课程设计报告
( 2011 -- 2012 年度第 2 学期)
名称：电力系统过电压上机计算
题目：电力系统过电压仿真计算与分析院系：电气与电子工程学院
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：屠幼萍
设计周数：2周
成绩：
日期：2012 年12月30日
一、课程设计的目的与要求
1．掌握集中参数、分布参数回路中的暂态计算方法。熟练使用EMTP程序。
2．了解输电线路防雷分析的数值计算方法。掌握输电线路采用线路避雷器提高线路耐雷水平的基本原理，并评价其效果。
3．了解输电线路工频过电压、操作过电压的数值计算方法。掌握限制工频过电压、操作过电压的主要措施，并评价其效果。
二,设计正文
1.ATP简介
ATP-EMTP是目前应用得最为广泛的电磁暂态计算的标准程序。从概念讲，EMTP可应用于任何电路的电磁暂态现象计算。但是另一方面，因为它的庞大功能，在只有固定格式的文本输入方式时，它的应用相当困难。许多电力技术人员虽然知道ATP-EMTP的潜在应用价值，但苦于入门艰难，迟迟不敢尝试ATP-EMTP的应用。
ATPDraw就是为了解决这个问题而开发的，它是建立计算模型用的人机对话图形接口。ATPDraw准备了电力系统各种元件的图符，点击这些图符，可打开相应的图框，输入有关参数。连接这些图符，可构成所需要的电路。各个元件的图框都带有帮助功能，提示各参数的定义。ATPDraw还具有设定时间步长、计算时间、输出要求及各种特殊要求（如频率扫描）的功能。ATPDraw生成文本输入文件，执行ATP时实际上还是通过文本输入文件。有了这个工具，使ATP-EMTP的利用大大方便了。
2.简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算
2.1(1)程序图(2)程序结果
(3)程序分析:仿真结果可见电容先充电后放电的过程
2.2 (1)程序图
(2)程序结果
V1-V8 V9-V11
C1-C8
C6-C11
(3)分析:电容分压器可用于测量交流和冲击高电压。本例在直流电压源作用下，先对横向（对地）电容充电，由于电感的存在，可以使电容电压高于电源电压，继而放电再充电的过程。
2.3(1)程序图(2)程序结果
2.4
(1)程序图(2)程序结果
(3)分析:波在多段波阻抗不等的单相传输线上传输时会发生多次折反射
2.5(1)程序图
(1) 程序结果
(3)分析:三相全换位输电线路能通过三相的全换位减小对地电容的不对称，使中性点的偏移减小。
2.6 (1)程序图 (2)程序结果
(3)分析: 当线路长度与信号在线路中传输的波长相差不大时可以用集总参数表示线路，当长度远大于波长时，必须使用分布参数。软件提供的分布参数输电线模型方便分析仿真长线路。
2.7
(1)程序图
(2)程序结果
V1-V5
(3)分析：冲击波作用于单相线路，经3.35us波到达避雷器，结点开始有电压,但是避雷器电流一直为零，说明避雷器并未动作。
2.8(1)程序图
(2)程序结果
1,SA,SB,SC节点电压
2,0A,0B,0C节点电压
3,1A,1B,1C节点电压
4,2A,2B,2C节点电压
5, 支路电压U0A-SA、U0B-SB、U0C-SC
7,支路0B-SB、0C-SC中R的支路电流
(3)分析：开关左侧电压受电源的钳制保持标准正弦波形。
2.9 (1)程序图
(2)程序结果
(file eg9.pl4; x-var t)
v:1 v:3 v:2
0510152025
30
[ns]
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2[V]
(3)分析：由于电感的存在，会使电容电压高于电源电压。当电容电压高于电源电压时，电容通过电阻放电而使自身电压下降。
3. 500kV 工频过电压计算
(1)程序图
(2) 程序结果
1,甩负荷
3,两相短路
丰镇侧两相短路K2
万全侧两相短路K2
(3)工频过电压计算结果总结
500kV输电线路在正常送电状态下甩负荷工频过电压、单相接地故障工频过电压、两相接地故障工频过电压倍数都小于2。接地故障会引起三相电压幅值不等。正常甩负荷时，并联电抗器削弱了空载线路的电容效应，可用于限制工频过电压。
4. 500kV合闸（重合闸）操作过电压计算
(1)程序图
1,合空线统计过电压
1.
2.三相重合闸统计过电压，采用0.5s快速自动重合闸
(3)合闸操作过电压计算结果总结
统计过电压是指出现概率为2％的过电压值。合闸、重合闸500kV空载输电线路时使用统计开关，可以得到出现概率为2％的过电压值。
线路侧接并联电抗器使断路器两端幅值上升速度大为降低，断路器发生重燃的可能性较少，出现高幅值过电压的概率也明显下降。采用性能良好的避雷器作为合闸操作过电压的后备保护。
三, 课程设计总结
经过两周的课程设计学习,我收获了很多.
首先,我对ATP软件有了一定的了解,从一开始什么也不懂,到最后能够独立完成实验任务,这是我这次课程设计最大的收获.通过做习题,也复习了电力系统过电压的相关知识,弥补了课上知识的不足.在和同学互相讨论和交流中,也找到了自己的一些不足.
课程设计过程也遇到了一些困难,比如,看到习题,不知道该用哪些元件来完成,还有设置参数的问题,以及最后对结果的讨论.不过,最后都通过和同学老师交流答疑完成.
以前学到的课本知识,在这次设计中得到实践.理论联合实际,加深了对知识的掌握.这对于我们以后的学习和工作都有很大的帮助.
华中科技大学 信息工程学院课程设计报告书题目: 电力系统潮流计算 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 2015年 11 月 10 日
2015年11月12日
信息工程学院课程设计成绩评定表
摘要 电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计算，潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中的各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体分析，并有MATLAB仿真。 关键词：电力系统潮流计算 MATLAB仿真
Abstract Electric power system steady flow calculation and analysis of the static safety analysis. This paper, by means of the calculation, flow calculation is the trend of the power network design and operation of the most basic operations of electric power network, various design scheme and the operation ways to tide computation, can get all kinds of each node of the power grid voltage and seek the trend of the network and the network of the components of the power loss, and getting electric power. The standard is to use the power flow calculation and analysis, the specific have MATLAB simulation. Key words: Power system; Flow calculation; MATLAB simulation
课程设计 设计题目:电力系统过电压与接地装置 班级：电气化铁道技术1132 姓名：刘浩 学号：201108023211 指导教师：赵永君 二〇一三年六月十九日 摘要 本课程设计中和运用高电压技术、电力系统过电压、接地技术等知识，采用理论与实践相结合的方法，研究电力系统各种过电压防护措施研究接地装置的测量方法和降阻方式，设计电力系统的接地装置等。 关键词:内部过电压雷电过电压接地保护 前言 电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。研究各种过电压的起因，预测其幅值，
并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。 为了保护电力系统、用电设备和人员的安全，往往采用接地的方式来保证设备和人员的安全。本课程设计根据《高电压技术》简单的对电力系统的过电压与接地装置进行研究。 电力系统过电压与接地装置 一、电力系统过电压 在电力系统中，由于雷电、电磁能量的转换会使系统电压产生瞬间升高，其值可能大大超过电气设备的最高工频运行电压。其对电力系统的危害是很大的。电力系统过电压主要分以下几种类型:雷电过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。 1内部过电压 1.1工频过电压 系统中在操作或接地故障时发生的频率等于工频(50Hz)或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。特点是持续时间长,过电压倍数不高,一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用当系统操作、接地跳闸后的数百毫秒之内，由于发电机中磁链不可能突变，发电机自动电压调节器的惯性作用，使发电机电动势保持不变，这段时间内的工频过电压称为暂时工频过电压。随着时间的增加，发电机自动电压调节器产生作用，使发电机电动势有所下降并趋于稳定，这时的工频过电压称为稳态工频过电压。
信息工程学系 2011-2012学年度下学期电力系统分析课程设计 题目:电力系统潮流计算 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：钟建伟
2012年3月10日信息工程学院课程设计任务书
目录 1 任务提出与方案论证 (4) 1.1潮流计算的定义、用途和意义 (4) 1.2 运用软件仿真计算 (5) 2 总体设计 (7) 2.1潮流计算设计原始数据 (7) 2.2总体电路设计 (8) 3 详细设计 (10) 3.1数据计算 (10) 3.2 软件仿真 (14) 4 总结 (24) 5参考文献 (25)
1任务提出与方案论证 1.1潮流计算的定义、用途和意义 1.1.1潮流计算的定义 潮流计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。 1.1.2潮流计算的用途 电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。 潮流计算（load flow calculation）根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。通常给定的运行条件有电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态量包括各节点电压及其相位角和各支路（元件）通过的电流（功率）、网络的功率损耗等。潮流计算分为离线计算和在线计算两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和系统运行方式安排；在线计算用于运行中电力系统的监视和实时控制。 目前广泛应用的潮流计算方法都是基于节点电压法的，以节点导纳矩阵Y作为电力网络的数学模型。节点电压Ui和节点注入电流Ii 由节点电压方程（1）联系。在实际的电力
1、试分析雷击杆塔时影响耐雷水平的各种因素的作用，工程实际中往往采用哪些措施 来提高耐雷水平 2、输电线路有哪些防雷措施？试分析各种防雷措施的作用。 3、什么是彼德逊法则？其适用范围如何 4、电弧接地过电压产生的原因是什么,影响电弧接地过电压的因素有哪些,如何消除 电弧接地过电压? 评价消弧线圈限制电弧接地过电压的作用 5、变电站入侵雷电波防护设计的原则是什么？对于接线复杂的变电所该如何处理避 雷器的安装位置？阀型避雷器与被保护设备间的电气距离对其保护作用有何影响？ 6、断路器的并联电阻为什么可以限制空载分、合闸过电压？它们对并联电阻值的要求 有何区别？ 7、什么是电力系统的绝缘配合? 绝缘配合的方法有哪几种? 8、说明直配电机防雷保护的基本措施及其原理。（P175） 9、断路器的并联电阻为什么可以限制空载分、合闸过电压？它们对并联电阻值的要求 有何区别？ 10、试分析中性点运行方式对绝缘水平的影响？ 11、试求线路、电感、电容的贝瑞隆等值电路，并描述用贝瑞隆法计算电力系统过 电压的具体步骤。（P225） 12、试分析冲击电晕对线路波过程的影响。 由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的畸变。 冲击电晕对雷电波波形影响的原因： 雷电冲击波的幅值很高，在导线上将产生强烈的冲击电晕。研究表明，形成冲击电晕所需的时间非常短，大约在正冲击时只需0.05，在负冲击时只需0.01；而且与电压陡度的关系非常小。由此可以认为，在不是非常陡峭的波头范围内，冲击电晕的发展主要只与电压的瞬时值有关。但是不同的极性对冲击电晕的发展有显著的影响。当产生正极性冲击电晕时，电子在电场作用下迅速移向导线，正空间电荷加强距离导线较远处的电场强度，有利于电晕的进一步发展；电晕外观是从导线向外引出数量较多较长的细丝。当产生负极性电晕时，正空间电荷的移动不大，它的存在减弱了距导线较远处的电场强度．使电晕不易发展；电晕外观上是较为完整的光圈。由于负极性电晕发展较弱，而雷电大部分是负极性的，所以在过电压计算中常以负极性电晕作为计算的依据。 13、试说明在何种情况下，保护变电所的避雷针可装设在变电所构架上，何种情况
课程设计报告 学生:学号： 学院: 班级: 题目: 电力系统潮流计算课程设计
课设题目及要求 一 .题目原始资料 1、系统图：两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连。 2、发电厂资料： 母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为（ 300MW ），母线3为机压母线，机压母线上装机容量为（ 100MW ），最大负荷和最小负荷分别为50MW 和20MW ；发电厂二总装机容量为（ 200MW ）。 3、变电所资料： (一) 变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：35KV 10KV 35KV 10KV (二) 变电所的负荷分别为： 60MW 40MW 40MW 50MW (三) 每个变电所的功率因数均为cos φ=0.85； 变电所1 变电所母线 电厂一 电厂二
(四) 变电所1和变电所3分别配有两台容量为75MVA 的变压器，短路损 耗414KW ，短路电压（%）=16.7；变电所2和变电所4分别配有两台容 量为63MVA 的变压器，短路损耗为245KW ，短路电压（%）=10.5； 4、输电线路资料： 发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中，单位长度的电阻为Ω17.0，单位长度的电抗为Ω0.402，单位长度的电纳为S -610*2.78。 二、 课程设计基本容： 1. 对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数，画出等值电路图。 2. 输入各支路数据，各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷 情况下的潮流计算，并对计算结果进行分析。 3. 跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。 1) 4个变电所的负荷同时以2%的比例增大； 2) 4个变电所的负荷同时以2%的比例下降 3) 1和4号变电所的负荷同时以2%的比例下降，而2和3号变电所的 负荷同时以2%的比例上升； 4. 在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要 求，进行电压的调整。（变电所低压母线电压10KV 要求调整围在9.5-10.5 之间；电压35KV 要求调整围在35-36之间） 5. 轮流断开支路双回线中的一条，分析潮流的分布。（几条支路断几次） 6. 利用DDRTS 软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并进 行结果的比较。 7. 最终形成课程设计成品说明书。 三、课程设计成品基本要求： 1. 在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图 2. 通过输入数据，进行潮流计算输出结果 3. 对不同的负荷变化，分析潮流分布，写出分析说明。 4. 对不同的负荷变化，进行潮流的调节控制，并说明调节控制的方法，并 列表表示调节控制的参数变化。 5. 打印利用DDRTS 进行潮流分析绘制的系统图，以及潮流分布图。
当电力系统进行操作或发生接地故障时，就会在由电气设备构成的集中参数电路中产生电磁暂态过程，引起系统电压的升高或产生过电流。 当电力系统中某一点突然发生雷电过电压或操作过电压时，这一变化并不能立即在系统其它各点出现，而要以电磁波的形式按一定的速度从电压或电流突变点向系统其它部位传播。 电磁波在分布参数电路中传播产生的暂态过程，简称波过程。 一般架空单导线线路的波阻抗Z?500 Q,分裂导线波阻抗Z?300 Q 冲击电晕对导线耦合系数的影响 发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。 冲击电晕对波阻抗和波速的影响冲击电晕将使线路波阻抗减小、波速减小 冲击电晕对波形的影响冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保护。最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的a I倍。a l越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。（危及变压器绕组的首端匝间绝缘） 最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于 a U0,对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘） 有危害。 绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。过电压 波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。波尾也有影响，在短波作用 下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位 梯度也比较低。 变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接 近稳态电位分布。这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过 电压的幅值。 （1）补偿对地电容C0dx 的影响；（静电环）（2）增大纵向电容K0/dx （纠结式绕组）绕组匝间绝缘所承受的冲击电压为Uab= alab/v 侵入波的陡度愈大，每匝线圈的长度愈长，或波速愈小，则作用在匝间的电压也愈大。为了限 制匝间电压以保护绕组的匝间绝缘，必须采取措施来限制侵入电机的波的陡度。
1． 手算过程 已知： 节点1：PQ 节点， s(1)= -0.5000-j0.3500 节点2：PV 节点， p(2)=0.4000 v(2)=1.0500 节点3：平衡节点，U(3)=1.0000∠0.0000 网络的连接图： 0.0500+j0.2000 1 0.0500+j0.2000 2 3 1）计算节点导纳矩阵 由2000.00500.012j Z += ? 71.418.112j y -=; 2000.00500.013j Z += ? 71.418.113j y -=; ∴导纳矩阵中的各元素： 42.936.271.418.171.418.1131211j j j y y Y -=-+-=+=; 71.418.11212j y Y +-=-=; 71.418.11313j y Y +-=-=; =21Y 71.418.11212j y Y +-=-=; 71.418.12122j y Y -==; 002323j y Y +=-=; =31Y 71.418.11313j y Y +-=-=; =32Y 002323j y Y +=-=; 71.418.13133j y Y -==; ∴形成导纳矩阵B Y ： ?? ?? ? ?????-++-+-+-+-+--=71.418.10071.418.10071.418.171.418.171.418.171.418.142.936.2j j j j j j j j j Y B 2）计算各PQ 、PV 节点功率的不平衡量，及PV 节点电压的不平衡量： 取:000.0000.1)0(1)0(1)0(1j jf e U +=+= 000.0000.1)0(2) 0(2)0(2j jf e U +=+= 节点3是平衡节点，保持000.0000.1333j jf e U +=+=为定值。 ()()[] ∑==++-=n j j j ij j ij i j ij j ij i i e B f G f f B e G e P 1 )0()0()0()0()0()0() 0(；
电力系统过电压 一、单选题 1.一般地，电力系统的运行电压在正常情况下不会超过（B）。P215 A、额定线电压 B、允许最高工作电压 C、绝缘水平 D、额定相电压 2.电力系统过电压分成两大类（D）。P216 A、外部过电压和短路过电压 B、外部过电压和大气过电压 C、操作过电压和短路过电压 D、雷电过电压和内部过电压 3.外部过电压，与气象条件有关，又称为（B）。p216 A、气象过电压 B、大气过电压 C、污秽过电压 D、条件过电压 4.电力系统过电压分成两大类（B）。P216 A、外部过电压和短路过电压 B、内部过电压和大气过电压 C、操作过电压和短路过电压 D、雷电过电压和大气过电压 5.云中的水滴受强烈气流的摩擦产生电荷，而且小水滴带（B）。P216 A、正电 B、负电 C、静电 D、感应电 6.在两块异号电荷的雷云之间，当（D）达到一定值时，便发生云层之间放电。P216 A、电流 B、电压 C、距离 D、电场强度 7.雷电直接击中建筑物或其他物体，造成建筑物、电气设备及其他被击中的物体损坏，雷电的这种破坏形式称为（A）。 p216 A、直击雷 B、感应雷 C、雷电波侵入 D、雷电的折射与反射 8.雷电放电时，强大的雷电流由于静电感应和电磁感应会使周围的物体产生危险的过电压，造成设备损坏、人畜伤 亡。雷电的这种破坏形式称为（B）。P217 A、直击雷 B、感应雷 C、雷电波侵入 D、雷电的折射与反射 9.防雷设施及接地装置是（D）。P217 A、将导线与杆塔绝缘 B、将导线与与大地连接 C、将电流引入大地 D、将雷电流引入大地 10.安装在烟囱顶上的避雷针直径不应小于下列数值（D）。p217 A、10mm B、12mm C、16mm D、20mm 11.下列避雷针高度为h，其影响系数描述正确的是（A）。P218 A、h＜30m时P＝1 B、h＞30m时P＝1 C、h＜30m时P＝5.5／h D、以上都可以 12.为防止直接雷击架空线路，一般多采用（B）。P219 A、避雷针 B、避雷线 C、避雷器 D、消雷器 13.避雷线一般用截面不小于（D）镀锌钢绞线。P219 A、25mm2 B、50mm2 C、75mm2 D、35mm2 14.下列关于避雷线保护角描述正确的是（D）。P219? A、保护角越小，越容易出现绕击 B、山区的线路保护角可以适当放大 C、保护角大小与线路是否遭受雷击无关 D、多雷区的线路保护角适当缩小 15.电气设备附近遭受雷击，在设备的导体上感应出大量与雷云极性相反的束缚电荷，形成过电压，称为（B）。老书 P168 A、直接雷击过电压 B、感应雷过电压 C、雷电反击过电压 D、短路过电压 16.与FZ型避雷器残压相比，FS型避雷器具有（D）特点。老书P181 A、残压低 B、体积小 C、有均压电阻 D、残压高 17.阀型避雷器阀电阻片具有（A）特性。P221
第四章 电力系统潮流分析与计算 电力系统潮流计算是电力系统稳态运行分析与控制的基础，同时也是安全性分析、稳定性分析电磁暂态分析的基础（稳定性分析和电磁暂态分析需要首先计算初始状态，而初始状态需要进行潮流计算）。其根本任务是根据给定的运行参数，例如节点的注入功率，计算电网各个节点的电压、相角以及各个支路的有功功率和无功功率的分布及损耗。 潮流计算的本质是求解节点功率方程，系统的节点功率方程是节点电压方程乘以节点电压构成的。要想计算各个支路的功率潮流，首先根据节点的注入功率计算节点电压，即求解节点功率方程。节点功率方程是一组高维的非线性代数方程，需要借助数字迭代的计算方法来完成。简单辐射型网络和环形网络的潮流估算是以单支路的潮流计算为基础的。 本章主要介绍电力系统的节点功率方程的形成，潮流计算的数值计算方法，包括高斯迭代法、牛顿拉夫逊法以及PQ 解藕法等。介绍单电源辐射型网络和双端电源环形网络的潮流估算方法。 4-1 潮流计算方程--节点功率方程 1. 支路潮流 所谓潮流计算就是计算电力系统的功率在各个支路的分布、各个支路的功率损耗以及各个节点的电压和各个支路的电压损耗。由于电力系统可以用等值电路来模拟，从本质上说，电力系统的潮流计算首先是根据各个节点的注入功率求解电力系统各个节点的电压，当各个节点的电压相量已知时，就很容易计算出各个支路的功率损耗和功率分布。 假设支路的两个节点分别为k 和l ，支路导纳为kl y ，两个节点的电压已知，分别为k V 和l V ，如图4-1所示。 图4-1 支路功率及其分布 那么从节点k 流向节点l 的复功率为（变量上面的“－”表示复共扼）： )]([l k kl k kl k kl V V y V I V S (4-1) 从节点l 流向节点k 的复功率为： )]([k l kl l lk l lk V V y V I V S (4-2) 功率损耗为： 2)()(kl kl l k kl l k lk kl kl V y V V y V V S S S (4-3)
能源建设 电力系统内部过电压分析 441022 湖北襄阳城郊供电公司(湖北襄阳) 朱国军 【摘 要】电力系统的工作可靠性是和过电压的大小密切相关的。过电压是指超过正常运行电压并可使电力系统绝缘或保护设备损坏的电压升高。内部过电压分为两大类，因操作和故障引起的瞬间电压升高，称为稳态过电压；而在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高和谐振现象称为暂态过电压。内部过电压的能量来源于电网本身，并在额定电压的基础上产生，故其幅值大体与额定电压的大小成正比，并且具有统计性质。 【关键词】内部过电压;操作过电压;暂时过电压 1、稳态过电压分为工频过电压和谐振过电压 1.1工频过电压 操作过电压是在工频过电压Ug的基础上振荡产生的，Ug越高，操作过电压的幅值越高。其次，避雷器的额定电压决定于连接点的工频过电压，后者越高，则避雷器的额定电压和相应的残压也越高。由此可知，工频过电压间接地决定了电网的操作和雷电冲击绝缘水平。 常见的几种重要的工频过电压有：空载线路电容效应引用的电压升高；不对称短路时正常相上的工频电压升高；甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高等。 1）空载长线路中的电容效应电容效应是指在电感、电容的串联回路中，当容抗大于感抗时，在电源电动势E的作用下，容性电流在感抗上的压降把容抗压降抬高的一种现象。 2）不对称接地引起的工频过电压当线路中发生不对称接地时，通过相见的电磁耦合，可能使健全相的工频电压有所升高。统计表明，单相接地是主要的故障形式，所引起的电压升高一般最为严重，乃是选择避雷器额定电压的主要依据。 1.2谐振过电压 电力系统中存在着许多电感和电容元件，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路电感等均可作为电感元件，而线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和串联电容器组、高压设备的杂散电容均可作为电容器。当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统中某些部分(或元件)出现严重的谐振过电压。谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多.甚至可稳定存在，直到破坏谐振条件为止。谐振过电压幅值可能很大，理论上可以达到无穷，实际数值小于3倍。 1）线性谐振 谐振回路由不带铁芯的电感元件(如输电线路的电感、变压器的漏感)或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件(如消弧线圈，其铁芯中有气隙)和系统中的电容元件所组成.在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。 消弧线圈产生的线性谐振：类似于间歇性接地，接有消弧线圈的系统，只要让消弧线圈工作于脱谐度不大的状态，即可使补偿网络对地容抗大于感抗，当故障时如断路器非全相动作、线路发生单相或两相断线时，容抗更大，不满足谐振条件，不会发生严重的过电压。 2）铁磁谐振过电压线性谐振的参数条件 ，铁磁谐振 ，对于一定的 值(Lo为铁芯线圈的初始电感)，在很大的C值范围内(即 都有可能产生谐振)都可能产生谐振。有可能是工频的谐振，也有可能是高频谐波和分频谐波，如2、3、5次等高频谐波或1/2、1/3、1/5次等分频谐波。 在电力系统中，因导线的折断、断路器非全相动作等严重的运行状态出现的铁磁谐振过电压，都属于断线谐振过电压。现象：系统中心点位移、负载变压器相序可能反转、绕组电流急剧增加、铁芯有响声、导线有电晕声，多会发生传递过电压。非全相运行时，可能组成多种多样的串联谐振回路，这些回路中的电感是空载或轻载运行的负载变压器的励磁电感以及消弧线圈的电感等。电容是导线对地和相间的部分电容，电感线圈对地杂散电容等。在一定的参数配合激发条件下，可能会产生基频、分频或高频谐振。基频谐振时，会出现三相对地电压不平衡，例如一相升高、两相降低；或两相升高、一相降低；或三相同时升高的现象。在负载变压器侧会使三相绕组电压的负序分量占主要的成分，造成相序反倾。实践证明，有可能产生2、3、5次高频谐波。 谐振过电压幅值可能很大，理论上可以达到无穷。分频谐振由于频率为工频的一半，互感器的励磁阻抗下降了一半，使铁芯元件的励磁电流大大增加，互感器严重饱和，过电压被限制了，实际数值小于2倍，除非有弱绝缘设备，一般不危险的。 2、暂态过电压通常为操作过电压 电力系统中的电容、电感元件均为储能元件。当有操作故障使其工作状态发生变化时，将产生振荡性的过渡过程。在此过程中，由于电感元件中储存的磁能会在某一瞬间转化为电场能存储与电容元件之中，将产生数倍于电源电压的过渡过程过电压，即所谓的操作过电压。它是在几毫秒至几十毫秒后消失的暂态过电压。 形成操作过电压的能量来源于电力系统本身，因此这类过电压的幅值与系统的额定电压大致成正比。通常用系统运行量高相电压幅值的倍数来表示过电压的大小。操作过电压的大小与电气设备特性，尤其是断路器的特性，以及系统结构、运行参数、操作或故障形式等因素有关，具有明显的随机性。 在非有效接地系统中，操作过电压有间歇电弧接地过电压(弧光接地过电压)、开断感性负载过电压、投切容性负载过电压等。 1）空载线路分闸过电压 切空线是电力系统中常有的操作。在开断过程中，若断路器发生重燃，使线路积累了电荷，并引起电磁振荡，会出现过电压。这种过电压不止幅值高，且持续时间长，可达0.5～1个工频周期以上，是220kV及以下电网确定操作绝缘水平的依据。 2）空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压是决定超高压电网绝缘水平的重要因素。合空线过电压有两种不同的形式。其一是计划性的合闸操作，合闸后，线路各点电压由零值过渡到由电容效应决定的工频稳态电压从而出现振荡过电压。另一种是重合闸操作，由于残余电压的存在，三相重合闸过电压要比计划性合闸过电压更为严重。 3）空载变压器分闸过电压 在电力系统运行中，常有电感性负载的分闸操作，在这些操作过程中可能会出现幅值较高的过电压。 4）解列过电压在多电源供电系统中，由于某种原因(如线路发生接地故障)而失去稳定时，线路两侧电源的电动势将产生相对摆动(失步)。为了避免事故扩大而将系统解列，则可能会在单端的空载线路上出现解列过电压。 54《科技与企业》杂志 2011年10月（上）
《电力系统潮流上机》课程设计报告 院系：电气工程学院 班级：电088班 学号： 0812002221 学生姓名：刘东昇 指导教师：张新松 设计周数：两周 日期：2010年 12 月 25 日
一、课程设计的目的与要求 目的：培养学生的电力系统潮流计算机编程能力，掌握计算机潮流计算的相关知识 要求：基本要求： 1.编写潮流计算程序； 2.在计算机上调试通过； 3.运行程序并计算出正确结果； 4.写出课程设计报告 二、设计步骤： 1.根据给定的参数或工程具体要求（如图），收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选择Matlab进行设计）。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 三、设计原理 1．牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为
额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤： （1）形成各节点导纳矩阵Y。 （2）设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 （3）计算各个节点的功率不平衡量。 （4）根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。 （5）计算雅可比矩阵中的各元素。 （6）修正方程式个节点电压 （7）利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环。 （8）计算平衡节点输出功率和各线路功率 2．网络节点的优化 １）静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数，然后，按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时，则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中，出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也２）动态地按增加出线支路数最少编号在上述的方法中，各节点的出线支路数是按原始网络统计出来的，在编号过程中认为固定不变的，事实上，在节点消去过程中，每消去一个节点以后，与该节点相连的各节点的出线支路数将发生变化(增加，减少或保持不变)。因此，如果每消去一个节点后，立即修正尚未编号节点的出线支路数，然后选其中支路数最少的一个节点进行编号，就可以预期得到更好的效果，动态按最少出线支路数编号方法的特点就是按出线最少原则编号时考虑了消去过程中各节点出线支路数目的变动情况。 3．MATLAB编程应用 Matlab 是“Matrix Laboratory”的缩写，主要包括：一般数值分析，矩阵运算、数字信号处理、建模、系统控制、优化和图形显示等应用程序。由于使用Matlab 编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习高级语言那样难于掌握，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。 四、设计内容
第四章 1．地面落雷密度：一个雷电日每 km2 的地面上落雷的次数（次/雷电日·km 2 ）。落雷密度为单位时间单位面积的地面平均落雷次数 2.保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？答案：保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备。 3. ZnO 避雷器的主要优点有哪些？答案：ZnO 避雷器的主要优点有无间隙、无续流、电气设备所受过电压可以降低、通流容量大、ZnO 避雷器特别适用干直流保护和 SF6 电器保护等优点。适于大批量生产，造价低，经济性能好。 4.跨步电压：人的两脚着地点之间的电位差称为跨步电压。(取跨距为 0.8m)工作接地中，对人身安全造成威胁的电位差包括接触电位差和跨步电位差人所站的地点与接地设备之间的电位差称为接触电势 5.内部过电压倍数：内部过电压倍数：内部过电压幅值与最大运行相电压幅值之比。 6.【简答题】什么叫做操作过电压？答案：电力系统是由电源、电阻、电感、电容等元件组成的复杂系统，当开关操作，或事故状态引起系统拓扑结构发生改变时，各储能元件的能量重新分配并发生振荡，在设备上将会产生数倍于电源电压的过渡过程的过电压，称为操作过电压。电力系统由于操作从一种稳定工作状态通过震荡转变到另一种工作状态的过渡过程所产生的过电压称为操作过电压。 7.简述电力系统中操作过电压的种类。答案：①间歇电弧接地过电压②空载变压器分闸过电压③空载线路分闸过电压④空载线路合闸过电压一种是计划性的合闸操作，另一种是自动重合闸操作⑤电力系统解列过电压 8.在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型？答案：（一）6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压；（二）110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压；（三）330～500kV：合空载线路过电压。 9.电弧接地过电压：在中性点绝缘的电网中发生单相接地时，将会引起健全相得电压升高到线电压。如果单相接地为不稳定的电弧接地，即接地点的电弧间歇性地熄灭和重燃，则在电网健全相和故障相上将会产生很高的过电压，一般把这种过电压称为电弧接地过电压。 10.影响电弧接地过电压的因素有哪些？答案：（一）电弧熄灭与重燃时的相位；（二）系统的相关参数（相间电容、线路损耗）；（三）中性点接地方式。 11.电弧接地过电压的发展过程和幅值大小都与什么有关？答案：电弧过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧的时间有关，存在两种熄弧时间：（1）电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭（2）电弧要等到工频电流过零时才能熄灭 12.什么叫做截流？答案：流过电感的电流在到达自然零点前被断路器强行切断，称为强制熄弧，使得储存在电感中的磁场能量被强迫转化为电场能，导致电压的升高。当采用灭弧能力很强的断路器切断很小的励磁电流时，工频励磁电流的电弧可能在自然过零前被强制熄灭，甚至电流在接近幅值 m I 时被突然截断，这就是断路器的截流现象。 13.为什么说切空载变压器容易发生截流现象？答案：切断 100A 以上的交流电流时，电弧通常都是在工频电流自然过零时熄灭的；但当被切断的电流较小时（空载变压器的激磁电流很小，一般只是额定电流的 0.5％～4％，约数安到数十安），电弧提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行切断。 14.断路器的性能和变压器的参数是怎么影响切空变压器的？答案：切断小电流电弧时，性能差的断路器，由于切断电流能力不强，切除空载变压器时过电压较低；而切除小电流电弧时性能好的断路器，由于切流能力强，切除空载变压器过电压较高。另外，当断路器的灭弧能力差时，切流后在断路器触头间容易引起电弧重燃，而这种电弧重燃与切空线相反，使变压器侧的电容中电场能量向电源释放，从而降低了过电压。使用相同断路器，即使是在相同的截流能力下，当变压器的电容越大和电感越小时，过电压会降低。 15.如何限制切空载变压器的过电压？答案：（一）在断路器的变压器侧加装阀式避雷器。（二）在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻。（三）需频繁进行变压器的分合闸操作的场合可采用：在电弧炉变压器的低压绕组侧并接三相整流电路，直流回路中接有大容量电解电容。 16.在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型？答案：（一）6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压；（二）110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压；（三）330～500kV：合空载线路过电压。
课程设计报告 ( 2014—2015年度第二学期) 名称：电力系统暂态上机计算院系：电气与电子工程学院班级：电气1211 学号：1121210205 学生：郝阳 指导教师：艳波 设计周数：两周 成绩： 日期：2015年7月4日
一、课程设计的目的与要求 巩固电力系统暂态分析理论知识，使学生掌握采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算的基本方法，并进一步巩固计算机编程能力，为将来从事相关的技术工作打下必要的基础。 二、设计正文（详细容见附录,用A4纸，页数不限） 1．对称短路计算过程流程图和计算结果 2．不对称短路计算过程流程图和计算结果 3．静态稳定性计算过程流程图和计算结果 4．暂态稳定性计算过程流程图和计算结果 5．思考题 三、课程设计总结或结论 本次电力系统暂态上机主要讨论了计算各种类型短路故障下系统网络中的电压电流分布以及电力系统的静态稳定、暂态稳定问题。通过本次课程设计，本人对电力系统故障分析有了更深刻的理解，电力系统的故障时，大部分电磁量将随时间变化，描述其特性的是微分方程，这给分析计算带来一定困难。在分析过程常尽量避免对微分方程直接求解，而是采用一定的工具和假设使问题得以简化，即把“微分方程代数化，暂态分析稳态化”。在分析不对称故障时，各相之间电磁量的耦合使问题的分析更为复杂，此时常用的分析方法是采用对称分量法将不对称问题转化为对称问题来求解。同时我对用来分析电力系统静态稳定的试探法，用来分析电力系统暂态稳定的改进欧拉法有了一些使用心得。这与手算系统短路电流时使用的网络化简方法大大不同。 在学习中，参照潮流程序，我加深了对节点导纳矩阵建立方法的理解与学习，巩固了不同类型短路的短路电流计算方法，和序电压、序电流，相电压、相电流基于matlab软件的计算。利用小干扰分析法判别静态稳定可以使用劳斯判据，也可以使用特征根判别的方法。二者都能够判断，在书中的例题中使用的是劳斯判据，但是，特征根判别放法更适合在matlab软件的环境下使用，因为该软件提供了计算矩阵特征根的函数，使用起来简便易懂。利用改进欧拉法计算最大切除角或切除时间虽然比较方便，但是由于计算机有效位数的限制而引起的舍入误差随步长的减小以及运算次数的增多而增大。在上机编程中体会比较深的是自己犯的几个错误，比如说在算短路电流时，发电机之路的电流和电压是否要经过相位的变换，在静态稳定计算中的角度是弧度制，在计算中使用的都是标幺值等等，这些看似细微的地方，往往考验的就是自己对电力系统分析中的知识的基础，虽然小但是也非常的重要，往往就是这些错误会令程序得不到正确的结果，值得我注意和反思。 总的来说，结合我们上学期潮流上机编程的经验，虽然这次用的是matlab，但是明显感觉到对计算机处理电力系统问题的简便，程序的编写也显得更加的轻松和得心应手，体会到matlab软件的强大。经过两个星期的回顾与学习，我巩固了电力系统暂态分析理论知识，在编程的过程中很深刻的感受到要想得出正确的结果，就必须认真地理解课本上对应的例题，知道这些原理，不能仅仅照着书抄公式；同时我也初步掌握了采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算的基本方法，并进一步巩固计算机编程能力，为将来从事相关的技术工作打下必要的基础，更好地建设我国的电力系统。 四、参考文献 1.《电力系统暂态过程》，常鲜戎、书强编，机械工业，2010年1月，第一版； 2.《电力系统分析基础》，庚银，机械工业，2011年，第一版；
电力系统过电压数值仿真计算 1 我国1974年在西北地区建成刘（家峡）- 天（水）- 关（中）首条330kV输电线路，1981年建成平（顶山）- 武（昌）第一条500kV线路，2005年西北地区建设的第一条750kV 线路投入运行，交流1000kV和直流 800kV输电系统正在积极推进中。 2 电力系统电压等级的提高，意味着设备绝缘水平提高。电力系统的绝缘包括发电厂、变电所电气设备的绝缘以及线路的绝缘。他们在运行中除承受正常运行时的工作电压外，还将承受各类过电压，如工频过电压、操作过电压以及雷电过电压。通常情况下，由于电力系统电磁暂态产生的过电压在确定绝缘水平中起决定性作用。 3 在电力系统中，由于断路器的操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量的转化或传递，产生电压升高称为内部过电压。内部过电压分为两类操作过电压、暂时过电压。把频率为工频或接近工频的过电压称为工频过电压，它是由系统中长线的电容效应、不对称接地故障、甩负荷引起的。对因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各类持续时间长、波形周期性重复的谐振现象及其电压升高称为谐振过电压。 4 所谓绝缘配合，就是综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压（工作电压及过电压）、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理的确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失降低，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。 5 电力系统过电压的研究方法暂态网络分析仪（TNA）、计算机的数值计算、系统的现场实测。 6 目前在世界范围内，使用计算机数字仿真技术研究电力系统电磁暂态现象有哪些程序？EMTP、PSCAD/EMTDC （1）Dommel_Bergeron_Method编制了EMTP(Electro_Magnetic_Transient_Program)，在世界范围内获得了广泛的使用。 （2）加拿大曼尼托巴（Manitoba）直流输电研究中心开发完善并形成了PSCAD/EMTDC(Electro_Magnetic_Transients_Including_DC)，在世界范围内获得了成功的使用。 7 输电线路参数包括线路的电阻、电抗、电导、电纳。 8 请画出单相无损线路的等值电路。 9 请画出凸极式同步发电机稳态运行时的相量图和等值电路。
电力系统过电压分类和特点 电力系统过电压主要分以下几种类型:大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。 产生的原因及特点是: 大气过电压:由直击雷引起,特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。 工频过电压:由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起,特点是持续时间长,过电压倍数不高,一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。 操作过电压:由电网内开关操作引起,特点是具有随机性,但最不利情况下过电 压倍数较高。因此30KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。 谐振过电压:由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起,特点是过电压倍数高、持续时间长。 变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑? 变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑? 答：变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理。 (1)变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。当变压器检修时，可作特殊运行方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。 (2)变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。否则，按特殊运行方式处理。