~周二

周三~周四

周五

内容

讲课、熟悉分析软件PSASP

制定实例一潮流计算方案

实例二潮流计算作业的建立，计算结果的输出和分析

36节点系统单线图的绘制,文本和图形方式下的基础数据的建立和编辑

短路计算方案的建立，调试和修正,短路计算结果的输出、分析和修正

编写设计说明书

五、算例一，七节点系统的潮流计算

算例二，九节点系统的潮流计算

算例三，36节点系统的短路计算

算例一EPRI（China）7节点系统样例

5.1EPRI（China）7节点系统图

该系统母线数据如下：

该系统的交流线和电抗器数据如下：

该系统的变压器数据如下：

该系统的直流线数据如下：

该直流线调节器参数如下：

该系统3台机的数据如下：

该系统所涉及的同步机参数如下：

该系统所涉及的1型调压器参数如下：

该系统所涉及的调速器参数如下：

该系统所涉及的PSS参数如下：

该负荷数据如下：

该系统区域数据如下：

算例二KCSJ-9节点电力系统设计和潮流计算

如图所示为一9节点电力系统的单线图，该系统有三个发电厂和三个负荷组成，已知该系统为了330KV系统，其它基础数据见表，打“？

”之处的数据由你自已设计，试用文本输入和图形输入法分析该系统的潮流分布。

画出单线图和地理位置图，对计算结果进行分析。

若新增一条线路，试重新进行分析。

一、KCSJ-9系统单线图

1、常规运行时

以上为系统常规运行方式的单线图。

由于母线STNB-345处负荷的增加，需对原有电网进行改造，具体方法为：

在母线GEN3-345和STNB-345之间增加一回输电线，增加发电3的出力及其出口变压器的容量，新增或改造的元件如下图虚线所示。

2、增加线路后

二、KCSJ-9基础数据（？

处自己给出）

母线数据

母线名

基准电压

区域号

电压上限

电压下限

单相短路容量

三相短路容量

发电1

16.5000

2

18.1500

14.8500

0.00000

0.00000

发电2

18.0000

1

19.8000

16.2000

0.00000

0.00000

发电3

13.8000

1

15.1800

12.4200

0.00000

0.00000

GEN1-345

345.0000

2

0.0000

0.0000

0.00000

0.00000

GEN2-345

345.0000

1

0.0000

0.0000

0.00000

0.00000

GEN3-345

3450000

1

0.0000

0.0000

0.00000

0.00000

STNA-345

345.0000

2

0.0000

0.0000

0.00000

0.00000

STNB-345

345.0000

2

0.0000

0.0000

0.00000

0.00000

STNC-345

345.0000

1

0.0000

0.0000

0.00000

0.00000

交流线数据

数据组

I侧母线

J侧母线

编号

所属区域

单位

正序电阻

正序电抗

正序充电电纳的1/2

常规

GEN1-345

STNA-345

1

I侧

标么

？

？

？

常规

STNA-345

GEN2-345

2

I侧

标么

？

？

？

常规

GEN2-345

STNC-345

3

I侧

标么

？

？

？

常规

STNC-345

GEN3-345

4

I侧

标么

？

？

？

常规

GEN3-345

STNB-345

5

I侧

标么

？

？

？

常规

STNB-345

GEN1-345

6

I侧

标么

？

？

？

新建

GEN3-345

STNB-345

11

I侧

标么

？

？

？

变压器数据

数据组

I侧母线

J侧母线

编号

连接方式

单位

正序

电阻

正序

电抗

零序

电阻

零序

电抗

常规

发电1

GEN1-345

7

三角形/星形接地

标么

0.000

0.05760

0.000

0.05760

常规

发电2

GEN2-345

8

三角形/星形接地

标么

0.000

0.06250

0.000

0.06250

常规

发电3

GEN3-345

9

三角形/星形接地

标么

0.000

0.05860

0.000

0.05860

新建

发电3

GEN3-345

9

三角形/星形接地

标么

0.000

0.04500

0.000

0.04500

续上表

激磁电导

激磁电纳

变比

I侧主抽头电压

J侧主抽头电压

J侧抽头级差

J侧抽头位置

J侧最大抽头电压

J侧最小抽头电压

0.000

0.000

1.00

16.5

345.0

1.25

9

363.00

317.00

0.000

0.000

1.00

18.0

345.0

2.5

3

351.50

328.50

0.000

0.000

1.00

13.8

345.0

2.5

3

351.50

328.50

0.000

0.000

1.00

13.8

345.0

2.5

3

351.50

328.50

发电数据

数据组

母线名

母线类型

单位

额定容量（MVA）

有功发电

无功发电

母线电压幅值

母线电压相角

无功上限

无功下限

有功上限

有功上限

常规

发电1

Vθ

标么

100.0

0.000

0.00

1.0400

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

常规

发电2

PV

标么

100.0

1.630

1.00

1.0250

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

常规

发电3

PV

标么

100.0

0.850

1.00

1.0250

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

新建

发电3

PV

标么

100.0

1.300

1.00

1.0250

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

续上表

d轴暂态电抗Xd’

d轴次暂态电抗Xd’’

负序电抗X2

转子惯性时间常数Tj（s）

0.0608

0.0608

0.0608

47.28

0.1198

0.1198

0.1198

12.8

0.1813

0.1813

0.1813

6.02

0.1813

0.1813

0.1813

6.02

负荷数据

数据组

母线名

编号

母线类型

单位

有功负荷

无功负荷

母线电压幅值

母线电压相角

无功上限

无功下限

有功上限

有功上限

常规

STNA-345

300

PQ

标么

？

？

0.000

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

常规

STNB-345

301

PQ

标么

0.900

0.300

0.000

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

常规

STNC-345

302

PQ

标么

？

？

0.000

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

新建

STNB-345

301

PQ

标么

1.500

？

0.000

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00