电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析

燕山大学课程设计说明书题目：电力系统潮流、短路计算和暂态稳定分析（六）学院（系）：电气工程学院年级专业：10级电力系统及其自动化3班学号：100103030157学生姓名：指导教师：董杰董海燕教师职称：讲师讲师燕山大学课程设计说明书第2页共48页电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：《电力系统分析》基层教学单位：电力工程系指导教师：董杰董海燕学号100103030157学生姓名（专业）班级10级电力系统及其自动化设计题目电力系统潮流、短路计算和暂态稳定性分析（六）设计技术参数某系统原始网络是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图1所示。未来的电源配置和负荷数据如图2所示。6号节点为新建的孤立节点。发电机参数如表1所示。各节点之间已建线路参数和可扩建的线路参数如表2所示。基准功率选为100MW，基准电压选为110kV。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PowerWorld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。参考资料夏道止，《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年周次第一周应完成内容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。指导教师签字董杰董海燕基层教学单位主任签字电气工程学院教务科燕山大学课程设计说明书第3页共48页目录第一章设计说明…………………………………………………………………………41.1设计技术参数……………………………………………………………………41.2设计要求…………………………………………………………………………5第二章设计原理及分析…………………………………………………………………62.1设计原则…………………………………………………………………………62.2设计原理…………………………………………………………………………62.3系统网络结构图……………………………………………………………………7第三章静态安全分析…………………………………………………………………8第四章系统潮流分布及网络损耗………………………………………………………94.1负荷信息…………………………………………………………………………94.2支路参数…………………………………………………………………………94.3电机信息…………………………………………………………………………104.4节点信息…………………………………………………………………………104.5网络损耗…………………………………………………………………………11第五章短路分析…………………………………………………………………………115.1节点短路…………………………………………………………………………115.2线路短路…………………………………………………………………………185.5不同短路类型对比分析…………………………………………………………24第六章暂态稳定性分析………………………………………………………………256.1系统受到干扰后稳定性分析……………………………………………………256.2临界故障切除时间………………………………………………………………40第七章心得体会………………………………………………………………………47参考文献…………………………………………………………………………………48燕山大学课程设计说明书第4页共48页第一章设计说明1.1设计技术参数某系统原始网络是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图2所示。未来的电源配置和负荷数据如图1所示。6号节点为新建的孤立节点。表1发电机组参数燕山大学课程设计说明书第5页共48页表2各节点之间已有线路和可扩建线路参数1．负荷额定功率分别为：节点1：80MW，0MVar；节点2：240MW，15MVar；节点3:40MW，10MVar;节点4：160MW，40Mvar；节点5：240MW，30MVar。2.基准功率为100MW，基准电压为110kV。1.2设计要求1.按照任务书要求首先设计出网络结构单线图；燕山大学课程设计说明书第6页共48页2.用PowerworldSimulator画出单线图，并作静态安全稳定性分析，分析出所设计网络的薄弱环节，修改网络结构；3.潮流和短路计算结果以表格形式给出；4.短路计算任一故障点，并分别对三相和各种不对称短路进行计算。5.暂态稳定性分析应画出各发电机的功角曲线，并找出暂态稳定性的边界。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PowerWorld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。第二章设计原理及分析2.1设计原则电力系统中对于运行的基本要求可以概括为安全、优质和经济三个方面。因此，要在保证安全和电能质量的前提下使运行最为经济。安全可靠原则：为了保证对负载的持续供电，一定要保证有足够的电源容量和合理的布局；其次，电网的结构也必须合理，使得在某线路或者变压器因故障或者检修退出运行后仍然能对用户继续供电，故在设计系统是采用环形网络和双回线路供电。运行经济原则：为了降低系统的成本和提高运行的经济性，应尽量在实现系统功能的前提下减少接线的数量。2.2设计原理根据设计题目，将一个新的节点加入网络，为各个节点提供功率。在接线的时候，要满足每个母线可提供的或者所需的有功无功，以及线路能够传送的最大容量。而且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燕山大学课程设计说明书第7页共48页连接两条线路，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。2.3系统网络结构图燕山大学课程设计说明书第8页共48页第三章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。燕山大学课程设计说明书第9页共48页第四章系统潮流分布及网络损耗4.1负荷信息4.2支路参数燕山大学课程设计说明书第10页共48页4．3电机信息4.4节点信息燕山大学课程设计说明书第11页共48页4.5网络损耗第五章短路分析5.1节点短路1.单相接地短路（短路电流标幺值11.447，相角74.47度）单相接地短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第12页共48页燕山大学课程设计说明书第13页共48页2.两相接地短路（短路电流标幺值9.991,相角97.05度）两相接地短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第14页共48页燕山大学课程设计说明书第15页共48页3.三相对称短路（短路电流标幺值12.963，相角-63.43度）三相对称短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第16页共48页4.相间短路（短路电流标幺值11.227，相角-153.43度）相间短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第17页共48页燕山大学课程设计说明书第18页共48页5.2线路短路1.单相接地短路（短路电流标幺值9.168，相角-75.28度）单相接地短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第19页共48页2.两相接地短路（短路电流标幺值7.798,相角98.44度）两相接地短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第20页共48页燕山大学课程设计说明书第21页共48页3.三相对称短路（短路电流标幺值10.899,相角-66.49度）三相对称短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第22页共48页4.相间短路（短路电流标幺值9.439,相角-156.49度）相间短路后，系统节点、线路、发电机的参数如下：燕山大学课程设计说明书第23页共48页燕山大学课程设计说明书第24页共48页5.3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、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。燕山大学课程设计说明书第25页共48页第六章暂态稳定性分析电力系统中，大干扰稳定性习惯上成为暂态稳定性。暂态稳定性是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行的能力。6.1系统受到干扰后的稳定性分析在1.0000s插入故障，在系统稳定时刻进行稳定性分析，选取t=1.600s时刻切除故障，用powerworld软件进行暂态稳定计算，得到如下曲线：1.节点1上的发电机1、2和3：时间与转角曲线Gen1#1RotorAngle(Deg)Gen1#1RotorAngle(Deg)TimeinSeconds80787674727068666462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420Gen1#1RotorAngle(Deg)2520151050-5-10-15-20-25燕山大学课程设计说明书第26页共48页时间与转速曲线时间与功率曲线Gen1#1SpeedDeviation(Rad/s)Gen1#1SpeedDeviation(Rad/s)TimeinSeconds80787674727068666462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420Gen1#1SpeedDeviation(Rad/s)76543210Gen1#1MWGen1#1MWTimeinSeconds80787674727068666462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420Gen1#1MW200180160140120100806040200-20-40-60-80-100-120-140燕山大学课程设计说明书第27页共48页时间与电压曲线转角和转速曲线Gen1#1Term.PUGen1#1Term.PUTimeinSeconds80787674727068666462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420Gen1#1Term.PU10TransientStabilityTimeStepResultsVariablesGen1#1SpeedDeviation(Rad/s)Gen1#2SpeedDeviation(Rad/s)Gen1#3SpeedDeviation(Rad/s)Gen1#1RotorAngle(Deg)20100-10-20Values76543210燕山大学课程设计说明书第28页共48页2.节点1上的发电机4：时间与转角曲线时间与转速曲线Gen1#4RotorAngle(Deg)Gen1#4RotorAngle(Deg)TimeinSeconds807876747270686664626058565452504846444240383634323028262422201816