电力系统分析实验指导书.docx
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电力系统分析实验指导书
电力系统分析实验
指导书
（理工类）
理工大学
电气系
实验一电力系统分析计算
实验二电力系统简单电网潮流计算
实验三、复杂电力系统的潮流计算
实验四电力系统三相短路故障仿真分析
实验五电力系统不对称故障分析
实验六小电流接地系统单相故障分析
实验七一个复杂电力系统的短路计算
实验八同步发电机三相短路暂态过程分析
实验九简单电力系统静态稳定性仿真
实验十简单电力系统暂态稳定性仿真
附录1：
实验成绩考核办法
附录2：
推荐教材、参考书
（一）实验教学目标
其目的是在学生基本上学完专业课的基础上，对电力系统中的某些问题进行综合的试验研讨，帮助学生将课堂上所学的主要专业课程的理论知识与实践相结合，了解最先进的电力科学技术，进一步掌握电力系统各种特性和理论知识。
引导学生综合运用所学知识，进行电力科学研究，培养学生实际动手能力，综合应用能力和创新能力；以提高学生试验研究，分析处理数据和提出科学报告的能力。
使学生站在全局的高度，了解整个电力系统，培养学生的综合思维能力和综合处理问题的能力，促进学生综合素质的提高。
（二）实验要求
学生们在做电力系统综合实验前，应首先阅读实验指导，了解本次实验的目的和容，根据实验容预习相关理论知识
熟悉实验室的一次设备和二次系统，并根据实验室的设备条件，在教师的指导下根据所选实验项目和要求独立地进行实验方案的设计，确定实验方法、系统接线图、具体操作步骤、拟定实验中所要求记录的物理量表格等，向指导老师提出实验方案，经同意后方可进行实验。
学生们应尽量多次地、独立地进行试验，实验完成后每人应提交较完整的实验报告。
，严格按照操作要求使用设备。
实验一电力系统分析计算
一、实验目的
1.掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法.
2.通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要求选取模型。
3.掌握多级电力网络的等值电路计算方法。
4.理解有名制和标幺制。
二、实验容
1．电力线路建模
有一回220kV架空电力线路，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。
试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。
2．多级电力网络的等值电路计算
部分多级电力网络结线图如图1-1所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。
图1-1多级电力网络结线图
线路
额定电压
电阻
（欧/km）
电抗
（欧/km）
电纳
（S/km）
线路长度
（km）
L1（架空线）
220kv
0.08
0.406
2.81*10-6
200
L2（架空线）
110kV
0.105
0.383
2.81*10-6
60
L3（架空线）
10kV
0.17
0.38
忽略
15
变压器
额定容量
Pk（kw）
Uk%
Io%
Po（kW）
T1
180MVA
893
13
0.5
175
T2
63MVA
280
10.5
0.61
60
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真第一章、第二章、第三章
四、实验设备
1．PC一台
2．Matlab软件
五、实验报告要求
1．电力线路建模
画出模型图，并标出相应的参数值。
将计算结果填入下表
电阻
（欧）
电抗
（欧）
电纳
（S）
电阻
（欧）
电抗
（欧）
电纳
（S）
电阻
（欧）
电抗
（欧）
电纳
（S）
60km
200km
500km
模型1
2．作出等值电路仿真模型，线路采用中等长度模型，用字母标出相应的参数
以220KV为基本级，按精确求解要求，求出有名制和标幺制表示的各参数值。
（注意有些量要归算）。
按下表填入计算数据。
用下标标示相应的线路和变压器。
参数名称
有名制
标幺制
参数名称
有名制
标幺制
参数名称
有名制
标幺制
3、回答思考题
六、思考题
1．比较计算数据，讨论模型的适用条件。
2．什么是有名制？
什么是标幺制？
电力系统元件的有名值和标幺值有什么关系？
实验二电力系统简单电网潮流计算
一、实验目的
1.学习Matlab仿真方法。
2.初步掌握电力系统时域分析工具。
3.电力系统简单电网潮流计算仿真分析。
二、实验容
在如图2-1所示的电力系统中，已知条件如下：
变压器T：
SFT-40000/110，
，
线路AC段：
；
线路BC段：
；
线路AB段：
；各段线路的导纳均可略去不计；负荷功率：
；母线D的额定电压为10kV。
节点A为平衡节点，其余为PQ节点。
计算系统的潮流分布。
图2-1简单电力系统
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第四章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出潮流计算结果
4、分析系统各节点电压大小是否满足系统要求
5、回答思考题
六、思考题
1、为什么会有线损？
线损的构成主要有哪些成分？
实验三、复杂电力系统的潮流计算
一、实验目的
1.学习Matlab仿真方法。
2.掌握电力系统时域分析工具。
3.电力系统复杂电网潮流计算仿真分析。
二、实验容
如图3-1所示的电力系统中，变压器两侧电压等级分别为10kV和110kV，各元件参数标幺值示于图中。
（SB=100MVA，VB=Vav），计算系统的潮流分布。
图3-1复杂电力系统网络图
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第四章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3、系统的潮流分析
分析系统各节点电压大小是否满足系统要求，若不满足如何进行调整？
4、保持负荷有功功率不变，改变无功负荷，观察记录各母线电压。
保持无功负荷不变，改变有功负荷，观察记录各发电机母线功角。
保持负荷不变，改变变压器变比，观察记录各母线电压。
5、回答思考题
六、思考题
1、谈谈你对线路损耗的认识。
2、如果各110kV线路承担的输送功率长期满负荷运行，有何方法可较好地解决线损过高问题？
实验四电力系统三相短路故障仿真分析
一、实验目的
1.学习Matlab仿真方法。
2.掌握电力系统时域分析工具。
3.对三相接地短路故障进行仿真分析。
二、实验容
设某部分电力线路的简化等值电路如图所示。
用Matlab仿真工具建立模型，并仿真线路出现三相接地短路时短路点的电流电压的变化情况。
图4-1简单三相接地短路电路图模型
1.交流电压源元件参数
电压峰值/V
相位/rad
频率/Hz
采样时间/S
测量值
110
0
50
0
0
2.串联RLC参数
电阻R/欧姆
电感L/H
电容C/F
测量值
RLC1
5
35e-3
1e-6
Branchcurrent
RLC
15
105e-3
1e-6
Branchcurrent
3.仿真参数
Starttime
Stoptime
Type
Relativetolerance
其它
0
0.1
Variable-step,ode15s（stiff/NDF）
1e-3
auto
4.三相电路短路故障发生器（有对地故障）
Ron
Transtatus
Trantimes
测量值
Rp
Cp
Rg
0.001
[10]
[0.020.05]
none
1e6
inf
0.001
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3.观察仿真波形图，分别仿真出短路点电压波形和电流波形，测量求出各相短路电流的最大值。
4、给出短路电压波形图
5、回答思考题
六、思考题
1.什么叫冲击电流？
2.什么叫短路电流的最大有效值？
3、某一线路，首端发生三相短路故障和末端发生三相短路故障引起的系统反应一样吗？
请说说理由。
实验五电力系统不对称故障分析
一、实验目的
1.学习Matlab仿真方法。
2.掌握电力系统时域分析工具。
3.熟悉不同类型短路故障的特点及其影响，对电力系统出现的不对称故障进行仿真分析。
二、实验容
设无穷大电源的电力系统电路如图5-1，仿真分析在K点出现各种短路故障时电流电压的变化。
图5-1电力系统各种短路故障仿真图
1.三相电压源元件参数
电压有效值
A相相位（正序）
频率
连接方式
阻抗
10．5KV
0
50
Y
0.312+j6.63e-3
2.输电线路参数
长度
电阻R（正，零序）
电感L（正，零序）
电容C（正，零序）
测量值
RLC1
100km
[0.012730.3864]
[0.937e-34.12e-3]
[12.7e-97.75e-3]
none
RLC2
60km
[0.012730.3864]
[0.937e-34.12e-3]
[12.7e-97.75e-3]
none
3.三相电路短路故障发生器
Ron
Rg
Transtatus
Trantimes
Sampletime
Rp
C
0.001
0.001
[10]
[0.010.04]
0
1e-6
inf
4.三相序分量分析元件
Fundamentalfrequence
Harmomicn
Sequence
50
1
PositiveNegativeZero
5.仿真参数
Starttime
Stoptime
Type
Relativetolerance
其它
0
0.1
Variable-step,ode15s（stiff/NDF）
1e-3
auto
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3、三相短路分析
在三相电路短路故障发生器参数中将三相故障全选中，并选择故障相接地选项。
进行电路仿真，用M1观察故障点电流波形，并记录三相电流的最大幅值，填入表中。
A相
B相
C相
4、给出短路电流波形和非故障相电压波形。
5、回答思考题
六、思考题
1理论上推导在两相短接时三个序电流之间有什么关系?
与实验结果进行比较.
2单相接地短路时短路电流与三个序电流之间有什么关系?
与实验结果进行比较.
3、有人说，在相同地点发生三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路，肯定是三相短路的短路电流最大。
对吗？
为什么？
4、有人认为发生不对称故障时，故障相电流是由各序电流合成的，因此相电流一定比序电流要大，对吗？
为什么？
实验六小电流接地系统单相故障分析
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握小电流接地系统的单相故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统配电线路进行单相接地短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。
二、实验容
搭建如图6-1所示的系统模型并仿真，该系统有1个电源，3条配电线路，4个负荷，在Line3的末端设置单相接地短路故障，观察示波器中的电压和电流波形，记录下故障电压电流的有效值。
1.三相电压源元件参数
电压有效值
A相相位（正序）
频率
连接方式
阻抗
10．5KV
0
50
Yg
0.00529+j4.427e-2
2.输电线路参数
长度
电阻R（正，零序）
电感L（正，零序）
电容C（正，零序）
测量值
RLC1
120km
[0.012730.3864]
[0.937e-34.12e-3]
[12.7e-97.75e-3]
none
RLC2
180km
[0.012730.3864]
[0.937e-34.12e-3]
[12.7e-97.75e-3]
none
RLC3
2km
[0.012730.3864]
[0.937e-34.12e-3]
[12.7e-97.75e-3]
none
RLC4
150km
[0.012730.3864]
[0.937e-34.12e-3]
[12.7e-97.75e-3]
none
3.三相电路短路故障发生器
Ron
Rg
Transtatus
Trantimes
Sampletime
Rp
C
0.001
0.001
[10]
[0.010.04]
0
1e-6
inf
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出小电流接地系统的单相接地故障的仿真模型
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出单相接地故障时的电压、电流瞬时值波形。
4、给出零序电流的有效值曲线。
5、和实验五结果对比，对中性点接地、中性点不接地两种系统故障情况进行比较。
6、回答思考题。
六、思考题
1、中性点不接地系统为什么可以在单相接地故障发生时允许继续运行2小时？
2、中性点不接地系统装设消弧线圈的原则是什么？
装设消弧线圈的目的是什么？
实验七一个复杂电力系统的短路计算
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握复杂电力系统短路故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对复杂电力系统短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。
二、实验容
图7-1所示电力系统：
图7-1复杂电力系统
图中取SB＝100MVA，VB＝Vav，电源电势E”=1，
试求：
1）k—1点三相短路时，短路点的起始次暂态电流；
2）k—2点A相接地短路时，短路点的电流，115kV及37kV输电线路各相电流，发电机G1端电压；
3）k—3点三相短路时，短路点及各电源支路的短路电流。
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出复杂系统故障的仿真模型
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出k—1点，k—2点及k—3点故障时的电压、电流瞬时值波形。
4、回答思考题。
六、思考题
1、k—1点单相短路时，是否属于小电流接地系统短路，为什么？
实验八同步发电机三相短路暂态过程分析
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握同步发电机三相短路暂态过程的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对同步发电机三相短路暂态过程仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。
二、实验容
已知一台有阻尼的同步发电机，其参数如下：
若发电机空载，端电压为额定电压，发电机定子端部突然发生三相短路，并且
，求发电机定子电流。
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第五章
四、实验设备
1.PC一台
2.Matlab软件
五、实验报告要求
1、给出复杂系统故障的仿真模型
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出三相短路时短路电流中直流分量、倍频分量、正序分量、负序分量、零序分量波形。
4、回答思考题。
六、思考题
1、同步发电机三相短路暂态过程的有何特点？
2、发电机机端两相短路和机端三相短路相比，有何不同？
实验九简单电力系统静态稳定性仿真
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，了解影响系统静态稳定性的因素，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统静态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。
二、实验容
对如图9-1所示的单机无穷大系统，发电机带有自动励磁调节器，发电机输出的功率为
，
；原动机的功率为
；发电机为隐极机，且不计发电机各绕组的电磁暂态过程
发电机的参数：
负序电抗：
变压器T-1的参数:
;
变压器T-2的参数:
;
线路的参数：
，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。
运行条件如下：
分析在
为常数的条件下，发电机励磁调节系统对发电机静态稳定性的影响。
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第六章
四、实验仪器设备及耗材
1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。
五、实验报告要求
1、给出单机无穷大系统静态稳定性Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出不同干扰情况下发电机功角、转速随时间变化的曲线。
4、对比不同励磁条件下的仿真结果。
5、回答思考题。
六、思考题
1、功角和发电机惯性时间常熟TJ的物理意义是什么？
2、影响电力系统静态稳定性的因素有哪些？
3、如何提高电力系统的静态稳定性？
实验十简单电力系统暂态稳定性仿真
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，了解系统遭受大干扰后（比如短路故障）系统能否稳定运行与故障切除时间等因素紧密相关，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统暂态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。
本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。
二、实验容
对如图10-1所示的单机无穷大系统，分别分析在f点发生两相短路、两相接地短路通过线路两侧开关同时断开切除线路后，系统的暂态稳定性。
发电机的参数：
负序电抗：
变压器T-1的参数:
;
变压器T-2的参数:
;
线路的参数：
，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。
运行条件如下：
三、实验原理及步骤
参考教材《MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》第六章
四、实验仪器设备及耗材
1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。
五、实验报告要求
1、给出单机无穷大系统暂态稳定性Simulink仿真模型。
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出故障切除时间分别为故障后0.1s、0.5s两种情况下发电机转速、功角曲线。
4、给出电压电流波形曲线。
5、对比不同故障切除时刻的仿真结果。
6、回答思考题。
六、思考题
1、功角和发电机惯性时间常熟TJ的物理意义是什么？
2、提高电力系统静态稳定和暂态稳定的措施主要有哪些？
附录1：
实验成绩考核办法
本课程采用每个实验成绩满分100分评分
实验成绩考核：
每一个实验成绩=实验操作成绩×50%+实验报告成绩×50%
注：
实验操作成绩由实验态度和纪律，实验预习报告和实验能力和效果组成；实验报告成绩由实验报告编写态度情况和实验分析总结情况组成。
附录2：
推荐教材、参考书：
[1]电力系统分析（第三版）.于永源.中国电力
[2]MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真.于群,娜.机械工业,2011
[3]电子文档SimPowerSystem非标准教程.pdf
[4]电子文档SimPowerSystem用户指南.pdf
电力研学网Matlab论坛tech.cepsc./forum-99-1.html
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