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某区域电力网规划与仿真分析






随着电力工业的发展,电力网的规划在电网的建设与发展中占据越来越重要的 角色。做好电网的规划设计更是成为了一个不可忽视的课题。电力网的规划是在满 足电网安全可靠运行的前提下,根据负荷和地理位置的分布,确定合理的电网结构。 对电力网进行规划是保证一类、二类重要负荷供电的前提下使电网能够安全、可靠 的运行。随着仿真软件的日益发展,对电

网进行仿真分析也变得越来越简单方便。 本文主要阐述了对电网进行规划时的方法和过程,大概可分为以下几步来完成:电 力系统的有功平衡和无功平衡的计算;电力系统网络电压等级确定及接线方案的选 择;选定系统最优接线方案,基于 PSS/E 对网络进行潮流计算。经过这一系列的分 析研究最终选出了一个能够满足电网规划要求的最佳方案。 关键词:电力系统;电网;电力网规划;潮流计算

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Abstract
Power grid planning in power grid construction and development of more and more important role that the development of power industry.Well power grid planning and design is become a noticeable topic.Power network planning is to meet the premise of safe and reliable operation of the power grid, according to the distribution of load and the geographical position, determine the reasonable structure of power grid.Important for power network planning is to guarantee a class, second class load power supply under the premise of the power grid can be safe and reliable operation.With the development of simulation software, simulation analysis was carried out on the grid is becoming more and more easy and convenient.This article mainly expounds method and process of power grid planning, probably can be divided into the following steps to complete:Active balance and reactive balance calculation of power system;Determine of network voltage grade and the selection of network connection scheme of power system;The selected optimal wiring schemes of power system,based on PSS/E power flow calculation was carried out on the network.After this series of analysis and research, the best scheme can be selected of power grid planning. Keywords: power system; power gird; power network planning; power flow calculation

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摘 要 引 言 ............................................................... 1 第一章 功率平衡计算及变压器的选取 ...................................... 2 1.1 功率平衡的计算.................................................. 2 1.1.1 有功功率平衡的计算........................................... 2 1.1.2 无功功率平衡的计算........................................... 2 1.2 变压器的选取 ................................................... 3 1.2.1 变压器选取的原则............................................. 3 1.2.2 变压器的选取................................................. 3 第二章 确定电力网电压等级与接线方案 .................................... 7 2.1 电力网电压等级的确定 ........................................... 7 2.2 电力网接线方案的初选 ........................................... 7 第三章 导线型号的选择与校验和最优方案的选择 ............................ 9 3.1 导线截面积初选.................................................. 9 3.1.1 方案四导线的选择............................................. 9 3.1.2 方案六导线的选择............................................ 12 3.2 导线的校验 .................................................... 14 3.2.1 允许载流校验(发热校验) ................................... 15 3.2.2 电压损耗的校验 ............................................. 17 3.2.3 电晕的校验 ................................................. 19 3.2.4 结论 ....................................................... 20 3.3 较优设计方案经济性比较 ........................................ 20 3.3.1 方案四中线路的年电能损耗量的计算............................ 20 3.3.2 方案六中线路的年电能损耗量的计算............................ 21 第四章 基于 PSS/E 的潮流计算与电压调整 ................................. 23 4.1 PSS/E 仿真软件简介............................................. 23 4.2 各元件参数的计算 .............................................. 23 4.2.1 变压器参数的计算 ........................................... 23 4.2.2 线路参数的计算 ............................................. 25 4.3 基于 PSS/E 潮流计算 ............................................ 27 4.3.1 基于 PSS/E 的潮流计算 ....................................... 27 4.3.2 结论........................................................ 28 4.4 调压计算 ...................................................... 28 结 论 .............................................................. 32 参 考 文 献 ........................................................... 33 致 谢 ................................................................ 34

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电网做为电力工业中的一个重要组成部分, 合理的对其进行规划能够实现功 率平衡, 更好地保证供电的可靠性。合理的规划方案是能够保证在正常情况下系 统运行获得经济效益和社会效益的最大化,同时保证良好的电能质量。对电力网 进行规划时, 主要任务是根据所给的原始数据以及地理位置规划出一个符合要求 的供电、变电网络。在确定电网规划方案时,首先要考虑到电网供电的可靠性, 对于一些一类重要负荷可采用双回线或环网进行供电。 电力网规划设计是在发电 厂与变电站的位置、容量、负荷等已确定的条件下,进行网络的规划设计。即要 选定网络电压等级、网络接线方案、导线型号等,通过经济技术的比较,得出最 佳方案。最后要对网络进行潮流仿真分布及调压计算。 本文共为 4 章,依次介绍了功率平衡计算、变压器的选取、电力网电压等级 的确定、接线方案的选择、潮流计算及调压计算等内容。 其中第一章主要介绍电网有功、无功功率平衡的计算以及发电厂、变电所 变压器的选取; 第二章主要介绍电力网电压等级的确定以及怎样选择电力网的接 线方案; 第三章主要介绍电力网中各线路导线的选择与校验、通过经济技术比较 确定最优方案;第四章主要介绍应运 PSS/E 软件对规划的网络进行潮流计算,并 对网络进行合理的调压。

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第一章 功率平衡计算及变压器的选取
1.1 功率平衡的计算
功率平衡计算的目的在于初步分析网络的有功功率、无功功率的盈亏,这对 保证电力网安全可靠运行十分重要。当有功功率不能平衡时,则需要增加发电机 组来增加发电功率或由大系统来补充剩余功率, 若无功不能平衡则需进行无功补 偿。此外,对于与系统相连的地区电网,此计算还可以用于分析联络线的有功功 率和无功功率,并以此来初步判断联络线上电能的输送方向和输送能力。

1.1.1 有功功率平衡的计算
综合用电负荷:

py ? k1? p max.i ? 0.9 ? (50 ? 60) ? 99MW
i ?1

m

(1-1)

式中

Py ——按负荷等级计算的综合用电负荷,MW; K1 ——同时率,其值与电力用户的多少、各用户的用电特点等因素有 关,这里取 0.9; Pmax.i ——各变电所最大有功负荷,MW。 供电负荷: 1 1 pg ? py ? ? 99 ? 104 .2mw (1-2) 1? k 2 1 ? 0.05 式中 K2 ——网损率,以供电负荷的百分数表示,这里取 5%。 发电负荷:

pf ? p3(1 ? k 3.3) ? p2 (1 ? k 3.2) ? 200? (1 ? 6 0 0 ) ? 120? (1 ?1 0 0 ) ? 306.8 (1-3)
式中 K3 ——厂用电率,从原始数据中查找。 发电负荷远远大于供电负荷,故满足有功功率平衡。

1.1.2 无功功率平衡的计算
因 110kV 和 220kV 变压器母线侧功率因数应达到 0.91~1 之间【1】 ,由表 1.1 可知, 各变电所的功率因数都未达到要求,故采用无功补偿的方式将各变电所二 次侧功率因数全部补偿至 0.95。以变电所 A 为例,补偿过程如下: 变电所 A 补偿前的无功功率为:
-1 Q1 ? Ptan(cos 0.86)? 29.67Mvar

(1-4)

式中

Q1 ——变电所补偿前的无功功率,Mvar; P ——变电所的有功负荷,MW。 按要求将变电所 A 的功率因数补偿至 0.95,补偿后的无功功率为:
-1 Q2 ? Ptan(cos 0.95)? 16.43Mvar

(1-5)

式中

Q2 ——变电所补偿后的无功功率,Mvar; P ——变电所的有功负荷,MW。 则需补偿的无功功率为: -2-

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?Q ? Q1 - Q2 ? 13.24Mvar
同理变电所 B 补偿前的无功功率为:
-1 Q1 ? Ptan(cos 0.83)? 40.33Mvar

(1-6)

(1-7)

补偿后的无功功率为:
-1 Q2 ? Ptan(cos 0.95)? 19.72Mvar

(1-8)

需补偿的无功功率为:

?Q ? Q1 - Q2 ? 20.61Mvar
表 1.1 变电所负荷一览表 地 项 目 A 负荷(MVA) 50+j30MVA 最大负荷利用小时数(h) 5000 功率因数 0.86 一、 二类负荷所占比例(%) 66 低压母线电压(kV) 10 点 B 60+j40MVA 5800 0.83 66

(1-9)

1.2 变压器的选取
1.2.1 变压器选取的原则
在对发电厂、变电所进行变压器台数、容量的选择时应遵循以下原则: (1)发电厂变压器应不少于两台,变电所变压器选择时出于对可靠性的考 虑一般应两台,若不需考虑可靠性时也可只装一台变压器; (2) 选择发电厂变压器容量时,发电厂低压母线端负荷直接由发电机供电, 不需要再经过变压器; (3) 在没有发电机电压负荷的情况下,变压器容量只需与发电机容量配套, 但是如果有发电机电压负荷时,变压器容量应满足扣除机端负荷、厂用电后,将 全部剩余功率送入电网; (4)若发电机端母线上接有多台主变压器,当其中容量最大一台主变压器 发生故障退出运行时, 其它主变压器应在允许的过负荷范围内保证输送全部剩余 功率的 70%以上【4】 。 (5)对于重要变电所,要考虑当一台变压器停止工作时,其余变压器在过 负荷能力允许时间内,保证对Ⅰ类和Ⅱ类负荷不间断的供电。

1.2.2 变压器的选取
一、发电厂变压器的选择 1、水电厂有两台 60MW 的水轮发电机,则选取两台双绕组变压器:

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PZ ? PG (1- K) ? 60? (1 ?1 0 0) ? 59.4MVA
式中 PZ ——发电厂的输出负荷,MW; PG ——发电机容量,查找表 1.2 中所得数据; K ——厂用率,有原始资料可知为 1%。
SB ? PZ 59.4 ? ? 69.9MVA cos? 0.85

(1-10)

(1-11)

式中 SB ——所需变压器的容量,MVA 故选变压器型号为 SF7-75000/110 2、火电厂有两台 50MW 和一台 100MW 的汽轮机。 (1)100MW 机组选用一台双绕组变压器:
SB ? P 94 ? ? 116MVA cos? 0.85

(1-12)

式中 P ——发电厂输出负荷,查表 1.2 中所得数据。 故选变压器型号为 SFP7-120000/110 (2)2×50MW 机组 因有本地负荷则需要两台三绕组变压器 10kV 母线上有 14MW 供给本市负荷:

PZ ? PG (1- K2 ) - Pf ? 50? 2 ? (1- 6 0 0) -14 ? 80MW
式中

(1-13)

PZ ——发电厂输出功率,MW; PG ——发电机容量,MW; Pf ——本地负荷,MW; K2 ——厂用率,有原始资料可知为 6%。 当一台检修时,另一台可承担 70%的负荷【4】 ,故: P 80 SB ? ? 0.7 ? ? 0.7 ? 62 MVA (1-14) cos ? 0.85 式中 SB ——所需变压器的容量,MVA; P ——发电机的容量,查表 1.2 中所得数据。 故选变压器型号为 SF11-63000/110 表 1.2 发电机型号及参数表 额 定 容 量 额 定 电 压 功 率 因 数 型 号 台 数 (MW) (kV) cosθ 火电厂 QFS-50-2 QFN-100-2 水电厂 SF-60-24/6 400 50 100 60 10.5 10.5 10.5 0.8 0.85 0.85 2 1 2

二、变电所变压器的选择 当变电所一类、 二类负荷所占比例较大时,需选用两台变压器并联运行来保 证供电可靠性, 并应保证在变压器过负荷能力的允许时间内一类、二类负荷的供 -4-

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电。通常情况下,变压器过负荷能力不得超过其额定容量 15%。 当变电所装有两台变压器的总安装容量 Seε 为
Se? ? 1 . 4M S

(1-15)

式中 SM ——变电所的最大负荷,MVA。 1、变电所 A 最大运算负荷:
SA ? P 50 ? ?5 8 . 8 M VA cos? 0 . 8 5

(1-16)

式中 P ——变电所最大有功功率,MW; 变压器总的安装容量:

Semin ? 1.4SM ? 1.4? 58.8? 82.35MVA
一台主变压器的容量至少为:
1 82.35 SB ? ? ? 35.8MVA 2 (1? 0.15)

(1-17)

(1-18)

故选变压器型号为 SF7-40000/110 2、变电所 B 最大运算负荷:
SB ? P 60 ? ?7 0 . 6 M VA cos? 0 . 8 5

(1-19)

变压器总的安装容量:

Se m i ? S? 1 . 4 ?7 0 .? 69 8 . 8 2 M V A n 1 . 4M
一台主变压器的容量至少为:
1 98.82 SB ? ? ?4 4 . 9 7 M VA 2 (1? 0 . 1 5 )

(1-20)

(1-21)

故选变压器型号为 SF7-50000/110 所选变压器型号及参数见表 1.3:

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项 目

火 电 厂

表 1.3 变压器型号及参数一览表 空 载 损 空载 额定容 负载损 短 路 阻 抗 台 型 号 耗 (kW) 电流 量 (kVA) 耗 (kW) (%) 数 (%) 升压 降压 高-中 高-中 17-18 17-18 SF11-63000/110 63000 67 0.50 300 高-低 高-低 2 10.5 10.5 中-低 中-低 6.5 6.5 SFP7-120000/11 120000 106.0 0.6 422 1 0 SF7-75000/110 75000 75 0.6 300 2

水 电 厂 变 电 所 A 变 电 所 B

SF7-40000/110

40000

46

0.8

174

10.5

2

SF7-50000/110

50000

55

0.7

215

2

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第二章 确定电力网电压等级与接线方案
2.1 电力网电压等级的确定
电力网电压等级选择应考虑线路的输送负荷和线路长度, 我国各电压等级的 线路输送能力见表 2.1。 表 2.1 我国部分等级电压输送能力统计表 输电电压(kV) 输送容量(MW) 传输距离(km) 持续允许负荷(MW) 10 0.2~2 6~20 35 2~10 20~50 10~40 110 10~100 50~150 50~60 220 100~500 200~300 270~1000 对原始资料分析可知两个变电所的负荷容量在 50MW~60MW 之间,且根据初 步的潮流估算可知各线路的输送功率大概都在 50MW~90MW 之间,传输距离在 20m~80m 之间,故最终确定电力网电压等级为 110kV。

2.2 电力网接线方案的初选
首先通过对电网供电的可靠性、经济性、灵活性和安全性考虑。当网络内任 何一段线路因发生断路故障或检修而断开时,不会对用户中断供电。通过对原始 资料分析,初步拟订了八种电网接线方式,具体方案见表 2.2: 表 2.2 电力网接线方案初选一览表(距离 km/断路器个数)

方 案 一

方 案 二

方 案 三

方 案 四

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方 案 五

方 案 六

方 案 七

方 案 八

首先依据可靠性、 灵活性对显然不合理的方案予以淘汰, 如方案二、 方案五, 其次对剩余的方案通过线路的长度、断路器的个数以及调度灵活性的比较,最终 选出两个较优方案为方案四和方案六。

第三章 导线型号的选择与校验和最优方案的选择
送电线路采用的导线应符合国家颁布的产品规格标准。 对用于不同地方的送 电线路, 其控制作用的技术条件往往不同,例如超高压送电线路主要考虑电晕放 电、无线电干扰和噪音的程度;1~10kV 的送电线路主要考虑电压损耗;电缆线 路则主要考虑热稳定和动稳定等【2】 。 送电线路导线截面积选择的方法为:首先按照电流密度初选导线标称截面 积,然后对选出的导线进行发热、电压损耗、电晕等的校验。其中导线的标称截 -8-

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面积可取接近且低于经济截面积的值,全电力网所选的导线规格及种类应尽量 少,以便检修和管理。

3.1 导线截面积初选
导线的初选是根据其经济截面积查表得到与经济截面积相接近的导线型号 来做为该线路的导线,其中经济截面积的计算方法如下
Sj ? P2 ? Q2 S 3 ? m a x m a x?10 ( mm2) 3JU N 3JU N

(3-1)

式中 J ——经济电流密度,A/mm2,J 的取值需要考虑导线的材料、电压等级以 及该段线路的年最大负荷利用小时数; UN ——送电线路的额定电压,kV; S ——线路在正常运行方式下的最大持续输送功率,MVA。

3.1.1 方案四导线的选择
方案四的导线选择过程如下: 1、对方案四进行初步潮流计算,其潮流分布示意图如下:

图 3.1 方案四初步潮流分布示意图 电力网节点 1 的负荷功率为: ~ SB ? 60 ? j20 MVA 则 3-1 单回线路输送的功率为:
~ S ~ S3-1 ? B ? 30 ? j10 MVA 2

火电厂的输出功率为:

~ S火 ? 1 4 6 ? j 4 4 M VA

火电厂除了给变电所 B 供电之外,还将剩余的功率输送给大系统,输送给大系统 的功率为: ~ ~ ~ S1 ? S火 - SB ? (146? j44)( - 60 ? j19.7 ) ? 86 ? j24.1MVA 则线路 3-5 上流过的功率即为火电厂供给大系统的功率: -9-

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~ ~ S5-3 ? S1 ? 86 ? j28.3WVA
电力网节点 4 的负荷功率为:

~ SA ? 50 ? j16.4MVA
则 2-4 单回线路输送的功率为:
~ S ~ S2-4 ? A ? 25 ? j8.2 MVA 2

水电厂的输出功率为:

~ S水 ? 1 1 8 ? .8 j55. M 8 VA

水电厂除了给变电所 A 供电之外,还将剩余的功率输送给大系统,输送给大系统 的功率为: ~ ~ ~ S2 ? S水 - SA ? (118.8? j55.8)( - 50 ? j16.4 ) ? 68.8? j39.4MVA 则线路 2-5 上流过的功率即为水电厂供给大系统的功率: ~ ~ S2-5 ? S2 ? 68.8? j39.4WVA 2、计算各段线路的最大负荷小时数 Tmax。I 3-1 段线路 Tmax3-1=Tmax.B=5800h 3-5 段线路 Tmax.3-5=Tmax.3=6500h 2-4 段线路 TMAX..2-4=Tmax.4=5000h 2-5 段线路 Tmax.2-5=Tmax.2=4000h 3、各段线路导线初选 (1)火电厂-变电所 B 其线路上的输送功率:
S3-1 ? P 2 ? Q 2 ? 30 2 ? 10 2 ? 31.6 MVA

(3-2)

式中

P ——变电所的有功负荷,MW; Q ——变电所的无功负荷,Mvar。

Sj ?

S3-1 31.6 ?103 ? ?103 ? 170.99 mm2 3JU N 3 ? 0.97?110

(3-3)

其中变电所 B 的最大负荷利用小时为 5000h,查表可知对应的经济电流密度 J 为 0.97A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-150/25 (2)火电厂-大系统 其线路上的输送功率:
S3-5 ? P 2 ? Q 2 ? 86 2 ? 24.12 ? 90.5 MVA

(3-4)

式中

P ——火电厂输送给大系统的有功负荷,MW; Q ——火电厂输送给大系统的无功负荷,Mvar。

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Sj ?

S3-5 90.5 ?103 ? ?103 ? 527 mm2 3JU N 3 ? 0.9?110

(3-5)

其中火电厂的最大利用小时为 6500h ,查表可知对应的经济电流密度 J 为 0.9A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-500/45 (3)水电厂-变电所 A 其线路上的输送功率:
S2-4 ? P 2 ? Q 2 ? 25 2 ? 8.2 2 ? 26.3 MVA

(3-6)

式中

P ——变电所的有功负荷,MW; Q ——变电所的无功负荷,Mvar。

Sj ?

S2-4 26.3 ?103 ? ?103 ? 125.5 mm2 3JU N 3 ?1.1?110

(3-7)

其中变电所 A 的最大利用小时为 5000h,查表可知对应的经济电流密度 J 为 1.1A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-120/25 (4)水电厂-大系统 其线路上的输送功率:
S2-5 ? P 2 ? Q 2 ? 68.8 2 ? 36.5 2 ? 72.4 M V A

(3-8)

式中

P ——水电厂输送给大系统的有功负荷,MW; Q ——水电厂输送给大系统的无功负荷,Mvar。

Sj ?

S2-5 72.4 ?103 ? ?103 ? 297 mm2 3JU N 3 ?1.28?110

(3-9)

其中水电厂的最大利用小时为 4000h,查表可知对应的经济密度 J 为 1.28A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-300/40 计算出的各段线路选择的导线型号结果汇于表 3.1 中。

表 3.1 方案四中各段线路导线的初选结果表 项 目 火 电 厂 - 变 火 电 厂 - 大 水电厂 - 变电 水电厂-大系 电所 B 系统 所A 统 170.99 LGJ-150/25 527 LGJ-500/45 125.5 LGJ-120/25 297 LGJ-300/40

导线截面积 Sj(mm2) 拟选导线型号

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导线阻抗 (Ω /km) 0.21+j0.41 6 导 线 充 电 功 率 (Mvar/100km) 70 ℃ 时 导 线 允 许 载 流量(A) 3.618 445

0.063+j0.4 1 4.137 855

0.233+j0.42 1 3.572 380

0.105+j0.39 5 3.820 690

3.1.2 方案六导线的选择
方案六导线的选择过程如下(其中各公式与方案四中相同,故这里不再介绍): 1、对方案六进行初步潮流计算,其潮流分布示意图如下:

图 3.2 方案六初步潮流计算分布示意图 电力网节点 1 的负荷功率为: ~ SB ? 60 ? j20 MVA 则 3-1 单回线路输送的功率为:
~ S ~ S3-1 ? B ? 30 ? j10 MVA 2

线路 3-5 上流过的功率即为火电厂供给大系统的功率: ~ S3-5 ? 86 ? j24.1WVA 对于环网近似认为全网线路同型号,即为均一网,计算出各线路的长度,最终得 到 5-4 线路上的功率为:

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~ ~ S (L ? L 2-5) ? S2 L 2-5 ~ S5-4 ? 4 4-2 L 4 - 2 ? L 2 -5 ? L 5- 4 (50 ? j16.4 ) ? (40 ? 48) ? ( 118.8? j55.8 ) ? 48 ? 48 ? 40 ? 24 ? 90.2? j29.6 MVA

同理,线路 5-2 段上的功率为: ~ ~ S ( ? S4 L 5-4 ~ 2 L 4- 2 ? L 5- 4) S5-2 ? L 4 - 2 ? L 2 -5 ? L 5- 4
( 118.8? j55.8 ) ? (40 ? 24) ? (50 ? j16.4 ) ? 24 ? 48 ? 40 ? 24 ? 78.6? j25.8 MVA

故有

~ ~ ~ S2-4 ? S5-4 - S4 ? (90.2? j29.6)( - 50 ? j16.4 ) MVA
2、计算各段线路的最大负荷小时数 Tmax。I 3-1 段线路 Tmax3-1=Tmax.B=5800h 3-5 段线路 Tmax.3-5=Tmax.3=6500h 2-4 段线路 TMAX.2-4=Tmax.4=5000h 2-5 段线路 Tmax.2-5=Tmax.2=4000h 5-4 段线路 Tmax.5-4=Tmax.4=5000h 2-5 段线路的最大负荷利用小时数去变电所 A 负荷的 Tmax.A=5000h 和水电 厂负荷的 Tmax.水=4000h 的加权平均数,得 2-5 段线路

Tmax.2-5 ?

P2-5Tmax.水 ? P2-4Tmax.A 78.6? 4000? 40.2 ? 5000 ? ? 4338 h P2-5 ? P2-4 78.6 ? 40.2

3、各段线路导线初选 (1)火电厂-变电所 B
S3-1 ? P 2 ? Q 2 ? 30 2 ? 10 2 ? 31.6 MVA

(3-10) (3-11)

Sj ?

S3-1 31.6 ?103 ? ?103 ? 170.99 mm2 3JU N 3 ? 0.97?110

其中变电所 B 的最大负荷利用小时为 5800h,查表可知对应的经济电流密度 J 为 0.97A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-150/25 (2)火电厂-大系统
S3-5 ? P 2 ? Q 2 ? 86 2 ? 24.12 ? 90.5 MVA

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Sj ?

S3-5 90.5 ?103 ? ?103 ? 527 mm2 3JU N 3 ? 0.9?110

(3-13)

其中火电厂的最大利用小时为 6500h,查表可知对应的经济电流密度 J 为 0.9A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-500/45 (3)水电厂-变电所 A
S2-4 ? P 2 ? Q 2 ? 40.2 2 ? 13.2 2 ? 42.3 M V A

(3-14) (3-15)

Sj ?

S2-4 42.3 ?103 ? ?103 ? 202 mm2 3JU N 3 ?1.1?110

其中变电所 A 的最大利用小时为 5000h,查表可知对应的经济电流密度 J 为 1.1A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-185/30 (4)水电厂-大系统
S5-2 ? P 2 ? Q 2 ? 68.8 2 ? 22.6 2 ? 72.4 MVA

(3-16) (3-17)

Sj ?

S5-2 72.4 ?103 ? ?103 ? 296.78 mm2 3JU N 3 ? 0.9?110

其中水电厂的最大利用小时为 4338h ,查表可知对应的经济密度 J 为 2 1.28A/mm 。 故选取的导线型号为 LGJ-300/40 (5)大系统-变电所 A
S5-4 ? P 2 ? Q 2 ? 90.2 2 ? 29.6 2 ? 94.9 MVA

(3-18) (3-19)

Sj ?

S5-4 94.9 ?103 ? ?103 ? 452.8 mm2 3JU N 3 ?1.1?110

其中变电所 A 的最大利用小时为 5000h,查表可知对应的经济电流密度 J 为 1.1A/mm2。 故选取的导线型号为 LGJ-400/50 计算出的各段线路选择的导线型号结果汇于表 3.2 中。

3.2 导线的校验
导线的校验是对初选的导线进行发热、电压损耗以及电晕的校验,最终确定 所选的导线是否满足要求, 如果不满足还需跟换导线重新进行校验,直到所选导 线满足要求为止。 对于所选的两个较优方案,方案四中某一线路上发生断路故障 时,其它线路上的负荷功率变化不大,故无需对方案四进行事故情况下的校验。 方案六中, 环网发生某一线路断路故障时,其它线路上的负荷功率会发生明显的 变化,故需对方案六进行事故情况下的校验。 表 3.2 方案六中各段线路导线的初选结果表 - 14 -

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火电厂-变 电所 B 170.99 LGJ-150/25 0.21+j0.41 6

火电厂-大 系统 527 LGJ-500/45 0.063+j0.4 11

水电厂-变 电所 A 202 LGJ-185/30 0.71+j0.41

水电厂-大 系统 296.78 LGJ-300/40 0.105+j0.3 95

大系统-变 电所 A 452.8 LGJ-400/50 0.079+j0.3 86

导线截面积 Sj(mm2) 拟选导线型 号 导线阻抗 (Ω /km) 导线充电功 (Mvar/100 km) 70℃时导线 允许载流量 (A)

3.618

4.137

3.675

3.820

3.912

445

855

510

690

835

3.2.1 允许载流校验(发热校验)
校验导线允许载流时,钢芯铝绞线的允许温度可采用 70℃,导线初选之后, 需要对导线进行正常运行方式和出现事故后运行方式的发热校验。 因本地最热月平均最高气温 32℃, 故查表得导线载流量修正系数为 Ky=0.95 一、方案四的校验 (1)火电厂-变电所 B 所选导线型号为 LGJ-150/25,其发热校验情况为:

I max ?
式中

P 60?103 (3-20) ? ? 379.4A ? 445? 0.95? 427.75A 3Ucos? 3 ?110? 0.95

Imax ——最大持续工作电流,A; P ——线路上输送负荷的有功功率,MW; U ——额定电压,V。 所选导线满足要求; (2)火电厂-大系统 所选导线型号为 LGJ-500/25,其发热校验情况为:

I max ?

P 86?103 ? ? 475.2A ? 855? 0.95? 812.25A(3-21) 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求; (3)水电厂-变电所 A 所选导线型号为 LGJ-120/25,其发热校验情况为:

- 15 -

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P 50?103 I max ? ? ? 276.3A ? 380? 0.95? 361A (3-22) 3Ucos? 3 ?110? 0.95
所选导线满足要求; (4)水电厂-大系统 所选导线型号为 LGJ-300/40,其发热校验情况为:

I max ?

P 68.8?103 ? ? 380.1A? 690? 0.95? 655.5A (3-23) 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求; 二、方案六的校验 1、正常情况下的发热校验 (1)火电厂-变电所 B 所选导线型号为 LGJ-150/25,其发热校验情况为:

I max ?

P 60?103 (3-24) ? ? 379.4A ? 445? 0.95? 427.75A 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求; (2)火电厂-大系统 所选导线型号为 LGJ-500/25,其发热校验情况为:

I max ?

P 86?103 (3-25) ? ? 475.2A ? 855? 0.95? 812.25A 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求; (3)水电厂-变电所 A 所选导线型号为 LGJ-185 /30,其发热校验情况为:

I max ?

P 40.2?103 ? ? 222.1A ? 510? 0.95? 484.5A(3-26) 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求; (4)水电厂-大系统 所选导线型号为 LGJ-300/40,其发热校验情况为:

I max ?

P 78.6?103 ? ? 496.2A? 690? 0.95? 655.5A (3-27) 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求; (5)大系统-变电所 A 所选导线型号为 LGJ-400/50,其发热校验情况为:

P 90.2?103 (3-28) I max ? ? ? 498.4A ? 835? 0.95? 793.25A 3Ucos? 3 ?110? 0.95
所选导线满足要求; - 16 -

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2、事故情况下的发热校验 由图 3.2 潮流分布图分析可知,在断开 2--4 段线路时负荷转移最严重,潮 流分布如图 3.3 所示。

图 3.3 2-4 段断开的潮流分布图 从图中可以看出水电厂发出的功率全部送给了大系统, 则 2-5 段上的输送功 率变为 S=118.8+j55.8 MVA 。因其他线路上在出现 2-4 段段开时功率变化不大, 故只对 2-5 段进行校验。 2-5 段发热校验情况为

I max ?

P 118.8?103 ? ? 605.3A ? 690? 0.95? 655.5A (3-29) 3Ucos? 3 ?110? 0.95

所选导线满足要求;

3.2.2 电压损耗的校验
电压损耗所计算的是从最高点流到最低点时线路上的电压损耗,并规定,在 正常运行无特殊情况下, 变压器母线到线路末端的最大电压损耗不得超过额定电 压的 10%。而事故情况下,变压器母线到线路末端的最大电压损耗不得超过额 定电压的 15%【8】 。 一、方案四电压损耗校验 (1)火电厂-变电所 B 导线阻抗: Z3-1=(0.210+j0.416)×39=8.19+j16.224Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 30 ? 8.19 ? 10 ?16.224 ?U ? ? ? 3.7 kV V 110 式中 P ——线路上输送负荷的有功功率,MW; Q ——线路上输送负荷的无功功率,Mvar; R、X ——线路的电阻、电抗,Ω ; V ——额定电压,V。 则 3.7 U 00 ? 2? ?100 0 0 ? 6.7 0 0 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (2)火电厂-大系统 导线阻抗: Z3-5=(0.063+j0.411)×72=4.54+j29.6Ω - 17 -

(3-30)

(3-31)

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线路上的电压损耗:
?U ? PR ? QX 86 ? 4.54 ? 24.1? 29.6 ? ? 10.16 kV V 110 U 00 ?

(3-32)


10.16 ?100 0 0 ? 9.2 0 0 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (3)水电厂-变电所 A 导线阻抗: Z2-4=(0.223+j0.421)×40=8.92+j16.84Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 25 ? 8.93 ? 8.2 ?16.84 ?U ? ? ? 3.28 kV V 110 则 3.28 U 00 ? 2? ?100 0 0 ? 5.46 0 0 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (4)水电厂-大系统 导线阻抗: Z2-5=(0.105+j0.395)×48=5.04+j18.96Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 68.8 ? 5.04 ? 39.4 ?18.96 ?U ? ? ? 7.05 kV V 110 则 7.05 U 00 ? ?100 0 0 ? 6.4 0 0 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。

(3-33)

(3-34)

(3-35)

(3-36)

(3-37)

二、方案六电压损耗校验 1、正常情况下电压损耗校验 (1)火电厂-变电所 B 导线阻抗: Z3-1=(0.210+j0.416)×39=8.19+j16.224Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 30 ? 8.19 ? 10 ?16.224 ?U ? ? ? 3.7 kV V 110 则 3.7 U 00 ? 2? ?100 0 0 ? 6.7 0 0 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (2)火电厂-大系统 导线阻抗: Z3-5=(0.063+j0.411)×72=4.54+j29.6Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 86 ? 4.54 ? 24.1? 29.6 ?U ? ? ? 10.16 kV V 110 则 - 18 -

(3-38)

(3-39)

(3-40)

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10.16 ?100 0 0 ? 9.2 0 0 (3-41) 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (3)水电厂-变电所 A 导线阻抗: Z2-4=(0.170+j0.41)×40=6.8+j16.4Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 40.2 ? 6.8 ? 13.2 ?16.4 ?U ? ? ? 4.45 kV (3-42) V 110 则 4.45 U 00 ? ?100 0 0 ? 4.05 0 0 (3-43) 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (4)水电厂-大系统 导线阻抗: Z2-5=(0.105+j0.395)×48=5.04+j18.96Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 78.6 ? 5.04 ? 25.8 ?18.96 ?U ? ? ? 8.05 kV (3-45) V 110 则 8.05 U 00 ? ? 100 0 0 ? 7.3 0 0 (3-46) 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 (5)大系统-变电所 A 导线阻抗: Z5-4=(0.079+j0.386)×24=1.896+j9.264Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 90.2 ?1.896 ? 29.6 ? 9.264 ?U ? ? ? 4.05 kV (3-47) V 110 则 4.05 U 00 ? ?100 0 0 ? 3.7 0 0 (3-48) 110 满足线路电压损耗小于额定电压 10%的要求。 2、事故情况下电压损耗校验 2-5 段上,导线阻抗: Z2-5=(0.105+j0.395)×48=5.04+j18.96Ω 线路上的电压损耗: PR ? QX 118.8 ? 5.04 ? 55.8 ?18.96 ?U ? ? ? 12.2 kV (3-49) V 110 则 12.2 U 00 ? ?100 0 0 ? 11.1 0 0 (3-50) 110 满足线路电压损耗小于额定电压 15%的要求。 U 00 ?

3.2.3 电晕的校验
因方案四和方案六中选择的导线都大于 110kV 下不必进行电晕校验的导线 的最小外径,故无需对导线进行电晕校验。 - 19 -

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3.2.4 结论
通过对方案四和方案六进行发热、 电压损耗和电晕的校验以及在事故情况下 发热、电压损耗的校验,确定所选导线均满足要求。

3.3 较优设计方案经济性比较
对保留的两个较优方案进行经济性比较, 最终确定综合费用最小的为最优方 案。因两个方案使用的变压器、断路器大致相同,故默认为两个方案变压器、断 路器的造价相同,只对两个方案线路的年电能损耗量进行比较。 线路的年电能损耗量的计算公式为
?A L ? ? ?Pm a x ? ? m a .ix . i
i ?1 n

(3-51)

式中

P ?

max.i

——第 i 段线路上的最大有功损耗(即可变损耗) ,MW; ——第 i 段线路上的最大负荷损耗时间, h 。 max.i

3.3.1 方案四中线路的年电能损耗量的计算
1、各段线路最大有功功率损耗,按式(3-52)计算。
?Pmax.i ? P2 ? Q2 rl V2

(3-52)

式中

P Q V r l

——线路上输送负荷的有功功率,MW; ——线路上输送负荷的无功功率,Mvar; ——额定电压,V; ——单位长度线路的电阻值,Ω /km; ——线路的长度,km。
?Pmax.1-3 ? P 2 ? Q2 302 ? 102 rl ? ? 0.21? 39 ? 0.678MW V2 1102
2 P 2 ? Q2 862 ? 24.1 rl ? ? 0.063? 72 ? 3.07MW V2 1102

1-3 段线路

3-5 段线路

?Pmax.3-5 ?

2-5 段线路

?Pmax.2-5

P 2 ? Q2 68.82 ? 39.42 ? rl ? ? 0.105? 48 ? 2.18MW V2 1102
2 P 2 ? Q2 252 ? 16.84 rl ? ? 0.223? 40 ? 0.67MW V2 1102

2-4 段线路

?Pmax.2-4 ?

2、各段线路最大损耗时间 根据各段线路的最大负荷利用小时数,查表可得对应的最大损耗时间如下 1-3 段线路 3-5 段线路 Tmax=5800h Tmax=6500h ? max=4000h ? max=5000h - 20 -

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2-5 段线路 Tmax=4000h ? max=2200h 2-4 段线路 Tmax=5000h ? max=3200h 3、各段线路的年电能损耗,按式(3-51)计算。 1-3 段线路
?A L1 ? ? ?Pmax1-3 ?? max1?3 ? 0.678? 4000? 2720 MWh
i ?1 n n

3-5 段线路

?A L2 ? ? ?Pmax3-5 ?? max3?5 ? 3.07? 5000? 15350 MWh
i ?1 n

2-5 段线路

?A L3 ? ? ?Pmax2-5 ?? max2?5 ? 2.18? 2200? 4796 MWh
i ?1 n

2-4 段线路

?A L4 ? ? ?Pmax2-4 ?? max2?4 ? 0.67? 3200? 2144 MWh
i ?1

方案四中所有线路综合年电能损耗:Δ AL=Δ AL1+Δ AL2+Δ AL3+Δ AL4=25010 h

3.3.2 方案六中线路的年电能损耗量的计算
1、各段线路最大有功功率损耗,按式(3-52)计算如下。 1-3 段线路
?Pmax.1-3 ? P 2 ? Q2 302 ? 102 rl ? ? 0.21? 39 ? 0.678MW V2 1102

3-5 段线路

?Pmax.3-5

2 P 2 ? Q2 862 ? 24.1 ? rl ? ? 0.063? 72 ? 3.07MW V2 1102

4-5 段线路

?Pmax.4-5 ?

P 2 ? Q2 90.22 ? 29.62 rl ? ? 0.0.79? 24 ? 1.41MW V2 1102 P 2 ? Q2 78.62 ? 25.82 rl ? ? 0.105? 48 ? 2.85MW V2 1102

2-5 段线路

?Pmax.2-5 ?

2-4 段线路

?Pmax.2-4

P 2 ? Q2 40.22 ? 13.22 ? rl ? ? 0.17? 24 ? 0.6 MW V2 1102

2、各段线路最大损耗时间 根据各段线路的最大负荷利用小时数,查表可得对应的最大损耗时间如下。 1-3 段线路 Tmax=5800h ? max=4000h 3-5 段线路 Tmax=6500h ? max=5000h 4-5 段线路 Tmax=5000h ? max=3200h 2-5 段线路 Tmax=4338h ? max=2500h 2-4 段线路 Tmax=5000h ? max=3200h 3、各段线路的年电能损耗,按式(3-51)计算如下。 - 21 -

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1-3 段线路

?A L1 ? ? ?Pmax1-3 ?? max1?3 ? 0.678? 4000? 2720 MWh
i ?1 n

n

3-5 段线路

?A L2 ? ? ?Pmax3-5 ?? max3?5 ? 3.07? 5000? 15350 MWh
i ?1 n

4-5 段线路

?A L3 ? ? ?Pmax4-5 ?? max4?5 ? 1.41? 3200? 4512 MWh
i ?1 n

2-5 段线路

?A L4 ? ? ?Pmax2-5 ?? max2?5 ? 2.85? 2500? 7125 MWh
i ?1 n

2-4 段线路

?A L4 ? ? ?Pmax2-4 ?? max2?4 ? 0.6? 3200? 1920 MWh
i ?1

方案六中所有线路综合年电能损耗: Δ AL=Δ AL1+Δ AL2+Δ AL3+Δ AL4+AL5=31627 h 通过线路经济性比较可知, 方案四的综合年电能损耗小于方案六的综合年电 能损耗,故选择方案四做为最优方案。

- 22 -

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第四章 基于 PSS/E 的潮流计算与电压调整
4.1 PSS/E 仿真软件简介
PSS/E 是美国电力技术公司于 1976 年推出的专门为输电系统分析而设计的 综合性仿真软件。由于 PSS/E 能够处理网络等值、潮流计算、动态仿真、故障分 析和安全运行优化等问题以及强劲的计算功能, 使得其已有超过 600 家不同的公 司和组织、100 多个国家使用该软件,是世界电力工业应用最广泛的电力系统分 析软件之一。 目前 PSS/E30 版本处理的电力网络的最大规模为 5 万条母线、10 万条线路、 10 万个负荷以及 1.2 万台发电机。其优点如下【7】 : (1)所允许的仿真规模非常大,利于超大规模系统计算。 (2)灵活的模型自定义。它是第一个含有自定义动态模型功能的商业化程序。 对模型的复杂性没有任何限制,适用于暂态稳定计算。 (3)用户可参与的、强劲的交互式计算过程控制:用户可以根据需要随时随地 观测或修改仿真计算中的各变量。

4.2 各元件参数的计算
对各元件进行计算,所计算的结果均采用标幺值,所取的基准值为:基准功 率 SB=100MVA,基准电压 UB=121kV。

4.2.1 变压器参数的计算
变压器参数计算时所用到的公式如下:

R T? ? R T(100 0 0) ? ?
式中

PK U 2 N SB 2 2 2000S N UB

(4-1)

RT* ——变压器绕组的电阻标幺值; RT100%* ——变压器 100%容量绕组的电阻标幺值; PK ——变压器的负载损耗,kW; UN ——变压器的额定电压,kV; SN ——变压器的额定容量,MVA。
X T? ? UK 00 U2 N SB 1 0 0NS U 2 B

(4-2)

式中

XT* ——变压器绕组的电抗标幺值; UK%——变压器的短路阻抗,%; UN ——变压器的额定电压,kV; SN ——变压器的额定容量,MVA。

一、发电厂变压器参数计算 1、火电厂 火电厂装有三台变压器,其中一台为双绕组变压器,两台为三绕组变压器。 则阻抗分别为: - 23 -

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(1)三绕组变压器 利用式(4-1)计算电阻标幺值:

R T(100 0 0) ? ?

PK U 2 SB 300?1102 100 N ? ? ? 0.003 2 2 2000S 2000? 632 1212 N UB

因为三绕组变压器中各绕组两两之间的短路电流为:

U K(1-2) 0 ? 18 0
' U K(3-1) 0 ? 2UK(1-3) ? 2 ?10.5 ? 21 0 ' U K(2 -3) 0 ? 2UK(3 - 2) ? 2 ? 6.5 ? 13 0

从而求出各绕组的短路电压为: 1 1 U K1 0 0 ? (U K(1-2) 0 0 ? U K(3 -1) 0 0 - U K(2 -3) 0 0 ) ? (18 ? 21 - 13) ? 13 2 2 1 1 U K2 0 0 ? (U K(1-2) 0 0 ? U K(2 -3) 0 0 - U K(3 -1) 0 0 ) ? (18 ? 13 - 21) ? 5 2 2 1 1 U K3 0 0 ? (U K(2 -3) 0 0 ? U K(3 -1) 0 0 - U K(1-2) 0 0 ) ? (13 ? 21 - 18) ? 16 2 2 所以利用式(4-2)求得的电抗标幺值为:

U K1 0 0 U 2 13?1102 100 N SB XT(1-2)? ? ? ? ? 0.17 100SN U 2 100? 63 1212 B XT(2-3)? ? U K2 0 0 U 2 5 ?1102 100 N SB ? ? ? 0.0656 100SN U 2 100? 63 1212 B U K3 0 0 U 2 16?1102 100 N SB ? ? ? 0.21 100SN U 2 100? 63 1212 B

XT(3-1)? ?

(2)双绕组变压器 利用式(4-1) 、 (4-2)计算电阻、电抗标幺值为:

R T3? ? XT3? ?

PK U 2 422?1102 100 N SB ? ? ? 0.00242 2 2 2 2 1000S U 1000 ? 120 121 N B UK 0 0 U2 10.5?1102 100 N SB ? ? ? 0.00723 100SN U 2 100?120 1212 B

2、水电厂 水电厂采用两台双绕组变压器,利用式(4-1) 、 (4-2)计算电阻、电抗标幺 值为:

PK U 2 300?1102 100 N SB R T6? ? R T7? ? ? ? ? 0.0044 2 2 1000S 1000? 752 1212 N UB
- 24 -

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UK 0 0 U2 10.5?1102 100 N SB XT6? ? XT7? ? ? ? ? 0.116 100SN U 2 100? 75 1212 B
二、变电所变压器参数计算 1、变电所 A 变电所 A 采用两台双绕组变压器,利用式(4-1) 、 (4-2)计算电阻、电抗标 幺值为:

PK U 2 174?1102 100 N SB R T8? ? R T9? ? ? ? ? 0.00899 2 2 1000S 1000? 402 1212 N UB XT8? ? XT9? ? UK 0 0 U2 10.5?1102 100 N SB ? ? ? 0.217 2 100SN U 2 100 ? 40 121 B

2、变电所 B 变电所 B 采用两台双绕组变压器,利用式(4-1) 、 (4-2)计算电阻、电抗标 幺值为:

R T4? ? R T5? ?

PK U 2 215?1102 100 N SB ? ? ? 0.0071 2 2 1000S 1000? 502 1212 N UB

UK 0 0 U2 10.5?1102 100 N SB XT4? ? XT5? ? ? ? ? 0.174 100SN U 2 100? 50 1212 B
将各变压器参数的结果汇于下表 表 4.1 变压器参数计算结果表(标幺值) 变压器名 R 高-中 T1 0.003 0.17 T2 0.003 0.17 T3 0.00242 T4 0.0071 T5 0.0071 T6 0.0044 T7 0.0044 T8 0.00899 T9 0.00899

X 中-低 0.0656 0.0656 0.0723 0.174 0.174 0.116 0.116 0.217 0.217

高-低 0.21 0.21

4.2.2 线路参数计算
计算线路参数是所用到的公式如下:
R i? ? R i SB U2 B

(4-3)

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式中

Ri* ——第 i 段线路的电阻标幺值; Ri ——第 i 段线路的电阻有名值,Ω 。
X i? ? X i SB U2 B

(4-4)

式中

Xi* ——第 i 段线路的电抗标幺值; Xi ——第 i 段线路的电抗有名值,Ω 。
Bi? ? b i l i U2 B SB

(4-5)

式中

Bi* ——第 i 段线路的电纳标幺值; bi ——第 i 段线路单位长度的电纳有名值,S/kM; li ——第 i 段线路的长度,kM。 1、火电厂—变电所 B(双回线) 对于其中一条线路阻抗为: Z3-1=(0.210+j0.416)×39=8.19+j16.224Ω 则利用式(4-3) 、 (4-4) 、 (4-5)计算出相关参数为:
R L1? ? R L2? ? R 3-1 SB 100 ? 8.19? ? 0.56 2 UB 1212

X L1? ? X L2? ? X3-1

SB 100 ? 16.224 ? ? 0.11 2 UB 1212

BL1? ? BL2? ? b3-1l3-1

U2 1212 B ? 3.618? 39? ? 1.3?10-2 SB 100

2、火电厂—大系统 阻抗为: Z3-5=(0.063+j0.411)×72=4.54+j29.6Ω 则利用式(4-3) 、 (4-4) 、 (4-5)计算出相关参数为:
R L3? ? R 3-5 SB 100 ? 4.54? ? 0.31 2 UB 1212 SB 100 ? 29.6? ? 0.202 2 UB 1212

X L3? ? X3-5

BL3? ? b3-5l3-5

U2 1212 B ? 4.137? 72? ? 2.36?10-2 SB 100

3、水电厂—大系统 阻抗为: Z2-5=(0.105+j0.395)×48=5.04+j18.96Ω 则利用式(4-3) 、 (4-4) 、 (4-5)计算出相关参数为:

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R L4? ? R 2-5

SB 100 ? 5.04? ? 0.34 2 UB 1212 SB 100 ? 18.96? ? 0.13 2 UB 1212

X L4? ? X 2-5

BL4? ? b 2-5l 2-5

U2 1212 B ? 3.572? 48? ? 1.68?10-2 SB 100

4、水电厂—变电所 A 阻抗为 Z2-4=(0.223+j0.421)×40=8.92+j16.84Ω 则利用式(4-3) 、 (4-4) 、 (4-5)计算出相关参数为:
R L5? ? R L6? ? R 2-4 SB 100 ? 8.92? ? 0.61 2 UB 1212 SB 100 ? 16.84? ? 0.12 2 UB 1212

X L5? ? X L6? ? X 2-4

BL5? ? BL6? ? b 2-4l 2-4

U2 1212 B ? 3.82? 40? ? 1.36?10-2 SB 100

将各线路参数的计算结果汇于下表中。 表 4.2 各线路参数结果表(标幺值) 线路号 R X L1 0.056 0.11 L2 0.056 0.11 L3 0.31 0.201 L4 0.34 0.13 L5 0.61 0.12 L6 0.61 0.12

B 0.013 0.013 0.0236 0.0168 0.0136 0.0136

4.3 基于 PSS/E 潮流计算
4.3.1 基于 PSS/的潮流计算
打开 PSS/E 仿真软件建模并将 4.2 节中所计算的各参数输入 PSS/E 中, 参数 输入无误后,进行计算机潮流计算并生成潮流分布图。分析 PSS/E 的机算结果, 其结果整理如下: ---------------牛顿-拉夫逊法潮流计算结果---------节点计算结果: 节点 节点电压 1 1.065 节点相角(角度) 8.708 - 27 节点注入功率 145.7+j65.1

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2 1.037 3 1.081 4 1.050 5 1.056 6 1.050 7 1.050 8 1.050 9 0.984 10 0.966 线路计算结果: 节点 I 节点 J 线路功率 S(I,J) 火电厂 变电所 B 61.2+j22.6 火电厂 大系统 84.5+j0.00 水电厂 大系统 67.6+j0.98 水电厂 变电所 A 25.5+j9.00

7.311 4.254 0.000 3.020 11.018 12.297 7.865 -0.078 4.217 线路功率 S(J,I) -60.2+j-23.4 -82.5+j-1.00 -66.2+j-6.5 -25.1+j-9.80

60.2+j23.4 118.4+j27.6 148.7+j16.4 50.2+j19.6 94.0+j18.4 94.0+j51.4 118.8+j35.8 50.0+j16.4 60.0+j19.7 线路损耗 dS(I,J) 0.082+j0.160 0.083+j0.09 0.104+j0.330 0.080+j0.160

4.3.2 结论
由计算结果分析可知; 各节点电压都满足可靠性的要求,没有过电压和切电 压的现象发生。各线路上的功率分布合理,其功率分布图见附录中图 1。故所选 择的最优方案满足电力网规划的要求。

4.4 调压计算
电力系统中电压和频率一样需要进行调整 。 当电压偏移过大时, 会对电能 质量产生很大的影响,甚至会导致系统的崩溃,所以需要对系统进行调压。从经 济性考虑;为了节约成本,通常会采用改变变压器分接头的方式来进行调压,并 选择的电压调整方式为逆调压,即要求在最大负荷时电压不高于 10.5kV,最小 负荷时电压不低于 10kV 。设与变压器相连的高压母线末端电压在最大负荷时 UHmax=118kV,最小负荷时 UHmin=115kV。 1、变电所 A 变电所 A 局部等值电路图如下:
【1】

图 4.1 变电所 A 局部等值电路示意图 在最大负荷时: 线路 a—b 段上的线路电压损耗: PR ? QX 25.523 ? 8.19 ? 9.03 ?16.224 ?U l. max ? ? ? 4.32 kV U 118 式中 P ——注入功率的最大有功负荷,MW; - 28 -

(4-6)

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Q ——注入功率的最大无功负荷,Mvar U ——最大负荷时的节点电压,V。 则 b 节点的最大负荷时电压为:

Ul.max ? UHmax - ?Ul.max ? 118- 4.32? 113.68kV
线路 b—c 段上的变压器电压损耗: PR ? QX 25.093 ?1.32 ? 17.22 ? 31.77 ?U T.max ? ? ? 5.1kV U 113.68 则 c 节点的最大负荷时电压为:

UT.max ? UHmax - ?UT.max ? 113.68 - 5.1? 108.6kV
在最小负荷时: 线路 a—b 段上的线路电压损耗: PR ? QX 19.143 ? 8.19 ? 13.19 ?16.224 ?U l.min ? ? ? 3.22 kV U 115 则 b 节点的最大负荷时电压为:

Ul.min ? UHmin - ?Ul.min ? 115- 3.22? 111.78kV
线路 b—c 段上的变压器电压损耗: PR ? QX 18.803 ?1.32 ? 12.51 ? 31.77 ?U T.min ? ? ? 3.78kV U 111.78 则 c 节点的最大负荷时电压为:

UT.min ? UHmin - ?UT.min ? 111.78 - 3.78? 108kV
变压器分接头的选择:
10.5 ? 108.6kV 10.5 10.5 U f.min ? 108 ? ? 113.4kV 10 108.6 ? 113.4 Uf ? ? 111kV ∴ 2 故选择+2.5%分接头, Uf=112.75kV。 校验:在实际运行时,变压器二次侧在最大、最小负荷时电压为: 10.5 10.5 U max ? 108.6 ? ? 10.11 ? 10.5kV U min ? 108 ? ? 10.06 ? 10kV 112.75 112.75 故满足逆调压的要求。 2、变电所 B 变电所 B 局部等值电路图如下: U f.max ? 108.6 ?

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图 4.2 变电所 B 局部示意图 在最大负荷时: 线路 1—3 段上的线路电压损耗: PR ? QX 30.62 ? 8.92 ? 11.31 ?16.84 ?U l. max ? ? ? 5.8kV U 118 则 f 节点的最大负荷时电压为:

Ul.max ? UHmax - ?Ul.max ? 118- 5.8 ? 112.2kV
线路 1—3 段上的变压器电压损耗: PR ? QX 30.11 ?1.04 ? 22.73 ? 25.47 ?U T. max ? ? ? 5.4kV U 112.2 则 g 节点的最大负荷时电压为:

UT.max ? UHmax - ?UT.max ? 112.2- 5.4 ? 106.8kV
在最小负荷时: 线路 1—3 段上的线路电压损耗: PR ? QX 23.13 ? 8.92 ? 17.62 ?16.84 ?U l.min ? ? ? 4.4kV U 115 则 f 节点的最大负荷时电压为:

Ul.min ? UHmin - ?Ul.min ? 115- 4.4 ? 110.6kV
线路 1—3 段上的变压器电压损耗: PR ? QX 22.56 ?1.04 ? 16.53 ? 25.47 ?U T.min ? ? ? 4.0kV U 110.6 则 g 节点的最大负荷时电压为:

UT.min ? UHmin - ?UT.min ? 110.6- 4.0 ? 106.6kV
变压器分接头的选择:
10.5 ? 106.8kV 10.5 10.5 U f.min ? 106.6 ? ? 111.93kV 10 106.8 ? 111.93 Uf ? ? 109.4kV ∴ 2 故选择的分接头为主抽头, Uf=110kV。 校验:在实际运行时,变压器二次侧在最大、最小负荷时电压为: U f.max ? 106.8 ?

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10.5 ? 10.19 ? 10.5kV 110 故满足逆调压的要求。 U max ? 106.8 ?

U min ? 106.6 ?

10.5 ? 10.18 ? 10kV 110

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电网做为电力系统的子系统,它与国民经济和社会的发展密切相关。而做好 电网的规划建设更是电力系统中的一个重要的环节。 所规划的网络必须在满足经 济利益要求的前提下,保证供电可靠性、安全性、经济性和灵活性。 本论文主要内容总结如下: (1)电力系统的功率平衡计算,通过对电力网有功、无功功率平衡的计算, 确定了功率都满足平衡的要求; (2)电压等级的确定,依据各线路的输送功率及输电距离确定规划网络的 电压等级为 110kV; (3)接线方案的确定,根据发电厂、变电站以及大系统的地理位置,综合 选线路时需要考虑的安全性、可靠性和灵活性等因素我共选出了 8 种接线方案, 再对这 8 种接线方案进行粗略的比较后,从中选出 2 种较优方案进行精确的经 济性比较,最后选出一个综合费用最少的方案为最优方案。 (4)基于 PSS/E 潮流计算,基于 PSS/E 进行潮流计算时,对参数进行建模 分析,从生成的潮流分布图分析可知所规划的网络满足规划要求。 本文在对无功功率补偿时省略了补偿装置的选择, 这对于电力网的规划设计 是不完善的。在以后的规划中应必须考虑这些方面。

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参 考 文 献
[1] 陈珩.电力系统稳态分析.北京.中国电力出版社.2007 [2] 郭力萍,顾秀芳.电力系统分析课程设计指导及示例分析.北京.中国水利水 电出版社.2011 [3] 黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.北京.中国电力出版社.2001 [4] 陈跃 . 电气专业毕业设计指南电力系统分册 . 北京 . 中国水利水电出版 社.2003 [5] 谭永才.电力系统规划设计技术.北京.中国电力出版社.2012 [6] 周孝信.中国电气工程大典电力系统工程.北京.中国电力出版社.2010 [7] 程浩忠.电力系统规划.第 2 版.北京.中国电力出版社.2014 [8] 曹绳敏 . 电力系统课程设计及毕业设计参考资料 . 北京 . 水利电力出版 社.1995 [9] 徐政.电力系统分析学习指导.北京.机械工业出版社.2003 [10] 孙元章.电力系统运行可靠性理论.北京.清华大学出版社.2012 [11] 戈东方 . 电力工程电气设备手册 .电气一次部分 . 北京. 中国电力出版社出 版.1998 [12] 刘新东,黄元亮,谢龙汉.PSS/E 电力系统分析及仿真. 北京.电子工业出 版社.2011 [13] Kothari,D.P.Power system engineering.北京.清华大学出版社.2009 [14] Gloer,J.D , Sarma,M.S.Power system analysis. 北 京 . 机 械 工 程 出 版 社.2004 [15] Prabha Kundur.Power system stability and control.北京.中国电力出 版社.2011

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在本次设计即将完成之际, 我首先要感谢我的指导老师韩如月老师对我的指 导。 她不仅给我提供了很多有价值的参考资料,教会了我很多我以前没有学到的 知识外,还培养了我独立查找资料、独立解决问题能力。在设计过程,韩老师在 我遇到难题无法解决时为我提供了解决问题的方法和建议, 并帮我查找解决问题 的相关资料,让我从整个设计过程中受益颇多。随着毕业设计的结束,我四年的 大学生涯也即将接近尾声, 很感谢学校为我提供了这样一个学习机会,让我学会 了很多的专业知识,为我以后的工作奠定了基础。

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