电力系统课程设计

摘要

电力系统分析是电气工程及其自动化专业的必修课。主要通过理论和仿真计算使学生掌握电力系统三大计算（电力系统短路计算、系统稳定计算、潮流计算的基本方法，深化学生对电力系统基本理论和计算方法的理解，培养学生分析、解决问题的能力和电力系统计算软件的应用能力。

PSCAD仿真软件为我们电力系统分析的学习提供了一个有效的工具，可利用该仿真软件对电力电子电路进行仿真，并以单相交流调压电路为例对其进行了仿真分析对提高学习质量有重要意义。潮流计算是电力系统最基本最常见的计算。根据系统给定的运行条件，网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压、幅值和相角，各元件流过的功率，整个系统的功率损耗。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节。因此，潮流计算在电力系统的规划计算，生产运行，调度管理及科学计算中都有着广泛的应用。也就是说，对于电气工程及其自动化专业的学生来说，掌握潮流计算是非常重要和必要的。

关键词：PSCAD仿真软件；仿真；潮流计算

目录

摘要 (1)

1设计目的与要求 (1)

1.1设计目的 (1)

1.2设计要求 (1)

2课题分析 (2)

2.1课题要求 (2)

2.2课题解析 (3)

3概述 (4)

3.1电力系统简介 (4)

3.2潮流计算简介 (4)

3.3 PSCAD/EMTDC软件简介 (5)

3.4 PSCAD基本操作步骤 (6)

4 仿真结果 (8)

4.1仿真结果波形图 (8)

5课程设计自我总结 (13)

参考文献 (14)

1设计目的与要求

1.1 设计目的

(1)掌握潮流计算的基本原理。

(2)掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB仿真软件。

(3)采用PSCAD/MATLAB软件，做出系统接线图的潮流计算仿真结果。

1.2 设计要求

(1)熟悉PSCAD/MATLAB软件。

(2)编写潮流计算流程图。

(3)建立系统接线图的仿真过程。

(4)得出仿真结果。

(5)按照要求书写课程设计报告。

2课题分析

2.1 课题要求

设计原始材料：基准功率一般选取S B =100MVA ，基准电压V B 等于各级平均额定电压。各支路阻抗参数均以标幺值的形式标注在图2中，输电网电压为230kV ，系统中发电机2为平衡节点，发电机1、3为PV 节点，其余为PQ 节点：初始值为：|V 1

（0）

|=|V 3（0）|=|V 4（0）|=|V 5（0）|=|V 6（0）|=1.0，|V 7（0）|=1.0，δ1(0)=δ2(0)=δ3(0)=δ4(0)=δ5(0)=

δ6(0)=δ7(0)= 0°。给定的注入功率（为正的参考方向）如图 2.1所示，计算精度为ε=10-5。试求：计算各个母线上的潮流分布。

图2.1 3机7节点电力系统接线图

2.2 课题解析

此电力系统是一个3机6节点电力网络。综合比较牛顿拉夫逊法（直角坐标、极坐标）、PQ 分解法等多种求解方法的特点，最后确定采用牛顿拉夫逊法（极坐标），因为此方法所需解的方程组最少。对该电力网络进行分析可知，节点1为

平衡节点，节点2、3为PV节点，其余节点为PQ节点，通过计算机编程，输入系统原始数据，利用PSCAD软件进行计算仿真即可得到该系统的潮流分布。

3 概述

3.1电力系统简介

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。

建立结构合理的大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。

电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。

3.2 潮流计算简介

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的电压。各元件中流过的功率，系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量的分析比较供电方案或运行方式的合理性。可靠性和经济性。此外，电力系统的潮流计算也是计算机系统动态稳定和静态稳定的基础，所以潮流计算是研究电力系统的一种和重要和基础的计算。

电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。

利用电子数字计算机进行潮流计算从50年代中期就已经开始了。在这20年内，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的，对潮流计算的要求可以归纳为以下几点：

（1）计算方法的可靠性或收敛性；

（2）对计算机内存量的要求；

（3）计算速度；

（4）计算的方便性和灵活性；

3.3 PSCAD/EMTDC软件简介

1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了初版，编写这个程序的原因是因为当时现存的研究工具不能够满足曼尼托巴电力局对尼尔逊河高压直流工程进行强有力和灵活的研究的要求。自此之后程序被不断开发，至今已被广泛地应用在电力系统许多类型的模拟研究，其中包括交流研究，雷电过电压和电力电子学研究。PSCAD代表电力系统计算机辅助设计，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。PSCAD V1 1988年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年PSCAD V2开始应用。PSCAD V3以PC Windows作为平台，在1999年面世。目前最新版本的是PSCADV4.2.1。用户可以通过调用随EMTDC主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。EMTDC的威力之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统,包括直流输电系统和其相关的控制系统。

采用PSCAD进行的典型模拟研究包括：一般的交流电力系统电磁暂态研究，

直流输电结构和控制,FACTS(灵活交流输电系统)元部件模型，由于故障、断路器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究，绝缘配合研究，谐波相互影响研究，静止补偿器研究，非线性控制系统研究，变压器饱和研究,如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究，同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究，陡前波分析，研究当一台多轴系发电机与串补线路或电力电子设备相互作用时的次同步谐振现象，向孤立负荷送电。

3.4 PSCAD基本操作步骤

1、新建项目文件

启动软件，选择File/New/Case,在项目窗口就出现一个默认为noname的例子，点存，出现保存文件对话框，填好保存文件路径和文件名，双击项目栏中的文件名，右侧显示空白工作区。

2、构造电气主接线图

根据PSCAD的学习，画出如下图3.1的电气主接线图：

图3.1 电气主接线图

3、设置元件参数

4、设置输出量和断路器状态

5、编译运行

完成后编译链接，然后运行，观察分析波形。输出显示如图显示，点击最右端放大图标可以放大查看每个节点的分布情况。

图3.2 输出显示图

4 仿真结果

4.1 仿真波形图

如图4.1为节点1的波形图

如图4.2为节点2的波形图

如图4.3为节点3的波形图

如图4.4为节点4的波形图

图4,4 节点4的波形图如图4.5为节点5的波形图

图4.5 节点5的波形图

如图4.6为节点6的波形图

图4.6 节点6的波形图如图4.7为节点7的波形图

图4.7 节点7的波形图

5 课程设计自我总结

潮流计算是电力系统稳态分析中一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及其相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。潮流计算的已知条件通常是电源点的电压和负荷点的功率，待求的电源点以为的各节点电压和功率分布。可以采用逐步逼近的方法，将每一轮的计算分两个步骤进行：第一步，从负荷开始，逆着功率传送的方向，计算各支路的功率损耗和功率分布；第二步，从电源点开始，顺着功率传送的方向，计算各支路的电压降落（或电压损耗）。

通过这次的课程设计，我重新温习了之前课本的相关内容，对课本的知识有了更深层次的理解与掌握，同时进一步感受到了理论知识在工程实践中的重要性。刚接触到课程设计题目时，把问题想得太复杂，只有一个模糊的方向，后来与同学进行了多次讨论与推敲，直至最后才把问题解决。

总之，这次的课程设计是很有意义的，让我更加地体会到了“实践出真知”的这个道理。