电力系统及其自动化专业毕业设计.doc

电力系统及其自动化专业 设 计 人 ： 学 号 ： 指导老师 ： 目录一、 任务书34二、 网络参数的计算59三、 电力系统潮流的计算1017附：PQ分解法潮流计算源程序及结果.1830四、 短路电流的计算3146附：1、对称短路程序.36372、不对称短路程序4346五、 线路保护的整定.4764六、 附录：a：对称短路计算的系统接线图.65b：零序网络图66c：潮流分布图67d：线路保护配置图68某220kv电网潮流计算及输电线路继电保护配置(一) ：已知（1）系统最大运行方式为四台发电机满发和系统投入运行;系统最小运行方式为停两台发电机(F1,F3),各负荷减半.(2)系统各负荷及线路参数如图所示,各变压器及发电机型号分别为:F1F4:SF-100-40/8540Pe=100MWUe=13.8KV=98.16%B1B3:SFP7-150000/220Ud=14%YN,d11B4:SFP7-150000/100Ud=13%YN,d11B5B8:SFPSZ7-120000/220YN,yn0,d11U12=23.5%U23=13.3U13=7.7%B9:(3) 线路参数如图中所示.(二) ：设计任务(1) 计算各元件阻抗标么值(Sj=100MVA,Vj=VN),并画出正序,负序,零序等效网络图;(2) 对系统进行潮流计算;(用C语言)(3) 对5、6、7、8点进行各种类型的短路电流计算;(QB)(4) 为线路6-7选择保护方式;(5) 对所选保护进行整定计算;(6) 对保护进行选型;(7) 画出保护原理图;(8) 书写设计说明书及准备答辩.(三) ：设计成果（1） 系统潮流分布图一张及短路电流表一份；（2） 线路保护配置图一张；（3） 保护原理图一张；（4） 设计说明书一份。网 络 参 数 计 算一、双绕组变压器的参数计算变压器的参数一般是指其等值电路中的电阻RT，电抗XT，电导GT和电纳BT ，变压器的变比K。根据铭牌上所给的短路损耗PS，短路电压VS%，空载损耗PO，空载电流IO%。前两个数据由短路试验得到，用以确定RT和XT；后两个数据由空载试验得到，用以确定GT和BT。1. 电阻RT：变压器作短路试验时,将一侧绕组短接,在另一侧绕组施加电压,使短路绕组的电流达到额定值.由于此时外加电压较小,相应的铁耗也小,可以认为短路损耗即等于变压器通过额定电流时原、副方绕组电阻的总损耗.在电力系统计算中,常用变压器三相额定容量和额定线电压进行参数计算,则公式为:RT=PSKWVN2KV×103/SN2KVA 2. 电抗XT: 当变压器通过额定电流时,在电抗上产生的电压降的大小,可以用额定电压的百分数表示,对于大容量变压器,其绕组电阻比电抗小得多,则公式:XT=VS%×VN2KV×103/100/SNKVA3. 电导GT:变压器的电导是用来表示铁芯损耗的.由于空载电流相对额定电流来说是很小的,绕组中的铜耗也很小,所以近似认为变压器的铁耗就等于空载损耗,则公式为:GTS=P0KW×10-3/VN2KV 4. 电纳BT: 变压器的电纳代表变压器的励磁功率.变压器空载电流包含有功分量和无功分量,与励磁功率对应的是无功分量.由于有功分量很小,无功分量和空载电流在数值上几乎相等.BTS=I0%×SNKVA×10-3/100/VN2KV 5. 变压比KT: 在三相电力系统计算中,变压器的变压比通常是指两侧绕组空载线电压的比值.对于星形和三角形接法的变压器,变压比与原副方绕组匝数比相等;对于星三角形接法的变压器,变压比为原副方绕组匝数比的倍.根据电力系统运行调节的要求,变压器不一定工作在主抽头上,因此,变压器运行中的实际变比,应是工作时两侧绕组实际抽头的空载线电压之比.二、 三绕组变压器的参数计算 三绕组变压器等值电路中的参数计算原则与双绕组变压器的相同,下面分别确定各参数的计算公式.1. 电阻R1,R2,R3:为了确定三个绕组的等值阻抗,要有三个方程,为此,需要有三种短路试验的数据.三绕组变压器的短路试验是依次让一个绕组开路,按双绕组变压器来作.通过查手册可得短路损耗分别为,则有PS1=1/2(PS(1-2)+PS(3-1)-PS(2-3)PS2=1/2(PS(1-2)+PS(2-3)-PS(3-1)PS3=1/2(PS(2-3)+PS(3-1)-PS(1-2) 求出各绕组的短路损耗后,便可导出双绕组变压器计算电阻相同形式的算式,即:Ri=PsiKWVN2KV×103/SN2KVA 2. 电抗X1,X2,X3:和双绕组变压器一样,近似地认为电抗上的电压降就等于短路电压.在给出短路电压力 后,与电阻的计算公式相似,各绕组的短路电压为VS1%=1/2(VS(1-2)%+VS(3-1)%-VS(2-3)%)VS2%=1/2(VS(1-2)%+VS(2-3)%-VS(3-1)%)VS3%=1/2(VS(2-3)%+VS(3-1)%-VS(1-2)%) 各绕组的等值电抗为:Xi=Vsi%×VN2KV×103/100/SNKVA3. 导纳GT-jBT和变比k12、k13、k23:计算与双绕组变压器相同.三. 线路参数的计算.输电线路的参数有四个:反映线路通过电流时产生有功功率损失效应的电阻;反映载流导线周围产生磁场效应的电感;反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生有功功率损失的电导;反映带电导线周围电场效应的电容.输电线路的这些参数通常可以认为是沿全长均匀分布的,每单位长度的参数为r、x、g 及b.当线路长为l(km)时,R=rl;X=xl;G=gl;B=bl由于沿绝缘子的泄漏很小,可设G=0.四. 标么值的折算.建立电力网络和电力系统的数学模型,需解决标么值的折算问题.进行电力系统计算时,除采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算外,还可采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等的相对值进行运算.前者称有名制,后者称标么制.标么制之所以能在相当宽广的范围内取代有名制,是由于标么制具有计算结果清晰、便于迅速判断计算结果的正确性、可大量简化计算等优点。标么值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）对于直接电气联系的网络,在制订标么值的等值电路时,各元件的参数必须按统一的基准值进行归算.由于各元件的额定值可能不同,因此,必须把不同基准值的标么阻抗换算成统一基准值的标么值.现统一选定的基准电压和基准功率分别为V和S,则电抗的实际有名值换算成标么值,即在工程计算中规定,各个电压等级都以其平均额定电压V作为基准电压.根据我国现行的电压等级,各级平均额定电压规定为3.15, 6.3, 10.5, 15.75, 37, 115, 230, 345, 525KV五.具体计算及结果根据原始数据及资料显示,通过公式计算可得:(选择基准值:SB=100MVA,VB=Vav)1、双绕组变压器:B1,B2,B3（型号SFP7-150000/220 ） （参数P0=140KW,PS=450KW,VS%=14%,I0%=0.8,YNd11)RT=PS×UN2×103/SN2=450×2202×103/1500002=0.968RT*=RT×SB/VB2=0.968×100/2302=0.0018 XT=VX%×VN2×103/100/SN=14×2202×103/100/150000=45.173 XT*=XT×SB/VB2=45.173×100/2302=0.0854 BT=I0%SN×10-3/100/VN2=0.8×150000×10-3/100/2302=0.0227×10-3S BT*=BT×VB2/SB=0.0227×10-3×2302/100=0.012 B4 (型号SFP7-150000/110 ) （ 参数P0=107KW,PS=547KW,VS%=13%,I0%=0.6,YNd11） RT=547×1102×103/1500002=0.2942 RT*=0.2942×100/1152=0.0022 XT=13×1102×103/100/150000=10.487 XT*=10.487×100/1152=0.0793 BT=0.6×150000×10-3/100/1102=0.744×10-4S BT*=0.744×10-4×1152/100=0.00982、三绕组变压器:B5B8 (型号 SFPSZ7-120000/220 220YN,yn0,d11 )RT=PSKWVN2KV×103/SN2KVA=425×2302×103/1200002=1.5613= 3、联络变压器B9：4、 线路L1L7:(L1,L5,L6为双回路,L2,L3,L4,L7为单回路)L1: 型号为2×LGJ 400/75km. 参数为:r=0.08/km,x=0.397/km,b=2.92×10-6s/kmR1=1/2L×r=75×0.08/2=3 X1=1/2Lx=0.397×75/2=14.888 B1=2×Lb=2×2.92×10-6×75=4.38×10-4SR1*=R×SB/VB2=3×100/2302=0.00567 X1*=X1×SB/VB2=14.888×100/2302=0.0281 B1*=B1×VB2/SB=4.38×10-4×2302/100=0.2317 B1*/2=0.1158L2: 型号为LGJ 400/50km. 参数为:r=0.08/km,x=0.397/km,b=2.92×10-6s/kmR2=L×r=50×0.08=4 X2=Lx=0.397×50=19.85 B2=Lb=2.92×10-6×50=1.46×10-4SR2*=R×SB/VB2=4×100/1152=0.0302 X2*=X2×SB/VB2=19.85×100/1152=0.1501 B2*=B2×VB2/SB=1.46×10-4×1152/100=0.0193 B2*/2=0.00965L3: 型号为LGJ 185/70km. 参数为:r=0.17/km,x=0.395/km,b=2.79×10-6s/kmR3=L×r=70×0.17=11.9 X3=Lx=0.395×70=27.65 B3=Lb=2.79×10-6×70=1.953×10-4SR3*=R×SB/VB2=11.9×100/1152=0.09 X3*=X3×SB/VB2=27.65×100/1152=0.2091 B3*=B3×VB2/SB=1.953×10-4×1152/100=0.0258 B3*/2=0.0129L4: 型号为LGJ 150/74km. 参数为:r=0.21/km,x=0.403/km,b=2.74×10-6s/kmR4=L×r=74×0.21=15.54 X4=Lx=0.403×74=29.822 B4=Lb=2.74×10-6×74=2.03×10-4SR4*=R×SB/VB2=15.54×100/1152=0.1175 X4*=X4×SB/VB2=29.822×100/1152=0.2255 B4*=B4×VB2/SB=2.03×10-4×1152/100=0.0268 B4*/2=0.0134L5: 型号为2×LGJ 120/70km. 参数为:r=0.27/km,x=0.409/km,b=2.69×10-6s/kmR5=1/2L×r=70×0.27/2=9.45 X5=1/2Lx=0.409×70/2=14.315 B5=2×Lb=2×2.69×10-6×70=3.766×10-4SR5*=R5×SB/VB2=9.45×100/1152=0.0714 X5*=X5×SB/VB2=14.315×100/1152=0.1082 B5*=B5×VB2/SB=3.766×10-4×1152/100=0.0498 B5*/2=0.0249L6: 型号为2×LGJ 400/73km. 参数为:r=0.08/km,x=0.397/km,b=2.92×10-6s/kmR6=1/2L×r=73×0.08/2=2.92 X6=1/2Lx=0.397×73/2=14.491 B6=2×Lb=2×2.92×10-6×73=4.26×10-4SR6*=R6×SB/VB2=2.92×100/2302=0.0055 X6*=X6×SB/VB2=14.491×100/2302=0.0274 B6*=B6×VB2/SB=4.26×10-4×2302/100=0.2254 B6*/2=0.1127L7: 型号为LGJ 400/135km. 参数为:r=0.08/km,x=0.397/km,b=2.92×10-6s/kmR7=L×r=135×0.08=10.8 X7=Lx=0.397×135=53.595 B7=Lb=2.92×10-6×135=7.844×10-4SR7*=R7×SB/VB2=10.8×100/2302=0.0204 X7*=X7×SB/VB2=53.595×100/2302=0.1013 B7*=B7×VB2/SB=7.844×10-4×2302/100=0.4149 B7*/2=0.207455、发电机F1-F4：（型号：SF-100/40-854 Pe=100MW cos 6、PQ节点PQ标么值：4： S4=180+j100 S4*=S4/SB=1.8+j1.05： S5=72+j40 S5*=S5/SB=0.72+j0.48： S8=120+j63 S8*=S8/SB=1.2+j0.639： S9=36+j20 S9*=S9/SB=0.36+j0.210：S10=40+j25 S10*=S10/SB=0.4+j0.257、零序电抗标么值:电力系统潮流计算PQ分解法潮流计算主要步骤1 导纳矩阵的形成2 因子表的形成（三角分解法） 3 给定电压初值4 计算不平衡功率Pi(k)除以Vi(k) 5 计算不平衡功率Qi(k)除以Vi(k)6 判断收敛性 7 回代，修正i(k) ，Vi(k)8 计算全线路功率 电力系统的潮流计算机算法潮流计算的任务：对给定的运行条件确定运行状态，如果各母线上的电压（幅值及相角）网络中的功率分布以及功率损耗等，几个节点电力系统的潮流方程的一般形式根据电力系统的实际运行条件，按给定变量的不同，一般节点可分三种：1 PQ节点：有功功率P和无功功率Q给定的，节点电压（V，）是待求量。2 PV节点：有功功率P和电压幅值V给定的，节点的无功功率Q电压的相位角是待求量。3 平衡节点：网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，此节点承担系统的有功功率平衡。网络方程是线性方程，但由于在定解条件中不能给定节点电流，只能给出节点功率，从而使潮流方程变为非线性方程，由于平衡节点的电压已经给定，假设系统中有n个节点，其中有m个PQ节点，n-(m+1)个PV节点和一个平衡节点，平衡节点不参加求解。一、 形成导纳矩阵的方法及框图1 形成导纳矩阵的程序框图为了形成导纳矩阵，必须个计算机输入必要的原始数据，一条支路的原始数据应包括两端的节点号和支路阻抗，对变压器支路的原始数据应包括他的变比，对于电力线路还应包括它的容纳，即：I ，J ，R ，X ，K（-B/2）。对以上数据说明如下：（1） 当支路为接地支路时，规定节点I处置零，J处填写接地支路所在的节点号，支路参数用阻抗填写，对于K处置零，但必须填写。（2） 对于纯阻抗支路，K处置零。（3） 对于具有容纳的线路，电容电纳不作单独支路处理，而且把总容纳的一半负值填写在K处，其符号用以区别支路的性质。（4） 对于变压器支路，采用下图所示等值电路，即非标准变比在J侧，变压器阻抗在I侧，K处填写实际变化 2 框图 注：B1 不记充电电容和非标准变比时，导纳矩阵的虚部 B2 导纳矩阵的虚部 二、形成因子表的方法及框图1用行消去过程形成因子表的程序框图2. 因子表的形成（三角分解法）消去法求非线性方程组的一种常用算法是对方程式的系数矩阵A进行三角分解，在本次电力系统潮流计算中采用的三角分解是将非奇方阵A分解为单位下三角矩阵L和上三角矩阵R的乘积。A=LR，非奇方阵A被表示为矩阵L和R的乘积：这两个三角矩阵称为A的因子矩阵，两个因子矩阵的元素计算公式： 将A=LR代入线性方程组，便得LRX=B，这个方程又可以分解为以下两个方程：LF=B RX=F展开为 = = 先由方程组自上而下地依次算出f1、f2、fn，其计算通式为这一步演算相当于消元过程中对原方程式右端常数向量所作的变换，只顺用到下三角因子矩阵。方程组的求解属于回代过程，只顺用到上三角因子矩阵以及经过消元变换的右端常数向量，方程组可以自下而上地逐步算出待求量，其计算通式为：三、节点电压的表示：1. 极坐标表示法：节点功率方程表示为： （两节点电压的相位角）方程式把节点功率表示为节点电压的幅值和相角的函数在有n个节点的系统中，假定第1 m号节点为PQ节点，第m+1n-1号节点为平衡节点。Vn和n是给定的。PV节点的电压幅值Vm+1Vn-1也是给定的。因此，只剩下n-1个节点的电压相角1n-1和m个节点的电压幅值V1Vm是未知的量。对于每一个PQ节点或每一个PV节点都可以列写一个有功功率不平衡方程： 对于每一个PQ节点可以列写一个无功功率不平衡方程式：所以可以写出修正方程式 其中 四、P-Q分解法1在交流高压电网中，输电线路的电抗要比电阻大得多，系统中母线有功功率的变化主要受电压相位的影响，无功功率的变化规则主要受母线电压幅值变化的影响，在修正方程式的系数矩阵中，偏导数和的数值相当于偏导数和是相当小的，作为简化第一步，可将方程中N、k略去不计，既认为它们的元素都等于零，这样，便可分解为n-1阶和m阶的两个方程： 所谓P-Q分解法，节点有功功率不平衡量又用于修正电压的相位。节点的无功功率不平衡量值用于修正电压幅值，方程、分别轮流迭代。2. H、L元素都是节点电压幅值和相角差函数，其数值在迭代过程中是不断变化的，从而，最关键的一步是把系数矩阵H、L简化为常数矩阵。方法：在一般情况下，在线路两端电压的相角差是不大的（不超过），因此，以为，此外，与系统各节点无功功率相适应的导纳BLdi必须小于该节点自导纳虚部，即或矩阵H、L可简化为 将分别带入得： 即： = = 利用计算节点功率的不平衡量,用修正方程解出修正量及V,并换下述条件: 校验收敛.这就完成分解法的计算了.3. P-Q分解法计算潮流的程序框图PQ分解法源程序#include "math.h"#include "stdio.h"#include "stdlib.h"main ()int a=1,k,i,j,d=1,m,n,ls,nl,kk;float z1005,pq1003,p,q,r,x,kb,b,g;float yg100100,yb100100,b1100100,b2100100,v100,w100;float pp100,qq100,e100,f100,gg1002,tt1002,pw100,qw100,ww100;float t,t1,tp,tq,p1,p2,q1,q2,t2;printf("n");printf(" 电力系统潮流计算n");printf("n");printf(" 指导老师： 设计： 2002年12月n");printf("n");printf("n");printf(" 注：各参数用标么值表示n");printf("n");begin: printf("n");printf("请选择:1-建立电网;2-查看数据;3-修改数据;4-运行计算;5-退出程序:");scanf("%d",&a);if (a=1)goto creat;else if (a=2)goto view;else if (a=3)goto modify;else if (a=4)goto run;else exit(0);creat:printf("请输入系统的节点数N:");scanf("%d",&n);printf("请输入系统的支路数LS:");scanf("%d",&ls); printf("请输入系统的PQ节点数M:");scanf("%d",&m);for(k=1;k<=ls;k+)printf("请输入支路的%d的数据I(接地支路为0）:",k);scanf("%d",&i);printf("请输入支路的%d的数据J:",k);scanf("%d",&j);printf("请输入支路的%d的数据R:",k);scanf("%f",&r);printf("请输入支路的%d的数据X:",k);scanf("%f",&x);printf("请输入支路的%d的数据KB:",k);scanf("%f",&kb);zk1=i;zk2=j;zk3=r;zk4=x;zk5=kb;for(k=1;k<=m;k+)pqk1=k;printf("请输入PQ节点%d的注入有功P:",k);scanf("%f",&p);printf("请输入PQ节点%d的注入无功Q:",k);scanf("%f",&q);pqk2=p;pqk3=q;for(k=m+1;k<=n-1;k+)pqk1=k;printf("请输入PV节点%d的注入有功P:",k);scanf("%f",&p);printf("请输入PV节点%d的电压模:",k);scanf("%f",&q);pqk2=p;pqk3=q;pqk1=n;printf("请输入平衡节点%d的电压模:",n);scanf("%f",&p);printf("请输入平衡节点%d的电压角:",n);scanf("%f",&q);pqn2=p;pqn3=q;goto begin;view:printf("n");printf("N=%dtLS=%dtM=%d",n,ls,m);printf("n"); printf("支路数据");printf("n"); printf("t节点It节点J 电阻t 电抗t 变比或电纳");printf("n"); for(i=1;i<=ls;i+) printf("支路%d",i); for(j=1;j<=5;j+) if (j<=2) printf("t %1.0f",zij); else printf("%14.6f",zij); printf("n"); printf("tPQ节点t 注入有功t 注入无功");printf("n"); for(i=1;i<=m;i+) for(j=1;j<=3;j+) if (j<=1) printf("t %1.0f",pqij); else printf("t%14.6f",pqij); printf("n"); printf("tPV节点t 注入有功t 电压模");printf("n"); for(i=m+1;i<=n-1;i+) for(j=1;j<=3;j+) if (j<=1) printf("t %1.0f",pqij); else printf("t%14.6f",pqij); printf("n"); printf("n"); printf("t平衡节点t电压模t 电压角");printf("n"); for(j=1;j<=3;j+) if (j<=1) printf("t %1.0f",pqnj); else printf("t%14.6f",pqnj); printf("n"); goto begin; modify: printf("1-修改支路数据;2-修改节点注入功率;3-返回主菜单:");scanf("%d",&d);if (d=1)goto m1;else if (d=2)goto m2;else if (d=3)goto begin;m1:printf("请输入要修改的支路号:");scanf("%d",&k);printf("请输入支路的%d的新数据I:",k);scanf("%d",&i);printf("请输入支路的%d的新数据J:",k);scanf("%d",&j);printf("请输入支路的%d的新数据R:",k);scanf("%f",&r);printf("请输入支路的%d的新数据X:",k);scanf("%f",&x);printf("请输入支路的%d的新数据KB:",k);scanf("%f",&kb);zk1=i;zk2=j;zk3=r;zk4=x;zk5=kb;goto modify;m2:k=0;printf("请输入需修改的节点号:");scanf("%d",&k);pqk1=k;printf("请重新输入节点的注入有功或电压参数:");scanf("%f",&pqk2);printf("请重新输入节点的注入无功或电压参数:");scanf("%f",&pqk3);goto modify;run : for(i=1;i<=n;i+)for(j=1;j<=n;j+)ybij=0;/*形成B1，不计线路电容和变压器非标准变比*/for(k=1;k<=ls;k+)i=zk1;j=zk2;r=zk3;x=zk4;b=-x/(r*r+x*x);if(i=0)goto p0;ybii=ybii+b;ybij=ybij-b;ybji=ybij;p0:ybjj=ybjj+b;for(i=1;i<n;i+)for(j=1;j<=n;j+)b1ij=ybij;/*形成导纳矩阵*/for (i=1;i<=n;i+)for (j=1;j<=n;j+)ygij=0;ybij=0;for (k=1;k<=ls;k+)i=zk1;j=zk2;r=zk3;x=zk4;kb=zk5;b=-x/(r*r+x*x);g=r/(r*r+x*x);if(i=0)goto p1;if(kb>0)goto p2;ybii=ybii-kb;ybjj=ybjj-kb;p=1;q=1;goto p3;p1:p=1;goto p4;p2:p=kb*kb;q=kb;p3:ygii=ygii+g;ybii=ybii+b; ygij=ygij-g/q;ybij=ybij-b/q; ygji=ygij;ybji=ybij;p4:ygjj=ygjj+g/p;ybjj=ybjj+b/p;/*形成b2*/