成都理工大学电力系统分析.pdf

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1、本本 科科 生生 实实 验验 报报 告告实实验验课课程程电电力力系系统统分分析析学学院院名名称称核核技技术术与与自自动动化化工工程程学学院院专专业业名名称称电电气气工工程程及及其其自自动动化化学学生生姓姓名名学学生生学学号号指指导导教教师师顾顾民民实实验验地地点点6C9016C901实实验验成成绩绩二一五年二一五年月月二一五年二一五年 月月电力系统分析实验报告摘要电力系统分析是电气工程专业的主干基础课程， 是学生进入电力系统专业的主要向导和桥梁。 而 MATLAB 仿真中的 Simulink 建模是对电力系统进行建模分析的一个重要工具。关键词：电力系统；MATALB；建模实验一 电力系统分析计

2、算一、实验目的1. 掌握用 Matlab 软件编程计算电力系统元件参数的方法.2. 通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要求选取模型。3. 掌握多级电力网络的等值电路计算方法。4. 理解有名制和标幺制。二、实验内容1电力线路建模有一回 220kV 架空电力线路，导线型号为 LGJ-120，导线计算外径为，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为 4m。试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为 60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。电阻电阻( (欧欧) )电抗电抗( (欧欧) )电纳电纳(S)(S)电阻电阻( (欧欧) )电抗电

3、抗( (欧欧) )200km200km电纳电纳(S)(S)电阻电阻( (欧欧) )电抗电抗( (欧欧) )500km500km电纳电纳(S)(S)模型 160 km km欧欧欧欧76 欧6e-4欧欧190 欧欧2多级电力网络的等值电路计算部分多级电力网络结线图如图 1-1 所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。图 1-1多级电力网络结线图线路线路额定电压额定电压电阻电阻( (欧欧/km)/km)电抗电抗( (欧欧/km)/km)电纳电纳(S/km)(S/km)*10-6*10-6忽略线路长度线路长度（km)km)2006015

4、L1 （架空线） 220kvL2 （架空线） 110kVL3 （架空线） 10kV变压器变压器额定容量额定容量P Pk k(kw)(kw)T1T2180MVA63MVA893280U Uk k% %13I Io o% %P Po o(kW)(kW)175602作出等值电路仿真模型，线路采用中等长度模型，用字母标出相应的参数以 220KV 为基本级，SB=100MVA 按精确求解要求，求出有名制和标幺制表示的各参数值。（注意有些量要归算）。按下表填入计算数据。用下标标示相应的线路和变压器。参数名称参数名称Z1Z1Y1Z2+?+ZT2+?+Y2Z3有名制有名制标幺制标幺制参数名称参数名称有名制有名

5、制标幺制标幺制16+?+ZT1YT1YT2+?+?+3 3、回答思考题三、思考题1比较计算数据，讨论模型的适用条件。答：一，对于长度不超过 100KM 的架空电力线路，线路额定电压为 60KV 以下者；以及不长的电缆电力线路，电纳的影响不大时，可认为是短电力线路。只能应用短电力线路模型。二，线路电压为 110 到 220KV，架空电力线路长为 100-300km，电缆电力线路长度不超过 100km 的电力线路，可以认为中等长度的电力线路。 三， 一般长度超过 300km 的架空电力线路和长度超过 100km的电缆电力线路称为长线路，对于这种电力线路，需要考虑他们的分布参数特性。2什么是有名制？

6、什么是标幺制？电力系统元件的有名值和标幺值有什么关系？有名制：采用有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等进行计算的。标幺制：采用没有单位的阻抗，导纳，电压，电流，功率等的相对值来进行计算的。标幺值=有名值/相应的基准值。实验二电力系统简单电网潮流计算一、实验目的1.学习 Matlab 仿真方法。2.初步掌握电力系统时域分析工具。3.电力系统简单电网潮流计算仿真分析。二、实验内容在如图 2-1 所示的电力系统中，已知条件如下：变压器 T：SFT-40000/110，线路 AC 段：l 50km,r1 0.27/km,x1 0.42/km；线路 BC 段：l 50km,r1 0.45/km,x1

7、0.41/km；线路 AB 段：l 40km,r1 0.27/km,x1 0.42/km；各段线路的导纳均可略去不计；负荷功率：SLDB (25 j18)MV A,SLDD (30 j20)MV A；母线D 的额定电压为 10kV。节点 A 为平衡节点，其余为 PQ 节点。计算系统的潮流分布。AGCDSLDDBSLDB图 2-1 简单电力系统三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第四章四、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件五、实验过程图 2-2 负载 1 参数图 2-3 负载 2 参数图 2-4 线路参数图 2-5 线路 1 参数图 2-6

8、线路 2 参数图 2-7 同步发电机参数图 2-8 仿真系统图 2-9 仿真电流结果图 2-10 仿真电流结果六、思考题1、为什么会有线损？线损的构成主要有哪些成分？答：线路有阻抗、导纳。电阻、电导会消耗有功，电抗、电纳会消耗无功实验三、复杂电力系统的潮流计算一、实验目的1.学习 Matlab 仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工具。3.电力系统复杂电网潮流计算仿真分析。二、实验内容如图 3-1 所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为 10kV 和 110kV，各元件参数标幺值示于图中。（SB=100MVA，VB=Vav），计算系统的潮流分布。TB21:T2=S2=+Z23=+Z12Z=+

9、13=+ES1=+CT1D发电厂G1:1ZT1=U5=S3=+ =0。发电厂G2P4=U =AZ图 3-1复杂电力系统网络图三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第四章四、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件五、实验报告要求1、Simulink 仿真模型如下。2、说明建模步骤和仿真过程3、系统的潮流分析分析系统各节点电压大小是否满足系统要求，若不满足如何进行调整？4、保持负荷有功功率不变，改变无功负荷，观察记录各母线电压。保持无功负荷不变，改变有功负荷，观察记录各发电机母线功角。保持负荷不变，改变变压器变比，观察记录各母线电压。5、回答思考题六

10、、思考题1、谈谈你对线路损耗的认识。答： 线损是电能通过输电线路传输而产生的能量损耗产生的。电力网络中除输送电能的线路外，还有变压器等其他输变电设备，也会产生电能的损耗，这些电能损耗的总和称为网损。 线损是由电力传输中有功功率的损耗造成的，主要由以下 3 个部分组成。 = 1 * GB3于电流流经有电阻的导线，造成的有功功率的损耗， 它是线损的最主要部分由于线路有电压，而线间和线对接之间的绝缘有漏电， 造成的有功功率损耗电晕损耗：架空输电线路带电部分的电晕放电造成的有功功率损耗。在一般正常情况下，后两部分只占极小的份量。2、如果各 110kV 线路承担的输送功率长期满负荷运行，有何方法可较好地

11、解决线损过高问题？答： 为了降低网络功率损耗,可以采取改变系统运行方式,调整运行参数和负荷率等措施使网络的功率分布接近经济分布,使网络运行更经济,功率损耗为最小。在有功功率合理分配的同时,还应做到无功功率的合理分布。按照就近的原则安排补偿,减少无功远距离输送。增设无功补偿装置,并合理配置,以提高负荷的功率因数,改变无功潮流分布,可以减少有功损耗和电压损耗,可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、 变压器传输的无功功率,使线损大为降低,而且还可以改善电压质量、 提高线路和变压器的输送能力。实验四 电力系统三相短路故障仿真分析一、实验目的1.学习 Matlab 仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工

12、具。3.对三相接地短路故障进行仿真分析。二、实验内容设某部分电力线路的简化等值电路如图所示。 用 Matlab 仿真工具建立模型，并仿真线路出现三相接地短路时短路点的电流电压的变化情况。图 4-1 简单三相接地短路电路图模型1.交流电压源元件参数电压峰值/V1102.串联 RLC 参数RLC1电阻 R/欧姆5电感 L/H35e-3电容 C/F1e-6测量值BranchcurrentRLC15105e-31e-6Branchcurrent3.仿真参数相位/rad0频率/Hz50采样时间/S0测量值0Starttime0StoptimeTypeRelativetolerance其它Variable

13、-step,ode15s(stiff/NDF)1e-3auto4.三相电路短路故障发生器（有对地故障）RonTranstatus1 0 none1e6infTran times测量值RpCpRg三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件五、实验步骤图 4-2 三相交流电压源参数图 4-3 电力线路参数图 4-4 电力线路 1 参数图 4-5 Simulink 仿真系统图图 4-6 短路点三相电压波形图 4-7 短路点三相电流波形图 4-8 电力线路 1 电流图 4-9 电力线路 1 电压实验思考1. 什

14、么叫冲击电流？答： 短路冲击电流是短路全电流中的最大值，在短路后半个周期t=,ik达到最大，此时的短路全电流即为短路冲击电流。2. 什么叫短路电流的最大有效值？答：由短路点的电流波形可知，在短路后第一个周期的短路电流的有效值最大。3. 某一线路， 首端发生三相短路故障和末端发生三相短路故障引起的系统反应一样吗？请说说理由答：两者不一样，短路后之路中的电力原件发生了变化，且首段短路时短路电流最大，造成影响也最大。实验五 电力系统不对称故障分析一、实验目的1. 学习 Matlab 仿真方法。2.掌握电力系统时域分析工具。3. 熟悉不同类型短路故障的特点及其影响，对电力系统出现的不对称故障进行仿真分

15、析。二、实验内容设无穷大电源的电力系统电路如图 5-1，仿真分析在 K 点出现各种短路故障时电流电压的变化。图 5-1 电力系统各种短路故障仿真图1.三相电压源元件参数电压有效值A 相相位（正序）105KV2.输电线路参数长度电阻 R(正，零电感 L(正，零电容 C(正， 零序)测量值序)RLC1100km RLC260km 序) nonenone050Y+频率连接方式内阻抗3.三相电路短路故障发生器RonRgTranstatus1 0Trantimes Sampletime01e-6infRpC4.三相序分量分析元件Fundamental frequenceHarmomic n505.仿真参

16、数Starttime0StoptimeVariable-step,ode15s(stiff/NDF)TypeRelativetolerance1e-3auto其它1SequencePositive Negative Zero三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件五、实验步骤三相短路分析图 5-2 三相电压源参数图 5-3 三相变压器参数图 5-4 分布线路参数图 5-5 分布线路 1 参数图 5-6 Simulink 仿真系统图图 5-7 三相故障时电流波形图 5-8 两相故障时电压波形5-9 A

17、相接地短路时电流波形图在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障全选中，并选择故障相接地选项。进行电路仿真，用 M1 观察故障点电流波形，并记录三相电流的最大幅值，填入表中。A 相B 相C 相六、思考题1 理论上推导在两相短接时三个序电流之间有什么关系?与实验结果进行比较.答：正序电流等于负的负序电流、零序电流为零。2 单相接地短路时短路电流与三个序电流之间有什么关系?与实验结果进行比较.答：单相接地短路时正序电流等于负序电流等于零序电流。3、有人认为发生不对称故障时，故障相电流是由各序电流合成的，因此相电流一定比序电流要大，对吗？为什么？答：不对，合成是相量合成，有可能总电流比序电流小。实验六

18、小电流接地系统单相故障分析一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，掌握小电流接地系统的单相故障的特点， 使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统配电线路进行单相接地短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果， 提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真， 结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容搭建如图 6-1 所示的系统模型并仿真，该系统有 1 个电源，3 条配电线路，4个负荷， 在 Line3 的末端设置单相接地短路故障，观察示波器中的电压和

19、电流波形，记录下故障电压电流的有效值。1.三相电压源元件参数电压有效值A 相相位（正序）105KV2.输电线路参数长度电阻 R(正，零电感L(正， 零序)电容 C(正，零序)测量值序)RLC1120km RLC2180km RLC32 km nonenonenonenone050Yg+频率连接方式内阻抗RLC4150 km 3.三相电路短路故障发生器RonRgTranstatus1 0Trantimes Sampletime0RpC1e-6inf三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件五、实验步骤图

20、6-2 三相电压源参数图 6-3 三相电压电流测量元件参数图 64 线路 1 参数图 6-5 load1 参数图 6-6 故障模块参数图 6-7 仿真系统参数通过示波器 8 得到系统的零序电压30图 6-8 系统的零序电压30图 6-9 系统的零序电压30uuI图 6-10 故障点的三相电压图 6-11 故障点的接地电流（黄色表示 A 相、其他两相电流为零）图 6-12 故障点 A 相电压图 6-13 故障点 B 相电压图 6-14 故障线路零序电流的幅值图 6-15 故障点 C 相电压图 6-16 故障线路零序电流相位六、实验思考题1、中性点不接地系统为什么可以在单相接地故障发生时允许继续运

21、行 2 小时？答：因为 10KV 中性点不接地 ，不影响线电压， 其他高压有接地故障保护应当立即跳开。2、中性点不接地系统装设消弧线圈的原则是什么？装设消弧线圈的目的是什么？答：目的是防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压。实验七一个复杂电力系统的短路计算一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，掌握复杂电力系统短路故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对复杂电力系统短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果， 提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程， 以及完

22、成模型的仿真， 结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章三、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件四，实验报告要求1、 给出复杂系统故障的仿真模型2、说明建模步骤和仿真过程短路点 k1短路点在 k2：五，思考题1、 同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不变。一般讲，由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为转子保持同步转速，即频率保持稳定。实验八 同步发电机三相短路暂态过程分析一、实验目的与要求通过实验教学加深学

23、生的基本概念，掌握同步发电机三相短路暂态过程的特点， 使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对同步发电机三相短路暂态过程仿真实验， 以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真， 结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容已知一台有阻尼的同步发电机，其参数如下：PN 200MW,UN13.8kV, fN 50Hz,xd1.0,xq 0.6,xd 0.30,xd 0.21,xq 0.31,r 0.005,xf 0.18,xaD 0.1,xQ

24、 0.25,T d0 5s,TD 2s,T q01.4s若发电机空载，端电压为额定电压，发电机定子端部突然发生三相短路，并且0 0，求发电机定子电流。三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第五章四、实验设备1. PC 一台2. Matlab 软件五、实验过程：六、思考题1、同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？2、发电机机端两相短路和机端三相短路相比，有何不同？答：实验九 简单电力系统静态稳定性仿真一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念，了解影响系统静态稳定性的因素，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统静态稳定仿真实验，以达到理论

25、联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真， 结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容对如图 9-1 所示的单机无穷大系统，发电机带有自动励磁调节器，发电机输出的功率为P0，N；原动机的功率为PT0 P0；发电机为隐极机，且不计发电机各绕组的电磁暂态过程SGN 352.5MV A,PGN 300MW,UGN10.5KV,xd1.7,发电机的参数：xd 0.25,xd 0.252,xq1.7,xq 0.243,xl

26、0.18,Td1.01,Td 0.053,Tq0 0.1,Rs 0.0028,H(s) 4s;TJN 7.8s负序电抗：x2 0.2变压器 T-1 的参数:STN1 360MVA, UST1% 14%,KT110.5/ 242;变压器 T-2 的参数:STN2 360MVA,UST2% 14%,KT2 220/121;线路的参数：L 250km,UN 220KV, xl 0.41/ km，rl 0.07/ km，线路的零序电抗为正序电抗的 5 倍。运行条件如下：U0115kV,P0 250MW,cos0 0.95分析在Eq Eq0为常数的条件下，发电机励磁调节系统对发电机静态稳定性的影响。三、

27、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第六章四、实验仪器设备及耗材1.每组计算机 1 台、软件套。五、实验报告要求1、给出单机无穷大系统静态稳定性 Simulink 仿真模型。发电机参数设置发电机参数设置变压器变压器 T1T1，T2T2 参数设置参数设置(T1(T1，T2T2 参数一样参数一样) )负载参数设置负载参数设置无穷大系统参数设置六、思考题1、功角和发电机惯性时间常熟 TJ的物理意义是什么？转动惯量。在额定转矩的作用下，把转子加速至额定转速的时间。理论上是一直线关系，实际上是一曲线.2、 影响电力系统静态稳定性的因素有哪些？主要和线路的潮流及线路的热

28、稳定极限有关。3、 如何提高电力系统的静态稳定性？电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性，电力系统静态稳定性的基本性质说明，静态储备越大则静态稳定性越高。提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短电气距离。主要措施有:(1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗(采用分裂导线);(2)、提高系统电压水平;(3)、改善电力系统的结构;(4)、采用串联电容器补偿;(5)、采用自动调节装置;(6)、采用直流输电。在电力系统正常运行中，维持和控制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持、控制变电站、发电厂高压母线电压恒定，特别是枢纽厂(站)高压

29、母线电压恒定，相当于输电系统等值分割为若干段，这样每段电气距离将远小于整个输电系统的电气距离，从而保证和提高了电力系统的稳定性。实验十 简单电力系统暂态稳定性仿真一、实验目的与要求通过实验教学加深学生的基本概念， 了解系统遭受大干扰后(比如短路故障)系统能否稳定运行与故障切除时间等因素紧密相关， 使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统暂态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解， 提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。本实验要求学生掌握 Simulink 中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真， 结合短

30、路相关的理论知识对仿真结果加以分析。二、实验内容对如图 10-1 所示的单机无穷大系统，分别分析在 f 点发生两相短路、两相接地短路通过线路两侧开关同时断开切除线路后，系统的暂态稳定性。SGN 352.5MV A,PGN 300MW,UGN10.5KV,xd1,xd 0.25,xd 0.252,xq 0.6,xq 0.243,xl 0.18,Td 1.01,Td 0.053,Tq0 0.1,Rs 0.0028,H(s) 4s;TJN8s发电机的参数：负序电抗：x2 0.2STN1 360MVA, UST1% 14%,KT110.5/ 242变压器 T-1 的参数:变压器 T-2 的参数:线路的

31、参数：;，线路的STN2 360MVA,UST2% 14%,KT2 220/121L 250km,UN 220KV, xl 0.41/ km，rl 0.07/ km零序电抗为正序电抗的 5 倍。运行条件如下：U0115kV,P0 250MW,cos0 0.95三、实验原理及步骤参考教材MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真第六章四、实验仪器设备及耗材1.每组计算机 1 台、软件套。五、实验过程 Simulink Simulink 仿真模型仿真模型发电机参数发电机参数变压器变压器 T1T1 参数参数变压器变压器 T2T2 参数参数电力线路参数电力线路参数发电机功角，转速变化曲线发电机

32、功角，转速变化曲线六、思考题1、功角和发电机惯性时间常熟 TJ 的物理意义是什么？答：TJ 的物理意义可以理解为当输出电磁转矩为 0 时，输入的机械转矩为 1，则不平衡转矩为 1 时，机组从 静止升速至额定转速所需时间。2、提高电力系统静态稳定和暂态稳定的措施主要有哪些？答：提高静态稳定性措施：主要措施有:(1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗， 减少线路电抗(采用分裂导线);(2)、 提高系统电压水平;(3)、改善电力系统的结构;(4)、采用串联电容器补偿;(5)、采用自动调节装置;(6)、采用直流输电。提高暂态稳定性措施：(1)、继电保护实现快速切除故障； （2）、线路采用自动重合闸；（3）、采用快速励磁系统；（4）、发电机增加强励倍数；（5）、汽轮机快速关闭汽门；学生学生实验实验心得心得学生（签名）： 2015 年 1 月 6 日指导指导教师教师评语评语成绩评定：指导教师（签名）：年月日