1、电气工程与自动化学院电力系统分析综合实验2019年度PSASP实验报告 学号：姓名：班级：1、阐述基于PSASP的电力系统分析综合实验的目的。实验目的：掌握用PSASP进行电力系统潮流计算，短路计算，暂态稳定计算。（1）潮流计算可以为短路计算和暂态稳定计算提供初始状态，是电力系统计算中的基本计算，要求掌握软件的操作步骤，并对比分析牛顿拉夫逊法和PQ分解法的区别，在实验过程中体会PQ分解法相比牛顿拉夫逊法的特点。（2）短路计算的目的要求根据数据结合对称分量法加深对于短路计算的理论知识的理解。（3）暂态稳定计算里最关键的是故障极限切除时间的确定，加深对复杂电力系统暂态的判定的认识。2、简要阐述本实

2、验课程的主要实验任务（1）掌握用PSASP对电力系统进行建模。（2）潮流计算，包括对常规方式和规划方式的电力系统进行潮流计算。（3）短路计算，基于潮流作业1和2等5个单相接地短路、AB两相短路、复杂故障短路计算等短路计算并分析结果。（4）暂态计算，基于潮流作业1和2的瞬时故障进行暂态稳定计算并分析结果。3、 实验方案原理图介绍。图1（a）常规方式 （b）规划方式以上为系统常规运行方式的单线图。由于母线 STNB-230 处负荷的增加，需对原有电网进行改造，具体方法为：在母线 GEN3-230 和 STNB-230 之间增加一回输电线，增加发电 3 的出力及其出口变压器的容量，新增或改造的元件如

3、下图虚线所示：4、计算分析用建模数据的整理表1母线数据母线名基准电压区域号电压上限电压下限单相短路容量三相短路容量发电116.5000218.150014.850010.0000030.00000发电218.0000119.800016.200010.0000030.00000发电313.8000115.180012.420010.0000030.00000发电416.5000218.150014.850010.0000030.00000GEN1-230230.00002242.0000227.00000.000000.00000GEN2-230230.00001242.0000227.000

4、00.000000.00000GEN3-230230.00001242.0000227.00000.000000.00000STNA-230230.00002242.0000227.00000.000000.00000STNB-230230.00002242.0000227.00000.000000.00000STNC-230230.00001242.0000227.00000.000000.00000GEN4-230230.00002242.0000227.00000.000000.00000表2交流线数据数据组I侧母线J侧母线编号所属区域单位正序电阻正序电抗正序充电电纳的1/2零序电阻零序

5、电抗零序充电电纳的1/2常规GEN1-230STNA-2301I侧标么0.010.0850.0880.00.2550.0常规STNA-230GEN2-2302I侧标么0.0320.1610.1530.00.4830.0常规GEN2-230STNC-2303I侧标么0.00850.0720.07450.00.2160.0常规STNC-230GEN3-2304I侧标么0.01190.10080.10450.00.30240.0常规GEN3-230STNB-2305I侧标么0.0390.170.1790.00.510.0常规STNB-230GEN4-2306I侧标么0.0170.0920.0790.

6、00.2760.0表3变压器数据数据组I侧母线J侧母线编号连接方式单位正序电阻正序电抗零序电阻零序电抗常规发电1GEN1-2307三角形/星形接地标么0.0000.057600.0000.05760常规发电2GEN2-2308三角形/星形接地标么0.0000.062500.0000.06250常规发电3GEN3-2309三角形/星形接地标么0.0000.058600.0000.05860常规发电4GEN4-23010三角形/星形接地标么0.0000.045000.0000.04500激磁电导激磁电纳变比I侧主抽头电压J侧主抽头电压J侧抽头级差J侧抽头位置J侧最大抽头电压J侧最小抽头电压0.00

7、00.0001.0016.5230.01.259253.00207.000.0000.0001.0018.0230.02.53241.50218.500.0000.0001.0013.8230.02.53241.50218.500.0000.0001.0016.5230.01.259253.00207.00表3发电机用于潮流计算数据数据组母线名母线类型单位额定容量(MVA)有功发电无功发电母线电压幅值母线电压相角无功上限无功下限有功上限常规发电1V标么100.00.000.01.0400.00.00.00.0常规发电2PV标么100.01.631.01.0250.00.00.00.0常规发电3

8、PV标么100.00.851.01.0250.00.00.00.0常规发电4PV标么100.00.40.151.0250.00.00.00.0续上表(发电机用于暂态稳定计算数据)有功上限d轴暂态电抗Xdd轴次暂态电抗Xd负序电抗X2转子惯性时间常数Tj(s)0.00.06080.06080.060847.280.00.11980.11980.119812.80.00.18130.18130.18136.020.00.18130.18130.18136.02表5负荷数据数据组母线名编号母线类型单位有功负荷无功负荷母线电压幅值母线电压相角无功上限无功下限有功上限有功上限常规STNA-230300P

9、Q标么1.2500.5000.0000.000.000.000.000.00常规STNB-230301PQ标么0.9000.3000.0000.000.000.000.000.00常规STNC-230302PQ标么1.0000.3500.0000.000.000.000.000.005、按照下列作业要求，完成计算分析实验作业。(1)基于实验二的潮流计算，对牛顿法和PQ法的原理做比较性的说明。表6 常规方式下PQ法和NR法的潮流计算摘要信息报表PSASP(Load Flow) EPRI, ChinaPSASP(Load Flow) EPRI, China计算日期：2019/04/22 时间：12

10、:26:29计算日期：2019/04/12 时间：12:38:12作业号： 1作业号： 2作业描述： 5-(1)-PQ分解法,误差0.0001 迭代上限50作业描述： 5-(1)-NR法,误差0.0001 迭代上限50计算方法： PQ Decoupled计算方法： Newton (Power Equation)基准容量： 100.0000(MW)基准容量： 100.0000(MW)允许误差： 0.000100允许误差： 0.000100表7 常规方式下PQ法和NR法的全网母线（发电、负荷）结果报表PQ分解法NR法母线名电压幅值电压相角母线名电压幅值电压相角GEN1-230 235.93088-

11、2.2168GEN1-230 235.93133-2.2168GEN2-230 235.926553.7197GEN2-230 235.926963.7197GEN3-230 237.440931.9667GEN3-230 237.441181.9667STNA-230 228.99422-3.9888STNA-230 228.9951-3.9888STNB-230 232.90964-3.6874STNB-230 232.9105-3.6874STNC-230 233.652450.7275STNC-230 233.6530.7275发电1 17.160发电1 17.160发电2 18.45

12、9.28发电2 18.459.28发电3 14.1454.6647发电3 14.1454.6648牛顿拉夫逊法每次都对电压幅值和相位进行修正，且每次计算MAX(DVR,DVI),判断是否小于允许误差0.0001，满足条件时停止迭代。PQ分解法利用交流高压输电网中输电线路电抗远大于电阻的特点，对于牛顿拉夫逊法修正方程式的系数矩阵进行简化，节点的有功功率不平衡量只用于修正电压的相位，节点的无功功率不平衡量只用于修正电压的幅值，单次迭代计算量小，两个步骤分别轮流迭代，分别计算MAX(DP),MAX(DQ)，最终保证两者都小于允许误差0.0001。由表6和表7的实验结果可知，牛顿拉夫逊法迭代次数少于P

13、Q分解法，由于本实验网络复杂度不高，两个算法的计算时间都极短，无法比较计算速度。常规方式下，PQ分解法的母线电压幅值，支路无功功率和牛顿拉夫逊法的结果相比存在较大偏差，母线电压相角，支路有功功率几乎不存在差别，原因在于停止迭代时PQ分解法的MAX(DQ)=0.000033，MAX(DP)=0.000003，MAX(DQ)大于MAX(DP)且约为MAX(DP)的十倍，无功偏差较大，也就导致母线电压幅值偏差较大。规划方式下，PQ分解法与牛顿拉夫逊法相比，在电压幅值，电压相角，线路有功无功功率方面都存在偏差，原因在于停止迭代时MAX(DP)=0.000012，MAX(DQ)=0.000075，两者在

14、同一数量级，且都大于前述MAX(DP)的0.000003。总体来说，两种解法的结果相差不大，说明PQ分解法的简化只涉及修正方程的系数矩阵，只对每次的修正量有影响，并未改变功率平衡方程式和收敛判据，故不会降低计算结果的精度。由于本实验电网为230kV等级，线路电阻与电抗比值很小，符合PQ分解法简化条件，故未出现不收敛的情况。(2)以下述方式整理实验3的短路计算作业3的计算结果：不分区；单位：p.u；故障点选择：GEN1-MIDDLE.结果输出如下表8-表11所示：表8 短路电流简表结果报表短路作业号：4短路作业描述：基于潮流作业1的短路计算：在线路1上距离I侧50%处发生AB两相短路。短路计算日

15、期：2019/04/22时间:8:12:10故障类型：AB母线名短路电流(p.u.)短路容量(MVA)STNA-2309.196919.56表9 母线电压值 /单位：pu母线名正序电压幅值负序电压幅值零序电压幅值A相电压幅值B相电压幅值C相电压幅值GEN1-2300.70580.210600.6460.60950.9157GEN2-2300.75420.172500.68840.68040.9266GEN3-2300.830.112500.79260.76770.9418STNA-2300.41130.411300.41130.41130.8227STNB-2300.73790.154100.

16、69710.65250.8904STNC-2300.77590.132200.73320.70550.9074发电10.87630.108100.83440.82090.9842发电20.85080.113400.79320.80720.9639发电30.87360.08500.84030.82850.9584表10 各支路电流值 /单位：puI侧母线J侧母线支路号正序电流幅值正序电流相角STNA-230STNA-23005.309196.1GEN1-230STNA-23013.3873273.78GEN2-230STNC-23030.750740.59GEN3-230STNB-23050.5

17、88334.13STNA-230GEN2-23022.166113.59STNB-230GEN1-23060.3269251.14STNC-230GEN3-23040.6175107.58发电1GEN1-23072.9749276.37发电2GEN2-23081.9377317.09发电3GEN3-23090.9771316.08表11 短路点及其支路阻抗值故障母线Z1KZ1SZ0KZ0SSTNA-2300.11090.110相连母线支路号Z1KZ1SZ0KZ0SGEN1-23010.16890.320GEN2-23020.27180.1781000010000参考“PSASP6.2手册”文件

18、夹下的“短路计算用户手册”，简要说明短路计算过程中使用到的计算原理。计算原理：采用对称分量法实现ABC系统与120系统的参数转换；列出正、负、零序网络方程;推导出故障点的边界条件方程;将网络方程与边界条件方程联立求解,求出短电流及其它分量。短路计算的目的主要用于解决下列问题： 电气主接线方案的比较与选择,或确定是否需要采取限制短路电流的措施； 电气设备及载流导体的动热稳定校验和开关电器、管型避雷器等的开断能力的校验； 接地装置的设计； 继电保护装置的设计与整定； 输电线对通讯线路的影响； 故障分析。 (4)基于所提供计算数据，按照下图对原计算数据进行修改补充，在此基础上，利用所修改四机两区系统

19、，按照要求进行潮流和暂态稳定计算分析。请完成以下实验任务：(a)计算上述电力系统的稳态潮流，潮流计算分析结果如表12.表13.表14所示：表12 各节点的电压和相位母线名电压幅值电压相角发电11.040发电21.02511.8543发电31.0258.1546发电41.0253.6675STNA-2300.99435-2.3081STNB-2301.012950.7225STNC-2301.015743.6829GEN1-2301.02571-0.9835GEN2-2301.025456.2922GEN3-2301.032245.4562GEN4-2301.025372.6862表13 4台发

20、电机输出有功和无功值母线名有功发电无功发电发电10.317880.26068发电21.630.07174发电30.85-0.10654发电40.4-0.00508表14 STNC-230-GEN3-230支路和GEN2-230-STNC-230支路的P+jQI侧母线名J侧母线名I侧有功I侧无功I侧充电功率J侧有功J侧无功J侧充电功率GEN2-230STNC-2300.66741-0.003720.078340.663760.12060.07686STNC-230GEN3-230-0.33624-0.22940.10781-0.33771-0.022730.11135(b)基于上述潮流作业实验输

21、出曲线选择如图2图11所示。（为了增强图形的可视化，将计算短路结果输出放在excel中作图显示）。发电1-发电2的发电机功角曲线图3 发电3-发电4的发电机功角曲线图4 发电2-发电3的发电机功角曲线图5 母线电压STNB-230曲线图6 GEN2-230-STNC-230支路的有功和无功曲线图7 STNC-230GEN3-230支路的有功和无功曲线；图8 发电机1的有功和无功曲线图9 发电机2的有功和无功曲线图10 发电机3的有功和无功曲线图11 发电机4的有功和无功曲线参考“PSASP6.2手册”文件夹下的“暂态稳定手册”，简要说明暂态稳定计算原理使用到的计算原理。从功角变化曲线判断系统的暂态稳定性。暂态稳定计算原理:对电力系统建立为网络方程和微分方程并且联立求解。求解微分方程的数值计算方法主要有显示积分法和隐式积分法两种。前者包括欧拉法、龙格-库塔法和线形