課程設計——基于powerworld的電力系統(tǒng)運行方式分析和計算

1、<p>　　基于PowerWorld的電力系統(tǒng)運行方式分析和計算</p><p>　　1 PowerWorld Simulator介紹 </p><p>　　PowerWorld Simulator（仿真器）是一個電力系統(tǒng)仿真軟件包，其設計界面友好，并有高度的交互性。該仿真軟件能夠進行專業(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)的運行操作。

2、</p><p>　　該仿真器是一個集成的產品，其核心是一個全面、強大的潮流計算程序。它能夠有效地計算高達10,0000個節(jié)點的電力網絡，因此當它作為一個獨立的潮流分析軟件包時，性非常實用。與其它商業(yè)潮流計算軟件包不同，該軟件可以讓用戶通過生動詳細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行修改，用戶只需輕輕點擊幾下鼠標就可以在檢修期間切換線路、增加新的線路或發(fā)電機、確定新

3、的交易容量。仿真器廣泛地使用了圖形和動畫功能，大大地增強了用戶對系統(tǒng)特性、問題和約束的理解，以便于用戶對系統(tǒng)進行維護。它基本的工具包括經濟調度、區(qū)域功率經濟分配分析、功率傳輸分配因子計算算（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)網絡結構及參數</p><p>　　2.1 220kV分網結構和參數</p><p>　　圖1 2

4、20kV分網結構和參數</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</p><p>　　各變電站負荷曲線基本一致。日負荷曲線主要參數為：</p><p>　　日負荷率：0.85，日最小負荷系數：0.64</p><p>　　

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

6、t;　　40ºC長期運行允許的最大電流：1190A。</p><p>　　燃煤發(fā)電廠G有三臺機組，均采用單元接線。電廠220kV側采用雙母接線。發(fā)電機組主要參數如下表（在PowerWorld中選擇GENTRA模型）：</p><p>　　表2發(fā)電廠發(fā)電機的參數</p><p>　　升壓變參數均為Vs%=10.5%，變比10.5kV/242kV。不計內阻和空

7、載損耗。</p><p>　　穩(wěn)定計算中平衡節(jié)點用一臺大發(fā)電機代替，選定GENPWTwoAxis模型，把其中的H值設得非常大（如300.000），其他都用默認參數。</p><p>　　穩(wěn)定仿真中發(fā)電機采用無阻尼繞組的凸極機模型。不考慮調速器和原動機模型。不考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型。勵磁系統(tǒng)模型為：</p><p><b>　　圖2 勵磁系統(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方式運行，高壓母線電壓定值為1.05VN?？紤]

9、兩種有功出力安排方式：</p><p>　　滿發(fā)方式： 開機三臺，所有發(fā)電機保留10%的功率裕度；</p><p>　　輕載方式： 僅開250MW機組，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仿真計算的主要內容</p><p>　　

10、對文中電力系統(tǒng)模型進行運行方式分析和計算，內容涉及潮流計算、短路故障計算和暫態(tài)溫度計算三方面，詳細如下：</p><p><b>　　1、潮流計算</b></p><p>　　1）根據負荷變化和機組出力變化，擬定至少兩種典型運行方式；</p><p>　　2）建立PowerWorld電力系統(tǒng)模型，運用軟件進行各個運行方式下的潮流計算。</

11、p><p>　　3） 用PowerWorld電力系統(tǒng)模型對MATLAB的潮流程序計算的典型運行方式的潮流、電壓和網損進行驗算、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，進行線路載流能力和電壓水平分析；對MATLAB所編制的潮流程序進行驗算。</p><p><b>　　2、短路故障計算</b&

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

13、時間。</p><p>　　3基于PowerWorld的電力系統(tǒng)仿真計算</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)潮流計算</p><p>　　本文對模型進行兩種運行方式的潮流仿真

14、：</p><p>　?。?）發(fā)電機輕載方式，負荷重載方式</p><p>　　表3 節(jié)點參數（發(fā)電機輕載方式，負荷重載方式）</p><p>　　發(fā)電機輕載方式，負荷重載方式）計算結果：</p><p>　　圖4 發(fā)電機輕載負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，網損率按以下公式計算：</p><p>　　表5 節(jié)點電壓計算結果</p><p>　?。?）發(fā)電機滿發(fā)方式，負荷輕載方式</p><p>　　表6 節(jié)點參數（發(fā)電機滿發(fā)方式，負荷輕載方式）</p><p>　?。ǎòl(fā)電機滿發(fā)方式，負荷輕載方式）計算結果：</p><p>　　表7 線路功率及線損

16、</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　據式（1）即可把功率轉換為標幺值。</p><p>　　圖5發(fā)電機滿發(fā)負荷輕載方式的潮流分布</p><p>　　表8 結點電壓計算值</p><p>　　3.3基于PowerWorld的電力系統(tǒng)短路故障計算</p>

17、<p>　　本文電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是在發(fā)電機滿發(fā)方式，負荷重載方式進行的。</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)定計算</p><p>　　本文電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是在發(fā)電機滿發(fā)方式，負荷重載方式進行的。</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：本課程設計“N-1”指是在發(fā)電機滿發(fā)方式，負荷重載方式進行的斷開一回線路。</p><p><b>　　斷開線路：12</b></p><p><b>　　表10 結點電壓</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 結點電壓</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 結點電壓</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 結點電壓</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 結點電壓</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 結點電壓</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結論</b></p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]《電力系統(tǒng)分析》（上、下冊）華中科技大學出版</p><p>　　[2