1、電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)院：核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 姓名：何承恩 學(xué)號(hào)：201206050220指導(dǎo)老師：顧民 目錄實(shí)驗(yàn)一 MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例2一、MATPOWER模塊介紹2二、電力系統(tǒng)模型3三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)6實(shí)驗(yàn)二 無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)模擬仿真構(gòu)建7一、電力系統(tǒng)圖7二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果10三、心得體會(huì)11實(shí)驗(yàn)三 同步發(fā)電機(jī)突然三項(xiàng)短路暫態(tài)過(guò)程的仿真方法12一、電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖12二、仿真結(jié)果與分析14三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)15實(shí)驗(yàn)四 小電流接地系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建16一、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真模型及計(jì)算16二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型及計(jì)算18三、中

2、性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真結(jié)果分析：19四、心得體會(huì)：20實(shí)驗(yàn)一 MATPOWER軟件在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用實(shí)例一、MATPOWER模塊介紹Matlab在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(Power System Blockset簡(jiǎn)稱PSB)來(lái)完成。PSB是在Simulink環(huán)境下使用的模塊,采用變步長(zhǎng)積分法,可以對(duì)非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行精確的仿真，并精確地檢測(cè)出斷點(diǎn)和開(kāi)關(guān)發(fā)生時(shí)刻。PSB程序庫(kù)含有代表電力網(wǎng)絡(luò)中一般部件和設(shè)備的Simulink程序塊，通過(guò)PSB可以迅速建立模型，并仿真。 1) 字段baseMVA是一個(gè)標(biāo)量，用來(lái)設(shè)置基準(zhǔn)容量

3、，如100MVA。2)字段bus是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各母線參數(shù)。 bus_i用來(lái)設(shè)置母線編號(hào)(正整數(shù))。 type用來(lái)設(shè)置母線類型, 1為PQ節(jié)點(diǎn)母線, 2為PV節(jié)點(diǎn)母線, 3為平衡(參考)節(jié)點(diǎn)母線，4為孤立節(jié)點(diǎn)母線。 Pd和Qd用來(lái)設(shè)置母線注入負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率。 Gs、Bs用來(lái)設(shè)置與母線并聯(lián)電導(dǎo)和電納。 baseKV用來(lái)設(shè)置該母線基準(zhǔn)電壓。 Vm和Va用來(lái)設(shè)置母線電壓的幅值、相位初值。 Vmax和Vmin用來(lái)設(shè)置工作時(shí)母線最高、最低電壓幅值。 area和zone用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)斷面號(hào)和分區(qū)號(hào)，一般都設(shè)置為1，前者可設(shè)置范圍為1100，后者可設(shè)置范圍為1999。3)字段gen為一個(gè)矩

4、陣，用來(lái)設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)(電源)參數(shù)。 bus用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的母線編號(hào)。 Pg和Qg用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功功率和無(wú)功功率。 Pmax和Pmin用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的有功功率最大、最小允許值。 Qmax和Qmin用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的無(wú)功功率最大、最小允許值。 Vg用來(lái)設(shè)置接入發(fā)電機(jī)(電源)的工作電壓。二、電力系統(tǒng)模型 電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng),它包括升降壓變壓器和各種電壓等級(jí)的輸電線路 、動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)簡(jiǎn)單示意如圖 圖1-1 電力網(wǎng)絡(luò)圖圖1-2 變壓器T1參數(shù)設(shè)置圖1-3 線路L1參數(shù)設(shè)置圖1-4

5、 Load1參數(shù)設(shè)置在潮流計(jì)算和電機(jī)初始化窗口中單擊“更新潮流”，就得到潮流計(jì)算結(jié)果：圖1-5 潮流計(jì)算在Powergui模塊主界面下打開(kāi)穩(wěn)態(tài)電流電壓分析，得到如下結(jié)果：圖1-6 穩(wěn)態(tài)電流電壓分析三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)課,我對(duì)Matlab中的SimPowerSystems模塊有了更直觀的認(rèn)識(shí)，經(jīng)過(guò)前期計(jì)算，鍛煉了對(duì)電力系統(tǒng)故障的分析能力，再通過(guò)后期用電腦模擬，鍛煉了運(yùn)用軟件解決實(shí)際問(wèn)題的能力。但由于理論基礎(chǔ)不扎實(shí)，分析過(guò)程舉步維艱，以后還要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)二 無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)模擬仿真構(gòu)建 一、電力系統(tǒng)圖假設(shè)無(wú)窮大功率電源供電系統(tǒng)，在0.02s時(shí)刻變壓器低壓母線發(fā)生三相

6、短路故障，仿真其短路電流周期分量幅值和沖擊電流的大小。線路參數(shù)L=50km，x1=0.4/km，r1=0.17/km；變壓器Sn=20MV·A，短路電壓Us%=10.5，短路損耗Ps=135kw，空載損耗P0=22kw，空載電流I0%=0.8，變比kT=110/11，高低壓繞組均為Y行聯(lián)接；并設(shè)供電點(diǎn)電壓為110KV。其對(duì)應(yīng)的Simulink仿真模型如圖1-1所示。圖2-1 無(wú)窮大功率電源供電電力系統(tǒng)圖2-2 電源模塊的參數(shù)設(shè)置變壓器T采用“Three-PhaseTransformer（Two Windings）”模型。根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，計(jì)算折算到110kv側(cè)的參數(shù)如下：&#

7、160;變壓器的電阻為： RT=PsUN2SN2×103=4.08變壓器的電抗為 :XT=Us%100×UN2SN×103=63.53變壓器的漏感： LT=XT2f=0.202H變壓器的勵(lì)磁電阻為：Rm=UN2P0×103=5.5×105 變壓器的勵(lì)磁電抗為：Xm=100UN2I0%SN×103=75625 變壓器的勵(lì)磁電感為：Lm=Xm2f=240.8H 變壓器模塊中的參數(shù)采用有名值則設(shè)置如圖1-3所示圖2-3采用有名值時(shí)變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置如果要采用標(biāo)幺值，則在Simil

8、ink的三相變壓器模型中，一次、二次繞組漏感和電阻的標(biāo)幺值以額定功率和一次、二次側(cè)各自的額定線電壓為基準(zhǔn)值，勵(lì)磁電阻和勵(lì)磁電感以額定功率和一次額定線電壓為基準(zhǔn)值。 則一次側(cè)的基準(zhǔn)值為R1·base=U1n2SN=605L1·base=U1N2SN×2f=1.927H二次側(cè)的基準(zhǔn)值為R2·base=U2n2SN=6.05L2·base=U2N2SN×2f=0.01927H因此，一次繞組漏感和電阻的標(biāo)幺值為R1*=0.5×RTR1·base=0.0033，L1*=0.5×LTL1·base

9、=0.052同理，R2*=0.0033，L2*=0.052，Rm*=909.09，Rm*=106.3，則變壓器模塊的參數(shù)設(shè)置如圖圖2-4 變壓器參數(shù)設(shè)置輸電線路L的參數(shù)：RL=r1×l=0.17×50=8.5XL=X1×l=0.4×50=20，LL=XL2f=0.064H設(shè)置如下：圖2-5 線路L參數(shù)設(shè)置圖2-6 三相電壓電流測(cè)量模塊仿真時(shí)，故障點(diǎn)的故障類型等參數(shù)采用三相線路故障模塊“Three-Phase Fault”來(lái)設(shè)置：圖2-7 故障模塊設(shè)置二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到以上的電力系統(tǒng)參數(shù)后，可以首先計(jì)算出在變壓器低壓母線發(fā)生三相短路故障時(shí)短路電流周

10、期分量幅值和沖擊電流的大小。 短路電流周期分量的幅值為Im=Um·k1（RT+RL)2+(XT+XL)2=10.63kA時(shí)間常數(shù)為Ta=LT+LLRT+RL=0.0211s則短路沖擊電流為iim1+e-0.010.0211Im=1.6225Im=17.3kA通過(guò)模型窗口菜單中的“SimulationConfiguration Parameters”命令打開(kāi)設(shè)置仿真參數(shù)的對(duì)話框，選擇ode23t算法，仿真起始時(shí)間設(shè)置為0，終止時(shí)間設(shè)置為0.2s，其他參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。在三相線路故障模塊中設(shè)置在0.02s時(shí)刻變壓器低壓母線發(fā)生三相短路故障。仿真運(yùn)行，可得變壓器低壓側(cè)的

11、三相短路電流波形如圖圖2-8 三相短路電流波形正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)輸出端電流波形：圖2-9 發(fā)電機(jī)端電流波形三、心得體會(huì) 通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，熟悉了電力系統(tǒng)的故障分析，直觀的觀察到了三相短路電流的波形，理解了它們之間的相位、大小關(guān)系，電力系統(tǒng)未發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)端的電壓和電流均成正弦變化，三相交流電源的三相電壓和電流之間相位不同，而幅值的大小是相同的。即鞏固了理論知識(shí)，又鍛煉了建模能力。實(shí)驗(yàn)三 同步發(fā)電機(jī)突然三項(xiàng)短路暫態(tài)過(guò)程的仿真方法一、 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖圖3-1發(fā)電機(jī)突然發(fā)生三相短路的仿真模型圖3-2 同步電機(jī)參數(shù)設(shè)置圖3-3 變壓器參數(shù)設(shè)置圖3-4 三相短路參數(shù)設(shè)置二、 仿真結(jié)果與分析圖3-5三相

12、對(duì)稱短路時(shí)d繞組波形圖圖3-6三相對(duì)稱短路時(shí)q繞組波形圖圖3-7三相對(duì)稱短路時(shí)勵(lì)磁電流波形圖圖3-8三相對(duì)稱短路時(shí)a、b、c三相電流波形圖圖3-9三相對(duì)稱短路時(shí)定子A相電流波形圖由以上的仿真波形可以看出，突然短路時(shí)，各繞組電流都發(fā)生震蕩。定子繞組有周期分量和非周期分量(實(shí)際數(shù)學(xué)分析時(shí)還有二倍頻分量)。轉(zhuǎn)子各繞組也有周期分量和非周期分量。從物理意義上可以這樣來(lái)理解：定子繞組突然三相短路后，由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)及定子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的三相穩(wěn)態(tài)基頻電流，將引起定子勵(lì)磁繞組中就產(chǎn)生了非周期電流。由于轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子阻尼和勵(lì)磁繞組中的非周期電流分量。由于轉(zhuǎn)子繞組中存在電阻，突然短路在轉(zhuǎn)子阻尼繞組中引起

13、的非周期分量將逐步衰減到零，如圖3-5和圖3-6。短路后，由于定轉(zhuǎn)子短路電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生衰減。三、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，在MatlabSimulink環(huán)境下，構(gòu)建了同步發(fā)電機(jī)機(jī)端突然三相短路的仿真模型。通過(guò)仿真結(jié)果分析，仿真結(jié)果與理論分析相吻合。加深了對(duì)電機(jī)三相短路的理論理解，鍛煉了運(yùn)用軟件分析的能力。實(shí)驗(yàn)四 小電流接地系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建一、 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的仿真模型及計(jì)算圖4-1 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖圖4-2 Line1的參數(shù)設(shè)置圖4-3 Load1的參數(shù)設(shè)置圖4-3三相電壓電流測(cè)量模塊的參數(shù)設(shè)置在仿真模型中，選擇在第3條出線的1km處（即Line3與Line4之間）發(fā)生A相

14、金屬性單相接地，故障模塊的參數(shù)設(shè)置如圖4-4圖4-4 故障模塊設(shè)置通過(guò)計(jì)算得到系統(tǒng)在第3條出線的1km處發(fā)生A相金屬性單相接地時(shí)各線路始端的零序電流有效值為：3I01=3UC01=5.75A同理可得：3I02=7.75A，3Io3=3I01+3I02=13.5A接地點(diǎn)的電流為：ID=20.18A二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真模型及計(jì)算 圖4-5 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)圖4-6 消弧線圈參數(shù)設(shè)置圖4-7三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真結(jié)果分析：下面僅列出線路4中段發(fā)生金屬性接地，比較線路2、3、4 的暫態(tài)零序電流與穩(wěn)態(tài)零序電流的幅值和極性得到的仿真計(jì)算結(jié)果及波形。消弧線圈的電感采用過(guò)補(bǔ)償5%計(jì)算。1.仿真結(jié)果圖4-8 =0°時(shí)零序電壓、零序電流波形圖圖4-9 =90°時(shí)零序電壓、零序電流波形圖2. 結(jié)果分析通過(guò)總結(jié)大量的仿真計(jì)算結(jié)果及仿真得到的波形可以得出如下結(jié)論：中性點(diǎn)經(jīng)消弧