电力系统分析课程设计
班级：电力08-1
姓名：刘俊锋
学号：0811*******
指导教师：李洪珠葛群
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
电力系统分析课程设计原始资料
题目：地区电力网设计
原始资料
（1）发电厂、变电所地理位置图
图1-1发电厂、变电所地理位置图
（2）电源情况
水电厂：TS900/135-56，额定容量45MW （9.0cos =N ?），台数3
系统：与3＃变电所由150LGJ 2-?相连，系统母线电压最大最小负荷时均维持115KV ，最大负荷时提供功率50MW （9.0cos =N ?），最小负荷时为30MW （9.0cos =N ?）
（3）说明
1）变电所3＃时 原有变电所，主接线为双母线结构;
2)为开发利用水资源，在距离变电所3＃约100km 处新建一水利发电厂。发电能力在春夏秋三季满发，冬季最大出力为最大容量的3/4; 3）发电厂国际厂用电率2％，机压负荷2MW;
4）区域气温最高为40℃，年平均温度为25℃，最热月平均最高气温为32℃。
摘要
本课程设计通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识，掌握电力系统设计的一般原则和方法，培养分析问题和解决问题的能力。电力系统分析课程设计要求完成一个比较完整的电力网的初步设计。在设计过程中，要考虑到各方面的相互关系和相互影响，综合地运用课程中所学到的知识，进行独立思考。
本课程设计的任务是根据给出的数据要求，按国民经济应用的要求设计一个地区电网。该网络包括一个发电站、四个变电站以及输电线路。该网络必须在符合国名经济要求的前提下，保证一定得供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性。
设计内容包括：功率平衡计算、电网供电方案确定、电压等级选择，校验系统有功、无功平衡等，最终确定系统接线方案。最后得出的方案具有较高可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性，基本满足国民经济要求。
关键词：经济比较、功率平衡、电压损耗校验
目录
1.前言 (1)
2.方案设计与分析 (2)
2.1功率平衡计算 (2)
2.1.1有功功率平衡计算 (2)
2.1.2无功功率平衡计算 (2)
2.2电网供电方案确定 (4)
2.2.1电压等级的选择 (4)
2.2.2电力网接线方案的初步选择 (4)
2.2.3技术方面选择 (8)
2.2.4经济方面选择 (15)
2.2.5详细经济技术比较，确定电网接线的最优方案 (16)
方案二 (16)
方案六 (22)
3.心得体会 (29)
4.参考文献 (30)
1.前言
电力系统分析课程设计是学完《电力系统分析》课程后的一次综合性练习。教学目的在于通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识，掌握电力系统设计的一般原则和方法，培养分析问题和解决问题的能力。电力系统分析课程设计要求完成一个比较完整的电力网的初步设计。在设计过程中，要考虑到各方面的相互关系和相互影响，综合地运用课程中所学到的知识，进行独立思考。
本课程设计的任务是根据给出的数据要求，按国民经济应用的要求设计一个地区电网。该网络包括一个发电站、四个变电站以及输电线路。该网络必须在符合国名经济要求的前提下，保证一定得供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性。
设计内容包括：功率平衡计算、电网供电方案确定、电压等级选择，校验系统有功、无功平衡等，最终确定系统接线方案。最后得出的方案具有较高可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性，基本满足国民经济要求。
由于本人水平有限，设计中难免出现错漏，希望老师指正。
2方案设计与分析
2.1功率平衡计算
2.1.1有功功率平衡计算
为了维持频率的稳定，满足用户对功率的要求，电力系统装设的发电机额定容量必须大于当前的最大负荷。因此必须进行最大负荷时有功功率平衡计算，以校验系统备用容量是否符合要求。
用电负荷：
MW P P P P K P K P n
i i LD 135)25504530(9.0)(4max 3max 2max 1max 11
max 1=+++=+++==∑=供
电负荷：
MW P K P LD g 1501351
.011
112=?-=-=
发电负荷：
MW P P K P y g f 1.155)2150)(02
.011
()(113=+-=+-=
其中：
1K —同时率
2K —网损率
3K —厂用电率
y P —发电厂的机压负荷
系统总装机容量：
MW P G 18550453=+?=∑
为保证系统的频率稳定和供电可靠性，系统内的总装机容量应大于发电负 荷，即系统中应有足够的备用容量。按规定，系统的总备用不得低于系统最发电 负荷的20%，即系统的总装机容量，应大于或等于发电负荷的1.2 倍，即
f 2.1185P MW P G ≥=∑ 所以系统备用容量符合要求。
2.1.2无功功率平衡计算
电力系统的无功功率平衡，是系统电压质量得根本保证。对系统作无功功率平衡计算的主要目的，在于初步估计系统中发电机的容量是否能够满足系统最大负荷时的要求，
是否需要加装无功补偿设备。
根据《电力系统电压和无功电力技术导则》规定：220KV 及其以下电压等级的变电所，在主变压器最大负荷时，其二次侧的功率因数或电网供给的无功功率与有功功率之比值应满足下表规定：对于不满足规定的变电所，需作无功补偿，使其全部满足规定值。
表2-1 电压等级与二次侧的功率因数及Q / P 的关系
无功负荷：
var 72)9.0arccos (tan )25504530(1max M Q Q n
i i LD =?+++==∑=
变压器无功损耗：
∑==?+?+?+?=?=?n
i i T M m S Q 1var 1.309.0/)25.3122525.31225%(12%12式中m
为电压变换次数，为1次。
系统中无功电源：
var 8.8848.05048.0453tan '
M Q nP Q G G N G =?+??=+=∑∑?
式中n 为发电机台数，∑G Q '为主网和邻网输入的无功功率。
系统无功备用容量： var )76.5~04.5(72%)8~%7(%)8~%7(M Q Q LD R =?==
整个系统的无功功率：
R T LD G Q Q Q Q <-=--=?--∑3.131.30728.88
无功功率平衡未达到要求，可初步确定出需加装的的容性补偿设备总容量为：
var 06.198.881.307276.5M Q Q Q Q Q G T LD R C =-++=-?++=∑
无功功率平衡基本达到要求后，并不能认为系统运行中电压质量已经满足要求，而只能认为，保证系统电压质量具有可能，真正确认系统电压达到要求，则必须通过潮流计算及采用相应的调压措施。
2.2电网供电方案确定
2.2.1电压等级的选择
电压等级的选择是一个涉及面很广的综合性问题，除了考虑输电容、距离等各种因素外，还应该根据动力资源的分布、电源及工业布局等远景发展情况，通过全面的技术比较后，才能确定。并且，由于电网的电压等级和接线方案有着密切的关系，因此，一般地区电网设计中，接线方案和电压等级确定同时进行。在本次课程设计中，由于条件限制，不可能同时进行论证电压等级和进行方案。因此，根据题目所给数据，参考下表，并根据同一地区，同一电力系统内应尽可能简化电压等级的原则，合理的确定电压等级。
所以电力网选择110KV电压等级。
2.2.2电力网接线方案的初步选择
对所给的原始资料进行定性分析，根据用户对供电可靠性的要求、地理位置及负荷的大小，提出各种可能的接线方案。接线方案应考虑以下因素：
(1) 确定电源处断开一回线的情况下，仍能将所有功率送出去的最少出线数。
(2) 根据负荷备用的要求及负荷大小,确定对各变电所的供电方案。
(3) 考虑运行灵活方便，不宜有太多环网。对各种可能的接线方案，进行初步比较，将明显不合理的方案舍去，保留2~3个方案。
综合上述因素，初步确定如下几个方案：
图2-1 方案1
图2-2 方案2
图2-3 方案3
图2-4 方案4
图2-5 方案5
图2-6 方案6
所提方案应保证用户的电能质量。因为前面在进行有功功率平衡时，已经确认系统具有足够的备用，所以不必考虑电能的频率问题。这里提到的电能质量是指电压偏移。在选择接线方案时，电能质量可用电力网的电压损耗来衡量。
取MVA S B 52010124001~
=?+?= KV U U av B 110==
最大负荷时各变电所功率如下： MVA j j S 53.1430arccos tan 3030~
1+=+=φ
MVA j S 79.2145~
2+= MVA j S 11.1225~
4+=
因为3#为原有变电所，所需功率由原有系统提供。故0~
3=S 028.0058.052053.1430~~
~
1*1j j S S S B
+=+==
042.0087.052079.2145~~
~
2*2j j S S S B +=+==
023.0048.052011.1225~~
~
4*4j j S S S B
+=+==
2.2.3技术方面选择
由于在方案初步比较时，电网功率分布以及导线截面积均未知，可以近似取km /4.0x Ω=作为线路电抗，并利用下式来估计电网在正常运行和故障后离电源点距离最远变电所的电压损耗百分数：
100%0
?=
?∑N
U l Qx U
式中，N U —电网的额定电压（KV ）
Q —线路上所通过的无功功率，(Mvar)
l —各段线路的长度（km ），这里要注意把直线距离乘以1.1，以考虑线路线路经弯曲而增加的长度。按上式简化计算，若在正常运行时，电压损耗在10％以内，故障情况下，电压损耗在15％以内，则认为该方案在技术上是成立的。反之，该方案在技术上不成立，应舍去。对于简单环形网络，将全网作为均一网络，计算其近似功率分布，进而求得距电源点电气距离最远处的电压损耗的百分数ΔU %。
下面各方案设水电厂结点为0结点
方案一：
设全网为均一网络，在零结点解开环网，如下图
01
3
*1S *2S *
3S
图2-7 环形网络中的负荷矩
由力矩法可得
j0.0420.087)
92264463(4.04.0)9226()042.0087.0(4.0)922644()028.0058.0()(~
)(~'
30231201'3023*2'302312*1~
01+=+++?+?++++?+=
++++?+++?=
*j j
j j j Z Z Z Z Z Z S Z Z Z S S
j0.0270.057)
92264463(4.04.063)028.0058.0(4.0)6344()042.0087.0(~
)(~'
3023120112*10112*2~
3'0+=+++???+++?+=
+++?++?=
*j j
j j j Z Z Z Z Z S Z Z S S
014.0j 029.0*1~
*01~
~
*12+=+=S S S
所以2为无功功率分点
正常运行时电压损耗为：
%10%16.6100110)44014.063042.0(4.01.1520100%2
2002
<=??+????=?=?∑N
U l Qx U
%10%02.6100110)26027.092027.0(4.01.1520100%2
2
020<=??+????=?=
?∑N
U l Qx U ‘
%10%15.21001105.099023.04.01.1520100%2
2004
<=??????=?=?∑N
U l Qx U
故障状态下电压损耗： 断开0-1段：
070.0042.0028.0323'0j j j Q Q =+==
028.0121j Q Q ==
%15%21.19100110]44028.0)2692(07.0[4.01.1520100%2
2001>=??++????=?=
?∑N
U l Qx U
故障时方案1最大电压损耗不满足要求，故舍掉方案1。
方案二：
设全网为均一网络，在零结点解开环网，如下图
3
*2S *
3S
图2-8 环形网络中的负荷矩
由力矩法可得
j0.0240.049)
922690(4.04.0)9226()042.0087.0()(~
'
3023023023*2~
02+=++??+?+=
+++?=
*j j
j Z Z Z Z Z S S ‘
j0.0180.038)922690(4.04.090)042.0087.0(~
'
30230202
*2~
30+=++???+=
++?=
*j j
j Z Z Z Z S S ’
所以2为无功功率分点
正常运行时电压损耗为：
%10%08.410011090024.04.01.1520100%2
2002
<=?????=?=?∑N
U l Qx U
%10%01.4100110)9226018.04.01.1520100%2
2020<=?+?
???=?=
?∑（‘N
U l Qx U
%10%67.11001105.063028.04.01.1520100%2
2001<=??????=?=?∑N
U l Qx U
%10%15.21001105.099023.04.01.1520100%2
2004
<=??????=?=?∑N
U l Qx U
故障状态下电压损耗： ①断开0-2段：
042.0322'0j Q Q == %15%37.9100110)9226042.04.01.1520100%2
2
02
0<=?+????=?=?∑（‘N
U l Qx U
②断开0`-3段
042.03202j Q Q == %15%20.9100110)9026042.04.01.1520100%2
2003
<=?+????=?=?∑（N
U l Qx U
③断开0-1段
%15%33.310011063028.04.01.1520100%2
2001
<=?????=?=?∑N
U l Qx U
④断开0-4段
%15%31.410011099023.04.01.1520100%2
2004
<=?????=?=?∑N
U l Qx U
可见方案2在正常和故障情况下最大电压损耗均满足要求。
方案三：
023.0434j Q Q ==
023.0423j Q Q ==
065.0j 042.0j 023.02412=+=+=j Q Q Q
093.0j 028.0j 042.0j 023.012401=++=++=j Q Q Q Q
正常运行时电压损耗为：
%
10%7.17100110]63093.044065.02426023.0[4.01.1520100%2
2004>=??+?++?
???=?=
?∑）（N
U l Qx U 正常运行时方案3最大电压损耗不满足要求，故舍掉方案3。
方案四：
设全网为均一网络，在零结点解开环网，如下图
*
4~S *2~S *3~S
图2-9 环形网络中的负荷矩
j0.0360.074)
99262490(4.04.099)023.0048.0(4.0)992624()043.0087.0(~
)(~'
40342302'40*4'403423*2~
02+=+++???++?++?+=
+++?+++?=
*j j
j j j Z Z Z Z Z S Z Z Z S S
j0.0290.061)
99262490(4.04.090)042.0087.0(4.0)902624()023.0048.0(~
)(~'
4034230202*2023423*4~
40+=+++???++?++?+=
+++?+++?=
*j j
j j j Z Z Z Z Z S Z Z Z S S ‘
006.0j 013.0*4~
*40~
~
*42+=+=S S S ’
所以2为无功功率分点
正常运行时电压损耗为：
%10%6.1210011090074.04.01.1520100%2
2002
>=?????=?=?∑N
U l Qx U
正常运行时时方案4最大电压损耗不满足要求，故舍掉方案4。
方案五：
正常运行时电压损耗为：
%10%67.11001105.063028.04.01.1520100%2
2001
<=??????=?=?∑N
U l Qx U
%10%75.31001105.090042.04.01.1520100%2
2002<=??????=?=
?∑N
U l Qx U
%10%15.21001105.099023.04.01.1520100%2
2004
<=??????=?=?∑N
U l Qx U
故障状态下电压损耗：
①断开0-1段
%15%33.310011063028.04.01.1520100%2
2001
<=?????=?=?∑N
U l Qx U
②断开0-2段
%15%50.710011090042.04.01.1520100%2
2001
<=?????=?=?∑N
U l Qx U
③断开0-4段
%15%31.410011099023.04.01.1520100%2
2004<=?????=?=
?∑N
U l Qx U
可见方案5在正常和故障情况下最大电压损耗均满足要求。
方案六：
设全网为均一网络，在零结点解开环网，如下图
*
4~S *3~S
图2-10 环形网络中的负荷矩
j0.0110.022)922499(4.04.099)023.0048.0(~
'
403403'
40*4~
04~03+=++???+=
++?=
=**j j
j Z Z Z Z S S S
j0.0120.026)
922499(4.04.0)2492()023.0048.0()(~
'
4034030334*4~
4'0+=++??+?+=
+++?=
*j j
j Z Z Z Z Z S S
所以4为无功功率分点
正常运行时电压损耗为：
%10%41.2100110)9224011.04.01.1520100%2
2004<=?+????=?=?∑（N
U l Qx U
%10%25.210011099012.04.01.1520100%2
204'0<=?????=?=?∑N
U l Qx U
%10%67.11001105.063028.04.01.1520100%2
2001<=??????=?=?∑N
U l Qx U
%10%75.31001105.090042.04.01.1520100%2
2002
<=??????=?=?∑N
U l Qx U
故障状态下电压损耗： ①断开0-3段：
%15%31.410011099023.04.01.1520100%2
2
03
0<=?????=?=?∑N
U l Qx U ‘
②断开0`-4段
%15%04.5100110)9224(023.04.01.1520100%2
2004
<=?+????=?=?∑N
U l Qx U
③断开0-1段
%15%33.310011063028.04.01.1520100%2
2001<=?????=?=
?∑N
U l Qx U
④断开0-2段
%15%50.710011090042.04.01.1520100%2
2001
<=?????=?=?∑N
U l Qx U
可见方案6在正常和故障情况下最大电压损耗均满足要求。
因此，根据电压损耗计算，方案2、5、6可选。
2.2.4经济方面选择
在初步比较时，经济指标包括线路长度和所需的高压开关数目。线路长度可以大致反映输电线路投资的大小，高压开关数目大体上代表变电所投资的多少。
以上2、5、6三个方案线路长度分别为：
5329226902992632=+++?+?=L
6882)99929063(5=?+++=L 5219924922902636=+++?+?=L
以上方案中2、6两个方案中高压开关数目均为14个，方案5为16个，而且方案5线路
一．填空题 1、输电线路的网络参数是指（电阻）、（电抗）、（电纳）、（电导）。 2、所谓“电压降落”是指输电线首端和末端电压的（相量）之差。“电压偏移”是指输电线某点的实际电压和额定 电压的（数值）的差。 3、由无限大的电源供电系统，发生三相短路时，其短路电流包含（强制/周期）分量和（自由/非周期）分量，短路 电流的最大瞬时的值又叫（短路冲击电流），他出现在短路后约（半）个周波左右，当频率等于50HZ时，这个时间应为（0.01）秒左右。 4、标么值是指（有名值/实际值）和（基准值）的比值。 5、所谓“短路”是指（电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接），在三相系统中短路的基本 形式有（三相短路），（两相短路），（单相短路接地），（两相短路接地）。 6、电力系统中的有功功率电源是（各类发电厂的发电机），无功功率电源是（发电机），（电容器和调相机），（并联 电抗器），（静止补偿器和静止调相机）。 7、电力系统的中性点接地方式有（直接接地）（不接地）（经消弧线圈接地）。 8、电力网的接线方式通常按供电可靠性分为（无备用）接线和（有备用）接线。 9、架空线是由（导线）（避雷线）（杆塔）（绝缘子）（金具）构成。 10、电力系统的调压措施有（改变发电机端电压）、（改变变压器变比）、（借并联补偿设备调压）、（改变输电线路参 数）。 11、某变压器铭牌上标么电压为220±2*2.5%，他共有（5）个接头，各分接头电压分别为（220KV）（214.5KV）（209KV） （225.5KV）（231KV）。 二：思考题 1.电力网，电力系统和动力系统的定义是什么？（p2） 答: 电力系统：由发电机、发电厂、输电、变电、配电以及负荷组成的系统。 电力网：由变压器、电力线路、等变换、输送、分配电能的设备组成的部分。 动力系统：电力系统和动力部分的总和。 2.电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？（p4-5） 答：电力系统的地理接线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及它们相互间的连接。但难以表示各主要电机电器间的联系。 电力系统的电气接线图主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机电器、线路之间的电气结线。但难以反映各发电厂、变电所、电力线路的相对位置。 3.电力系统运行的特点和要求是什么？（p5） 答：特点：（1）电能与国民经济各部门联系密切。（2）电能不能大量储存。(3)生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。（4）电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。（5）对电能质量的要求颇为严格。 要求：（1）保证可靠的持续供电。（2）保证良好的电能质量。（3）保证系统运行的经济性。 4.电网互联的优缺点是什么？（p7） 答：可大大提高供电的可靠性，减少为防止设备事故引起供电中断而设置的备用容量；可更合理的调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少联合系统中发电设备的总容量；可更合理的利用系统中各类发电厂提高运行经济性。同时，由于个别负荷在系统中所占比重减小，其波动对系统电能质量影响也减小。联合电力系统容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容高效率的机组。 5.我国电力网的额定电压等级有哪些？与之对应的平均额定电压是多少？系统各元件的额定电压如何确定？ （p8-9） 答：额定电压等级有（kv）：3、6、10、35、110、220、330、500 平均额定电压有（kv）：3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525 系统各元件的额定电压如何确定：发电机母线比额定电压高5%。变压器接电源侧为额定电压，接负荷侧比额定电压高10%，变压器如果直接接负荷，则这一侧比额定电压高5%。 6.电力系统为什么不采用一个统一的电压等级，而要设置多级电压？（p8） S 。当功率一定时电压越高电流越小，导线答：三相功率S和线电压U、线电流I之间的固定关系为
第一章能量管理系统 1.EMS的含义和作用 1).EMS 是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统，是预测、计划、控制和 培训的工具。 2).EMS 主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电网的调度中心。 3).EMS 涉及计算机硬软件的各个方面。它最终是通过EMS 应用软件来实现对电力系统 的监视、控制和管理。 2.EMS的主要内容 数据收集级(SCADA) ,能量管理级(GMS&OPS) 包括实时发电控制,系统负荷预测,发 电计划（火电调度计划）,机组经济组合,水电计划（水火电协调计划）,交换功率计划,燃料调度计划,机组检修计划. 网络分析级(NAS)包括实时网络状态分析,网络 结线分析,母线负荷预测,潮流,网络等值,网络状态监视,预想故障分析,安全约束调度,无功优化,最优潮流,短路电流计算,电压稳定分析,暂态分析.培训模拟级。 3.现有EMS存在的问题 1).EMS已得到了广泛的应用，但目前只停留在分布式独立计算分析阶段，多数高级应用 软件都需要人工调用，然后由调度员进行综合决策。2).在电网事故状态下，没有良好的事故分析、定位和恢复手段.3)电力改革使得情况更加复杂。 4.EMS的发展趋势 针对现有的EMS存在的问题，需加入决策系统，增强、扩充了网络分析功能，未来向着调度机器人的方向发展。 第二章电力系统潮流计算 1.潮流计算的定义 2.各种潮流计算的模型和算法的特点、适用范围以及相互之间的区别和联系。
(一) 高斯——塞德尔迭代法 该算法具有存储量小，程序设计简单的优点。 但收敛速度慢，阶梯式逼近时台阶的高度越来越小，以至于迭代次数过多。 算法特点： 1）在系统病态的情况下（重负荷节点负电抗支路较长辐射型线路长短线路接在同一节点上，且长短线路的比值很大），收敛困难。计算速度缓慢每次迭代速度很快，但由于结构松散耦合，节点间相互影响太小，造成迭代次数增加，收敛缓慢。 2）程序编制简便灵活 (二)、牛顿——拉夫逊迭代法（N_L）算法特点 1）平方收敛，开始时收敛比较慢，在几次迭代后，收敛得非常快，其迭代次数和系统的规模关系不大，如果程序设计良好，每次迭代的计算量仅与节点数成正比。 2）对初值很敏感，有时需要其他算法为其提供初值。 3）对函数的平滑性敏感，所处理的函数越接近线性，收敛性越好，为改善功率方程的非线性，实用中可以通过限制修正量的幅度来达到目的。但幅度不能太小。 4）对以节点导纳矩阵为基础的G_S法呈病态的系统，N_L法一般都能可靠收敛。牛顿迭代法有明显的几何解释：收敛速度：平方收敛收敛性：局部收敛 (三)、PQ分解法潮流 N_L法的J阵在每次迭代的过程中都要发生变化，需要重新形成和求解，这占据了N_L法的大部分计算时间，这也是N_L法速度不能提高的原因。 可能性：N_L法可以简化成为定雅可比矩阵法，如果固定的迭代矩阵构造得当，定雅可比矩阵法可以收敛，但只有线性收敛速度。 算法特点 1）用两个阶数几乎减半的方程组代替原方程组，显著减少了内存量和计算量 2）迭代矩阵为常数阵，只需形成求解一次，大大缩短每次迭代所需时间 3）迭代矩阵对称，可上（下）三角存储，减少内存量和计算量 4）基于以上原因，该算法内存需要量为N_L法的60%，每次迭代所需时间为N_L 法的1/5。5）线性收敛，收敛次数多于N_L法，但总的计算速度任能大幅度提高。 6）对R/X过大的病态条件以及线路特别重载的情况下，可能不收敛，一般适用于110kv及以上的电网。 7）由于算法的精确程度取决于 ，P-Q分解法的近似处理只影响计算过程，并不影响结果的精度。 3.影响潮流收敛性的因素以及如何改善潮流计算的收敛性。 （如果计算潮流不收敛，应该采用何种方法改进） 云杰的答案：主要是看潮流方程组本身是否有解，当方程组有解或者无实数解，或者方程组
电力系统稳定与控制小作业 学院：电气与电子工程学院 年级：2014级研究生 专业：电气工程 姓名：罗慧 学号：20140208080008 指导老师：罗杰
1. 为什么要进行派克变换？简述派克变换的物理含义？ 答：派克变换的原因有：(1) 转子的旋转使定、转子绕组间产生相对运动，致使定、转子绕组间的互感系数发生相应的周期性变化。 (2) 转子在磁路上只是分别对于d轴和q轴对称而不是任意对称的，转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。 ①变换后的电感系数都变为常数，可以假想dd绕组，qq绕组是固定在转子上的，相对转子静止。 ②派克变换阵对定子自感矩阵起到了对角化的作用，并消去了其中的角度变量。Ld,Lq,L0 为其特征根。 ③变换后定子和转子间的互感系数不对称，这是由于派克变换的矩阵不是正交矩阵。 ④Ld为直轴同步电感系数，其值相当于当励磁绕组开路，定子合成磁势产生单纯直轴磁场时，任意一相定子绕组的自感系数。物理意义上理解，它将观察者的角度从静止的定子绕组转移到随转子一同旋转的转子上，从而使得定子绕组自、互感，定、转子绕组间互感变成常数，大大简化了同步电机的原始方程。 派克变换的物理意义：将a、b、c三相静止的绕组通过坐标变换等效为d轴dd绕组、q轴qq绕组，与转子一同旋转 2.派克方程具有怎样的特点？ 答：派克方程它具有的特点是，派克方程是将三相电流 i、b i、c i a 变换成了等效的两相电流 i和q i，0dq i=P abc i。如果定子绕组内存在三 d 相不对称的电流，只要是一个平衡的三相系统，即满足
a i + b i + c i =0 当定子三相电流中存在不平衡系统时，即a i +b i +c i ≠0，此时三相电流时三个独立的变量，仅用两个新变量不足以代表原来的三个变量。 这时可以找出a i ='a i +0i ，b i =0'i i b +，0'i i i c c +=的关系，使0'''=++c b a i i i 。0i 为 零轴分量，其值为)(3/10c b a i i i i ++=。三相系统中的对称倍频交流和直流经过派克变换后，所得的d 轴和q 轴分量是基频电流，三相系统的对称基频交流则转化为dq 轴分量中的直流。 3. 为什么要引入暂态电势q E '和暂态电抗d X '，它们具有怎样的物理含义？ 答：我们引入暂态电动势'q E 和暂态电抗' d x 是为了暂态分析方便。暂态电动势' q E 在发电机运行状态突变瞬间数值保持不变，可以把突变前后的状态联系起来。 其的物理意义为：暂态电动势' q E 可看成无阻尼绕组发电机暂态过程中虚构的气隙电动势，暂态电抗' d x 是无阻尼绕组发电机在暂态开始瞬间的定子纵轴漏抗。 4. 试比较同步发电机各电动势（Q q q q d E E E E E '''''、、、、）、各电抗 （d q d d q X X X X X '''''、、、、）的大小？ 答： ' "" '"" d q d q d q Q q q d x x x x x E E E E E > >>>>>>> 5. 无阻尼绕组同步发电机端突然三相短路时定子、转子、等效绕组（d-d 、q-q ）中会出现哪些自由分量的电流？分别以什么时间常数衰减？ 答：他们会出现的自由分量电流有：基频交流分量（含强制分量和自
课程设计 ( 论文 )- 基于 MATLAB的电力系统单相短路故障分析与 仿真
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电力系统分析课程设计说明书题目：单相接地短路 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 1307 姓名：陈欢
目录 课程设计（论文）任务书 ----------------------- （1）引言 ------------------------------------------------------------------- （ 3）第一章．电力系统短路故障分析------------------------------- （ 4）第二章．电力系统单相短路计算-------------------- （ 5）2.1 简单不对称故障的分析计算---------------------- （ 5） 2.1.1. 对称分量法 ------------------- （5） 2.2 单相接地短路------------------------------ （ 6） 2.2.1. 正序等效定则 ---------------------------- （6） 2.2.2. 复合序网 --------------------------------- （6） 2.2. 3. 单相接地短路分析 --------------------------- （7）第三章．电力系统单相短路时域分析 ---------------- （ 10）3.1 仿真模型的设计与实现------------------------ （10） 3.1.1. 实例分析 -------------------------------- （10） 3.1.2. 仿真参数 ----------------------------- -- -- -- （11）3.2 仿真结果分析------------------------------- （13） 结束语 ----------------------------------------- （ 18）参考文献 --------------------------------------- （ 18）
1.电力系统各级的平均电压：3.15 ， 6.3，10.5，15.75，37，115，230，345，525（kV） 2.电压降落的纵分量电压降落的横分量 3.电力网络的简化方法：等值电源法，负荷移置法，星网变换 4.节点分类：PQ节点，PV 节点，平衡节点 5.电力系统无功率电源：同步发电机、调相机、静电电容器、静止补偿器。 6.调压措施：发电机调压、改变变压器的变比调压、利用无功补偿设备调压。 7.中枢点调压方式：逆调压、顺调压、常调压。 8.中性点接地方式：直接接地、不接地、从属于不接地方式的经消弧线圈接地。 9.电晕影响：消耗有功功率、泄漏电流。 阻尼绕组的作用：电力系统的扰动起到阻尼的作用。 10.变压器参数：电阻、电抗、电导、电纳。 11.极限切除角：加速面积等于最大可能减速面积时对应的切除角。 12.短路冲击电流：短路电流的最大可能瞬时值。 13.电压降落：指串联阻抗元件首末两端电压的向量差。 14.电力系统：指由发电机、各类变电所和输电线路以及电力用户组成的整体。 15.电力系统运行的基本要求：①保证可靠的持续供电②保证良好的电能质量③保证系统运行的经济性。 16.调整潮流的手段有：串联电容(抵偿线的感抗)、串联电抗（限流）、附加串联加压器。 17.短路：指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间连接。 18.短路的类型：三相短路、二相短路、二相接地短路和单相接地短路。 19.无功负荷的无功特性：分串联之路和并联之路。 20.闭式电力网络分类：简单环式、两端供电式网络。 21.电压降落、电压损耗、电压偏移的定义有所不同：网络元件的电压降落是指元件首末端两点电压的相量差，即；把两点间电压绝对值之差称为电压损耗，用表示，；电压偏移是指网络中某点的实际电压同网络该处的额定电压之差，可以用KV表示，也可以用额定电压的百分数表示。若某点的实际电压为V，该处的额定电压为，则用百分数表示的电压偏移为，电压偏移（%） 22.潮流方程中节点的分类及相应的定义：⑴节点可分为：PQ节点、PV节点和平衡节点三种类型。（2）各类节点介绍：①PQ节点的有功功率P和无功功率Q是给定的，节点电压（V，δ）是待求量；②PV节点的有功功率P和电压幅值V是给定的，节点的无功功率Q和电压的相位δ是待求量；③平衡节点在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此，网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡。 23.潮流计算的基本步骤：①形成节点导纳矩阵②设定节点电压的初值③将各节点电压初值代入求得修正方程式中的不平衡量④将各节点电压初值代入求雅可比矩阵的各元素⑤求解修正方程式，求得各节点电压的增量⑥计算各节点电压的新值，返回第3步进入下一次迭代，直到满足收敛判据为止。⑦最后计算平衡节点功率和线路功率、损耗。 24.降低网损的技术措施：①提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率；②改善网络中的功率分布； ③合理地确定电力网的运行电压水平；④组织变压器的经济运行；⑤对原有电网进行技术改造。 25.等面积定则：发电机受大扰动后转子将产生相对运动,当代表动能增量的加速面积和减速面积大小相等时，转子动能增量为零，发电机重新恢复到同步速度 26.引起电力系统大扰动的主要原因：①负荷的突然变化，如投入或切除大容量的用户等②切除或投入系统的主要元件，如发电机、变压器及线路等③发生短路故障，短路故障扰动最严重，作为检验系统是否具有暂态稳定的条件。 27.三相短路电流计算机算法的基本步骤：①输入数据；②形成节点导纳矩阵；③应用节点导纳矩阵计算点的自阻抗、互阻抗Z1k,…Zkk,…Znk。④计算短路点的三相短路电流
电力系统分析课程总结报告 学院（部）：电气学院 专业班级：电气工程学生姓名：** 指导教师：**** 2014年6 月28 日
目录 1电力系统概述和基本概念 (1) 1.1电力系统概述 (1) 1.2电力系统中性点的接地方式 (3) 2电力系统元件参数和等值电路 (3) 2.1电力线路参数和等值电路 (4) 2.2变压器、电抗器的参数和等值电路 (4) 2.3发电机和负荷的参数及等值电路 (5) 2.4电力网络的等值电路 (5) 3简单电力网络潮流的分析与计算 (6) 3.1电力线路和变压器的功率损耗和电压降落 (6) 3.2开式网络的潮流计算 (7) 3.3环形网络的潮流分布 (7) 4电力系统潮流的计算机算法 (7) 4.1电力网络的数学模型 (8) 4.2等值变压器模型及其应用 (8) 4.3节点导纳矩阵的形成和修改 (8) 4.4功率方程和变量及节点分类 (9) 4.5高斯-塞德尔法潮流计算 (9) 4.6牛顿-拉夫逊法潮流计算 (9) 4.7P-Q分解法潮流计算 (9) 5电力系统有功功率的平衡和频率调整 (10) 5.1电力系统中有功功率的平衡 (10) 5.2电力系统的频率调整 (11) 6电力系统的无功功率平衡和电压调整 (11) 6.1电力系统中无功功率的平衡 (12) 6.2电力系统的电压管理 (12) 6.3电力系统的几种调压方式 (13) 6.4电力线路导线截面的选择 (13) 7电力系统各元件的序参数和等值电路 (14)
7.1对称分量法 (14) 7.2同步发电机的负序电抗和零序电抗 (14) 7.3异步电动机的参数和等值电路 (15) 7.4变压器的零序参数和等值电路 (15) 7.5电力系统的序网络 (15) 8电力系统故障的分析与实用计算 (15) 8.1由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算 (16) 8.2电力系统三相短路的实用计算 (16) 8.3电力系统不对称短路的分析与计算 (16) 8.4电力系统非全相运行的分析 (17) 9机组的机电特性 (17) 9.1电力系统运行稳定性的基本概念 (17) 9.2同步发电机组的运动方程式 (17) 9.3发电机的功-角特性方程式 (18) 9.4异步电动机的机电特性 (18) 9.5自动调节励磁系统对功-角特性的影响 (18) 10电力系统的静态稳定性 (19) 10.1电力系统静态稳定性的基本概念 (19) 10.2小扰动法的基本原理和分析在电力系统静态稳定性中的应用 (19) 10.3电力系统电压、频率及负荷的稳定性 (20) 10.4调节励磁对电力系统静态稳定性的影响 (20) 10.5保证和提高电力系统静态稳定性的措施 (20) 11电力系统的暂态稳定性 (21) 11.1电力系统暂态稳定性概述 (21) 11.2简单电力系统暂态稳定性的定性分析 (22) 11.3简单电力系统暂态稳定性的定量分析 (22) 11.4发电机转子运动方程的数值解法 (22) 11.5提高电力系统暂态稳定性额措施 (23) 致谢 (23)
一、解释下列名词和术语 1、能量管理系统：EMS主要包括SCADA系统和高级应用软件。高级应用软件从发电和输配电的角度来分，发电部分包括AGC等，输配电部分包括潮流计算、状态估计、安全分析及无功优化。其功能是根据电力系统的各种两侧信息，估计出电力系统当前的运行状态。 2、支路潮流状态估计：进行状态估计所需的原始信息只取支路潮流量测量，而不用节点量。在计算推导过程中，将支路功率转变成支路两端电压差的量，最后得到与基本加权最小二乘法类似的迭代修正公式。 3、不良数据：误差特别大的数据。由于种种原因（如系统维护不及时等），电力系统的遥测结果可能远离其真值，其遥信结果也可能有错误，这些量测称为坏数据或不良数据； 4、状态估计：利用实时量测系统的冗余度提高系统的运行能力，自动排除随机干扰引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态。 5、冗余度：全系统独立量测量与状态量数目之比，一般为1.5-3.0 6、最小二乘法：以量测值z和测量估计值之差的平方和最小为目标准则的估计方法。 7、静态等值：在一定稳态条件下，内部系统保持不变，而把外部系统用简化网络来代替，这种与潮流计算，静态安全分析有关的简化等值方法就是电力系统的静态等值； 8、静态安全分析：电力系统的静态安全分析只考虑事故后系统重新进入新稳定运行情况的安全性，而不考虑从当前运行状态向事故后新稳定运行状态转变的暂态过程，其主要内容包括预想事故评定、自动事故选择以及预防控制。 9、预想事故自动筛选：静态安全分析中，先用简化潮流计算方法对预想事故集中的每一个事故进行近似计算，剔除明显不会引起安全问题的预想事故，且按事故的严重性进行排序，组成预想事故一览表，然后用更精确的潮流算法对表中的事故依次进行分析 10、电力系统安全稳定控制的目的：实现正常运行情况和偶然事故情况下都能保证电网各运行参数均在允许范围内，安全、可靠的向用户供给质量合格的电能。也就是说，电力系统运行是必须满足两个约束条件：等式约束条件和不等式约束条件。 11、小扰动稳定性/静态稳定性：如果对于某个静态运行条件，系统是静态稳定的，那么当受到任何扰动后，系统达到一个与发生扰动前相同或接近的运行状态。这种稳定性即称为小扰动稳定性。也可以称为静态稳定性。 12、暂态稳定性/大扰动稳定性：如果对于某个静态运行条件及某种干扰，系统是暂态稳定的，那么当经历这个扰动后系统可以达到一个可以接受的正常的稳态运行状态。 13、动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。 14、极限切除角：保持暂态稳定前提下最大运行切除角，即最大可能的减速面积与加速面积大小相等的稳定极限情况下的切除角。 15 常规潮流计算的任务：根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，如各母线电压，网络中的功率分布以及功率损耗。 16 静态特性：在潮流计算时计及电压变化对各节点负荷的影响。
电力系统分析考点总结(吐血整理)汇总 电机转子在结构上对于纵轴和横轴分别对称；3，定子的a，b，b三相绕组的空间位置互差120度电角度，在结构上完全相同，他们均在气隙中长生正弦分布的磁动势；4，电机空载，转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势在定子绕组所感应的空载电势是时间的正弦函数；5，定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感，即认为电机的定子和转子具有光滑的表面。假定正向的选择定子回路中，定子电流的正方向即为由绕组中性点流向端点的方向，各相感应电势的正方向和相电流的相同，向外电路送出纵向相电流的极端相电压是正的。在转子方面，各个绕组感应电势的正方向与本绕组电流的正方向相同。向励磁绕组提供正向励磁电流的外加励磁电压是正的。两个阻尼回路的外加电压均为零。帕克变换目的（为何进行）：在磁链方程中许多电感系数都是随转子角a而周期变化。转子角a又是时间的函数，因此，一些自感系数和互感系数也是将随时间而周期变化。若将磁链方程式带入电磁方程式，则电磁方程将成为一组以时间的周期函数为系数的微分方程。这类方程组的求解是颇为困难的。为了解决这个困难，可以通过坐标变换，用一组新的变量代替原来的变量，将变系数的微分方程变换成为常系数微分方程，然后求解。物理意义：采用派克变换，实现从a，b，c坐标系到d，q，o坐标系的转换，把观察者的立场从静止的定子上转到了转子，定子
的三相绕组被两个同转子一起旋转的等效dd绕组和qq绕组所代替，变换后，磁链方程的系数变为常说，大大简化计算同步电机基本方程的实用化中采用了哪些实用化假设？其实用化范围是什么？基本方程的实用化中采用了以下实用化假设（1）转子转速不变并等于额定转速。（2）电机纵轴向三个绕组只有一个公共磁通，而不存在只同两个绕组交链的漏磁通。为了便于实际应用，还可根据所研究问题的特点，对基本方程作进一步的简化。（3）略去定子电势方程中的变压器电势，即认为ψd=ψq=0，这条假设适用于不计定子回路电磁暂态过程或者对定子电流中的非周期分量另行考虑的场合。（4）定子回路的电阻只在计算定子电流非周期分量衰减时予以计及，在其他计算中则略去不计。上述四项假设主要用于一般的短路计算和电力系统的对称运行分析。第四章 1、节点导纳矩阵的主要特点。（1，导纳矩阵的元素很容易根据网络接线图和支路参数直观地求得，形成节点导纳矩阵的程序比较简单2，导纳矩阵是稀疏矩阵，它的对角线元素一般不为零，但在非对角线元素中则存在不少零元素。）节点导纳矩阵的修改1，从网络的原有节点i引出一条导纳为yik的支路，同时增加一个节点k。由于节点数加一，导纳矩阵将增加一行一列。新增的对角线元素Ykk=Yik。新增的非对角元素中，只有Yik=Yki=-yik，其余的元素都为零。矩阵的原有部分，只有节点i的自导纳应增加△Yii=yik。2，在网络的原有节点i，j之间增加一条导纳为yij的支路。由于只增加支路不增加节点，故导纳矩阵的阶
(单选题)1: 根据元件约束及拓扑约束建立一组方程，并求满足该组方程的变量解的分析方法称为:（）。 A: 解析法 B: 图解法 C: 网络法 D: 变量法 正确答案: (单选题)2: 高斯消元法是（）直接解决法中最优秀的解法之一。 A: 线性方程 B: 非线性方程 C: 微分方程 D: 积分方程 正确答案: (单选题)3: 反射系数越小，输入阻抗与电源内阻相差越（）。 A: 大 B: 小 C: 先小后大 D: 先大后小 正确答案: (单选题)4: 节点导纳矩阵行和列中元素之和为（）。 A: 0 B: 1 C: 2 D: 3 正确答案: (单选题)5: 任意响应的变换式都是各激励变换式的（）。 A: 线性组合 B: 非线性组合 C: 正弦函数 D: 余弦函数 正确答案: (单选题)6: 对一般大规模的电路来讲，元件的数目是节点数目的（）。 A: 1~2倍 B: 2~4倍 C: 4~6倍 D: 6~8倍 正确答案: (单选题)7: PSpice交流分析中所有参量和变量均为:（）。
A: 正数 B: 负数 C: 实数 D: 复数 正确答案: (单选题)8: 基尔霍夫定律使电路受到（）约束。 A: 时域 B: 频域 C: 拓扑 D: 电流 正确答案: (单选题)9: 当终端开路时，终端反射系数为：（）。 A: 0 B: 1 C: 2 D: 3 正确答案: (单选题)10: 理想运算放大器的频带范围是:（）。 A: 0~∞ B: 0~100 C: 0~1000 D: 0~10000 正确答案: (多选题)11: 开关电容滤波器包含：（）。 A: MOS开关 B: MOS运放 C: 电容 D: 电阻 正确答案: (多选题)12: 在电路分析与设计中，所采用的归一化方法主要是对（）同时归一化。A: 电压 B: 电流 C: 频率 D: 阻抗 正确答案: (多选题)13: 拉普拉斯变换法求解时域解的全过程是:（）。 A: 将一给定的时域方程对应到复变量域的代数方程 B: 求s域解
广东工业大学华立学院课程设计（论文） 课程名称电力系统分析 题目名称复杂网络N-R法潮流分析与计算设计学生学部（系）电气工程系 专业班级08电气2班 学号12030802020 学生姓名 指导教师罗洪霞
2011 年 6 月12 日 目录 一. 基础资料 (3) 1.1 系统图的确定 (3) 1.2 各节点的初值及阴抗参数 (4) 二. 基本公式和变量分类 (5) 三. 设计步骤 (7) 3.4基本步骤 (8) 3.4方案选择及说明 (8) 四. 程序设计 (9) 4.1 MATLAB编程说明及元件描述 (9) 4.2源程序 (10) 4.3结果显示 (11) 五. 实验结论 (12) 六．参考文献 (13)
复杂网络N-R 法潮流分析与计算设计 一. 基础资料 1. 系统图的确定 选择六节点、环网、两电源和多引出的电力系统，简化电力系统图如图（1）所示，等值阻抗图如图（2）所示。运用以直角坐标表示的牛顿—拉夫逊计算如图（1）系统中的潮流分布。计算精度要求各节点电压的误差与修正量不大于510ε-=。
2.各节点的初值及阻抗参数 该系统中，节点①为平衡节点，保持 11.050 U j =+为定值，节点⑥为PV节点，其他四个节点都是PQ节点。给定的注入电压标幺值、线路阻抗标幺值、输出功率标幺值分别为表a、表b、表c中的数据。 线路对地导纳标幺值一半 00.25 Y j =及线路阻抗标幺值、输出功率标幺值和变压器变比标幺值如图（2）所示的注释。 表a 各节点电压标幺值参数
二. 基本公式和变量分类 本例所需公式有以下几类： （1）.节点电压U 和节点导纳矩阵Y 。 （2）.变量分类。在潮流问题中，任何复杂的电力网和电力系统都可以归结为以下元件（参数）组成。 1）.发电机（注入电流或功率）。 2）.负载（负的注入电流或功率）。 3）.输电线支路（电抗、电阻）。 4）.变压器支路（电阻、电抗、变化）。 5）.变压器对地支路（导纳和感纳，本例中忽略）。 6）.母线上的对地支路（阻抗或导纳，本例中忽略）。 7）.线路上的对地支路（一般为线路电容导纳）。 （3）.功率方程。电力系统的潮流方程的一般形式为： 1 n i ij i i i i i j j S P jQ U I U Y U * * * ==+=?=?∑ 1 ()(123n i i i ij j j i P jQ I Y U i U * ** =+===∑、、、...、n) （1-1） 潮流方程具有的特点是：①他能表征电力系统稳态运行特性； ②其为一组非线性方程，只能用迭代方法求其数值解；③方程中的电压U 和导纳Y 即可表示为直角坐标，又可表示为极坐标。因而潮流方
1、有发电厂中的电气部分、各类变电所、输配电线路及各种类型的用电器组成的整体，称为电力系统 2、按电压等级的高低，电力网可分为：1低压电网（<1kv）2中低电网（1