武大电力系统分析综合实验.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作电气工程学院电力系统分析综合实验2016年度PSASP仿真实验报告学号： 姓名： 班级： 实验一 电力系统分析综合程序PSASP概述一、实验目的 了解用PSASP进行电力系统各种计算的方法。二、PSASP简介1 PSASP是一套功能强大，使用方便的电力系统分析综合程序，是具有我国自主知识产权的大型软件包。2 PSASP的体系结构：固定模型库用户自定义模型库固定模型库电网基础数据库 潮流计算 短路计算 稳定分析 静态安全分析 电压稳定 谐波分析 等报表、图形、曲线、其他工具 第一层是：公用数据和模型资源库，第二层是应用程序包，第三层是计算结果

2、和分析工具。3 PSASP的使用方法：（以短路计算为例）1).输入电网数据，形成电网基础数据库及元件公用参数数据库，（后者含励磁调节器， 调速器，PSS等的固定模型），也可使用用户自定义模型UD。在此，可将数据合理组织成若干数据组，以便下一步形成不同的计算方案。 文本支持环境：点击“数据”菜单项，执行“基础数据”和“公用参数”命令，可依次输入各电网元件的参数。 图形支持环境： 在“编辑模式下”，利用工具箱，输入电网接线图。作图时，若元件参数尚未输入，会自动弹出相关数据录入窗口，此时输入数据即可。 注意：两种环境下，均应先输入母线数据，再处理其他元件！ 2).方案定义： 从基础数据库中抽取数据组

3、，组合成不同方案，以确定电网的规模，结构和运行方式。 文本支持环境： 点击“计算”菜单项，执行“方案定义”命令。 图形支持环境： “运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令。 3）数据检查： 对确定的电网结构进行检查，检查网架结构的合理性，计算规模是否超出范围。 文本支持环境： 点击“计算”菜单项，执行“数据检查”命令。 图形支持环境： “运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“数据检查”命令。 4）作业定义： 给出计算控制信息，明确具体的计算任务。 文本支持环境： 点击“计算”菜单项，执行“短路”命令。 图形支持环境： “运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“短路”命令。 5

4、）执行计算： 文本支持环境： 在上述“短路计算信息”窗口，完成作业定义之后，点击“计算”按钮即可。 图形支持环境： “运行模式”下， a. 点击“视图”菜单项，执行“短路”命令，选择作业； b. 点击“计算”菜单项，执行“短路”命令，执行计算； c. 点击“格式”菜单项，执行“短路结果”命令，确定计算结果在图上的显示方式。 6）报表输出结果： 用户可选择期望的输出范围，输出内容和输出方式。 文本支持环境： 点击“结果”菜单项，执行“短路”命令。 图形支持环境： “运行模式”下，点击“报表”菜单项，执行“短路”命令。实验二 基于PSASP的电力系统潮流计算实验一、实验目的掌握用PSASP进行电力

5、系统潮流计算方法。二、实验内容以上为系统常规运行方式的单线图。由于母线 STNB-230 处负荷的增加，需对原有电网进行改造，具体方法为：在母线 GEN3-230 和 STNB-230 之间增加一回输电线，增加发电 3 的出力及其出口变压器的容量，新增或改造的元件如下图虚线所示：其基础数据如下：母线数据 母线名基准电压区域号电压上限电压下限单相短路容量三相短路容量发电116.5000218.150014.85000.000000.00000发电218.0000119.800016.20000.000000.00000发电313.8000115.180012.42000.000000.00000

6、GEN1-230230.000020.00000.00000.000000.00000GEN2-230230.000010.00000.00000.000000.00000GEN3-230230.000010.00000.00000.000000.00000STNA-230230.000020.00000.00000.000000.00000STNB-230230.000020.00000.00000.000000.00000STNC-230230.000010.00000.00000.000000.00000交流线数据 数据组I侧母线J侧母线编号所属区域单位正序电阻正序电抗正序充电电纳的1/

7、2零序电阻零序电抗零序充电电纳的1/2常规GEN1-230STNA-2301I侧标么0.010.0850.0880.00.2550.0常规STNA-230GEN2-2302I侧标么0.0320.1610.1530.00.4830.0常规GEN2-230STNC-2303I侧标么0.00850.0720.07450.00.2160.0常规STNC-230GEN3-2304I侧标么0.01190.10080.10450.00.30240.0常规GEN3-230STNB-2305I侧标么0.0390.170.1790.00.510.0常规STNB-230GEN1-2306I侧标么0.0170.092

8、0.0790.00.2760.0新建GEN3-230STNB-23011I侧标么0.0390.170.1790.00.510.0变压器数据 数据组I侧母线J侧母线编号连接方式单位正序 电阻正序 电抗零序 电阻零序 电抗常规发电1 GEN1-2307 三角形/星形接地标么0.000 0.057600.000 0.05760 常规发电2 GEN2-2308 三角形/星形接地标么0.000 0.062500.000 0.06250 常规发电3 GEN3-2309 三角形/星形接地标么0.000 0.058600.000 0.05860 新建发电3 GEN3-2309 三角形/星形接地标么0.000

9、0.045000.000 0.04500 续上表 激磁电导激磁电纳变比I侧主抽头电压J侧主抽头电压J侧抽头级差J侧抽头位置J侧最大抽头电压J侧最小抽头电压0.000 0.000 1.00 16.5 230.0 1.25 9 253.00 207.00 0.000 0.000 1.00 18.0 230.0 2.5 3 241.50 218.50 0.000 0.000 1.00 13.8 230.0 2.5 3 241.50 218.50 0.000 0.000 1.00 13.8 230.0 2.5 3 241.50 218.50 发电数据 数据组母线名母线类型单位额定容量(MVA)有功发电

10、无功发电母线电压幅值母线电压相角无功上限无功下限有功上限常规发电1 V标么100.0 0.000.01.0400.00.00.00.0常规发电2 PV 标么100.0 1.631.01.0250.00.00.00.0常规发电3 PV 标么100.0 0.851.01.0250.00.00.00.0新建发电3 PV 标么100.0 1.301.01.0250.00.00.00.0续上表 有功上限d轴暂态电抗Xd d轴次暂态电抗Xd 负序电抗X2 转子惯性时间常数Tj(s) 0.0 0.0608 0.0608 0.060847.28 0.0 0.1198 0.1198 0.119812.8 0.0

11、 0.1813 0.1813 0.18136.02 0.0 0.1813 0.1813 0.18136.02 负荷数据 数据组母线名编号母线类型单位有功负荷无功负荷母线电压幅值母线电压相角无功上限无功下限有功上限有功上限常规STNA-230 300PQ 标么1.250 0.5000.000 0.00 0.000.00 0.00 0.00 常规STNB-230 301PQ 标么0.900 0.3000.000 0.00 0.000.00 0.00 0.00 常规STNC-230 302PQ 标么1.000 0.3500.000 0.00 0.000.00 0.00 0.00 新建STNB-230

12、 301PQ 标么1.500 0.3000.000 0.00 0.000.00 0.00 0.00 区域定义数据 区域名区域号区域-1 1 区域-2 2 方案定义 方案名数据组构成说明常规方式常规常规运行方式规划方式常规+新建规划运行方式 潮流计算作业定义 潮流作业号方案名计算方法允许误差迭代次数上限电压上限电压下限1 常规方式牛顿法功率式0.0001 50 1.10 0.90 2 规划方式PQ分解法0.0001 50 1.15 0.95 三、实验步骤（1） 点击|“电力系统分析综合程序（PSASP）” ；（2） 点击“创建” ，创建文件；（3） 点击“图形支持环境” ；（4） 点击“编辑模式

13、” ，可进行绘图和参数录入：a、绘制出所有母线，输入母线数据；b、添加发电机、负荷、交流线、变压器、支路，输入该元件数据；（5） 关闭“编辑模式”窗口；（6） 点击“运行模式” ：（7） 点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令（例如方案为1，数据组选择BASIC），点击“确定”。（8） 点击“作业”菜单项，执行“潮流”命令，定义作业； （9） 点击“视图”菜单项，执行“潮流数据”命令，作业选择。（10） 点击“计算”菜单项，执行“潮流”命令；（11） 点击“格式”菜单项，进行元件参数格式选择；（12） 点击“报表”菜单项，执行“潮流”命令, 计算结果输出有图示、报表输出两种方。四、实验注意事

14、项（1）本系统文件请存入D：PSASP学号潮流下；（2）严禁删除或更改计算机中除上述目录以外的一切内容。五、实验报告（1）将实验结果采用图示、报表列出。（2）需要完成的计算任务：1、查看作业号1的计算结果不分区单位：有名值输出范围：全网输出对象：摘要信息、结果综述、母线、交流线、两绕组变压器数据输出方式：输出至文件牛顿法潮流计算结果如下：2、改用PQ分解法重复计算作业1，查看计算结果，与牛顿法结果做比较PQ分解法潮流计算结果如下：分析：经过比较发现，PQ分解法和牛顿法潮流计算两组数据结果差别很小，以区域-1功损为例，PQ分解法区域1功损S=0.01916-j0.44281，牛顿法S=0.019

15、17-j0.44282，二者结果几乎相同。这说明：由于PQ分解法是由极坐标形式牛顿法潮流计算推导出的一种简化算法，其中推导过程只涉及修正方程的系数矩阵，不改变平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。3、选图示化输出查看结果4、在作业1基础上，点击“数据修改”按钮，修改数据(母线“发电2” PG=1.8)进行潮流计算，通过“图示化输出”查看母线“发电2”。1）牛顿法原数据：输出母线“发电2” (母线“发电2” PG=1.63)2）修改后牛顿法计算数据：输出母线“发电2” (母线“发电2” PG=1.8)分析：将PG由1.63改为1.8之后，母线“发电2”的功率由1.63+j0.0665变

16、为了1.80-j0.1018，相角由9.28度变为11.868度。5、在作业1基础上，点击“刷新”按钮，再点击“数据修改”按钮，查看“发电2” PG=1.636、在作业1基础上，点击“数据修改”按钮，修改数据(母线“发电2” PG=1.8)进行潮流计算。点击“数据回存”，给定数据组名为 “发电2大” 。7、浏览“基础数据发电机及其调节器数据”。8、将潮流作业1的全部内容复制为作业3。9、查看潮流作业3的数据。10、“数据修改”中的“列替换”等功能：在作业3基础，将光标指向“负荷有功PL”，点击“列替换”按钮“替换范围”选“全部 ”，“替换为”选“原数值倍数”，倍数为1.1，“替换条件”选 “无

17、条件”，点击“替换”按钮，完成列替换后计算潮流，查看计算结果如下：11、点击“查找”，应用该功能。12、点击“排序和筛选”，应用该功能。13、“发电/负荷比例因子”的应用：选择作业3，点击“刷新”按钮刷新数据，“区域-1”发电比例因子:有功1.1，无功1.1，负荷不变，计算潮流，查看计算结果如下：（3） 对计算结果进行分析，写出实验感想和小结。实验分析：经过比较发现，PQ分解法和牛顿法潮流计算两组数据结果差别很小。以区域-1功损为例，PQ分解法区域1功损S=0.01916-j0.44281，牛顿法S=0.01917-j0.44282，二者结果几乎相同。这说明：由于PQ分解法是由极坐标形式牛顿法

18、潮流计算推导出的一种简化算法，其中推导过程只涉及修正方程的系数矩阵，不改变平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。在作业1基础上，点击“数据修改”按钮，修改数据(母线“发电2” PG=1.8)进行潮流计算，通过“图示化输出”查看母线“发电2”，发现将PG由1.63改为1.8之后，母线“发电2”的功率由1.63+j0.0665变为了1.80-j0.1018，相角由9.28度变为11.868度。将区域-1负荷有功PL列增加到原来的1.1倍，进行潮流计算。与前面结果相比，由于区域-1总有功发电增加到原来的1.1倍，由248升为272.8，而总有功负荷不变，导致区域-2总有功发电降低，由103

19、.103降为99.328。全网总有功发电由351.103增加到352.128，相差不大，但系统总无功功率由26.971升为33.816。系统总有功损耗增加，各母线电压幅值和相角以及各发电机的相角均发生了变化。实验小结：潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率。在本次实验仿真的电力系统中，发电1母线上接的是主调频发电厂；发电2和发电3上接的是具有一定无功储备的发电

20、厂和具有可调无功电源设备的变电所；STNA-230、STNB-230、STNC-230则是浮游节点。因此我们设定发电1的母线类型是V，发电2和发电3的母线类型是PV，STNA-230、STNB-230、STNC-230的母线类型为PQ。在这次PASAP软件仿真实验中，我学会了PASAP软件在电力系统潮流计算中的使用方法，并通过实验结果的分析对PQ分解法与牛顿法在潮流计算中的特点有了更深的理解。（4） 对牛顿法和PQ法的原理做比较性的说明。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

21、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）

22、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。PQ分解法是极坐标形式的牛顿-拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。由于考虑到在交流高压电网中，有功功率的变化主要受电压相位的影响，无功功率的变化主要受电压幅值的影响，从而简化雅可比矩阵将其常数化,计算过程中减少了很大的计算量,而且有功和电压幅值,无功和电压相角的完全割裂也大大的对矩阵降维数,减少了一半的计算量,但是因雅克比矩阵常数化是经验值,丧失了一部分稳定收敛的特性,

23、而且当支路电阻与电抗比值较大的时候收敛性也特别差,甚至不收敛。由于这些简化只涉及修正方程的系数矩阵，并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因而计算结果的精度不受影响。实验三 一个复杂电力系统的短路计算一、实验目的利用PSASP软件进行复杂电力系统的短路分析。二、实验内容在潮流计算的结果基础数据上，完成本次实验。短路作业号基于潮流潮流作业号计算功能说明1 是1 短路电流基于潮流作业1的全网三相短路电流计算。2 是1 短路电流基于潮流作业1的短路计算：逐个对区域1内各母线，按单相接地短路方式。3 是1 短路电流基于潮流作业1的短路计算：在线路1上距离I侧50%处发生AB两相短路。4 是2 短路电流基

24、于潮流作业2的复杂故障短路计算：在线路6靠近STNB-230母线侧单相短路接地同时三相开关跳。5 不基于潮流，基于方案“常规方式” 戴维南等值阻抗不基于潮流的全网戴维南等值阻抗计算。 对于短路作业，以以下方式查看输出结果：不分区；单位：p.u；故障点选择：GEN1-230，GEN2-230，GEN3-230输出范围：全网输出内容：短路电流简表、短路电流分布系数、母线电压（自制表，正、负、零序电压幅值和A、B、C相电压幅值）、支路电流（自制表，正序电流幅值、正序电流相角）、短路点及其支路（自制表，Z1K、Z1S、Z0K、Z0S）输出方式：报表三、实验步骤1)打开PSASP软件编辑界面，选择自己保

25、存在计算机上面的潮流计算文件夹名称，进入文本编辑界面。 2).方案定义： 从基础数据库中抽取数据组，组合成不同方案，以确定电网的规模，结构和运行方式。文本支持环境：点击“计算”菜单项，执行“方案定义”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令。3）数据检查： 对确定的电网结构进行检查，检查网架结构的合理性，计算规模是否超出范围。文本支持环境：点击“计算”菜单项，执行“数据检查”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“数据检查”命令。4）作业定义：给出计算控制信息，明确具体的计算任务。文本支持环境：点击“计算”菜单项，执行“短路”命令。图形

26、支持环境：“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“短路”命令。5）执行计算：文本支持环境：在上述“短路计算信息”窗口，完成作业定义之后，点击“计算”按钮即可。图形支持环境：“运行模式”下，a. 点击“视图”菜单项，执行“短路”命令，选择作业；b. 点击“计算”菜单项，执行“短路”命令，执行计算；c. 点击“格式”菜单项，执行“短路结果”命令，确定计算结果在图上的显示方式。6）报表输出结果：用户可选择期望的输出范围，输出内容和输出方式。文本支持环境：点击“结果”菜单项，执行“短路”命令。图形支持环境：“运行模式”下，点击“报表”菜单项，执行“短路”命令。四、实验注意事项（1）本系统文件请存入D

27、：PSASP学号潮流下；（2）严禁删除或更改计算机中除上述目录以外的一切内容。五、实验报告1） 将在PSASP环境下对上述系统的计算数据用表格写出来；a) 短路作业1短路电流简表结果报告短路作业号： 1短路作业描述：短路计算日期：2016/04/27 时间:19:21:05故障类型：ABC 母线名短路电流(p.u.)短路容量(MVA)三相容量容量比(%)GEN1-230 13.2491324.9300STNA-230 8.977897.700GEN2-230 11.051104.9600STNC-230 8.97897.0500GEN3-230 9.848984.7900STNB-230 8.

28、438843.800发电1 20.8622086.1600发电2 12.6651266.4800发电3 9.869986.8900电流分布系数结果报告短路作业号：1短路计算日期：2016/04/27 时间:19:21:05故障母线：GEN1-230I侧母线J侧母线支路号分布系数GEN1-230STNA-23010.1745GEN2-230STNC-23030.0418GEN3-230STNB-23050.1537STNA-230GEN2-23020.1837STNB-230GEN1-23060.1566STNC-230GEN3-23040.0015发电1GEN1-23070.6736发电2GE

29、N2-23080.1981发电3GEN3-23090.1443故障母线：GEN2-230I侧母线J侧母线支路号分布系数GEN1-230STNA-23010.2512GEN2-230STNC-23030.2552GEN3-230STNB-23050.0711STNA-230GEN2-23020.2272STNB-230GEN1-23060.0695STNC-230GEN3-23040.2627发电1GEN1-23070.3122发电2GEN2-23080.5214发电3GEN3-23090.2023故障母线：GEN3-230I侧母线J侧母线支路号分布系数GEN1-230STNA-23010.07

30、19GEN2-230STNC-23030.3235GEN3-230STNB-23050.2537STNA-230GEN2-23020.0775STNB-230GEN1-23060.2698STNC-230GEN3-23040.314发电1GEN1-23070.3333发电2GEN2-23080.2931发电3GEN3-23090.4305母线电压结果报告短路作业号：1短路计算日期：2016/04/27 时间:19:21:05单位：幅值( p.u. ) 角度(deg.)故障母线：GEN1-230母线名正序电压幅值负序电压幅值零序电压幅值A相电压幅值B相电压幅值C相电压幅值GEN1-230 000

31、000GEN2-230 0.5926000.59260.59260.5926GEN3-230 0.5678000.56780.56780.5678STNA-230 0.1979000.19790.19790.1979STNB-230 0.1956000.19560.19560.1956STNC-230 0.5749000.57490.57490.5749发电1 0.514000.5140.5140.514发电2 0.7466000.74660.74660.7466发电3 0.6763000.67630.67630.6763故障母线：GEN2-230母线名正序电压幅值负序电压幅值零序电压幅值A相

32、电压幅值B相电压幅值C相电压幅值GEN1-230 0.6598000.65980.65980.6598GEN2-230 000000GEN3-230 0.4967000.49670.49670.4967STNA-230 0.4225000.42250.42250.4225STNB-230 0.593000.5930.5930.593STNC-230 0.2044000.20440.20440.2044发电1 0.8515000.85150.85150.8515发电2 0.3601000.36010.36010.3601发电3 0.6213000.62130.62130.6213故障母线：GEN

33、3-230母线名正序电压幅值负序电压幅值零序电压幅值A相电压幅值B相电压幅值C相电压幅值GEN1-230 0.6788000.67880.67880.6788GEN2-230 0.5506000.55060.55060.5506GEN3-230 000000STNA-230 0.6137000.61370.61370.6137STNB-230 0.4359000.43590.43590.4359STNC-230 0.3173000.31730.31730.3173发电1 0.8614000.86140.86140.8614发电2 0.7176000.71760.71760.7176发电3 0.

34、2484000.24840.24840.2484支路电流结果报告短路作业号：1短路计算日期：2016/04/27 时间:19:21:05单位：幅值( p.u. ) 角度(deg.)故障母线：GEN1-230I侧母线J侧母线支路号正序电流幅值正序电流相角GEN1-230 GEN1-230 013.2493276.59GEN1-230 STNA-230 12.3119105.45GEN2-230 STNC-230 30.5532353.31GEN3-230 STNB-230 52.0359290.45STNA-230 GEN2-230 22.4345111.06STNB-230 GEN1-230

35、62.0749285.36STNC-230 GEN3-230 40.0192227.4发电1 GEN1-230 78.9242272.27发电2 GEN2-230 82.6246302.36发电3 GEN3-230 91.9121291.86故障母线：GEN2-230I侧母线J侧母线支路号正序电流幅值正序电流相角GEN2-230 GEN2-230 011.0496282.37GEN1-230 STNA-230 12.7759282.05GEN2-230 STNC-230 32.819897.19GEN3-230 STNB-230 50.785166.03STNA-230 GEN2-230 22

36、.5106271.82STNB-230 GEN1-230 60.7682104.21STNC-230 GEN3-230 42.903100.95发电1 GEN1-230 73.4494283.01发电2 GEN2-230 85.7608289.73发电3 GEN3-230 92.2349292.84故障母线：GEN3-230I侧母线J侧母线支路号正序电流幅值正序电流相角GEN3-230 GEN3-230 09.8479280.71GEN1-230 STNA-230 10.7085280.65GEN2-230 STNC-230 33.1857287.2GEN3-230 STNB-230 52.498995.26STNA-230 GEN2-230 20.7632215.15STNB-230 GEN1-230 62.6574103.08STNC-230 GEN3-230 43.0927281.82发电1 GEN1-230