电力系统分析实验报告.docx

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电力系统分析实验报告

本科生实验报告

实验课程电力系统分析

学院名称核技术与自动化工程学院

专业名称电气工程及其自动化

学生姓名

学生学号

指导教师顾民

实验地点6C901

实验成绩

二〇一五年十月——二〇一五年十二月

实验一MATPOWER软件在电力系统潮流计算中的应用实例

一、简介

Matlab在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块（Power System Blockset简称PSB）来完成。

Power System Block是由TEQSIM公司和魁北克水电站开发的。

PSB是在Simulink环境下使用的模块,采用变步长积分法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和开关发生时刻。

PSB程序库涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。

通过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。

PSB程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与Simulink程序之间连接作用。

PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块，通过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。

1）字段baseMVA是一个标量，用来设置基准容量，如100MVA。

2）字段bus是一个矩阵，用来设置电网中各母线参数。

①bus_i用来设置母线编号（正整数）。

②type用来设置母线类型,1为PQ节点母线,2为PV节点母线,3为平衡（参考）节点母线，4为孤立节点母线。

③Pd和Qd用来设置母线注入负荷的有功功率和无功功率。

④Gs、Bs用来设置与母线并联电导和电纳。

⑤baseKV用来设置该母线基准电压。

⑥Vm和Va用来设置母线电压的幅值、相位初值。

⑦Vmax和Vmin用来设置工作时母线最高、最低电压幅值。

⑧area和zone用来设置电网断面号和分区号，一般都设置为1，前者可设置范围为1～100，后者可设置范围为1～999。

3）字段gen为一个矩阵，用来设置接入电网中的发电机（电源）参数。

①bus用来设置接入发电机（电源）的母线编号。

②Pg和Qg用来设置接入发电机（电源）的有功功率和无功功率。

③Pmax和Pmin用来设置接入发电机（电源）的有功功率最大、最小允许值。

④Qmax和Qmin用来设置接入发电机（电源）的无功功率最大、最小允许值。

⑤Vg用来设置接入发电机（电源）的工作电压。

1.发电机模型

2.变压器模型

3.线路模型

4.负荷模型

5.母线模型

二、电力系统模型 

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路 、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图 

实验二无穷大功率供电系统模拟仿真构建

一、Matlab在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块（Power System Blockset简称PSB）来完成。

Power System Block是由TEQSIM公司和魁北克水电站开发的。

PSB是在Simulink环境下使用的模块,采用变步长积分法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和开关发生时刻。

PSB程序库涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。

通过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。

PSB程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与Simulink程序之间连接作用。

PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块，通过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。

二、电力系统模型 

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路 、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图 

三、电力系统仿真模型的建立与分析 

电力系统仿真主要是对短路类型中的三相短路、两相短路和单相接地短路的电流、机端电压波形进行分析。

利用Matlab软件中的电力系统模块库（PSB），建 各元件参数设置如下：

（1） 发电机参数设置 

发电机额定容量为50MVA,额定电压为13.8KV，额定频率为60Hz，Yg连接，其它采用默认值。

（2） 三相变压器参数设置 额定频率为60Hz，一次侧电压13.8KV，二次侧电压220KV。

其他采用默认值。

（3） 三相输电线参数设置 

线路长100Km。

 （4） 负荷参数设置 额定容量为50MVA。

 （5） 故障模块参数设置短路故障是用三相故障元件来模拟的，故障时间段可通过Transition Times来设置，设置为0.01～0.05秒。

其余的短路故障模型可以通过修改三相故障模块的参数设置来实现，将在以下仿真过程中进行设置。

三相故障模块负荷LD

正常运行时发电机输出端电压波形

正常运行时发电机输出端电流波形

分析：

电力系统未发生短路故障时，发电机端的电压和电流均成正弦变化，三相交流电源的三相电压和电流之间相位不同，而幅值的大小是相同的。

单相接地短路故障分析 

将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A 相故障,并选择故障相接地选项,故障时间为0.01～0.05秒;在万用表元件中选择A 相、B 相和C 相电流作为测量电气量, 激活仿真按钮。

（此处以A相接地短路为例）

A相接地短路故障点三相电流：

A相接地短路故障点三相电压：

分析：

当A相发生接地短路时故障点A相电压降为零，、、非故障相即BC两相电压上升为线电压，其夹角为60°。

故障切除后各相电压水平较原来升高，这是中性点电位升高导致的。

故障点各相电压：

分析:

 当输电线路发生A 相接地短路时,B 相、C 相电压没有变化。

在正常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态,A相电压也不变,不为0. 在0. 01s 时,三相短路故障发生器闭合,此时A 相接地短路,其短路电压波形发生了剧烈的变化,电压降为0.在0. 05s时,三相短路故障发生器打开,故障排除,此时故障点A 相电压迅速恢复。

故障点各相电流：

分析：

当输电线路发生A 相接地短路时,B 相、C 相电流没有变化,始终为0。

在正常状态时，三相短路故障发生器处于断开状态,A相电流为0. 在0. 01s 时,三相短路故障发生器闭合,此时A 相接地短路,其短路电流波形发生了剧烈的变化,但大体上仍呈正弦规律变化.在0. 05s时,三相短路故障发生器打开,故障排除,此时故障点A 相电流迅速变为0。

无穷大功率供电系统仿真模型

一、Matlab在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块（Power System Blockset简称PSB）来完成。

Power System Block是由TEQSIM公司和魁北克水电站开发的。

PSB是在Simulink环境下使用的模块,采用变步长积分法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行精确的仿真，并精确地检测出断点和开关发生时刻。

PSB程序库涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统仿真模型。

通过PSB可以迅速建立模型，并立即仿真。

PSB程序块程序库中的测量程序和控制源起到电信号与Simulink程序之间连接作用。

PSB程序库含有代表电力网络中一般部件和设备的Simulink程序块实验

二、电力系统模型 

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网,它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路 、动力系统、电力系统和电力网简单示意如图 

三、电力系统仿真模型的建立与分析 

电力系统仿真主要是对短路类型中的三相短路、两相短路和单相接地短路的电流、机端电压波形进行分析。

利用Matlab软件中的电力系统模块库（PSB），建 各元件参数设置如下：

实验三同步发电机突然三项短路暂态过程的仿真方法

实验四中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算

一、基本简介

1.采样频率取50kHz。

2.故障初相角分别取90°、45°、0°三种情况进行仿真。

3.接地点过渡电阻分别取5Ω、500Ω、5kΩ三种情况进行仿真。

4.设故障点分别位于每条线路的首端、中间和末端以及母线等不同位置。

5.采用ATP-EMTP的压控开关作为电弧的数学模型，即当接地点电压达到最大值时，开关合上，表明电弧重燃，当接地点电流过零时，电弧熄灭，如此反复拉弧，作为实际电弧闪的一种理想化模型。

6.暂态零序电流的有效值和极性分别按公式

（1）和式

（2）进行计算，通过编制Matlab应用程序调用ATP仿真[6,7]得到的数据进行处理，绘出零序电压、零序电流的波形。

二、中性点不接地系统仿真结果分析

由于篇幅所限，下面仅列出线路1末端发生金属性接地（RF=0），比较线路1、2、4的暂态零序电流与稳态零序电流的幅值和极性得到的仿真计算结果及波形。

1）故障线路的暂态零序电流大于非故障线路，且与非故障线路暂态零序电流的方向相反，如表1所示，故障电路1的暂态零序电流为33.23，大于非故障线路4的暂态零序电流为6.68，二者的相位比较结果为–38405，前面的负号表示二者的极性相反。

2）暂态检测法灵敏度高于稳态检测法。

所示，故障线路1的暂态零序电流为33.23，远远大于其稳态零序电流7.41。

3）短路瞬间故障相的相位角对暂态零序电流的幅值有很大影响，但对稳态零序电流幅值影响甚小。

中性点经消弧线圈接地系统仿真结果分析[8]

下面仅列出线路4中段发生金属性接地（RF=0Ω），比较线路2、3、4的暂态零序电流与稳态零序电流的幅值和极性得到的仿真计算结果及波形。

消弧线圈的电感采用过补偿5%计算。

1.仿真结果

ψ=90°时零序电压、零序电流波形图

2.结果分析

通过总结大量的仿真计算结果及仿真得到的波形可以得出如下结论：

中性点经消弧线圈接地系统，在过补偿方式下，故障线路的稳态零序电流为由过补偿产生的过剩的电感电流，其方向与非故障线路相同，所以传统的稳态检测法不再有效，而消弧线圈对故障后的暂态零序电流的幅值和相位均无影响。

其它特性与中性点不接地系统相同。

学生实验心得

此次实验我印象最深的是同步电机的并网。

开始先让直流电机转起来，带动同步电机，调节同步机的转速使其频率与电网的频率非常接近，调节励磁使两者的电压相等，然后观察同期系统，当指针指可以并网的位置时并网，最后并网成功。

这个过程看似轻松，但如果在真正的发电厂的并网中时很关键的，一个失误的操作就可能引发很大的事故。

因为并网的失败会导致很大的冲击电流使电网崩溃。

总之，我们从简单的模拟实验中学到了很多有用的实际知识，对于我们以后解决实际问题提供了平台。

学生（签名）：

2015年1月3日

指导

教师

评语

成绩评定：

指导教师（签名）：

年月日