課程設(shè)計(jì)——基于powerworld的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析和計(jì)算

1、<p>　　基于PowerWorld的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析和計(jì)算</p><p>　　1 PowerWorld Simulator介紹 </p><p>　　PowerWorld Simulator（仿真器）是一個(gè)電力系統(tǒng)仿真軟件包，其設(shè)計(jì)界面友好，并有高度的交互性。該仿真軟件能夠進(jìn)行專業(yè)的工程分析。而且由于其可交互性和可繪圖性，它也可以用于向非專業(yè)用戶解釋電力系統(tǒng)的運(yùn)行操作。

2、</p><p>　　該仿真器是一個(gè)集成的產(chǎn)品，其核心是一個(gè)全面、強(qiáng)大的潮流計(jì)算程序。它能夠有效地計(jì)算高達(dá)10,0000個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)它作為一個(gè)獨(dú)立的潮流分析軟件包時(shí)，性非常實(shí)用。與其它商業(yè)潮流計(jì)算軟件包不同，該軟件可以讓用戶通過生動(dòng)詳細(xì)的全景圖來觀察電力系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)模型可以通過使用仿真軟件的圖形編輯工具很容易地進(jìn)行修改，用戶只需輕輕點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)就可以在檢修期間切換線路、增加新的線路或發(fā)電機(jī)、確定新

3、的交易容量。仿真器廣泛地使用了圖形和動(dòng)畫功能，大大地增強(qiáng)了用戶對(duì)系統(tǒng)特性、問題和約束的理解，以便于用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。它基本的工具包括經(jīng)濟(jì)調(diào)度、區(qū)域功率經(jīng)濟(jì)分配分析、功率傳輸分配因子計(jì)算算（PTDF）、短路分析以及事故分析等功能的工具。</p><p>　　2電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)</p><p>　　2.1 220kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)</p><p>　　圖1 2

4、20kV分網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)</p><p>　　500kV站（#1）的220kV母線視為無窮大母線，電壓恒定在230kV。</p><p>　　表1 圖中各變電站參數(shù)</p><p>　　各變電站負(fù)荷曲線基本一致。日負(fù)荷曲線主要參數(shù)為：</p><p>　　日負(fù)荷率：0.85，日最小負(fù)荷系數(shù)：0.64</p><p>　　

5、各線路長度如圖所示。所有線路型號(hào)均為LGJ-2*300，基本電氣參數(shù)為：</p><p>　　正序參數(shù)： r = 0.054Ω/km, x = 0.308Ω/km, C = 0.0116 µF/km；</p><p>　　零序參數(shù)： r0 = 0.204Ω/km, x0 = 0.968Ω/km, C0 = 0.0078 µF/km；</p><p&g

6、t;　　40ºC長期運(yùn)行允許的最大電流：1190A。</p><p>　　燃煤發(fā)電廠G有三臺(tái)機(jī)組，均采用單元接線。電廠220kV側(cè)采用雙母接線。發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)如下表（在PowerWorld中選擇GENTRA模型）：</p><p>　　表2發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的參數(shù)</p><p>　　升壓變參數(shù)均為Vs%=10.5%，變比10.5kV/242kV。不計(jì)內(nèi)阻和空

7、載損耗。</p><p>　　穩(wěn)定計(jì)算中平衡節(jié)點(diǎn)用一臺(tái)大發(fā)電機(jī)代替，選定GENPWTwoAxis模型，把其中的H值設(shè)得非常大（如300.000），其他都用默認(rèn)參數(shù)。</p><p>　　穩(wěn)定仿真中發(fā)電機(jī)采用無阻尼繞組的凸極機(jī)模型。不考慮調(diào)速器和原動(dòng)機(jī)模型。不考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型。勵(lì)磁系統(tǒng)模型為：</p><p><b>　　圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)模型</b

8、></p><p>　　該模型在PowerWorld中為BPA_EG模型，主要參數(shù)如下：</p><p>　　KA=40 TA=0.1 TA1=0.1 KF=0.05 TF=0.7 VRmax=3.7 VRmin=0.0 </p><p>　　發(fā)電廠按PV方式運(yùn)行，高壓母線電壓定值為1.05VN。考慮

9、兩種有功出力安排方式：</p><p>　　滿發(fā)方式： 開機(jī)三臺(tái)，所有發(fā)電機(jī)保留10%的功率裕度；</p><p>　　輕載方式： 僅開250MW機(jī)組，且保留10%的功率裕度；</p><p>　　發(fā)電廠廠用電均按出力的7%考慮。</p><p>　　2.2 PowerWorld仿真計(jì)算的主要內(nèi)容</p><p>　　

10、對(duì)文中電力系統(tǒng)模型進(jìn)行運(yùn)行方式分析和計(jì)算，內(nèi)容涉及潮流計(jì)算、短路故障計(jì)算和暫態(tài)溫度計(jì)算三方面，詳細(xì)如下：</p><p><b>　　1、潮流計(jì)算</b></p><p>　　1）根據(jù)負(fù)荷變化和機(jī)組出力變化，擬定至少兩種典型運(yùn)行方式；</p><p>　　2）建立PowerWorld電力系統(tǒng)模型，運(yùn)用軟件進(jìn)行各個(gè)運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算。</

11、p><p>　　3） 用PowerWorld電力系統(tǒng)模型對(duì)MATLAB的潮流程序計(jì)算的典型運(yùn)行方式的潮流、電壓和網(wǎng)損進(jìn)行驗(yàn)算、校核和分析；</p><p>　　4）用PowerWorld電力系統(tǒng)模型完成大方式的“N-1”潮流校核，進(jìn)行線路載流能力和電壓水平分析；對(duì)MATLAB所編制的潮流程序進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p><b>　　2、短路故障計(jì)算</b&

12、gt;</p><p>　　1）用PowerWorld電力系統(tǒng)模型對(duì)主要220kV母線進(jìn)行三相短路容量測算，并與Matlab編制三相短路的短路容量計(jì)算程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。</p><p><b>　　3、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算</b></p><p>　　自行選擇2-3種故障方案，用PowerWorld進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，給出搖擺曲線，并計(jì)算故障的極限切除

13、時(shí)間。</p><p>　　3基于PowerWorld的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算</p><p>　　3.1 PowerWorld的電力系統(tǒng)模型</p><p>　　圖3 PowerWorld接線圖</p><p>　　3.2基于PowerWorld的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算</p><p>　　本文對(duì)模型進(jìn)行兩種運(yùn)行方式的潮流仿真

14、：</p><p>　?。?）發(fā)電機(jī)輕載方式，負(fù)荷重載方式</p><p>　　表3 節(jié)點(diǎn)參數(shù)（發(fā)電機(jī)輕載方式，負(fù)荷重載方式）</p><p>　　發(fā)電機(jī)輕載方式，負(fù)荷重載方式）計(jì)算結(jié)果：</p><p>　　圖4 發(fā)電機(jī)輕載負(fù)荷重載方式的潮流分布</p><p>　　表4 線路功率及線損</p><

15、;p>　　其中，網(wǎng)損率按以下公式計(jì)算：</p><p>　　表5 節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算結(jié)果</p><p>　?。?）發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷輕載方式</p><p>　　表6 節(jié)點(diǎn)參數(shù)（發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷輕載方式）</p><p>　?。ǎòl(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷輕載方式）計(jì)算結(jié)果：</p><p>　　表7 線路功率及線損

16、</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　據(jù)式（1）即可把功率轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值。</p><p>　　圖5發(fā)電機(jī)滿發(fā)負(fù)荷輕載方式的潮流分布</p><p>　　表8 結(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算值</p><p>　　3.3基于PowerWorld的電力系統(tǒng)短路故障計(jì)算</p>

17、<p>　　本文電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是在發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷重載方式進(jìn)行的。</p><p><b>　　故障1：三相短路</b></p><p>　　表9 三相短路短路電流及短路容量</p><p><b>　　故障2：單相短路</b></p><p>　　表9 單相短路短路電流及短路容量&

18、lt;/p><p>　　3.4基于PowerWorld的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算</p><p>　　本文電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是在發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷重載方式進(jìn)行的。</p><p>　　故障1：母線#2發(fā)生三相短路</p><p>　　圖6母線#2發(fā)生三相短路相角搖擺曲線</p><p>　　極限切除時(shí)間為0.755s.<

19、/p><p>　　故障2：母線#3發(fā)生三相短路</p><p>　　圖7母線#3發(fā)生三相短路相角搖擺曲線</p><p>　　極限切除時(shí)間為0.66s.</p><p>　　故障3：母線#6發(fā)生三相短路</p><p>　　圖8母線#6發(fā)生三相短路相角搖擺曲線</p><p>　　極限切除時(shí)間為0.

20、525s.</p><p><b>　　4 N-1分析</b></p><p>　　N-1的處理方法：本課程設(shè)計(jì)“N-1”指是在發(fā)電機(jī)滿發(fā)方式，負(fù)荷重載方式進(jìn)行的斷開一回線路。</p><p><b>　　斷開線路：12</b></p><p><b>　　表10 結(jié)點(diǎn)電壓</b&

21、gt;</p><p>　　表11 一回線的相電流</p><p>　　圖9 斷開線路12電流電壓分布</p><p><b>　　斷開線路：23</b></p><p><b>　　表12 結(jié)點(diǎn)電壓</b></p><p>　　表13 一回線的相電流</p>

22、<p>　　圖10 斷開線路23電流電壓分布</p><p><b>　　斷開線路：24</b></p><p><b>　　表14 結(jié)點(diǎn)電壓</b></p><p>　　表15 一回線的相電流</p><p>　　圖11 斷開線路24電流電壓分布</p><p>

23、<b>　　斷開線路：36</b></p><p><b>　　表16 結(jié)點(diǎn)電壓</b></p><p>　　表17 一回線的相電流</p><p>　　圖12 斷開線路36電流電壓分布</p><p><b>　　斷開線路：45</b></p><p>

24、;<b>　　表18 結(jié)點(diǎn)電壓</b></p><p>　　表19 一回線的相電流</p><p>　　圖13 斷開線路45電流電壓分布</p><p><b>　　斷開線路：56</b></p><p><b>　　表20 結(jié)點(diǎn)電壓</b></p><p&

25、gt;　　表21 一回線的相電流</p><p>　　圖14 斷開線路56電流電壓分布</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]《電力系統(tǒng)分析》（上、下冊）華中科技大學(xué)出版</p><p>　　[2