【正文】 ndex of the designed substation。最后，用MATLAB軟件的SimPowerSystems模塊做出仿真，并分析仿真所得出的結(jié)果，研究與手算結(jié)果的誤差原因并說明。而結(jié)合MATLAB中SimPowerSystems模塊對(duì)于電力系統(tǒng)的仿真模擬，可以使我們對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著更加深刻的理解。目 錄基于SimPowerSystems的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 IAbstract II前 言 III第一章 緒 論 1 1 MATLAB介紹 1 SimPowerSystems概述 2第二章 主變壓器的選擇 5 電力變壓器 5 5 6 6 主變壓器的選擇 7 7 8 8 8第三章 電氣主接線的確定 11 1原則 11 12 12第四章 短路電流計(jì)算 17 17 17 17 17 18 18 19 220kV側(cè)K1點(diǎn)的短路電流計(jì)算 19 110kV側(cè)K2 點(diǎn)短路的計(jì)算 23 10kV側(cè)K2 點(diǎn)短路的計(jì)算 25 28第五章 仿真結(jié)果及分析 29 29 31（仿真結(jié)果） 35 43總結(jié) 45致 謝 47參考文獻(xiàn) 49摘 要摘 要變電所是電力系統(tǒng)中十分重要的部分，它對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與運(yùn)行有著十分重要的影響。本論文設(shè)計(jì)的220/110/10kV的樞紐變電站，將電能分配輸送給周圍用電的用戶，多余的部分就傳給附近的其他供電網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：變壓器選型；主接線圖確定；短路電流計(jì)算。 after that,ensures two types of the main connection of the substation according to the four basic then selects the better plan after , drawing the main last, carrying on the short circuit current calculation.Eventually, using the module named SimPowerSystems in MATLAB to make a simulation, and paring the results with the consequence calculated by handwork and analyze the reasons for the differences.Key words: selection of the main transformer 。電力系統(tǒng)既然是一個(gè)系統(tǒng)，那必然會(huì)有很多小的物件組成，為了方便統(tǒng)計(jì)，我們將這些小物件分類為兩類：電力元件和控制元件，顧名思義，電力元件就是指那些生產(chǎn)、輸送、分配電能的元件，最常見的有發(fā)電機(jī)（Generator），變壓器（Transformer）等；而控制元件，就是指那些在電力系統(tǒng)中起控制作用的元件，最常見的有繼電器（Electric relay），調(diào)節(jié)器（Regulator）等。為了連接不同距離和功率的電力線路以增加整體安全性，我們需要將不同的等級(jí)線路匹配連接。設(shè)計(jì)中大量采集了《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《變電所總部署設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、《電氣識(shí)繪圖》、《輸電線路工程》及本專業(yè)各教材中的一些思路，計(jì)算方法等。由于電能產(chǎn)生的地區(qū)與各種負(fù)荷的所在地多數(shù)是不一樣的，有的甚至相差很遠(yuǎn)，而目前也沒有能將電能無消耗存儲(chǔ)的設(shè)備，因此電能從生產(chǎn)到完全消耗掉這個(gè)全過程必須保證在極短的時(shí)間內(nèi)完成，并在該變電所和用戶負(fù)荷所在地所組成的一個(gè)地域內(nèi)形成一個(gè)整體，保證了電能生產(chǎn)與消費(fèi)的時(shí)時(shí)平衡。 MATLAB介紹19751980年，Cleve Moler博士和他的幾個(gè)一起在編程方面研究的同事受到當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，感覺自己在學(xué)術(shù)領(lǐng)域中能有更深入的探究，于是開發(fā)并推廣了名叫Linpack和Eispack的Fortran語言子程序庫。于是，MATLAB當(dāng)時(shí)作為一個(gè)“計(jì)算器”在應(yīng)1第一章 緒論用數(shù)學(xué)領(lǐng)域中流行起來。MATLAB系統(tǒng)可分為5部分：（1）MATLAB語言它是隸屬于高級(jí)矩陣語言，其有著規(guī)范所有流程中的狀態(tài)、功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出及面向?qū)ο缶幊痰奶卣?。?）圖形操作作為MATLAB的圖形系統(tǒng)，它包含有一系列高級(jí)命令，其中含有二維及三維的數(shù)據(jù)可視化，圖形處理，動(dòng)畫制作，表現(xiàn)圖形等內(nèi)容。它可以方便地從MATLAB中調(diào)用例程（即動(dòng)態(tài)鏈接），從而可以將MATLAB看成為一個(gè)計(jì)算器，主要功能是用于讀寫MATfiles。SimPowerSystems本質(zhì)上是一個(gè)建模仿真軟件，它的任務(wù)主要是讓用戶在它的工作環(huán)境中建立電路模型，然后經(jīng)過模擬仿真一系列程序的運(yùn)行，達(dá)到和實(shí)際功能水準(zhǔn)一樣的模擬系統(tǒng)，這樣，用戶在任意一處插入元件，設(shè)置故障等動(dòng)作不會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)造成任何影響，還能快速得到用戶想要的結(jié)論。SimPowerSystems的元件庫可以提供出下列典型的電氣元件和設(shè)備。總之，升壓與降壓都必須由變壓器來完成。變壓器安裝位置應(yīng)考慮便于運(yùn)行、檢修和運(yùn)輸，同時(shí)應(yīng)選擇安全可靠的地方。變壓器的容量若選擇過大，不但增加了初投資，而且使變壓器長期處于空載或輕載運(yùn)行，使空載損耗的比重增大，功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加，這樣運(yùn)行既不經(jīng)濟(jì)又不合理。變電所同一電壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一臺(tái)變壓器事故時(shí)，其他元件不應(yīng)超過事故過負(fù)荷的規(guī)定。500kV變壓器若不受運(yùn)輸條件的限制，一般宜選用三相變壓器，但應(yīng)根據(jù)變電所在系統(tǒng)中的地位、作用、可靠性要求和制造條件、運(yùn)輸條件等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。（4）220～330kV具有三種電壓的變電所中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率達(dá)到該變壓器額定容量的15%以上，或者第三繞組需要裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，均宜采用有三個(gè)電壓等級(jí)的三繞組變壓器或自耦變壓器。自耦變壓器需有載調(diào)壓時(shí)，宜采用中壓側(cè)線端調(diào)壓。每個(gè)發(fā)電廠有著它本身所特有的條件，比如說地理位置，用戶的總負(fù)荷量，電力系統(tǒng)所提供的總電量等等，根據(jù)這些不同的條件我們選用變壓器的繞組的數(shù)量也會(huì)有所改變。對(duì)于200MW及以上的機(jī)組而言，選擇時(shí)更加傾向于采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓11第二章 主變壓器的選擇器。 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇應(yīng)該根據(jù)其建設(shè)的地區(qū)所需帶動(dòng)的負(fù)荷的輕重，以及負(fù)荷對(duì)這個(gè)變電所的依賴程度等多重因素來綜合考慮。 對(duì)于大型發(fā)電廠的設(shè)計(jì)，因?yàn)槭谴笮偷陌l(fā)電廠，其所負(fù)的責(zé)任也很大，因而不能在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)就出現(xiàn)缺漏的現(xiàn)象，因此，對(duì)于這一些與電網(wǎng)的聯(lián)系十分緊密的變電站而言，主變壓器的臺(tái)數(shù)應(yīng)該是最少2部，否則初期設(shè)計(jì)乃至后期完工之后都會(huì)感到這個(gè)變電站很雞肋。220kV有7回線路；110kV送出2回線路；在低壓側(cè)10kV有12回線路。作為電源側(cè)，為了能夠在線路末端得到一個(gè)質(zhì)量良好的電壓，就是要確保在10%的電壓損耗的情況下，我們應(yīng)該確保線路末端有一個(gè)額定值左右的線路電壓。裝有一臺(tái)變壓器的變電所：主變壓器的容量應(yīng)該滿足全部用電設(shè)備的設(shè)計(jì)的需要，用公式表示：對(duì)于那些裝有兩臺(tái)變壓器的變電所，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)該同時(shí)滿足兩個(gè)條件：（1）任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，需要的負(fù)荷量應(yīng)該是總計(jì)負(fù)荷的70%。而變壓器所承受的日負(fù)荷總量會(huì)隨著用戶的隨機(jī)變換而變換，從而導(dǎo)致其負(fù)荷是不均勻的，又考慮到前負(fù)荷時(shí)間段內(nèi)節(jié)約的使用壽命，這部分壽命我們可把它用在過負(fù)荷的時(shí)間段中進(jìn)行消耗，所以本設(shè)計(jì)選擇容量更小的的主變壓器作為對(duì)象進(jìn)行過負(fù)荷的能力計(jì)算，目的就是節(jié)省主變壓器施工的投資。VII第二章 主變壓器的選擇圖21 變壓器型號(hào)標(biāo)注15第三章 電氣主接線的確定17第三章 電氣主接線的確定根據(jù)《220500kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》，我們可以得出在確定電氣主接線的時(shí)候應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：（1） 一般而言，330kV～500kV配電裝置都會(huì)有為3～4回的出線回路數(shù)，遇到這種情況，我們一般宜采用“變壓器母線組”接線方法，這種接線方法的特點(diǎn)是線路有兩臺(tái)斷路器、變壓器直接與母線連接。、原則按照參考教材規(guī)定：主接線設(shè)計(jì)的時(shí)候要滿足四個(gè)條件：經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性和發(fā)展性。必須從經(jīng)濟(jì)合理性的角度選擇變壓器的類型，例如：雙繞組（Double winding transformer）、三繞組（Three winding transformer）、有載調(diào)壓（Load voltage transformer）、自耦變壓器（Self coupling transformer）等；以及合理地把握變壓器的數(shù)量、電壓等級(jí)和容量等數(shù)據(jù)?？煽啃跃褪且獙?shí)現(xiàn)向用戶供應(yīng)持續(xù)、優(yōu)質(zhì)的電力的情況，這就要求主接線中所用材料必須質(zhì)量有所保障且其接線的穩(wěn)定性也要有所保證。同理，在變電站進(jìn)行檢修時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)的電氣主接線還得滿足我們方便地停運(yùn)斷路器、母線及二次設(shè)備的要求，并且在檢修時(shí)方便設(shè)置安全措施，不會(huì)造成電網(wǎng)其他用戶的電力斷線或其他一些不良影響。2　 明確幾種可使用且實(shí)用性高的的主接線形式。根據(jù)SDJ288《220~500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中所規(guī)定，“220KV配電裝置出現(xiàn)在4回及以上時(shí)，宜采用雙母線及其他接線”，故設(shè)計(jì)中考慮兩個(gè)方案，如下表示：XI第三章 電氣主接線的確定表31 220kV側(cè)主接線方案方案項(xiàng)目方案1 雙母線接線方案2 單母線分段接線可靠性重要用戶可從不同母線引出，保證不間斷供電，可靠性有保障；斷路器的檢修保養(yǎng)等工作可以在不停電的情況下進(jìn)行，供電可靠高。經(jīng)濟(jì)性接線簡(jiǎn)單，增加了設(shè)備，從而會(huì)導(dǎo)致其投資會(huì)比方案2高。方案項(xiàng)目方案1 雙母線接線方案2 單母線分段帶旁路接線可靠性重要用戶可從不同母線引出兩個(gè)回路，保證不間斷供電，可靠；檢修出線路斷路器，可以不停電檢修，供電可靠高，適合高電壓母線接線。經(jīng)濟(jì)性占地面積大，因?yàn)槎嗔艘粭l母線，使投資大大增加，但是用電可靠性高。用斷路器把母線分段后，對(duì)重要用戶可從不同段引出兩個(gè)回路，可靠性能強(qiáng)，適宜用于屋外布置，還能夠采用高壓斷路器，這樣可以保證進(jìn)出線檢修時(shí)不中斷供電。旁路接線的存在使得占地面積大，設(shè)備投資也會(huì)增多經(jīng)過上表的對(duì)比可以明顯看出結(jié)論，雖然兩種方案的項(xiàng)目要求都可以滿足，但是這是10kV側(cè)的接線，由于其所接負(fù)荷的特殊性，全方面考慮后，本設(shè)計(jì)在10kV側(cè)采用方案1的接線形式。對(duì)110kV側(cè)的接線方式，因?yàn)樵O(shè)計(jì)任務(wù)表明：出線僅為兩回。再考慮到配電裝置的占地和占用空間應(yīng)該盡可能的縮小，還要滿足消除火災(zāi)、爆炸的隱患及環(huán)境保護(hù)的要求，本設(shè)計(jì)對(duì)于10kV側(cè)的主接線放棄使用帶旁路的接線。短路電流計(jì)算可以避免由過電流造成的供電破壞，以及電機(jī)的過大負(fù)荷等問題。按照教材，計(jì)算短路電流時(shí)將功率基準(zhǔn)值設(shè)定為，電壓的基準(zhǔn)值默認(rèn)為各電壓的平均額定值。本設(shè)計(jì)的變電站在正常運(yùn)行時(shí)是兩臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行的，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障，另一臺(tái)變壓器就會(huì)運(yùn)行，從而保證電力用戶的24h不斷電。電源C1在短路點(diǎn)處產(chǎn)生的短路電流：先以電源G1容量為基準(zhǔn)容量求出，并且以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓算電流的基準(zhǔn)值。 電源C2在短路點(diǎn)處產(chǎn)生的短路電流：先以電源G2容量為基準(zhǔn)容量求出，并且以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓算電流的基準(zhǔn)值。 電源C3在短路點(diǎn)處產(chǎn)生的短路電流：先以電源G3容量為基準(zhǔn)容量求出，并且以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓算電流的基準(zhǔn)值。 第二步：計(jì)算短路點(diǎn)的總?cè)喽搪冯娏鞯谌剑河?jì)算出短路點(diǎn)的短路容量。 根據(jù)短路電流周期分量計(jì)算曲線數(shù)字表中的《汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線數(shù)字表》，查出對(duì)應(yīng)。所以短路電流周期值分量的值不會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生改變。所以有下列結(jié)論：：第二步：求短路點(diǎn)總的三相短路電流第三步：計(jì)算出短路點(diǎn)的短路容量。 但是，短路點(diǎn)距離太大，所以對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓無影響，即發(fā)電機(jī)的電壓在短路時(shí)保持不變。所以短路電流周期值分量的值不會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生改變。因此有下列結(jié)論：第二步：求短路點(diǎn)總的三相短路電流：第三步：計(jì)算出短路點(diǎn)的短路容量?！癝imulink”元件庫窗口如下所示：圖52 Simulink元件庫彈出窗口（2）在“file（文件）”菜單中選擇“new（新建）”，再選擇“Model（模型）”，這樣就新建了一個(gè)模型文件，如下所示：第五章 仿真結(jié)果及分析圖53 Model窗口（3）接下來按照電氣主接線和任務(wù)書中的連接電路圖將各模塊放進(jìn)Model中進(jìn)行拼湊連接?？偨Y(jié) I總結(jié)總結(jié)經(jīng)過這段時(shí)間的努力，在陳金鵬老師和同學(xué)的幫助下，我順利完成了《基于SimPowerSystems的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，查閱了不少的資料，也從新溫習(xí)了大二大三的基礎(chǔ)知識(shí)，鞏固了在大學(xué)四年時(shí)間內(nèi)學(xué)到的《電路》、《電力工程》、《電路系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》等專業(yè)知識(shí)，將原來不懂的地方經(jīng)過自己的努力也搞得熟能生巧了，對(duì)已經(jīng)掌握的知識(shí)有了更加深入的理解。第三，經(jīng)過這次《基于SimPowerSystems的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》的畢業(yè)設(shè)計(jì)增強(qiáng)了自己獨(dú)立解決問題的能力。49致謝致謝致 謝在去年年底選到了這個(gè)《基于SimPowerSystems的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題時(shí)，我的內(nèi)心是復(fù)雜的，有憂傷：大學(xué)四年就這么結(jié)束了，接下來的日子絕對(duì)不輕松，到了六月份我們就真正脫離了學(xué)校進(jìn)入社會(huì)這個(gè)很復(fù)雜的熔爐，會(huì)像四年的生活，感慨良多。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)整整四年的學(xué)習(xí)總結(jié)，臺(tái)上一分鐘，臺(tái)下十年功，我要回顧大學(xué)里上過的一堂堂課程，學(xué)習(xí)過的一本本教材資料，學(xué)以致用，將老師傳授給我們的知識(shí)充分利用到這次畢業(yè)設(shè)計(jì)上來。確定課題后，指導(dǎo)老師任陳金鵬老師聯(lián)系我們?nèi)ニk公室開個(gè)小