电力系统潮流分析

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1、工业人学本科毕业论文目录弓I言3第一章电力系统运行稳定性的基本概念41.1 同步发电机的机电特性41.1.1 同步发电机的功角特性4LL2同步发电机的转子运动特性61.2 电力系统的静态稳定713电力系统的暂态稳定81.4 电力系统的负荷稳定91.5 电力系统的电压稳定11第二章电力系统潮流原理分析132.1电力系统潮流的概述1322简单电力系统的运行和分析13221简单电力网络的电压降落132.2.2简单电力网络的功率损耗152.3电力系统潮流的调整和控制181.1.1 力系统无功功率的平衡181.1.2 无功功率与系统电压的关系191.1.3 电力系统中自功功率的平衡21第三章电力系统潮流

2、实验分析223.1 电力系统潮流分析实验设备简介223.1.1 THLZD2型电力系统综合自动化实验平台的介绍223.1.2 THLDK2型电力系统监控实验平台的简介233.2 电力系统潮流实验24321实验中公用的实验步骤说明253.2.1 复杂电力系统潮流分布的典型结构29323三相相间短路对复杂电力系统潮流的影响303.2.4 切机、切负荷对复杂电力系统潮流的周3响30325原动机转速扰动对复杂电力系统潮流的影响303.2.6 原动机励磁改变对复杂电力系统潮流的影响30327原动机进相运行对复杂电力系统潮流的影响30328电容补偿对节点电压的影响30#引言在现代社会中，电能早已成为社会生

3、产力的重要基础，为工业、农业、交通、国防等 各行各业提供着不可缺少的动力，它已经像粮食、空气一般，成为支掠现 代社会文明的物 质基础之一。社会文明越发达，我们人类的生产和生活就越离不开电能。因此，电力工业 作为国民经济的一项基础产业，其发展水半已经成为反 映国家经济发达程度的重要指标。所谓电力系统，就是将分散在各个地区的发电厂通过电力网与分散在各负荷中心的用 户连接起来组成的系统，从而使发电、供电和用电成为了一个整体，并在技术和经济上具 备了一系列突出的优点。(1)合理利用了资源，同时提高了系统运行的经济效益。(2)可以减少总负荷的峰值，充分地利用了系统的装机容量，从而减小了备用容帚：。(3)

4、可以大大地提高供电可靠性和电能质量。(4)可以采用高效率的、大容最的发电机组。电力系统的潮流分析是针对具体的电力网络结构，根据给定的负荷功率和电 源母线电 床，分析网络中各节点的电床和各支路中的功率及功率损耗等相关方面的问题。在电力系统 的设计和运行中都要用到潮流分析与计算的结果，例如电力网规划设计时，要根据潮流计算 与分析的结果选择导线的截面积和电气设备，确定电力网主接线方案，计算网络中电能的损 耗和运行费用，进行方案的经济性比较；电力系统运行时，要根据潮流分析与计算的结果制 订检修计划，校验电能质最采取调频和调压措施，从而最终确定最佳的运行方式，整定继电 保护和自动装置。本次设计主要是利用

5、THLDK-2型电力系统监控实验平台和THLZD-2型电 力系统综 合门动化实验平台，通过在实验中设置投切负荷、原动机转速扰动、励 磁改变、缺相运行、 进相运行及三相相间短路，利用设备得到上述状况发生时的电力系统潮流分布图，并对其进 行分析对比，验证复杂电力系统潮流分布的影响因素，最终达到锻炼对复杂电力系统潮流分 析进行实验的能力(包括对实验方案的设计，仪器、仪表的选择与应用的、能力和对实验电 路的接线与操作、数据处 理与误差分析等方面的能力)的目的。第一章电力系统运行稳定性的基本概念判别电力系统是否正常运行的一个重耍的标志就是系统中的同步电机(主要 是发电机) 都处于同步运行的状态。这电所说

6、的同步运行状态就是指所有并联运行的同步电机都具有相 同的角速度。在这种情况下，表征运行状态的参数接近于不变的数值，故通常将这种情况称 作稳定运行状态。随着电力系统的口益发展和扩大，往往会出现一些这样的情况：在长距离的的交流输电 中，当输送的功率达到一定的数值之后，电力系统中微小的扰动都有 可能出现电流、电压、 功率等运行参数的剧烈变化和振荡的现象，这就表明系统 中的发电机Z间已经失去了同步, 电力系统已经不能保持稳定的运行状态了： 乂比如，当电力系统中的某些个元件发生故障 时，虽然自动保护装置已经将故障元件切除，但是，电力系统在受到这种大的扰动后，也有 可能出现上述运行参数的 剧烈变化和振荡现

7、象：此外，共至对于运行人员的某些正常操作, 例如切除输电线路、发电机等，也有可能会导致电力系统稳定运行状态的破坏。通常，人们一般把电力系统在运行中受到干扰后能否继续保持系统中同步电机（主耍是 指同步发电机）间同步运行的问题,称之为电力系统同步稳定性问题。电力系统同步运行的 稳定性是根据受到干扰之后系统中并联运行的同步发电机转子之间的相对位移角（或者是发 电机电势之间的相角差）的变化规律来判断的，因此，这种性质的稳定性乂被称为功角稳定 性。电力系统稳定性如果遭受到破坏，将会造成人量用户的供电中断，决至会导致整个系统 的瓦解，所产生的后果极为严重。因此，保持电力系统运行的稳定性，对于保持电力系统的

8、 安全可靠运行，具有非常重要的现实意义。1.1 同步发电机的机电特性同步发电机的机电特性是由同步发电机转子的运动特性及其电磁功率的变 化特性共同 决定的。LL1同步发电机的功角特性对于一般的简单电力系统如图1 1 1所示，图中所示的发电机G的出口电压GU图1 1 1简单电力系统示意图（a）系统图；（b）,（c）等值电路图经过升床变床器T1 双回输电线路1及降床变用器T2向系统S输送功率。此时.我们设系统S的容最比发电机的容量大很多，即无论发电机G向系统侧输送多 大的功率， 系统S的母线电压U的大小和相位都保持不变。在等值电路中，若 发电机G的电势为E,同 步电抗用&来表示，如果忽略变压器的励磁

9、电抗、线路电容和各元件的电阻，即认为在功率传 输过程中没有用功功率的损耗，则电力系统的总电抗& （即为发电机G和系统母线之间的转 移电抗）为+ Xt2图中的（b）、（c）为（a）的等值电路。假设不计发电机励磁调节器的作用，即发电机的励磁电势片被认为是常数， 而其相位角可变。设发电机向系统输送的有功功率P为P = sin6 （1-1-2）由式可以看出，在发电机电势E和系统电压U恒定时，在给定的转移阻抗下， 发电机输出的功率P是发电机电势E和系统电压U之间的夹角的正弦函数，如图1 1 2所示。发电机输送的功率极限出现在6 = 90。时，其值为磬。因为功率P直接由5决定，所 以称V5为功率角，简称为

10、功角，故称P = /（5）为功率特性或者是功角特性。图1 12功角特性1.1.2同步发电机的转子运动特性由于发电机G的励磁电势是由其转子的主磁通血决定的，假设发电机的转子只有一对磁极，则励磁电床与磁通之间的关系如图1 1 3所示。E和U间的夹 角也就是并列运行 的两台发电机转子轴线间的夹角，表征系统两端发电机转子位置的特性，在这个意义上，功 角乂可称为“位置角”。图1 1 3励磁电床与磁通之间的关系图在电力系统稳态运行时，系统中所有的发电机的转子都是以同步转速运转的，即所有发电 机转子都具有机械角速度当传输的功率恒为Pe时，此时的功角将恒为,两端发电机 转子轴线间的夹角也会保持不变。此时由原动

11、机产生的机械转矩MT （带动转子转 动）与发电机输出有功功率所形成的电磁转矩Me是相平衡的，并且原动机提供的有功 功率Pt和发电机输出的电磁功率Pe也是相互平衡的，即为Mt - Me （1-1-3） Pt Pe（1-1-4）并且功率和转矩之间满足下列关系Pt MtQn = My 器Pe 二必V = Mg 1-1-6）在式中:0”和3 ”分别为转子的同步（或额定）机械角速度和同步（或额定）电角速度。如果原动机的出力被增大到马，形成功率增MAP = 2-化，则在发电机转 子上也会形 成转矩增SAM = Mt -Me,从而使得发电机的转子加速。根据旋转 刚体的力学定律可以得 出=AM 在式中：J为转

12、了的转动惯量,（kg*m：）； Q为转了 的机械角加速度，（rad/s，）； AM为转轴上 的净加速转矩，（N*m）o将和器代入式可以得出描述发电机转子运动 特性的方程为工业人学本科毕业论文J 着 “丁 (1-1-8)综上可以得出：发电机的加速会使得功角增大。由图112的功角特性可知，当 功角从况增大到总，发电机输出的电磁功率由&增大到么=尸丁时，功率和转矩将会再次达到 平衡，此口寸，功角将不再增大，系统将在增大后的功角&下稳定的运行。1.2 电力系统的静态稳定电力系统的静态稳定性，一般指的是电力系统在正常运行中受到微小的扰动之后，独立 恢复到原来的运行状态的一种能力。对于简单的电力系统，要具

13、有运行的静态稳定性，就必 须运行在如图1 1 2所示的功角特性的上升部分，即所处点的斜率大于0。囚为在这部分， 电磁功率的增最.APe和角度的增呈具有相问 的符号。而在如图1 1 2所示的功角特性的 下降部分即所处点的斜率小于0,电磁功率的增最APe和角度的增最A6总是具有相反的符号。所以，通常用比值APe亿、5的正 负来判别系统在给定的半衡点处运行时是否静态稳定性，也是说可以用与 0(121)来作为简单电力系统具有静态稳定性的依据。写成极限形式为学 0 (1-2-2) GO除被称为整步功率系数，整步功率系数大小可以说明系统静态稳定的程度。CIO 整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步功

14、率系数等于“则是稳定与个稳定的分界 点，即静态稳定极限点。在简单系统中静态稳定极限点所对应的功角就是功角特性的最大功 率所对应的功角。提高电力系统静态稳定性的关键在于提高系统传输功率的极限值。从式可知， 提高功率极限的有效途径有：提高系统电压，提高发电机的空载电势尸和减少系统中各单 元的电抗之和比。提高电力系统静态稳定性还有许多其他的方法，例如改善原动机的调节性能，改善系统 的结构等。1.3 电力系统的暂态稳定电力系统具有静态稳定性是电力系统能够安全稳定运行的必要条件，但是具有静态稳 7定性的电力系统在受到大的系统扰动之后不一定能够仍然保持稳定的运行状态。在这里所说 的大扰动，是相对于静态稳定

15、中所提到的小干扰而言的。引起电力系统大的扰动的原因主要 有下列儿种： 负荷的突然变化，例如投入和切除大容量的用户等； 投入或者电力系统中的主要元件，例如发电机、变压器及线路等； 系统中发生短路故障。其中，三相短路故障的扰动最为严重，常营以此作为检验系统是否能够满足暂态稳定性 要求的依据。电力系统的暂态稳定性，一般指的是电力系统在正常运行的时候，在受到一个较大的扰 动之后，能够从原来稳定的运行状态（半衡点），在不失去同步的情况下过渡到一个新的运行 状态，并且能够在这个状态下稳定的运行。对于一个经历较大扰动的电力系统，如果功角6经过振荡之后能够稳定在某一固定的 数值，就表明并列运行的发电机之间恢复了同步运行，系统具有暂态稳定性。若电力系统受 到较大的干扰之后功角不断地增大，则表明发电机之间己经不再同步，系统失去了暂态稳定。 因此，可以将电力系统受大的扰动之后功角随时间变化的特性作为一个电力系统是否具有暂 态稳定性的判别依据。提高电力线系统的暂态稳定性的主要原理为：缩小减速加速面积，增大减速而积。也就 是说要力争减小扰动最和缩短扰动时间。具体的措施有：快速切除故障：采用自动重合闸装置