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开题报告一、选题依据1.设计目的及意义中国的电力工业从1882年至1949年，经过67年装机容量只达到1.85GW;而在1949年新中国成立之后的半个世纪中，中国的电力工业取得了迅速的发展，平均每年以10％以上的速度在增长，到1998年全国装机容量己达到277GW以上，跃居世界第2位。特别是进入本世纪90年代以来，我国的电力平均每年新增装机容量17多GW，实现装机容量8年翻一番．但是目前电网结构薄弱，特别是50OkV网架在大部分电网中尚未真正形成，电网的安全性差，可靠性低，自动化水平不高，电网调峰容量不足，损耗大，供电质量差，远远不能适应21世纪信息时代对电力供应的数量和质量的要求。在我国的电网建设中．要实施抓“两头”带“中间”的策略。“两头”一是指大型电厂、能源基地建设，实现电力外送与全国联网以及跨国联网；一是指农村电网建设与城市配电网建设，这是当前电网建设中十分薄弱的一环，既要改造和提高，又要扩大（电力市场）[l］。而“中间”，则主要是指220kv电网及各省网电力公司范围内SOOkV电网的网架建设，需要进一步完善和加强。50OkV电网逐渐增强并将在不远的将来成为主干网。与此同时，22okv电网的主力输电网地位逐步下降，向配电网过渡。500kV与220kv电网角色的变换，意味着220kV电网结束环网运行、面向区域供电的时代正在到来。此间由于50OkV尚未成为主干网，220kV系统的短路电流水平不断增大，破坏了电网的安全稳定性。所以，为了提高电网的安全稳定性水平，必须对短路电流进行有效限制。本次毕业设计是在完成本专业（电气工程及其自动化）本科段全部基础课程及专业课基础上进行的。通过本次毕业设计应达到以下目的：(1)通过本次设计了解新理论、新技术和新设备在电力系统中的应用；(2)熟悉电力系统规划设计的基本程序和步骤，掌握各种运行方式下电力网的潮流分布和故障分析，培养解决实际工程问题的能力；(3)将所学的专业知识应用于实践，提高查阅资料和分析问题的能力，为今后到电力系统工作打下坚实的基础；2开题报告2.设计拟解决的工程实际问题本设计为某区域电力系统的规划设计及暂态稳定性分析,拟解决的问题有：确定发电厂机组的装机容量，电力网的最佳接线的合理选择以及发电厂及变电所电气主接线的设计，高压断路器设备的选取、校验，此时短路点的选取尤为重要。此外还需计算电力网的潮流分布和无功功率平衡及调压计算，最后还有暂态稳定性分析综述分析。3.设计拟应用的现场资料综述电力系统地理位置图见下图（距离标示为KM）变电所负荷资料变电所项目123456最大负荷(MW)701101505040105最小负荷(MW)4266120302480重要负荷(MW)40601102520753开题报告功率因数0.850.850.850.850.850.85最大负荷利用小时(h)500050005000500050005000二次侧电压(kv)601060103560调压要求顺顺顺顺顺顺发电厂资料水电厂由库容及调解能力决定的现有：容量：6×25MW保证出力：30MW机组型号：SF25—16／410发电机参数：cosφ=0.80,UN=10.5kv,xd''=0.205。4.设计拟应用的文献综述：电力系统规划是搞好电力建设的一项战略性工作，随着电网建设的发展、计算机技术和网络技术以及人民生活水平的提高的发展，电力系统的最优规划设计被更深关注所研究，估算未来电力系统发展所需求的资金和各类燃料数量；提出电力工业发展所需超前研究的科研课题和建设方针、设计等任务是非常必要的。1989年由戈东方主编北京-中国电力出版社出版的《电力工程电气设计手册》3详细的介绍了变电所、发电厂电气部分初步设计在电力建设工程中的作用、基本原则和基本程序。并举例介绍了电气设计中的主接线设计、短路电流计算、主变和高压断路器的选择、无功补偿装置的设置等。1996年由东北电力设计院-中国电力出版社出版的《电力系统设计手册》4系统的介绍了电力系统规划设计的内容和方法，主要内容有规划选厂、选所与选线，电力电量平衡，电力网的规划设计（其中包括有发电厂与电力系统的连接及电气主接线，输电线路的选择等），电网的计算（包括潮流计算，短路电流的计算及电力系统的调压等），为本次设计的计算、规划有系统的指导意义。1998年由戈东方主编北京-中国电力出版社出版的《电力工程电气设备手册-电气一次部分》5详细介绍的各种电气的型号结构及技术参数，为本次的设计的设备选择与校4开题报告验提供了有效地帮助。1985年由东北、华东电力设计院-中国电力出版社出版的《电力系统设计技术规程》6全面的介绍了220kV及以上电压等级的电力系统一次部分设计，包括电厂接入系统设计，电力系统专题设计，发、输、变电工程可行性研究及初步设计的系统部分，符合本次设计电力系统的电压等级，提供了可靠的理论依据。1992年由华东电力设计院-中国电力出版社出版的《火力发电厂设计技术规程》7中规定了火力发电厂设计应遵循的原则与建设标准，适用于汽轮发电机极致容量为50MW~600MW级机组的凝汽式火力发电厂的初步电气设计。其电气设备及系统部分实用性非常强，包括发电机与主变压器的容量配置，电气主接线方案的选择，高压断路器的选择的设计，都有明确的设计方案可行。它是电力系统安全、稳定、可靠工作的一个重要保证，是我在设计过程中的指导和约束。5.设计相关技术的国内外现状电力系统故障分析和诊断是关系到电力系统安全稳定运行的重要问题，电力系统故障诊断研究具有重要的现实意义，国内外从20世纪80年代起已经进行了大量的研究工作，提出了多种故障诊断技术和方法，但实际系统中该问题并未很好地解决。随着电力系统规模日趋庞大，结构更加复杂，对电力系统故障诊断提出了更高的要求。目前，国内外提出了许多电力系统故障诊断的技术和方法，主要有专家系统、人工神经网络、优化技术、Petri网络、模糊集理论、粗糙集理论、多代理技术。5.1基于专家系统的诊断方法专家系统(expertsystem)利用专家推理方法的计算机模型来解决问题，己获得日益广泛的应用。目前，专家系统用于电力系统故障诊断是比较成功的。基于专家系统的诊断方法的主要特点是可以方便地把保护、断路器的动作逻辑以及运行人员的诊断经验用规则表示出来，并允许在知识库中增加、删除或修改一些规则，以确保诊断系统的实时性和有效性，同时还能够给出符合人类语言习惯的结论，并具有相应的解释能力等，比较适合中小型电力系统和变电站的故障诊断。5.2基于人工神经网络的诊断方法与专家系统相比，基于人工神经网络(ANN——artificialneuralnetwork)的故障诊断方法具5开题报告有鲁棒性好、容错能力强和学习能力强等特点。基于ANN的诊断方法的主要特点是避免了专家系统故障诊断所面临的知识库构造等难题，不需要推理机的构造。由于用于ANN训练的完备样本集获取困难，目前该方法只比较适合中小型电力系统的故障诊断。5.3基于优化技术的诊断方法基于优化技术(optimizationmethods)的诊断方法是一种基于数学模型的求解方法，其基本思想是将电力系统故障诊断问题描述成为0-1整数规划问题，并构造一种解析数学模型，利用优化技术寻找问题的最优解。基于优化技术的诊断方法的主要特点是其诊断模型理论上是严密的，不需要引入启发式知识，用常规的算法即可实现，它比较适合所需信息比较完整的电力系统故障诊断。5.4基于Petri网络的诊断方法Petri网络是在构造有向图的组合模型的基础上，形成可以用矩形运算所描述的严格定义的数学对象。Petri网络是离散事件动态系统建模和分析的理想工具。基于Petri网络的诊断方法的主要特点是它可以对同时发生、次序发生或循环发生的故障演化过程进行定性和定量的分析，比较适合于变电站的故障诊断。该方法存在的不足之处主要有:对大规模电网基于Petri网络模型建模时，因设备增加和网络扩大会出现状态的组合爆炸。5.5基于粗糙集理论的诊断方法粗糙集理论(roughsettheory)是波兰Z.Pawlak教授于1982年提出的一种处理不完整性和不确定性问题的新型数学工具。基于粗糙集理论的诊断方法的主要特点是:它能较强地处理信息不完整和信息冗余的情形，比较适合中小型电力系统和变电站的故障诊断。5.6基于模糊集理论的诊断方法模糊集理论(fuzzysettheory)在电力系统故障诊断的应用分2类情况:一类认为诊断所依据的信息正确，但故障与对应的动作保护装置和断路器状态之间存在不确定的关联关系，以及用模糊隶属度对这种可能性进行描述的度量;另一类则认为诊断所依据的报警信息的可信度不为1，而根据系统网络拓扑与故障所发生的动作保护、断路器状态赋予报警信息的可信度，再由专家系统或ANN给出故障诊断结果的模糊输出。5.7基于多代理系统的诊断方法多代理系统(MAS——multi-agentsystem)被看做是分布式人工智能的试验平台，当一个问题在多个物理上或者逻辑上能形成分解的问题求解实体时，每个子问题求解实体6开题报告仅仅拥有问题求解所需的有限数据、信息和资源，不同的子间题求解实体之间必须相互交互才能最终求解问题。MAS是解决大规模电力系统故障诊断问题很有前途的发展方向。二、设计方案及技术路线1.电力系统的有功平衡校验、确定备用容量和所需装机根据电力系统有功功率的平衡，即综合用电负荷，供用负荷，发电负荷及有功备用容量之间的关系来确定，本设计确定机组容量为7×100MW。2.电力系统网络方案初选根据电力网的经济性、可靠性、灵活性来确定最佳接线方案，考虑可能的网络连接方式，对显然不合理的方案予以淘汰：其首要依据为电力系统的供电可靠性；其次可通过满足备用情况的线路长度、高压断路器的数量及调度灵活性等指标来取舍，最后只保留少数两个方案进行下一步的经济比较。3.选定系统最佳接线方案针对网络方案初选结果的几个方案，分别计算它们的一次性总投资和年运行费，采用偿还年限法进行经济比较，最终通过经济技术比较来选择最佳的接线方案确定其中之一为最佳结线方案。4.确定发电厂及变电所电气主接线根据《毕业设计任务书》了解设计内容，通过毕业实习对现场的了解，积极、多方面地查阅有关资料，综合运用所学的专业理论知识，根据《毕业设计任务书》提供的资料，结合电力工程设计手册、设计规程、相关专业规范等，确定出电气主接线方案。技术比较要根据所设计发电厂（变电所）的具体情况：发电厂（变电所）的容量、规模、运行方式、电压等级、负荷性质、回路数及其在系统中的作用等进行全面的分析论证。一般从供电的可靠性、运行的灵活性、检修与维护的方便性、接线与继电保护的简化、具有扩建的可能性几个方面进行分析：5.选择发电厂和变电所的主变及高压断路器选择发电厂和变电所主变压器的台数、容量及型号,查阅教材及《电力工程电气设计手册1》、《电力工程电气设备手册1》、相关设计规程的有关章节内容，确定合适的主变台数、容量及型号；查录有用的参数。7开题报告6.短路电流计算及高压断路器、隔离开关的选择1）短路电流的计算①根据电气主接线画出等值电路图；②选统一功率基准值SB，令电压基准值UB=Uav，求各元件的电抗标么值；③确定短路计算点；④采用星—网变换法或分布系数法或单位电流法，求出针对各短路计算点的转移阻抗和计算电抗；⑤计算出各短路计算点的三相短路起始次暂态电流I″、短路冲击电流iim、2秒及4秒时的短路电流周期分量有效值。2）选择发电厂及变电所的高压断路器①计算各断路器回路的最大持续工作电流；②按额定电压和额定电流选择断路器：UN≥UNS，IN≥Imax式中：UN，IN—断路器的额定电压和额定电流；UNS———断路器安装处的电网额定电压；Imax———断路器回路的最大持续工作电流。③根据短路计算的结果对断路器进行校验。项目有：动稳定校验、热稳定校验。7.潮流计算1）要求计算结果：各节点运行电压；各支路功率分布。2）应考虑的运行方式：丰水期最大负荷；丰水期最小负荷；枯水期最大负荷；枯水期最小负荷。3）计算方式：选择一种运行方式手算，其余运