实验三 电力系统暂态稳定分析
电力系统暂态稳定计算实际上就是求解发电机转子运动方程的初值问题，从而得出δ-t 和ω-t 的关系曲线。每台发电机的转子运动方程是两个一阶非线性的常微分方程。因此，首先介绍常微分方程的初值问题的数值解法。
一、常微分方程的初值问题 （一）问题及求解公式的构造方法
我们讨论形如式（3-1）的一阶微分方程的初值问题
??
?=≤≤='00
)(),,()(y x y b
x a y x f x y （3-1） 设初值问题（3-1）的解为)(x y ，为了求其数值解而采取离散化方法，在求解区间[b a ,]上取一组节点
b x x x x x a n i i =<<<<<<=+ 110
称i i i x x h -=+1（1,,1,0-=n i ）为步长。在等步长的情况下，步长为
n
a
b h -=
用i y 表示在节点i x 处解的准确值)(i x y 的近似值。
设法构造序列{}i y 所满足的一个方程（称为差分方程）
),,(1h y x h y y i i i i ??+=+ （3-2）
作为求解公式，这是一个递推公式，从（0x ，0y ）出发，采用步进方式，自左相右逐步算出)(x y 在所有节点i x 上的近似值i y （n i ,,2,1 =）。
在公式（3-2）中，为求1+i y 只用到前面一步的值i y ，这种方法称为单步法。在公式（3-2）中的1+i y 由i y 明显表示出，称为显式公式。而形如（3-3）
),,,(11h y y x h y y i i i i i ++?+=ψ （3-3）
的公式称为隐式公式，因为其右端ψ中还包括1+i y 。
如果由公式求1+i y 时，不止用到前一个节点的值，则称为多步法。 由式（3-1）可得
dy =dx y x f ),( （3-4）
两边在[i x ，1+i x ]上积分，得
?
++
=+1
))(,()()(1i i
x x i i dx x y x f x y x y （3-5）
由此可以看出，如果想构造求解公式，就要对右端的积分项作某种数值处理。这种求解公式的构造方法叫做数值积分法。
（二）一般的初值问题的解法
1． 欧拉法和改进欧拉法
对于初值问题（3-1），采用数值积分法，从而得到（3-5）。对于（3-5）右端的积分用矩形公式(取左端点)，则得到
?
+?≈1
))(,())(,(i i
x x i i x y x f h dx x y x f
进而得到（3-1）的求解公式（3-2）
),(1i i i i y x f h y y ?+=+ （i =0，1，2，n-1） （3-6）
此公式称为欧拉（Euler ）格式。
如果对式（3-5）右端的积分用梯形公式
)))(,())(,((2
))(,(111
++?
++?≈
i i x x i i x y x f x y x f h
dx x y x f i i
则可以得到初值问题（3-1）的梯形求解公式如式（3-7）
[]),(),(2
111=+++?+
=i i i i i i y x f y x f h
y y （i =0，1，2，n-1） （3-7） 式（3-7）是个隐式公式。可以采取先用欧拉格式求一个)(1+i x y 的初步近似值，记作1+i y ，称之为预报值，然后用预报值1+i y 替代式（3-7）右端的1+i y ，再计算得到1+i y ，称之为校正值，这样建立起来的预报－校正方法称为改进欧拉格式
[]??
?
??+?+=?+=++++),(),(2),(1111i i i i i i i i i i y x f y x f h y y y x f h y y （3-8）
2． 龙格—库塔方法
在单步法中，应用最广泛的是龙格－库塔（Runge-kutta ）法，简称R －K 法。下面直接给出一种四阶的龙格－库塔法的计算公式（3-9）
????
???????
++?=++?=++?=?=++++==)
,()
21,2()
21
,2()
,()22(6
1342
3121
43211
K y h x f h K K y h x f h K K y h x f h K y x f h K K K K K y y i i i i i i i i i i （3-9） 它也称为标准（古典）龙格－库塔法。 例3-1 研究下列微分方程的初值问题
?????=-+='0
)0(2112
2y y x
y 解：
这是一个特殊的微分方程，其解的解析式可以给出，为
2
1x x
y +=
应用龙格－库塔法，取h =0.25，根据式（3-9）编写一段程序，由零开始自左相右逐步算出)(x y 在所有节点i x 上的近似值i y 。计算结果见表3-1。计算结果表明，四阶龙格－库塔方法的精度是较高的。
表3-1
实际上，MATLAB 为常微分方程提供了很好的解题指令，使得求解常微分方程变得很容易，并且能将问题及解答表现在图形上。因此，我们可以不用根据式（3-9）编写较复杂的程序，而只需应用MATLAB 提供的常微分方程解题器来解决问题。下面给出用MATLAB 编写的解题程序。
首先编写描述常微分方程的ODE 文件，文件名为ˊmyfun ˊ，便于解题器调用它。
function dy = myfun(x,y) dy = zeros(1,1); dy=1/(1+x^2)-2*y^2;
再编写利用解题器指令求解y 的程序。
clear x0=0; for i=1:4 xm=2*i;
y0=0;
[x,y] = ode45('myfun',[x0 xm],[y0]); format long y(length(y)) end
plot(x,y,'-')
运行上述程序，在得到几个点的函数值的同时，也得到函数y 的曲线，如图3-1所示。
图3-1 根据运算结果画出y 的曲线
二、简单电力系统的暂态稳定性 （一）物理过程分析
某简单电力系统如图3-2(a)所示，正常运行时发电机经过变压器和双回线路向无限大系统供电。发电机用电势E
' 作为其等值电势，则电势E ' 与无限大系统间的电抗为 212
T L
T d
x x x x x +++'=I （3-10） 这时发电机发出的电磁功率可表示为
δδsin sin M P x U
E P I I
I ='=
（3-11） 如果突然在一回输电线路始端发生不对称短路，如图3-2(b)所示。故障期间发电机电势E
' 与无限大系统之间的联系电抗为 ?
II ++'++++'=x x x x x x x x x x T L
T d
T L
T d
)2)(()2
()(2121 （3-12）
在故障情况下发电机输出的电磁功率为
δδsin sin M P x U
E P II II
II ='=
（3-13） 在短路故障发生之后，线路继电保护装置将迅速断开故障线路两端的断路器，如图3-2(c)所示。此时发电机电势E
' 与无限大系统间的联系电抗为
21T L T d
x x x x x +++'=III （3-14） 发电机输出的功率为
δδsin sin M P x U
E P III III
III ='=
（3-15） U =c
E
~
G T 1
T 2
L
~
jx jx jx x j 'U
E
' (c )
L
jx 1
T jx 2T jx d
x j 'U
图3-2 简单电力系统及其等值电路
（a ）正常运行方式及其等值电路；（b ）故障情况及其等值电路；（c ）故障切除后及其等值电路
如果正常时发电机向无限大系统输送的有功功率为0P ，则原动机输出的机械功率T P 等于0P 。假定不计故障后几秒种之内调速器的作用，即认为机械功率始终保持0P 。因此，可以得到此简单电力系统正常运行、故障期间及故障切除后的功率特性曲线如图3-3所示。
0δk c
m h 0
P P T =P
δ
图3-3 简单系统正常运行、故障期间及故障切除后的功率特性曲线
对于上述简单电力系统，我们可以根据等面积定则求得极限切除角。但是，实际工作需要知道在多少时间之内切除故障线路，也就是要知道与极限切除角对应的极限切除时间。要解决这个问题，必须求解发电机的转子运动方程。 （二）求解发电机的转子运动方程
求解发电机转子运动方程可以得出δ-t 和ω-t 的关系曲线。其中δ-t 曲线一般称为摇摆曲线。在上述简单电力系统中故障期间的转子运动方程为
???
????-=-=II )sin (1
)1(1
δωωωδ
M T J P P T dt d dt
d （3-16） 式中，δ——功率角，其单位为弧度；ω——转子角速度，标幺值；1ω——转子的同步角速度，即1ω=f π2=314.16，其单位为弧度/秒；J T ——发电机的惯性时间常数，其单位为秒；T P 、M P II ――分别为机械和电磁功率，标幺值。
这是两个一阶的非线性常微分方程，它的起始条件是已知的，即
t =0t =0； ω=0ω=1.0；δ=0δ=M
T
P P I -1
sin 故障切除后，由于系统参数改变，以致发电机功率特性发生变化，必须开始求解另一组微分方程：
???
????-=-=III )sin (1
)1(1
δωωωδ
M T J P P T dt d dt
d （3-17） 式中变量含义同前述，其中M P III 也为标幺值。这组方程的起始条件为
t =c t ；δ=c δ；ω=c ω
其中c t 为给定的切除时间；c δ、c ω为与c t 时刻对应的δ和ω，它们可由故障期间的δ-t 和ω-t 的关系曲线求得（δ和ω都是不突变的）。一般来说，在计算故障发生后几秒种的过程中，如果δ始终不超过180o，而且振荡幅值越来越小，则系统是暂态稳定的。
当发电机与无限大系统之间发生振荡或失去同步时，在发电机的转子回路中，特别是阻尼绕组中将有感应电流而形成阻尼转矩（也称为异步转矩）。当作微小振荡时，阻尼功率可表达为：
D P =ω?D =)1(-ωD （3-18）
式中，D 称为阻尼功率系数；ω?为转子角速度的偏移量，标幺值；ω为转子角速度，标幺值。阻尼功率系数D 除了与发电机的参数有关外，还和原始功角、δ?的振荡频率有关。在一般情况下它是正数。在原始功角较小，或者定子回路中有串联电容使定子回路总电阻相对于总电抗较大时，D 可能为负数。如果考虑阻尼功率的影响，则故障后的转子运动方程又可表达为
???
????---=-=III ]sin )1([1
)1(1
δωωωωδ
M T J P D P T dt d dt
d （3-19） 电力系统暂态稳定计算包括两类问题，一类是应用数值计算法得出故障期间的曲线后，根据曲线找到与极限切除角对应的极限切除时间，此时只需要求解微分方程（3-16）；另一类是已知故障切除时间，需要求出摇摆曲线来判断系统的稳定性，此时需要分段分别求解微分方程（3-16）和（3-17）。如果考虑阻尼转矩的影响，则此时需要分段分别求解微分方程（3-16）和（3-19）。 三、例题
例3-2 某简单电力系统如图3-4所示，取基准值B S =220MV A ，B U =209KV 。换算后的参
数已经标在图中，其中一回线的电抗L x =0.486，J T =8.18秒。设电力线路某一回的始端发生两相接地短路。假定E '=常数。（1）计算保持暂态稳定而要求的极限切除角。（2）计算极限切除时间，并且作出在0.15秒切除故障时的δ-t 曲线。
~
G
T 1
T 2
L
k
d
x '1T x L x 2T x 0P 0Q U =0.122=1.0=0.486
=0.138
=0.432=0.295L
L x x 40==1.0
=0.2
2x
图3-4 某简单电力系统的接线图
解：计算系统正常运行方式，决定E '和0δ。 由3-3(a)的正序网络可得，此时系统的总电抗为
I x =0.295+0.138+0.243+0.122=0.798
发电机的暂态电势为：
E '=2
2)0
.1798.00.1()0.1798.02.00.1(?+?+
=1.41 0δ=1
-tg 798
.02.00.1798
.0?+=34.53o
（2）故障后的功率特性
又由3-3(b)的负序、零序网络可得故障点的负序、零序等值电抗为
∑2x =
)
122.0243.0()138.0432.0()
122.0243.0()138.0432.0(++++?+=0.222
∑0x =
)
122.0972.0(138.0)
122.0972.0(138.0+++=0.123
所以在正序网络故障点上的附加电抗为：
079.0123
.0222.0123
.0222.0=+?=
?x
于是故障时等值电路如图3-3(c)所示，则
80.2079
.0365
.0433.0365.0433.0=++
+=II x
因此，故障期间发电机的最大功率为：
504.08
.20
.141.1=?='=
II II x U E P M （3）故障切除后的功率特性
故障切除后的等值电路如图3-3(d)所示
041.1122.0486.0138.0295.0=+++=III x
此时最大功率为
35.1041
.10
.141.1=?='=
III III x U E P M 01
02.13235
.10
.1sin 180=-=-h δ
2
.00=Q ='E 0=δ
j 0.295j 0.138j 0.486j 0.122
(a )(b )
(c )
)
(d ='E 41.1='E U =1.0
图3-5 例題7-12的等值电路
（a ）正常运行等值电路；（b ）负序和零序等值电路；（c ）故障时等值电路；（d ）故障切除后等值电路
（4）计算极限切除角
M
M M h M h T cm P P P P P II III II III --+-=
0cos cos )(cos δδδδδ
=
504
.035.153.34cos 504.02.132cos 35.1)53.342.132(180
0.10
0--+-?
π
=0.458
cm δ074.62=
（5）找出极限切除时间cm t 根据（3-16），首先计算初值
6027.0180
53
.340=?=
πδ，0.10=ω 令y(1)=δ，y(2)=ω。编写描述故障期间转子运动方程的ODE 文件，文件名为ˊmyequ ˊ。
function dy = myequ(t,y) dy = zeros(2,1); f=50;w1=2*pi*f; dy(1) = (y(2)-1)*w1;
dy(2) = (1/8.18)*(1.0-0.504*sin(y(1)));
再编写利用解题器指令求解y 的程序。
clear
t0=0;tm=0.25;
d0=(34.53/180)*pi;w0=1;
[T,Y] = ode45('myequ',[t0 tm],[d0 w0]); plot(T,(Y(:,1)/pi)*180,'-',0.194,62.76,'*')
text(0.194,60,'\delta_{cmax}=62.76\circ','FontSize',10) text(0.194,56,'t_{cmax}=0.194s','FontSize',10)
图3-6 例題7-12的δ-t 曲线
图3-6给出短路发生后0秒到0.25秒期间的δ-t 计算曲线，根据最大切除角cm
δ
（0
t为0.194秒。由图3-6可见，如果故障切除时间大于0.194 62
=）找到极限切除时间
.
74
cm
秒，则发电机的功角将不断地增大，最终失去暂态稳定。在极限切除时间之前切除故障，发电机的摇摆曲线的状况将在下面作计算、分析。
（6）不考虑阻尼转矩的影响，当故障切除时间为0.15秒时通过计算得出δ-t曲线
首先编写描述故障期间转子运动方程的ODE文件，文件名为”myfun01”。
function dy = myfun01(t,y)
f=50; w1=2*pi*f;
TJ=8.18; Pt=1.0; P2m=0.504;
dy = zeros(2,1);
dy(1) = (y(2)-1)*w1;
dy(2) = (1/TJ)*(Pt-P2m*sin(y(1)));
再编写描述故障切除后转子运动方程的ODE文件，文件名为”myfun02”。
function dy = myfun02(t,y)
f=50; w1=2*pi*f;
TJ=8.18; Pt=1.0; P3m=1.35;
dy = zeros(2,1);
dy(1) = (y(2)-1)*w1;
dy(2) = (1/TJ)*(Pt-P3m*sin(y(1)));
编写利用解题器指令求解y的小程序。
clear
t0=0; tc=0.15; tm=2.0;
d0=(34.53/180)*pi; w0=1.0;
[T1,Y1] = ode45('myfun01',[t0 tc],[d0 w0]);
dc=Y1(length(Y1),1);
wc=Y1(length(Y1),2);
[T2,Y2] = ode45('myfun02',[tc tm],[dc wc]);
plot(T1,(Y1(:,1)/pi)*180,'-',T2,(Y2(:,1)/pi)*180,'-',tc,(dc/pi)*180,' *')
text(0.28,50,'\it{t}_{c}=0.15s','FontSize',8)
text(0.28,43,'\it{\delta}_{c}=51.71\circ','FontSize',8)
xlabel('\it{t}')
ylabel('\it{\delta}')
计算结果表明，功角δ沿着故障切除后的功角特性曲线根据等面积定则作等幅振荡，如图3-7所示。实际上，由于阻尼转矩的影响，振荡的幅度是逐渐衰减的，功角δ最终运行在
δ=47.8o。因此，发电机能够保持暂态稳定。
k
δ曲线
图3-7 不考虑阻尼转矩影响，当0.15秒切除故障时发电机的t-
（7）考虑阻尼转矩的影响，当故障切除时间为0.15秒时通过计算得出δ-t曲线描述故障期间转子运动方程的ODE文件与（6）相同，文件名也为”myfun01”。
重新编写描述故障切除后转子运动方程的ODE文件，文件名为”myfun03”，阻尼功率系数D取为15。
function dy = myfun03(t,y)
f=50; w1=2*pi*f;
TJ=8.18; Pt=1.0; P3m=1.35;
D=15;
dy = zeros(2,1);
dy(1) = (y(2)-1)*w1;
dy(2) = (1/TJ)*(Pt-D*(y(2)-1)-P3m*sin(y(1)));
再编写利用解题器指令求解y的小程序。
clear
t0=0; tc=0.15; tm=4;
d0=34.53*3.14/180; w0=1;
[T1,Y1] = ode45('myfun01',[t0 tc],[d0 w0]);
dc=Y1(length(Y1),1);
wc=Y1(length(Y1),2);
[T2,Y2] = ode45('myfun03',[tc tm],[dc wc]);
plot(T1,(Y1(:,1)/pi)*180,'-',T2,(Y2(:,1)/pi)*180,'-',tc,(dc/pi)*180,' *')
text(0.3,50,'\it{t}_c=0.15s','FontSize',8)
text(0.28,43,'\it{\delta}_{c}=51.71\circ','FontSize',8)
xlabel('\it{t}')
ylabel('\it{\delta}')
图3-8 不考虑阻尼转矩影响，当0.15秒切除故障时发电机的t -δ曲线
计算结果表明，功角δ沿着故障切除后的功角特性曲线作减幅振荡，如图3-8所示。功角δ最终运行在k δ=47.8o。因此，发电机能够保持暂态稳定。
电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析 课程实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 1 月日
电力电子技术与电力系统分析课程实训报告 1 电力电子技术实训报告 1.1 实训题目 1.1.1电力电子技术实训题目一 一．单相半波整流 参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： (1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 (2)晶闸管的参数设置如下： R=0.001Ω，L =0H，V f=0.8V，R s=500Ω，C s=250e-9F on (3)负载的参数设置 RLC串联环节中的R对应R d，L对应L d，其负载根据类型不同做不同的调整。 (4)完成以下任务： ①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的R d= Ω，电感L d=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L 和晶闸管两端电压U vt1的波形。 d ②仿真绘出阻感性负载下（负载R d=Ω，电感L d为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形。 ③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形，注意反电动势E的极性。 (5)结合仿真结果回答以下问题： ①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?
ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY 《电力系统分析》课程设计 院（部）名称：电子信息与电气工程 专业班级：电气工程及其自动化2011级1班 学生姓名：王江平 学号：201111020067 8-42如图1所示电力系统中，有一个容量和内电抗不详的系统C；发电机G的额定容 量为250MVA，X'' d =0.12；变压器T的额定容量为240MVA，U K （%）=10.5；电力线 路L 1长为20km，x 1 =0.4Ω/km；L 2 长为10km，x 1 =0.4Ω/km。 在下述三种情况下，分别求K点三相短路时短路电流。 ①系统C的115kV母线上，断路器QF的断开容量为1000MVA；②系统C的变电所115kV母线三相短路时，由系统C供给的短路电流为1.5kA；③系统C是无限大容量电力系统。 解（1）参数计算。取S B =1000MVA，U B =U av n g =115kV，则得 I B 5.02 ==() kA（2-74） 各元件参数的标幺值为
12''112212 2210000.120.48250 (%)10.510000.438100100240 10000.4200.60511510000.4100.303115B G d N K B T N B L av n B L av n S X X S U S X S S X X L U S X X L U ==?===?===??===??=g g }（2-81） 将计算结果示与图2等值网络中，此为纯电抗电路，电抗前j 已略去，可按实数运算。 图1电力系统接线图 图2等值网络 （2）确定X C ，计算短路电流。 ①设在断路器QF 之后K ( )32点发生三相短路，则发电机G 、系统C 供给的电流都通过QF ， 其中发电机G 对K ( )32点的等值电抗为 X 1=0.48+0.438+0.605=1.523 则G 供给断路器QF 的短路容量为 ''*1110.6571.523 G S X ===（8-21） 所以''''*0.6571000657G G B S S S ==?=()MVA （2-72） 系统C 供给断路器QF 的短路功率为 由此可得系统C 的等值电抗为
作业 1、什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？ 答：把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体成为电力系统。 电力系统加上发电厂的动力部分就称为动力系统。 电力系统中输送和分配电能的部分就称为电力网 当输送的功率和距离一定时，线路的电压越高，线路中的电流就越小，所用导线的截面积可以减小，用于导线的投资也越小，同时线路中的功率损耗。电能损耗也相应减少。 2、为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？ 答：为了使电力设备生产实现标准化和系列化，方便运行、维修，各种电力设备都规定额定电压。 电力系统的额定电压和用电设备的额定电压相等。 发电机的额定电压比网络的额定电压高5%。 变压器一次绕组和额定电压与网络额定电压相等，但直接与发电 机连接时，其额定电压等于发电机额定电压。变压器二次绕组的额定
电压定义为空载时的额定电压，满载时二次绕组电压应比网络额定电 压咼10%。 3、我国电网的电压等级有哪些? 答：0 . 22kv 、0 . 38kv 、3kv 、6kv 、10kv 、 3 5kv 、11 v 、 220kv 、 330kv 、 500kv 、7 5 0kv 、10 kv 答：：10 . 5kv 、121kv 、 2 4 2 kv kv 、 2 1kv 、 kv 、 .6kv 、38 . 5 kv v 、1 kv v 、4 0 kv 4、标出图 电力系统中各元件的额定电压。 1-7 E1-7
0 kv、.5kv kv、6 v、40 .5kv、400kv 作业二 1、一条110kV、的单回输电线路，导线型号为LGJ-150，水平排列，其线间距离为，导线的计算外径为，求输电线路在的参数，并画出等值电路。 对LGJ-150型号导线经查表得，直径d=。 于是有：半径r=17/2=， 单位XX的电阻: r i =「40 =「20 -20)]= 0.21* [1+0.0036(40-20)]= 0.225(0/km) 单位XX的电抗为 D 5040 捲=0.14451 Ig 4 +0.0157 = 0.14451 Ig + 0.0157 = 0.416( O / km ) r 8.5 单位XX的电纳为
第一章 电力系统的基本概念 1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统 1-2 电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的 1-3 我国电网的电压等级有哪些 1-4 标出图1-4电力系统中各元件的额定电压。 1-5 请回答如图1－5所示电力系统中的二个问题： ⑴ 发电机G 、变压器1T 2T 3T 4T 、三相电动机D 、单相电灯L 等各元件的额定电压。 ⑵ 当变压器1T 在+%抽头处工作，2T 在主抽头处工作，3T 在%抽头处工作时，求这些变压器的实际变比。 1-6 图1-6中已标明各级电网的电压等级。试标出图中发电机和电动机的额定电压及变压器的额定变比。 1-7 电力系统结线如图1-7所示，电网各级电压示于图中。试求： 习题1-5图 习题1-6图 习题1-4图
⑴发电机G 和变压器1T 、2T 、3T 高低压侧的额定电压。 ⑵设变压器1T 工作于+%抽头， 2T 工作于主抽头，3T 工作于-5%抽头，求这些变压器的实际变比。 1-8 比较两种接地方式的优缺点，分析其适用范围。 1-9 什么叫三相系统中性点位移它在什么情况下发生中性点不接地系统发生单相接地时，非故障相电压为什么增加3倍 1-10 若在变压器中性点经消弧线圈接地，消弧线圈的作用是什么 第二章 电力系统各元件的参数及等值网络 2-1 一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ —150，水平排列，其线间距离为4m ，求此输电线路在40℃时的参数，并画出等值电路。 2-2 三相双绕组变压器的型号为SSPL —63000/220，额定容量为63000kVA ，额定电压为242/，短路损耗404=k P kW ，短路电压45.14%=k U ，空载损耗93=o P kW ，空载电流 41.2%=o I 。求该变压器归算到高压侧的参数，并作出等值电路。 2-3 已知电力网如图2-3所示： 各元件参数如下： 变压器：1T ：S =400MVA ，12%=k U ， 242/ kV 2T ：S =400MVA ，12%=k U ， 220/121 kV 线路：2001=l km, /4.01Ω=x km (每回路) 习题1-7图 115kV T 1 T 2 l 1 l 2 习题2-3图
《电力系统潮流上机》课程设计报告 院系：电气工程学院 班级：电088班 学号： 0812002221 学生姓名：刘东昇 指导教师：张新松 设计周数：两周 日期：2010年 12 月 25 日
一、课程设计的目的与要求 目的：培养学生的电力系统潮流计算机编程能力，掌握计算机潮流计算的相关知识 要求：基本要求： 1.编写潮流计算程序； 2.在计算机上调试通过； 3.运行程序并计算出正确结果； 4.写出课程设计报告 二、设计步骤： 1.根据给定的参数或工程具体要求（如图），收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选择Matlab进行设计）。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 三、设计原理 1．牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为
额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤： （1）形成各节点导纳矩阵Y。 （2）设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 （3）计算各个节点的功率不平衡量。 （4）根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。 （5）计算雅可比矩阵中的各元素。 （6）修正方程式个节点电压 （7）利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环。 （8）计算平衡节点输出功率和各线路功率 2．网络节点的优化 １）静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数，然后，按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时，则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中，出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也２）动态地按增加出线支路数最少编号在上述的方法中，各节点的出线支路数是按原始网络统计出来的，在编号过程中认为固定不变的，事实上，在节点消去过程中，每消去一个节点以后，与该节点相连的各节点的出线支路数将发生变化(增加，减少或保持不变)。因此，如果每消去一个节点后，立即修正尚未编号节点的出线支路数，然后选其中支路数最少的一个节点进行编号，就可以预期得到更好的效果，动态按最少出线支路数编号方法的特点就是按出线最少原则编号时考虑了消去过程中各节点出线支路数目的变动情况。 3．MATLAB编程应用 Matlab 是“Matrix Laboratory”的缩写，主要包括：一般数值分析，矩阵运算、数字信号处理、建模、系统控制、优化和图形显示等应用程序。由于使用Matlab 编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习高级语言那样难于掌握，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。 四、设计内容
自测题（一）一电力系统的基本知识 一、单项选择题（下面每个小题的四个选项中，只有一个是正确的，请你在答题区填入正确答案的序号，每小题 2.5分，共50分） 1、对电力系统的基本要求是（）。 A、保证对用户的供电可靠性和电能质量，提高电力系统运行的经济性，减少对环境的不良影响； B、保证对用户的供电可靠性和电能质量； C、保证对用户的供电可靠性，提高系统运行的经济性； D保证对用户的供电可靠性。 2、停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（）。 A、一级负荷； B、二级负荷； C、三级负荷； D、特级负荷（ 3、对于供电可靠性，下述说法中正确的是（）。 A、所有负荷都应当做到在任何情况下不中断供电； B、一级和二级负荷应当在任何情况下不中断供电； C、除一级负荷不允许中断供电外，其它负荷随时可以中断供电； D—级负荷在任何情况下都不允许中断供电、二级负荷应尽可 能不停电、三级负荷可以根据系统运行情况随时停电。 4、衡量电能质量的技术指标是（）。 A、电压偏移、频率偏移、网损率； B ［、电压偏移、频率偏移、电压畸变率； C、厂用电率、燃料消耗率、网损率； D、厂用电率、网损率、
电压畸变率 5、用于电能远距离输送的线路称为（）。 A、配电线路； B、直配线路； C、输电线路； D、输配 电线路。 6、关于变压器，下述说法中错误的是（） A、对电压进行变化，升高电压满足大容量远距离输电的需要，降低电压满足用电的需求； B、变压器不仅可以对电压大小进行变换，也可以对功率大小进行变换； C、当变压器原边绕组与发电机直接相连时（发电厂升压变压器的低压绕组），变压器原边绕组的额定电压应与发电机额定电压相同； D变压器的副边绕组额定电压一般应为用电设备额定电压的 1.1倍。 7、衡量电力系统运行经济性的主要指标是（）。 A、燃料消耗率、厂用电率、网损率； B 、燃料消耗率、建 设投资、网损率； C、网损率、建设投资、电压畸变率； D 、网损率、占地面积、建设投资。 8关于联合电力系统，下述说法中错误的是（）。 A、联合电力系统可以更好地合理利用能源; B、在满足负荷要求的情况下，联合电力系统的装机容量可以减 少;
练习二：单项选择题 1、通过10输电线接入系统的发电机的额定电压是（）。 A 10 B 10.5 C11 （答案：B） 2、根据用户对（）的不同要求，目前我国将负荷分为三级。 A 供电电压等级 B 供电经济性 C供电可靠性 （答案：C） 3、为了适应电力系统运行调节的需要，通常在变压器的（）上设计制造了分接抽头。 A 高压绕组 B中压绕组 C低压绕组 （答案：A） 4、采用分裂导线可（）输电线电抗。 A 增大 B 减小 C保持不变 （答案：B） 5、在有名单位制中，功率的表达式为( ) A 1.732×V×I B ×I C 3×V×I （答案：A） 6、电力系统的中性点是指( ) A变压器的中性点 B星形接线变压器的中性点 C发电机的中性点 D B和C （答案：D）
7、我国电力系统的额定电压等级为( ) A 3、6、10、35、110、220() B 3、6、10、35、66、110、220() C 3、6、10、110、220、330() D 3、6、10、35、60、110、220、330、500() （答案：D） 8、计算短路后任意时刻短路电流周期分量时，需要用到（）。 A.互阻抗 B.转移阻抗 C.计算电抗 （答案：C） 9、冲击电流是短路电流（）。 A.最大瞬时值 B.最小瞬时值 C.有效值 （答案：A） 10、短路电流周期分量的标么值与（）有关。 A.转移电抗和短路时间 B.计算电抗和短路点距离 C.计算电抗和短路时间 （答案：C） 11、在系统发生短路时，异步电动机（）向系统提供短路电流。 A.绝对不 B.一直 C.有时 （答案：C） 12、对于静止元件来说，其（）。 A 正序电抗＝负序电抗 B正序电抗＝零序电抗 C负序电抗＝零序电抗 （答案：A） 13、有架空地线的输电线的零序电抗（）无架空地线的输电线的零序电抗。
一 一、填空题 1．降压变压器高压侧的主分接头电压为220kv ，若选择＋2×2.5%的分接头，则该分接头电压为 231KV 。 2．电力系统中性点有效接地方式指的是 中性点直接接地 。 3．输电线路的电气参数包括电抗、电导、电纳和 电阻 。 4．输电线路的电压偏移是指线路始端或末端母线的实际运行电压与线路 额定电压 的数值差。 5．电力系统的潮流分布一般是用各节点的电压和 功率 表示。 6．调整发电机组输出的有功功率用来调整电力系统运行的 频率 。 7．复合故障一般是指某一时刻在电力系统 二个及以上地方 发生故障。 8．减小输出电元件的电抗将 提高 系统的静态稳定性。 二、单项选择题 11．同步发电机的转速和系统频率之间是否有严格的关系（ ② ） ①否 ②是 ③不一定 ④根据发电机的形式定 12．三绕组变压器的结构、通常将高压绕组放在（ ③ ） ①内层 ②中间层 ③外层 ④独立设置 13．中性点以消弧线圈接地的电力系统，通常采用的补偿方式是（ ③ ） ①全补偿 ②欠补偿 ③过补偿 ④有时全补偿，有时欠补偿 14．三相导线的几何均距越大，则导线的电抗（ ② ） ①越大 ②越小 ③不变 ④无法确定 15．变压器的电导参数G T ，主要决定于哪一个实验数据（ ① ） ①△P O ②△P K ③U K % ④I O % 16.当功率的有名值为s ＝P ＋jQ 时（功率因数角为?）取基准功率为S n ，则有功功率的标么值为（ ③ ） ①?cos S P n ? ②?sin S P n ? ③n S P ④n S cos P ?? 17.环网中功率的自然分布是（ ④ ） ①与电阻成正比分布 ②与电抗成正比分布 ③与阻抗成正比分布 ④与阻抗成反比分布 18．在同一时间内，电力网的电能损耗与供电量之比的百分值称为（ ② ） ①负载率 ②网损率 ③供电率 ④厂用电率 19．电力系统的频率主要决定于（ ① ） ①有功功率的平衡 ②无功功率的平衡 ③电压质量 ④电流的大小 20．关于顺调压电压调整方式的描述，错误的是（ ② ）
作业一 1、什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？ 答：把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体成为电力系统。 电力系统加上发电厂的动力部分就称为动力系统。 电力系统中输送和分配电能的部分就称为电力网 当输送的功率和距离一定时，线路的电压越高，线路中的电流就越小，所用导线的截面积可以减小，用于导线的投资也越小，同时线路中的功率损耗。电能损耗也相应减少。 2、为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？答：为了使电力设备生产实现标准化和系列化，方便运行、维修，各种电力设备都规定额定电压。 电力系统的额定电压和用电设备的额定电压相等。 发电机的额定电压比网络的额定电压高５％。 变压器一次绕组和额定电压与网络额定电压相等，但直接与发电机连接时，其额定电压等于发电机额定电压。变压器二次绕组的额定电压定义为空载时的额定电压，满载时二次绕组电压应比网络额定电压高１０％。 3、我国电网的电压等级有哪些？ 答：０.２２ｋｖ、０.３８ｋｖ、３ｋｖ、６ｋｖ、１０ｋｖ、３５ｋｖ、１１０ｋｖ、２２０ｋｖ、３３０ｋｖ、５００ｋｖ、７５０ｋｖ、１０００ｋｖ 4、标出图1-7电力系统中各元件的额定电压。 T：１０.５ｋｖ、１２１ｋｖ、２４２ｋｖ 答： 1 T：２２０ｋｖ、１２１ｋｖ、 2 T：１１０ｋｖ、６.６ｋｖ、３８.５ｋｖ 3 T：３５ｋｖ、１１ｋｖ 4 T：１０ｋｖ、４００ｋｖ 5 T：１１０ｋｖ、３８.５ｋｖ 6
7T ：３５ｋｖ、６６ｋｖ 8T ：６ｋｖ、４００ｋｖ 9T ：１０.５ｋｖ、４００ｋｖ 作业二 1、一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ-150，水平排列，其线间距离为4m ，导线的计算外径为17mm,求输电线路在40°C 的参数，并画出等值电路。 解： 对LGJ-150型号导线经查表得，直径d=17mm,km 2 mm 5.31Ω=ρ。 于是有：半径r=17/2=8.5mm ，mm m D D D D ca bc ab 504004.5424433m ==???== 单位长度的电阻：2031.5 r 0.21(/)150 km s ρ == =Ω ()()()140201200.21*10.003640200.225/r r r t km α==+-=+-=Ω???????? 单位长度的电抗为 m 15040 0.144510.01570.144510.01570.416(/)8.5 D x lg lg km r =+=+=Ω 单位长度的电纳为 ()66617.587.58b *10*10 2.73*10/5040 lg lg 8.5m S km D r ---= == 集中参数为 ()1r 0.0225*8018R l ===Ω ()1x 0.416*8033.3X l ===Ω ()641b 2.73*10*80 2.18*10B l S --=== ()41.09*102 B S -= 等值电路如图1所示 1833.3j +Ω 4S -
一．选择题（每题4分） 1. 电力系统的有功功率电源是（B ） A ．调相机 B ．发电机 C ．电容 D ．变压器 2. 电力系统的短路类型中，属于对称短路的是（D ） A ．单相短路； B ．两相短路； C ．两相短路接地； D ．三相短路。 3. 对电力系统并列运行的暂态稳定性而言，最不利的短路故障是（A ） A ．单相接地短路； B ．两相短路； C ．两相接地短路； D ．三相短路。 4. 作为判据0>δ d dP e 主要应用于分析简单系统的（D ） A. 暂态稳定 B. 故障计算 C. 调压计算 D. 静态稳定 5. 两相短路接地故障中，附加阻抗Z △为（D ） A.Z0Σ B.Z2Σ C.Z0Σ+Z2Σ D.Z0Σ∥Z2Σ 6. 电力系统的频率主要决定于（A ） A.有功功率的平衡 B.无功功率的平衡 C.电压质量 D.电流的大小 7. 若AC 两相发生短路，则基准相选择为（B ） A ．A 相 B ．B 相 C ．C 相 D ．A 相和C 相
8. 电压和电流的各序对称分量由Y，d11联接的变压器的星形侧经过三角形侧时，正序系统的相位发生的变化是（A） A．逆时针方向转过300 B．顺时针方向转过300 C．不变 D．不确定 二．简答题（每题5分） 1. 简述电力系统静态稳定的定义，其稳定的标志是什么？ 答：静态稳定是指电力系统在某一运行方式下受到一个小干扰后，系统自动恢复到原始运行的能力。能恢复到原始运行状态，则系统是静态稳定的，否则就是静态不稳定的； 2. 简述电力系统暂态稳定的定义，其稳定的标志是什么？ 答：暂态稳定是指系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。暂态稳定的标志通常指保持第一或第二个振荡周期不失步。 3. 什么是电力系统的短路？短路故障有哪几种类型？哪些是对称短路？哪些是不对称短路？ 答：电力系统的短路是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。正常运行时，除中性点外，相与相之间或相与地是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路故障。 短路故障有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。 其中三相短路称为对称短路，其他三种类型的短路都称为不对称短路。 4. 什么是对称分量法？正序、负序、零序各有什么特点？ 答：对称分量法是指三相电路中，任意一组不对称的三相量Fa、Fb、Fc,可以分解为三组三相对称的分量，（1）正序分量（Fa1、Fb1、Fc1）：三相量大小相等，相位互差120，且与系统正常对称运行时的相序相同，正序分量为一平衡三相系统。（2）负序分量（Fa2、Fb2、Fc2）：三相量大小相等，相位互差120，且与系统正常对称运行时的相序相反，负序分量也为一平衡三相系统。（3）零序分量（Fa0、Fb0、Fc0）：三相量大小相等，相位一致。 5. 简述电力系统短路故障的类型，并指出哪些为对称短路，哪些为不对称短路。 答：短路故障有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。其中三相短路称为对称短路，其他三种类型的短路都称为不对称短路。
电力系统分析大作业
一、设计题目 本次设计题目选自课本第五章例5-8,美国西部联合电网WSCC系统的简化三机九节点系统，例题中已经给出了潮流结果，计算结果可以与之对照。取ε=0.00001 。
二、计算步骤 第一步，为了方便编程，修改节点的序号，将平衡节点放在最后。如下图： 第二步，这样得出的系统参数如下表所示： 第三步，形成节点导纳矩阵。 9 2 1 3 2 7 4 5 6 8 3
第四步，设定初值： ο 01)0(6)0(5)0(4)0(3)0(2)0(1∠======??????U U U U U U ； 0)0(8)0(7==Q Q ，0)0(8)0(7==θθ。 第五步，计算失配功率 )0(1P ?=0，)0(2P ?=-1.25，)0(3P ?=-0.9，) 0(4P ?=0，)0(5P ?=-1，)0(6P ?=0，)0(7P ?=1.63， )0(8P ?=0.85； )0(1Q ?=0.8614，)0(2Q ?=-0.2590，)0(3Q ?=-0.0420，) 0(4Q ?=0.6275，)0(5Q ?=-0.1710， )0(6Q ?=0.7101。 显然，5108614.0|},max {|-=>=??εi i Q P 。 第六步，形成雅克比矩阵（阶数为14×14） 第七步，解修正方程，得到： =?)0(1θ-0.0371，=?)0(2θ-0.0668，=?)0(3θ-0.0628，=?)0(4θ0.0732，=?)0(5θ0.0191，=?)0(6θ0.0422，=?)0(7θ0.1726，=?)0(8θ0.0908； =?)0(1U 0.0334，=?)0(2U 0.0084，=?)0(3U 0.0223，=?)0(4U 0.0372，=?)0(5U 0.0266，
2、停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（ ）。 A 、一级负荷； B 、二级负荷； C 、三级负荷； D 、特级负荷。 4、衡量电能质量的技术指标是（ ）。 A 、电压偏移、频率偏移、网损率； B 、电压偏移、频率偏移、电压畸变率； C 、厂用电率、燃料消耗率、网损率； D 、厂用电率、网损率、电压畸变率 5、用于电能远距离输送的线路称为（ ）。 A 、配电线路； B 、直配线路； C 、输电线路； D 、输配电线路。 7、衡量电力系统运行经济性的主要指标是（ ）。 A 、燃料消耗率、厂用电率、网损率； B 、燃料消耗率、建设投资、网损率； C 、网损率、建设投资、电压畸变率； D 、网损率、占地面积、建设投资。 8、关于联合电力系统，下述说法中错误的是（ ）。 A 、联合电力系统可以更好地合理利用能源； B 、在满足负荷要求的情况下，联合电力系统的装机容量可以减少； C 、联合电力系统可以提高供电可靠性和电能质量； D 、联合电力系统不利于装设效率较高的大容量机组。 9、我国目前电力系统的最高电压等级是（ ）。 A 、交流500kv ，直流kv 500±； B 、交流750kv ，直流kv 500±； C 、交流500kv ，直流kv 800±；； D 、交流1000kv ，直流kv 800±。 10、用于连接220kv 和110kv 两个电压等级的降压变压器，其两侧绕组的额定电压应为（ ）。 A 、220kv 、110kv ； B 、220kv 、115kv ； C 、242Kv 、121Kv ； D 、220kv 、121kv 。 11、对于一级负荷比例比较大的电力用户，应采用的电力系统接线方式为（ ）。 A 、单电源双回路放射式； B 、双电源供电方式； C 、单回路放射式接线； D 、单回路放射式或单电源双回路放射式。 12、关于单电源环形供电网络，下述说法中正确的是（ ）。 A 、供电可靠性差、正常运行方式下电压质量好； B 、供电可靠性高、正常运行及线路检修（开环运行）情况下都有好的电压质量； C 、供电可靠性高、正常运行情况下具有较好的电压质量，但在线路检修时可能出现电压质量较差的情况； D 、供电可靠性高，但电压质量较差。 13、关于各种电压等级在输配电网络中的应用，下述说法中错误的是（ ）。 A 、交流500kv 通常用于区域电力系统的输电网络； B 、交流220kv 通常用于地方电力系统的输电网络； C 、交流35kv 及以下电压等级通常用于配电网络； D 、除10kv 电压等级用于配电网络外，10kv 以上的电压等级都只能用于输电网络。 14、110kv 及以上电力系统应采用的中性点运行方式为（ ）。 A 、直接接地； B 、不接地； C 、经消弧线圈接地； D 、不接地或经消弧线圈接地。 16、110kv 及以上电力系统中，架空输电线路全线架设避雷线的目的是（ ）。
电力系统分析下作业 一．选择题 1.电力系统的有功功率电源是（A） A．发电机 B．变压器 C．调相机 D．电容器 2. 电力系统的短路类型中，属于对称短路的是（D）。 A、单相短路； B、两相短路； C、两相短路接地； D、三相短路。 3.对电力系统并列运行的暂态稳定性而言，最不利的短路故障是（A）。 A、三相短路； B、单相接地短路； C、两相短路接地； D、两相短路。 4.我国电力系统的额定电压等级有（D ） A.115、220、500(KV) B.110、230、500(KV) C.115、230、525(KV) D.110、220、500(KV) 5.电力系统的频率主要决定于（A） A.有功功率的平衡 B.无功功率的平衡 C.电压质量 D.电流的大小 6.若ac两相发生短路，则基准相选择为（B ） A.a相 B.b相 C.c相 D.a相和c相 7.输电线路的正序阻抗与负序阻抗相比，其值要（C） A.大 B.小 C.相等 D.都不是
8.两相短路接地故障中，附加阻抗Z △为（D ） A.Z0Σ B.Z2Σ C.Z0Σ +Z2Σ D.Z0Σ∥Z2Σ 9. 电力系统的暂态稳定性是指电力系统在受到（B ）时的稳定性。 A.小干扰 B.大干扰 C.负荷变化 D.不确定因素 10. 作为判据 0>δ d dP e 主要应用于分析简单系统的（D ） A. 暂态稳定 B. 故障计算 C. 调压计算 D. 静态稳定 二．简答题 1. 写出电力系统的暂态稳定和电力系统的静态稳定的定义？稳定的标志是什 么？ 答：静态稳定是指电力系统在某一运行方式下受到一个小干扰后，系统自动恢复到原始运行的能力。能恢复到原始运行状态，则系统是静态稳定的，否则就是静态不稳定的；暂态稳定是指系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。暂态稳定的标志通常指保持第一或第二个振荡周期不失步。 2. 什么是电力系统的短路？短路故障有哪几种类型？哪些是对称短路？哪些是 不对称短路？ 答：电力系统的短路是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。正常运行时，除中性点外，相与相之间或相与地是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路故障。 短路故障有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。其中三相短路称为对称短路，其他三种类型的短路都称为不对称短路。 3. 4. 请简述提高电力系统静态稳定性的措施。
电力系统分析（第2版）_在线作业_3 交卷时间：2017-04-25 19:48:51 一、单选题 1. (5分)用户降压变电所母线为平衡节点。（） ? A. 正确 ? B. 错误 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案B 解析2. (5分)已知节点1的U1=1.03和δ1=0，待求注入功率P1和Q1，该节点属于（）节点。 ? A. PQ ? B. PV ? C. 平衡 ? D. 负荷 纠错 得分：5
知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案C 解析3. (5分)某一点的短路容量S f等于该点短路的次暂态电流乘以该点额定电压的倍。（） ? A. 正确 ? B. 错误 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案A 解析4. (5分)电力系统二次调频由发电机组的调频器完成。（） ? A. 正确 ? B. 错误 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案A 解析5. (5分)在电力系统的发电机功-角特性曲线中，最大减速面积小于加速面积就能保持系统暂态稳定。（）
? A. 正确 ? B. 错误 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案B 解析6. (5分)架空线路换位可以降低线路电阻。（）? A. 正确 ? B. 错误 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案B 解析7. (5分)1000kV为（）压。 ? A. 低 ? B. 中 ? C. 超高 ? D. 特高 纠错 得分：5
知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案D 解析8. (5分)用电设备的额定电压为（）kV。 ? A. 11 ? B. 10 ? C. 10.5 ? D. 9 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析 答案B 解析9. (5分)对于三绕组升压变压器，其等值电抗最小的是（）。 ? A. X T1 ? B. X T2 ? C. X T3 ? D. X T1-2 纠错 得分：5 知识点：电力系统分析（第2版） 展开解析
东北农业大学网络教育学院 电力系统分析作业题参考答案 作业题一参考答案 一、填空题 1．降压变压器高压侧的主分接头电压为220kv，若选择＋2×2.5%的分接头，则该分接头电压为231KV。 2．电力系统中性点有效接地方式指的是中性点直接接地。 3．输电线路的电气参数包括电抗、电导、电纳和电阻。 4．输电线路的电压偏移是指线路始端或末端母线的实际运行电压与线路额定电压的数值差。 5．电力系统的潮流分布一般是用各节点的电压和功率表示。 6．调整发电机组输出的有功功率用来调整电力系统运行的频率。 7．复合故障一般是指某一时刻在电力系统二个及以上地方发生故障。 8．用对称分量法计算不对称故障，当三相阻抗完全对称时，则其序阻抗矩阵Zsc的非对角 元素为零。 9．系统中发生单相接地短路时故障点短路电流的大小是零序电流 的3倍。10．减小输出电元件的电抗 将提高（改善）系统的静态稳定性。 二、单项选择题 11．同步发电机的转速和系统频率之间是否有严格的关系 （②） ①否②是③不一定④根据发电机的形式定12．三绕组变压器的结构、通常将高压绕组放在（③） ①内层②中间层③外层④独立设置 13．中性点以消弧线圈接地的电力系统，通常采用的补偿方式是 （③） ①全补偿②欠补偿③过补偿④有时全补偿，有时欠补偿 14．三相导线的几何均距越大，则导线的电抗（②） ①越大②越小③不变④无法确定 15．变压器的电导参数GT，主要决定于哪一个实验数据（①） ①△PO ②△PK ③UK% ④IO% 16.当功率的有名值为s＝P＋jQ时（功率因数角为）取基准功率为Sn，则有功功率的标么值为（③） ①P ②P ③P④Pcos S n cos S n si n S n S n 17.环网中功率的自然分布是 （④）
课程设计 课程名称：电力系统分析 设计题目：基于Matlab计算程序地电力系统运行分析学院：电力工程学院 专业：电气工程自动化 年级： 学生姓名： 指导教师： 日期： 教务处制
目录 前言 (1) 第一章参数计算 (2) 一、目标电网接线图 (2) 二、电网模型地建立 (3) 第二章潮流计算 (6) 一．系统参数地设置 (6) 二．程序地调试 (7) 三、对运行结果地分析 (13) 第三章短路故障地分析计算 (15) 一、三相短路 (15) 二、不对称短路 (16) 三、由上面表对运行结果地分析及在短路中地一些问题 (21) 心得体会 (26) 参考文献 (27)
前言 电力系统潮流计算是电力系统分析中地一种最基本地计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态地计算.潮流计算地目标是求取电力系统在给定运行状态地计算.即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷.各点电压是否满足要求，功率地分布和分配是否合理以及功率损耗等.对现有电力系统地运行和扩建，对新地电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础.潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算地模型和方法有直接影响. 在电力系统中可能发生地各种故障中，危害最大且发生概率较高地首推短路故障.产生短路故障地主要原因是电力设备绝缘损坏.短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路.其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路.短路故障大多数发生在架空输电线路.电力系统设计与运行时，要采取适当地措施降低短路故障地发生概率.短路计算可以为设备地选择提供原始数据.
1 同步发电机基本方程为什么要进行派克变换？ 磁链方程式中出现变系数的主要原因： (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。 2、派克变换的物理意义是什么？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：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 。 3、试写出同步电机的基本实用化方程。 电势方程：00d d q d q q d q f f f f D D D Q Q Q v ri v ri v r i r i r i ψωψψωψψψψ+-+-+++＝＝-＝＝+＝+ 磁链方程：d d d ad f ad D q q q aq Q f ad d f f ad D D ad d ad f D D Q aq q Q Q x i x i x i x i x i x i x i x i x i x i x i x i x i ψψψψψ＝-++＝+＝-++＝-++＝+ 4、试说明 d x 、q x 、ad x 和aq x 的名称： d x ：同步电机纵轴同步电抗；q x ：同步电机横轴同步电抗；ad x ：同步电机纵轴电枢反应电抗；和aq x 同步电机横轴电枢反应电抗 5、什么叫短路？所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。正常运行时，除中性点外，相与相之间或相与地之间是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，我们就称电力系统发生了短路故障。 6、电力系统简单短路故障共有四种类型：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。其中三相短路又称为对称短路，其它三种类型的短路都称为不对称短路。电力系统的运行经验表明，单相接地短路发生的几率最大，约占70%左右；两相短路较少；三相短路发生的几率最少。三相短路发生的几率虽然少，但后果较严重，所以要给以足够的重视，况且，从短路计算的方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法以后，都归结为对称短路的计算。因此，对三相短路的研究具有重要的意义。 7、短路的原因①绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所 带来的设备缺陷发展成短路。 ?②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作， 架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。 ?③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或 设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。 ?④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。 8、短路的危害(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可使设备过热甚至损坏；由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。 ? (2)电压大幅度下降，对用户影响很大。 ? (3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。 ? (4)发生不对称短路时，三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应电势，影响通讯。 9、计算短路电流的目的短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。 10、无限大功率电源? 端电压幅值和频率都保持恒定，内阻抗为零。电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可认为是无限大功率电源 11、什么是短路冲击电流？它在什么条件下出现？与短路电流周期分量有什么关系？
《电力系统潮流上机》课程设计报告院系：电气工程学院 班级：电088班 学号： 学生姓名：刘东昇 指导教师：张新松 设计周数：两周 日期：2010年 12 月 25 日
一、课程设计的目的与要求 目的：培养学生的电力系统潮流计算机编程能力，掌握计算机潮流计算的相关知识 要求：基本要求： 1.编写潮流计算程序； 2.在计算机上调试通过； 3.运行程序并计算出正确结果； 4.写出课程设计报告 二、设计步骤： 1.根据给定的参数或工程具体要求（如图），收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选择Matlab进行设计）。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 三、设计原理 1．牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法
解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤： （1）形成各节点导纳矩阵Y。 （2）设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 （3）计算各个节点的功率不平衡量。 （4）根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。 （5）计算雅可比矩阵中的各元素。 （6）修正方程式个节点电压 （7）利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环。 （8）计算平衡节点输出功率和各线路功率 2．网络节点的优化 １）静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数，然后，按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时，则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中，出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也