基于PSASP的煤矿电网潮流和短路计算

中 国 矿 业 大 学

本科生毕业设计

姓 名： 学 号：

学 院： 应用技术学院

专 业： 电气工程及其自动化

设计题目： 基于PSASP的煤矿电网潮流和短路计算 专 题： 指导教师： 董新伟 职 称： 讲师

2010年 6 月 徐州

中国矿业大学毕业设计任务书

学院 应用技术学院 专业年级 电气06 学生姓名

任务下达日期：2010 年 3 月 8 日

毕业设计日期： 2010 年 3 月 10 日至 2010 年 6 月 10 日

毕业设计题目： 基于PSASP的煤矿电网潮流和短路计算

毕业设计专题题目：

毕业设计主要内容和要求：

（1）系统学习电网分析方面的相关理论，掌握煤矿电网安全分析与评估方法； （2）熟悉电力系统仿真软件PSASP的使用； （3）通过PSASP程序对煤矿电网建立仿真模型，掌握潮流和短路计算的步骤； （4）对某矿电网从供电安全可靠性和供电经济性两个方面进行分析。

院长签字： 指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②解决实际问题的能力；③研究内

容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成 绩： 指导教师签字： 年 月

日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解

决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字： 年 月

日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解

决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字： 年 月

日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩

答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 基本 有一有原没有 性则性回答 确 正确 般错误 错误 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日

摘 要

随着国民经济的快速发展，对于能源的需求也日益增加。而煤炭在我国的能源使用构成比例中又占有非常大的比重，这就造成了煤矿企业生产任务重，安全形势紧的局面。煤矿生产环境的特殊性，决定了煤矿的安全生产离不开煤矿电网的安全运行。近年来，随着煤矿生产规模的不断扩大，煤矿电网不断扩建改造，使电网在实际运行中存在着不少的安全问题。

为了实现“安全第一，预防为主”的安全生产方针，必须对煤矿电网的运行现状进行安全分析与评价。把对煤矿电网的安全管理，从事后补救型转化为事前预防和过程控制型。本文以崔家寨矿的电网为研究对象，利用PSASP仿真软件对煤矿电网建立仿真模型，进行潮流计算、短路计算。按照煤矿安全分析与评价体系中的整体分析与评价从供电安全可靠性、供电经济性两方面对目标煤矿电网进行了安全分析与评价。通过实例表明，该分析与评价能够发现煤矿电网中存在的安全问题，对保证煤矿电网的安全可靠经济运行有重要的意义。

关键词：煤矿电网； 安全分析与评价； PSASP； 潮流计算； 短路计算

ABSTRACT

Along with the rapid development of national economy, the demand for energy was also increasing.And coal in China's energy use form occupied a very large proportion , which caused the coal enterprise production task, tightened security situation.The particularity of the coal production environment determines that the safety production in coal can’t be separated from the safety operation of power grid. In recent years, with the expansion of the coal production and the reform of coal power, there are many safety problems in the normal operation of power

In order to realize the principle of safety and prevention first in production safety, it is must to be safety analysised and assessed with the operation status of coal mine power grid. The coal mine power grid safety management should be translated afterwards remediation style into in advance preventing style and process control style.In this paper based on the coal mine power grid of cui jia zhai as the research object, utilising PSASP to establishment coal mine grid simulation model to carry out the power flow calculation and short circuit calculation.According to the coal mine safety analysis and assessment system of the overall analysis and assessment we could analysis and assess the operation status of coal mine power grid.In the case study it shows that through the analysis and assessment the safety problem in coal mine power grid can be found, which makes it helpful to ensure the safe and reliable operation of the power grid

Keywords: Coal mine power grid; Safety analysis and assessment; PSASP; Power flow calculation; Short circuit calculation

目 录

1 绪论 ...........................................................1

1.1选题的背景和意义 ................................................ 1

1.2煤矿电网安全分析与评价综述 ...................................... 1 1.2.1煤矿电网安全评价的发展现状................................. 1 1.2.2 煤矿电网安全分析与评价的意义 .............................. 2 1.2.3煤矿电网安全分析与评价体系................................. 3 1.3本文所做的工作 .................................................. 5 2 电力系统计算及煤矿电网建模 .......................................6

2.1潮流计算概述 .................................................... 6 2.2短路计算简述 .................................................... 7 2.2.1短路的原因、种类及危害..................................... 7 2.2.2短路计算的用途............................................. 9 2.3煤矿电网建模 .................................................... 9 2.3.1煤矿电网基础参数收集....................................... 9 2.3.2煤矿电网建模及验证过程.................................... 10 3 崔家寨矿电网建模及仿真 .......................................... 10

3.1 崔家寨矿电网的系统建模 ......................................... 10 3.1.1崔家寨矿电网电源.......................................... 10

3.1.2崔家寨矿电网网架结构...................................... 10 3.1.3崔家寨矿电网负荷情况...................................... 11 3.1.4崔家寨矿电网模型.......................................... 12 3.2崔家寨矿电网仿真结果 ........................................... 14 3.2.1正常运行方式下崔家寨矿电网仿真结果........................ 14 3.2.2备用运行方式1下崔家寨矿电网仿真结果...................... 18 3.2.3备用运行方式2下崔家寨矿电网仿真结果...................... 23 4 崔家寨矿电网整体分析与评价 ...................................... 27

4.1 崔家寨矿供电安全可靠性分析 ..................................... 27

4.1.1 正常运行方式下供电安全可靠性分析 ......................... 27 4.1.2 备用方式1下供电安全可靠性分析 ........................... 28 4.1.3 备用方式2下供电安全可靠性分析 ........................... 29 4.1.4 崔家寨矿供电安全可靠性分析总结 ........................... 30 4.2崔家寨矿供电经济性分析 ......................................... 31 4.2.1正常运行方式下供电经济性分析.............................. 31

4.2.2备用方式1下供电经济性分析................................ 32 4.2.3备用方式2下供电经济性分析................................ 33 4.2.4崔家寨矿供电经济性分析总结................................ 34 5 结语 .......................................................... 34 参考文献 ........................................................ 35 翻译部分 ........................................................ 36 英文原文 ........................................................... 36 中文译文 ........................................................... 46 致 谢 .......................................................... 52

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1 绪论

1.1选题的背景和意义

随着我国经济的快速发展，对于能源的需求也日益增加。而煤炭在我国的能源使用构成比例中又占有非常大的比重，这就造成了煤矿企业生产任务重，安全形势紧的局面。煤矿的安全生产离不开煤矿电网的安全运行。煤矿电网由地面变电所、井下变电所、采区变电所、移动变电站、采区配电点以及彼此之间的电缆线路等组成。煤矿是特殊生产单位，因为矿井突然停电，可能造成人身伤亡或重要设备损坏，造成重大经济损失。煤矿电网用电等级一般分为高压（35-110kv）、中压（6-10kv）、低压（220-380v），《煤矿安全规程》第四百十一条规定：“矿井应有两回电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源，备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。矿井的两回电源线路上都不得分接任何负荷。正常情况下，矿井电源采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。10KV及以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。”所以煤矿对于供电的安全性、可靠性、供电质量、供电系统运行的经济性等要求都很高。由于煤矿电网结构较复杂，对煤矿电网的监测、监控和治理是实现煤矿电网安全运转的重要方面。要合理调度系统的运行必须依靠电力系统分析软件，依据计算结果确定功率如何平衡、如何负荷、如何确保安全供电、怎样供电最经济,以怎样一种方式运行最为安全、预想事故对策等等。本设计主要阐述了煤矿电网安全评价与分析体系的构成，并结合实际以开滦集团蔚州矿业有限责任公司崔家寨矿的电网为研究对象，在基于电力系统分析综合程序（PSASP）的基础上，对目标煤矿进行建模仿真，利用潮流和短路计算结果对煤矿电网进行安全分析与评价。对煤矿电网的运行状态提出改进意见，以确保煤矿电网的安全经济运行。

1.2煤矿电网安全分析与评价综述

安全评价（（Safety Evaluation）亦称危险度评价或风险评价（Risk Assessment）,）是以实现系统安全为目的，应用安全系统工程原理与方法，对系统中存在的危险因素、有害因素进行辨识与分析，判断系统发生事故和职业危害的可能性及严重程度，从而为制定防范措施和管理决策提供科学依据。 1.2.1煤矿电网安全评价的发展现状

电网安全评价是运用系统工程方法对电力系统进行安全性度量和预测。它通过对系统存在的危险性进行定量和定性分析，确认电力系统发生危险的可能性及其严重程度，进而提出必要的有针对性的整改措施，以寻求最低的事故率、最小的事故损失和最优的安全投资效益。

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目前我国已经建立输电网、供电企业和调度系统三者相统一的安全性评价体系。供电企业的安全性评价侧重供电公司的城市电网、供电设备和综合管理等方面的安全性，是对一个供电企业安全性的评价。输电网安全性评价侧重输电网的安全性，是对一个电网安全性的评价。电网调度系统的安全性评价侧重的是电网运行管理各专业的安全性，是对电网运行管理系统安全性的评价。三者虽都属于电网方面的安全性评价，但是侧重点不同，三者之间互相补充，互相促进。

煤矿电网由于处于企业级电网的地位一直没有受到足够的重视，有些煤矿企业过分注重产量而对于煤矿电网安全评估方面的工作重视程度也不够，这与国家大力强调安全生产的大方针是不相符的。煤矿企业生产任务重，企业一级负荷多，对于供电的安全性可靠性要求高，且部分煤矿企业建成时间较早，企业电网规划设计不到位，随着生产的发展、负荷的增加，供电线路的延长，造成煤矿电网的功率损耗增加，供电可靠性、供电能力、供电经济性及电网安全性能都存在一定的下降。一旦煤矿电网发生故障，会对煤矿企业的安全运行造成严重的危害，不仅是设备的损坏，亦有可能对矿井工作人员造成严重的人身伤害。近年来，随着国家和企业对于煤矿安全的重视，对于煤矿电网的安全分析与评价工作也得以发展，主要是使用电力系统仿真软件对煤矿电网进行建模仿真，并依据仿真结果对煤矿电网进行稳态分析、 故障分析、暂态分析等。 1.2.2 煤矿电网安全分析与评价的意义

目前，国内煤矿产能提高幅度很大，为保证安全高效生产，对矿井供电质量、可靠性的要求相应提高。随着煤矿电网的迅速发展，电网结构不尽合理，抵御故障能力很弱，给电网安全稳定运行带来很多威胁，加重了供电运行管理人员的工作。例如，系统不断扩容，造成电网结构复杂、继电保护整定困难、故障处理困难、事故原因分析困难等，另外，一些煤矿供电系统的高低压越级跳闸事故、接地故障无选择性跳闸事故、短路故障造成正常线路跳闸事故时有发生。

为适应电网的快速发展，安全管理必须从传统管理向现代化管理转变，安全工作的侧重点也应从事后处理向过程控制转变，真正做到预防为主，查清安全生产薄弱环节和危险因素，做到未雨绸缪，心中有数，及时采取应对措施。

许多煤矿供电系统存在安全隐患，为进一步提高煤矿的供电质量、供电可靠性，有必要针对煤矿高压电点，通过测试、分析等手段对煤矿高压供电系统的现状进行分析研究。通过对煤矿供电系统进行仿真建模，可实现从系统整体角度对煤矿供电系统供电质量及可靠性进行分析与安全评价，对接地系统现状、无功补偿现状、继电保护设置及整定、电能质量水平等几个方面进行专题分析与评价。在分析的基础上找出系统存在的问题，为进一步改造或扩容提供建议与方案。同时利用分析结果确定紧急预案，为进一步提高供电系统可靠性，确保煤矿安全生产。

本文对煤矿电网的安全评价包括电气安全可靠性和经济性两个方面。电网的电气安全可靠性评价，是从电气安全角度来评价系统中各部分布置是否合理，各部分所采取的电气安全防范措施是否合理，能否协调工作，整个系统是否存在电气安全的死区等。也即对工业企业现实系统中的电气危险因素进行辨识，从而提出电气安全措施和整改建议。经济性

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评价则注重于如何在保障煤矿正常运行的情况下，使用电成本达到最优的状态，从而为企业节约用电费用支出，获得最大的经济效益。 1.2.3煤矿电网安全分析与评价体系

随着煤矿企业生产的发展，电网系统的扩容，大量电动机负荷和大型综采设备的投入 ,造成煤矿电网供电质量下降 ,即功率因数降低、电压波动增大，电网谐波增加。为了保证煤矿电网的安全运行必须对煤矿电网进行安全分析与评价，根据上述煤矿电网运行中存在的问题，按照分析角度的不同可以分为整体分析与评价和专题分析与评价。

1 、煤矿电网安全整体分析与评价

煤矿电网整体分析与评价是依据潮流和短路计算结果以分别从供电安全可靠性、供电能力、供电经济性的三方面对煤矿电网进行分析与评价。

（1） 供电安全可靠性评估

供电可靠性就是供电的连续性和不间断性。煤矿生产是以电为主要动力的企业,几乎所有煤矿生产装备都是直接或间接以电力为动力，一旦电力中断，生产将被迫停止，同时还会威胁到设备和人身安全，因此，提高煤矿供电用电的可靠性，对于煤矿的安全生产，提高生产效率和经济效益具有重要意义。井下供电的可靠性已经成为制约安全生产的主要因素之一。因此，研究、改造供电方式、配电装备，健全管理制度，对预防电气事故，减小停电范围，提高井下供电的可靠性，具有十分重要的意义。在出现电气故障后，要尽量减小停电范围，尤其要保证保安负荷的正常运转。

而电网的结构直接关系到供电的稳定性和可靠性，必须预先分析结构的变化对电网潮流分布、网络稳定性、供电可靠性造成影响，对可能出现的问题有充分预计。另外在现有网络系统各种运行方式下，进行系统的稳定性、可靠性分析，这对指导电网安全运行具有重要意义。

利用建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，可以对煤矿供电系统进行潮流计算，依据潮流计算结果对电网各母线节点的电压偏差进行分析，并提出相应的优化方案以保证电网的安全运行。

对于设备安全可靠性，主要是对煤矿电网发生的三相短路进行短路电流分析计算，依据短路计算的结果对电网各种高压设备主要是母线和断路器进行安全校验，以校核电网母线及开关设备是否满足规程要求。

（2） 供电能力评估

在各种运行方式下供电能力是否能满足安全生产的要求及必要的裕量是供电人员必须了解的内容，评估供电能力涉及到电网的基本情况、运行指标，考虑不同负荷运行水平、不同运行方式下的需要，在本项评估中主要包括：

①供电能力是否满足现有负荷的需要；

②供电能力是否适应负荷增长的程度；

③正常运行时各节点的电压水平及线路的电压损失； ④系统的网络损耗；

⑤线路和变压器的过负荷情况。

目前，全国不少煤矿或是新建或是不断经过改造，都拥有自备电厂。这样，煤矿高压

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供电系统的电源就不再仅仅是上级电网系统单独供电。煤矿自备电厂发电机会定期轮换检修，煤矿供电系统的电源也就经常变化，也就是运行方式经常变化。我们依据电源的不同组合情况，去除现场不可能出现或应用的组合，确定煤矿电网的各种运行方式。无论是单个煤矿电网，还是一个煤矿集团电网，电网的主架结构都可以抽象成电源、变压器、线路、负荷这样的简单系统。对目标煤矿电网，综合比较电源情况、电网网架结构和负荷水平三个方面，通过简单计算，从电源功率分担、变压器负载率角度对其进行供电能力评价。

具体措施及方法是在各种运行方式下，对煤矿电网正常负荷水平下的高压供电网络的潮流、短路状况进行分析，确定各电气设备的负载率、网络电压降分布、供电能力冗余度以及网损情况。为了解现状电网适应未来负荷发展的潜力，还可以通过人为设置负荷水平（如设置1.4倍、1.7倍等的负荷水平）进行计算，并把计算结果自动转换为表格和图表，总结出存在的问题，提出相应的整改建议。

（3）供电经济性评估

作为企业，在保证供电安全的前提下也要考虑供电的经济性。煤炭工业目前是我国最主要的能源行业，同时又是耗能大户。电力网络在供用电过程中，其自身的损耗也相当大。据有关资料统计估算，从发电、供电、用电全过程 ,电力系统中各种电气设备总的电能损耗约占发电量的 28%～33%。煤矿的特殊环境，对其电网运行的安全性、稳定性有着更高的要求，同时由于井下用电设备的功率因数普遍偏低，负荷变化较大，电能损耗比上述数字还要大，因此挖掘节电潜力，实施矿井电网经济运行，降低损耗 , 提高供电的经济效益是矿井供电的重要任务之一。

电网经济运行是一项实用性很强的节能技术。在符合《煤矿安全规程》及保证安全生产的前提下，选择煤矿电网所有可能出现的运行方式、基于建立的电网仿真模型，采用电力系统专用仿真计算软件，对煤矿供电系统的网损、无功进行计算。对系统内部现有无功源进行无功优化仿真计算分析，合理选取无功优化的控制策略，在保证功率因数满足要求的前提下使无功功率分配达到最优，降低网损，同时针对一些网损大的元件给出降损措施及建议。通过各种运行方式下的网损和无功分析比较，选出最优经济运行方式。 2、煤矿电网安全专题分析与评价

在对煤矿电网进行整体分析与评价的基础上，根据目标煤矿具体存在的的问题，进行相应的专题分析与评价。

（1）煤矿电网谐波含量测试与分析

对煤矿来说，主要的谐波源有各种整流设备、晶闸管变流设备、电弧炉、感应炉和一些用于节能的电子控制装置。此外，变压器、电磁铁等铁磁性设备，如果磁饱和严重，也会产生3次和5次谐波电流，相当于一个谐波源。

谐波会给电力系统各种用电设备带来有害影响，使电网的电压和电流波形发生畸变， 导致电能指标变坏，轻则增加能耗，缩短设备寿命，重则造成严重的用电事故，直接威胁到工矿企业的安全生产。 谐波还会对通讯造成不良影响。谐波对系统和设备安全运行的主要影响有：产生附加损耗，引起电机振动；影响继电保护自动装置和控制设备的正常运行；造成无功补偿电容器过载甚至损坏；加速电缆线路的老化；增大计量仪表的误差。

煤矿电网高压电压等级主要是6kV、35kV、110kV，1993年国家技术监督局发布的关于《电能质量公用电网谐波》的国家标准（GB/149-93），对不同的电压等级均有谐波电压、谐波电流限额规定。煤矿电网的谐波含量经过测试后，与GB/149-93的规定相对照，超

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过标准的需要采取措施进行治理。

（2）煤矿电网保护设置分析与评价

煤矿电网保护设置分析是对煤矿电网现有保护的设置、整定进行系统的分析，评价煤矿电网现有保护设置是否合理、齐全，整定值的设定是否合理。针对目标煤矿电网保护方面曾出现的故障进行调查、分析，查明故障原因，提出能够彻底治理的整改方案。

（3）煤矿电网无功优化分析

无功功率用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。但是无功功率对供、用电也会产生一定的不良影响，提高用户的功率因数，对电网有如下三个方面的好处：

①视在功率相应减小，使电力网中所有元件（发电机、变压器、输配电线路、电气设备）的容量减小，从而降低了电网的投资。

②总的电流相应减小，使设备与线路中的有功损耗随之减小。按照概略估算，一个车间的功率因数从0.7提高到0.8，则它的电能损失可以降低到原来的76%；如果提高到0.9，则它的电能损失可以降低到原来的60%。

③线路及变压器的电压降减小，增加输送能力并能提高供电质量。

特别近年来用户电价按功率因数实行奖罚，所以一个工矿企业如果功率因数过低，不仅浪费了电能，而且还要交出相应的功率因数调节电费，这样就提高了企业生产成本，直接影响到该企业的经济效益。总之，进行无功功率优化，对煤矿电网具有巨大的经济价值。 煤矿电网无功优化分析步骤可概括为：收集煤矿电网参数，建立其无功分析模型并进行最优潮流计算；分析计算结果，结合该矿电网运行情况，总结出存在的无功优化方面的问题；对照存在的问题，提出可行的优化方案，并通过技术经济比较，确定出最佳无功优化方案。

1.3本文所做的工作

首先是收集煤矿电网安全分析的有关资料，总结煤矿电网目前存在的安全问题，结合这些问题，按照煤矿电网安全分析与评价的流程体系，并通过查阅手册熟悉《电力系统分析综合程序》（Power System Analysis Software Package，PSASP）的使用，结合老师所给的煤矿企业参数，使用PSASP仿真软件建立煤矿电网模型，进行潮流计算、短路计算，利用计算结果从供电安全可靠性、供电经济性两个方面对电网进行安全分析与评价，根据分析结果指出煤矿电网存在的安全问题，并提出相应的解决方案。

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2 电力系统计算及煤矿电网建模

2.1潮流计算概述

本文使用电力系统分析综合程序PSASP对煤矿电网进行建模仿真。主要进行潮流计算和三相全网短路电流计算。利用电力系统计算数据实现对电力系统的运行状态进行分析与评价。

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。

已知节点电压方程为BBUB，由于工程实践中通常已知的是各节点的功率SB，因此可将节点电压方程改写为YBUB*SB，从而将各节点的注入功率引入了节点电压方UB*程。将YBUBSB展开可得功率方程的一般形式为： UBPijQi*nj1ijUj （i=1，2…..，n） （2.1）

.Ui潮流计算最终可以归结为解非线性方程组的过程。从数值分析角度来看，解非线性方程组有多种方法，常用的两种是牛顿法和PQ分解法。牛顿法的基本步骤是将初值加修正量作为解代入非线性方程，然后对该函数泰勒展开后略去高次项，得修正方程，即可求得修正量，这样即可得一次近似解。将一次近似解作为新得初值代入修正方程，即得二次近似解，不断重复上述步骤，至修正量小于某个设定值时，该近似解即为方程的解。所以说牛顿法的核心是把非线性方程式的求解过程变成反复对相应的线性方程式的求解过程，通常称为逐次线性化过程。PQ分解法的基本思想是：把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式，考虑电力网络中各元件的电抗一般远大于电阻，各节点模值的改变主要影响网络中的无功分布，而有功功率分布主要决定于节点电压的相角。抓住主要矛盾，以有功功率误差作为修正电压向量角度的依据，以无功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功功率和无功功率迭代分开来进行。

电力系统潮流计算是电能系统分析中最基本最重要的计算，是电能系统运行、规划以及安全性、可靠性和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点。潮流计算用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。因此潮流计算的目的是：

(1)为电力系统规划设计提供接线、电气设备选择和导线截面选择的依据；

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(2)提供电力线运行方式和制定检修计划的依据；

(3)提供继电保护、自动装置设计和整定计算的依据；

(4)为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据。 PSASP潮流计算的流程和结构如图2.1所示：

文本方式图形方式数据录入和编辑文本方式图形方式电网基础数据库用户自定义模型库各种计算公共部分潮流计算计算作业的定义（电网结构，运行方式和计算控制等）文本方式图形方式执行计算计算结果库文本方式结果地编辑和输出图形方式图2.1

说明：

(1)虚线以上是各种计算（潮流、暂态稳定、短路等）的公共部分，即基础数据准备。可通过文本和图形两种方式建立和编辑，最终生成可供各种计算分析的电网基础数据库。

(2)虚线以下为潮流计算特有的部分。其中需要用户参与的有两部分：

其一是计算作业的定义。即确定电网的结构，运行方式及计算的控制（计算方法，迭代误差、控制功能的投入等）。这里有文本和图形两种方式支持。

其二是计算结果的编辑和输出。即选择输出的范围和内容，这里有文本和图形两种方式：

①文本方式是生成报表、报表文件和简单图示； ②图形方式是潮流图上直接标识。

2.2短路计算简述

2.2.1短路的原因、种类及危害

所谓短路是指三相电力系统中不同相之间的非正常连接。在中性点直接接地系统或三

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相四线制系统中，还指单相或多相接地（或接中性线）。

产生短路的主要原因是由于电气设备载流部分绝缘损坏。绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。

短路分为对称短路与不对称短路。在供电系统中，出现次数比较多的严重故障是短路。配电系统短路的类型主要有三相短路、两相短路和两相接地短路。三相短路属对称故障，其余属不对称故障。除不对称短路外，电力系统的不对称故障还有一相或两相断开的情况，称为非全相运行。在同一时刻，电力系统内仅有一处发生上述某一种类型的故障，称为简单故障，而如果是同时有两处或两处以上发生故障，或在同一处同时发生两种或两种以上类型故障，则称为复杂故障或多重故障。发生三相短路时由于短路回路的三相阻抗相等,因此三相短路电流仍是对称的。其他类型的短路如两相短路、单相短路、两相接地短路等都是不对称的，每相电路中的电流和电压幅值不等，相位角也不相同。

在供电系统中，发生单相短路的可能性最大，但一般三相短路的短路电流值最大，为了使电气设备在最严重的短路情况下不致损坏，常用三相短路电流来校验电气设备承受短路的能力。两相短路电流值最小，常用来校验短路保护装置的灵敏度，使保护装置对最轻的短路故障也有较强的反应能力。

表2.1 短路的种类

短路种类 三相短路 两相短路 k(2) 两相同时在一点短接，属于不对称短路 示意图 代表符号 k(3) 性质 三相同时在一点短接，属于对称短路 两相接地短路 k(1,1) 在中性点直接接地系统中，两相在不同地点与地短接，属于不对称短路 单相接地短路 k (1)在中性点直接接地系统中，一相与地短接，属于不对称短路 短路计算就是在某种故障下，求出流过短路点的故障电流、电压及其分布的计算。短路计算是一种很重要的计算，它是进行保护整定与稳定性分析的基础。

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如果我们利用建立的电网仿真模型，同时采用电力系统专用的仿真计算软件，就可以对煤矿电网进行任意短路故障情况下，及各种运行方式的全系统短路计算与分析，给出运行分析评价报告，并提出整改建议。

在计算短路电流时，对于高压电网的各种电气元件，其电阻一般都比电抗小得多，这种情况下，就可以忽略各元件的电阻。煤矿井下供电网络为电缆线路，其电阻比电抗大，所以在计算井下电网，尤其是计算低压电网的短路电流时，电阻是不能忽略的，其阻值可以从相关的电工手册中查得相应截面导线的单位阻值。 2.2.2短路计算的用途

短路计算的目的主要用于解决下列问题：

(1)电气主接线方案的比较与选择，或确定是否需要采取短路电流的措施。 (2)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。

(3)接地装置的设计。

(4)继电保护装置的设计与整定。 (5)输电线对通讯线路的影响。 (6)故障分析。

2.3煤矿电网建模

煤矿电网建模仿真是电网安全分析与评价的基础，通过收集电网参数，利用电力系统专业仿真软件对煤矿电网进行建模。 2.3.1煤矿电网基础参数收集

煤矿电网参数收集是整个分析中的重要组成部分之一。通过收集到的参数，利用软件对电网进行建模仿真，电网基础数据的收集是建模的关键前提，只有取得贴合实际的电网数据，才能确保建模的仿真性，从而保障整个分析的科学性和实际意义。

建模一般需要以下参数：

(1)系统参数 系统接线图，进线在各种运行方式下的相关参数（如系统进线的最大及最小短路容量）各个设备的参数及运行情况。

(2)负荷情况

各条供电线路一段时间的负荷数据或正常负荷情况并附相关系统运行情况。 (3)保护装置

二次接线图和各个保护的配置情况，现有的继电保护整定计算书，现在采用的整定值，各个保护装置的说明书等。

(4)存在问题

已经发现的问题及故障时的相关材料。

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2.3.2煤矿电网建模及验证过程

由于本文研究的是基于PSASP基础上的煤矿电网潮流和短路计算，所以就直接选用该软件进行建模。

1、建模就是把一个实际系统模型化的过程。建立的模型主要应用于分析和改善实际系统；预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势；对系统实行最优控制。

煤矿电网是一个复杂的工程类大系统，要建立煤矿电网模型对其进行仿真计算分析，需要尽可能真实地模拟煤矿电网的原型，但是又没必要也不可能完全表现出煤矿电网的所有细节，必须对煤矿电网进行相应的简化，能达到反应煤矿电网的本质，完成分析评价任务的目的即可。

2、验证所建模型就是通过将仿真计算结果与手工计算和目标煤矿电网局部实际测量结果相对照的方法对所建模型进行验证。

3 崔家寨矿电网建模及仿真

3.1 崔家寨矿电网的系统建模

3.1.1崔家寨矿电网电源

依据老师提供的资料《崔家寨矿35kV变电站运行规程》，变电站35kV电源由上级110kV变电站322、315分别供电，线路型号为LGJ-120,长度为4.5km。变电站35kVⅠ段母线304开关、Ⅱ段母线310开关受电，电压等级35kV。正常运行时，35kVⅠ线和35kVⅡ线同时运行。

崔家寨矿35kV变电所内装有三台主变，其中1#主变型号为S9-10000/35，原副边额定电压比为35/6.3，容量为10000KVA；2#、3#主变型号为S7-5000/35，原副边额定电压比为35/6.3，容量为5000KVA。并装设有6kV无功补偿电容器组两组，即为Ⅰ组电容和Ⅱ组电容，分别接于6kV的Ⅱ、Ⅲ段母线。 6kV母线上还装有接地补偿装置消弧变压器两台，用于降低系统的电容电流。 3.1.2崔家寨矿电网网架结构

依据《崔家寨矿35kV变电站运行规程》，电网的分为三种运行方式。

正常运行方式为：1#主变和2#主变同时运行，3#主变备用。6kV母线Ⅰ、Ⅲ段经母联6301、6104联络，与Ⅱ段母线分列运行，母联6105、6205隔离开关合上、断路器分开，母联6204、6309断开。

备用运行方式1为：2#、3#主变并列运行，1#主变备用。6kV母线Ⅰ、Ⅲ段经母联6301、6104联络，与Ⅱ段母线并列运行，母联6105、6205隔离开关合上、断路器合上，或母联

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6204、6309合上。

备用运行方式2为：，1#主变带Ⅰ、Ⅱ段母线，3#主变单独带Ⅲ段母线；2#主变备用。 电网各线路参数如表3.1所示，各条线路载流量按照《煤矿电工手册》选取其参考值。备用线路与其相应运行线路参数相同。

表3.1崔家寨煤矿电网线路参数 编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 设备名称 35kV进线Ⅰ线 35kV进线Ⅱ线 变Ⅱ段 变Ⅰ段 南翼变409 东二变614 南翼变405 石门变201 型号（mm） LGJ 3*120 LGJ 3*120 YJV32 3*240 长度（m） 4500 4500 950 长期连续负荷允许载流量（A） 380 380 513 380 293 380 293 380 YJV32 3*150 950（两根） YJV32 3*95 YJV32 3*150 YJV32 3*95 YJV32 3*150 1500 3000 1500 772 3.1.3崔家寨矿电网负荷情况

1、正常运行方式

崔家寨矿电网的具体负荷分布如表3.2所示。

表3.2正常运行方式下崔家寨矿负荷情况 6kV母线Ⅰ段 变Ⅱ段 锅炉房施工队变 6109压风机 6110副井口 6kV母线Ⅲ段 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅱ段 变Ⅰ段 6208主扇 6211生产系统 6212电容2组 2、备用运行方式1

崔家寨矿电网的具体负荷分布不变，因其2、3#主变并列运行，6kV母线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母线连到一块，不存在负荷分配问题。我们仍按正常情况下的负荷分布情况计算。

3、备用运行方式2

1#主变带Ⅰ、Ⅱ段母线，3#主变单独带Ⅲ段母线，如表3.3所示。

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表3.3备用运行方式2下崔家寨矿负荷情况 6kV母线Ⅰ段 变Ⅱ段 锅炉房施工队变 6109压风机 6110副井口 3.1.4崔家寨矿电网模型

通过前一阶段的数据收集工作，经过数据整理，使用PSASP软件建立崔家寨矿电网仿真模型如图3.1～3.4所示。

6kV母线Ⅲ段 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅱ段 变Ⅰ段 6208主扇 6211生产系统 6212电容2组

图3.1 35kV进线Ⅰ到6kV母线Ⅰ段图

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图3.2 35kV进线Ⅱ到6kV母线Ⅲ段图

图3.3变Ⅰ段井下负荷

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图3.4变Ⅱ段井下负荷

3.2崔家寨矿电网仿真结果

3.2.1正常运行方式下崔家寨矿电网仿真结果

即在该运行方式下：1#、2#主变运行，3#主变备用。6kV母线Ⅰ、Ⅲ段经母联6301、6104联络，与Ⅱ段母线分列运行，母联6105、6205隔离开关合上、断路器分开，母联6204、6309断开。

1、两条进线的仿真结果

表3.4 正常运行方式下两条进线的结果 进线编号 35kV进线Ⅰ 35kV进线Ⅱ 有功功率（MW） 无功功率（MVA） 3.7521 2.9005 3.1753 1.9755 功率因数 0.76334 0.82651 2、正常运行方式下各节点的电压值

表3.5 正常运行方式下各节点的电压值 有名值 额定值 母线名称 （kV） （kV） 0.468 0.66 1#移变 0.65303 0.66 10#移变 11#移变 1.0927 1.14 0.65836 0.66 12#移变 0.506 0.66 13#移变 1.12428 1.14 14#移变 15#移变 1.1241 1.14 0.624 0.66 16#移变 0.63175 0.66 17#移变 标幺值 0.976788 0.9439 0.958509 0.997515 0.9773 0.986211 0.986053 0.979152 0.957197 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第15

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18#移变 19#移变 2#移变 20#移变 22#移变 23#移变 24#移变 25#移变 26#移变 27#移变 28#移变 29#移变 3#移变 31#移变 32#移变 34#移变 35kV母线Ⅰ 35kV母线Ⅱ 4#移变 5#移变 6#移变 6106锅炉房 6107 6109压风机 6110副井口 6207 6208主扇 6211-605 6211生产系统 6212电容2组 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅰ段 6kV母线Ⅱ段 6kV母线Ⅲ段 7#移变 8#移变 9#移变 东二变601 东二变614 副井绞车房603 副井口变6021 1.10207 1.09487 0.63655 0.63972 0.62911 0.526 1.12592 1.12207 1.09688 1.09822 0.63433 0.506 0.63043 0.9 1.13479 0.521 36.74581 36.82388 0.69 0.846 0.934 6.08882 6.09481 6.08725 6.09342 6.07396 6.082 0.37952 6.07181 6.07402 0.38146 6.09487 6.09204 6.09078 6.09487 6.07396 6.09487 0.63081 1.12255 1.1348 5.94052 5.83682 0.66279 0.3842 1.14 1.14 0.66 0.66 0.66 0.66 1.14 1.14 1.14 1.14 0.66 0.66 0.66 0.66 1.14 0.66 35 35 0.66 0.66 0.66 6 6 6 6 6 6 0.38 6 6 0.38 6 6 6 6 6 6 0.69 1.14 1.14 6 6 0.66 0.38 0.966728 0.960412 0.947 0.969273 0.953197 0.977667 0.9879 0.984272 0.962175 0.963351 0.961106 0.9773 0.955197 0.983318 0.993 0.977591 1.04988 1.052111 0.992273 0.982515 0.983848 1.014803 1.015802 1.0142 1.01557 1.012327 1.010803 0.998737 1.011968 1.012337 1.003842 1.015812 1.01534 1.01513 1.015812 1.012327 1.015812 0.914217 0.984693 0.9939 0.990087 0.972803 1.004227 1.011053 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第16

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锅炉房602 南翼1#动变 南翼2#动变 南翼变405 南翼变409 上仓1#动变 上仓2#动变 上仓变203 上仓变209 施工队变 石门1#动变 石门2#动变 石门变201 石门变211 西翼1#动变 西翼2#动变 西翼变501 西翼变515 压风机房6021 制修厂变 变1#动变 变Ⅰ段 变2#动变 变Ⅱ段 主井绞车房602 0.38262 0.115 0.193 5.98248 5.975 0.65146 0.967 6.01341 5.99722 0.38551 0.691 0.512 6.01505 5.992 0.65059 0.91 6.02274 6.00692 0.38394 0.381 0.615 6.02967 0.65591 6.01366 0.28355 0.38 0.66 0.66 6 6 0.66 0.66 6 6 0.38 0.66 0.66 6 6 0.66 0.66 6 6 0.38 0.38 0.66 6 0.66 6 0.3 1.0065 0.971439 0.972621 0.99708 0.9992 0.987061 0.984348 1.002235 0.999537 1.0145 0.980167 0.977455 1.002508 0.99982 0.985742 0.983485 1.00379 1.001153 1.010368 1.004053 0.991136 1.004945 0.993803 1.002277 0.945167 3、短路计算结果

根据收集的资料，系统基准容量为：100MVA，最大短路容量为102.2MVA，最小短路容量为91.84MVA。分别折合系统电源电抗：0.9785、1.01。

在此两种情况下进行全网母线三相短路计算，得到短路电流简表，如表3.6所示。

表3.6正常运行方式全网母线短路电流简表 运行方式 系统电抗 母线名 1#移变 10#移变 11#移变 12#移变 13#移变 14#移变 15#移变 16#移变 正常运行方式 x= 0.9785 短路电流 （kA） 7.65 8.242 5.376 8.242 7.732 5.439 5.439 8.16 短路容量 (MVA) 9.143 9.85 11.173 9.85 9.241 11.305 11.305 9.752 x= 1.01 短路电流 短路容量 (kA) (MVA) 7.576 9.0 8.1 5.312 8.1 7.656 5.374 5.374 8.074 9.746 11.041 9.746 9.15 11.17 11.17 9.9 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第17

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17#移变 18#移变 19#移变 2#移变 20#移变 22#移变 23#移变 24#移变 25#移变 26#移变 27#移变 28#移变 29#移变 3#移变 31#移变 32#移变 34#移变 35kV母线Ⅰ 35kV母线Ⅱ 35kV进线Ⅰ 4#移变 5#移变 6#移变 6106锅炉房 6107 6109压风机 6110副井口 6207 6208主扇 6211-605 6211生产系统 6212电容2组 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅰ段 6kV母线Ⅱ段 6kV母线Ⅲ段 7#移变 8#移变 9#移变 上仓1#动变 上仓2#动变 7.658 5.376 5.376 7.658 7.732 7.658 7.732 5.439 5.685 5.376 5.376 7.658 7.732 4.404 7.936 4.739 7.936 1.424 1.424 1.595 8.242 7.732 8.16 4.532 5.092 4.514 4.72 5.092 4.811 15.519 4.871 5.092 6.155 5.092 4.606 4.863 5.092 5.092 5.092 7.658 5.685 5.616 7.743 7.668 9.153 11.173 11.173 9.153 9.241 9.153 9.241 11.305 11.817 11.173 11.173 9.153 9.241 5.263 9.485 9.85 9.485 91.235 91.235 102.187 9.85 9.241 9.752 49.448 55.562 49.262 51.504 55.562 52.496 10.752 53.156 55.562 4.2 55.562 50.2 53.062 55.562 55.563 55.563 9.153 11.817 11.673 9.2 9.1 7.584 5.312 5.312 7.584 7.656 7.584 7.656 5.374 5.614 5.312 5.312 7.584 7.656 4.36 7.856 4.6 7.856 1.293 1.293 1.433 8.1 7.656 8.074 4.308 4.798 4.291 4.473 4.798 4.553 15.343 4.604 4.798 6.128 4.798 4.374 4.597 4.798 4.798 4.798 7.584 5.614 5.6 7.669 7.595 9.063 11.041 11.041 9.063 9.15 9.063 9.15 11.17 11.668 11.041 11.041 9.063 9.15 5.211 9.388 9.746 9.388 82.4 82.4 91.81 9.746 9.15 9.9 47.008 52.357 46.821 48.812 52.357 49.68 10.63 50.241 52.357 4.246 52.357 47.725 50.158 52.357 52.357 52.357 9.063 11.668 11.528 9.165 9.077 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第18

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上仓变203 上仓变209 施工队变 石门1#动变 石门2#动变 石门变201 石门变211 西翼1#动变 西翼2#动变 西翼变501 西翼变515 压风机房6021 压风机房6041 南翼1#动变 南翼2#动变 南翼变405 南翼变409 变1#动变 变Ⅰ段 变2#动变 变Ⅱ段 制修厂变 主井绞车房602 东二变601 东二变614 副井绞车房603 副井口变6021 3.91 3.741 11.8 7.868 7.79 4.216 4.021 8.672 8.579 3.881 3.713 6.259 6.259 10.014 9.888 3.574 3.431 3.597 4.741 3.614 4.501 9.247 27.434 3.082 2.976 13.76 13.878 42.67 40.82 8.243 9.403 9.31 46.003 43.872 10.3 10.253 42.346 40.519 4.337 4.337 11.968 11.818 38.997 37.444 4.299 51.735 4.319 49.11 6.406 14.255 33.635 32.474 16.445 9.615 3.744 3.588 11.793 7.791 7.715 4.019 3.842 8.577 8.486 3.719 3.565 6.231 6.231 9. 9.768 3.442 3.31 3.581 4.488 3.598 4.272 9.186 27.018 2.985 2.885 13.521 13.74 40.853 39.156 8.171 9.311 9.22 43.858 41.921 10.251 10.142 40.576 38.7 4.317 4.317 11.82 11.674 37.558 36.114 4.28 48.973 4.3 46.62 6.3 14.039 32.568 31.477 16.159 9.519 3.2.2备用运行方式1下崔家寨矿电网仿真结果

2#、3#主变并列运行，1#主变备用。6kV母线Ⅰ、Ⅲ段经母联6301、6104联络，与Ⅱ段母线并列运行，母联6105、6205隔离开关合上、断路器合上，或母联6204、6309合上。

1、进线的仿真结果

表3.7 备用方式1下进线结果 进线编号 35kVⅠ线

有功功率 （MW） 6.719 无功功率 （MVar） 5.369 功率因数 cos 0.781 2、备用方式1下各节点的电压值

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表3.8 备用方式1下各节点的电压值 有名值 额定值 母线名称 标幺值 （kV） （kV） 0.63223 0.66 0.9579242 1#移变 0.075 0.66 0.9708333 10#移变 1.06603 1.14 0.935114 11#移变 12#移变 0.618 0.66 0.9790606 0.63261 0.66 0.9585 13#移变 1.10268 1.14 0.9672632 14#移变 1.1025 1.14 0.9671053 15#移变 16#移变 0.63139 0.66 0.9566515 0.61651 0.66 0.9341061 17#移变 1.07566 1.14 0.9435614 18#移变 1.06825 1.14 0.9370614 19#移变 2#移变 0.62144 0.66 0.9415758 0.62715 0.66 0.9502273 20#移变 0.6138 0.66 0.93 22#移变 0.63282 0.66 0.9588182 23#移变 24#移变 1.10436 1.14 0.9687368 1.10044 1.14 0.9652982 25#移变 1.07033 1.14 0.938886 26#移变 1.0717 1.14 0.9400877 27#移变 28#移变 0.61916 0.66 0.9381212 0.63261 0.66 0.9585 29#移变 0.61515 0.66 0.9320455 3#移变 0.63421 0.66 0.9609242 31#移变 32#移变 1.11341 1.14 0.97667 0.63034 0.66 0.9550606 34#移变 36.55859 35 1.0445311 35kV母线Ⅰ 36.55822 35 1.0445206 35kV母线Ⅱ 4#移变 0.265 0.66 0.9737121 0.63608 0.66 0.9637576 5#移变 0.63457 0.66 0.9614697 6#移变 5.95778 6 0.9929633 6106锅炉房 6107 5.96396 6 0.9939933 6109压风机 5.95621 6 0.9927017 5.96251 6 0.9937517 6110副井口 6207 5.902 6 0.9940033 5.97 6 0.99245 6208主扇 6211-605 0.37242 0.38 0.9800526 5.96182 6 0.9936367 6211生产系统 6212电容2组 5.902 6 0.9940033 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第20

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6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅰ段 6kV母线Ⅱ段 6kV母线Ⅲ段 7#移变 8#移变 9#移变 东二变601 东二变614 副井绞车房603 副井口变6021 锅炉房602 南翼1#动变 南翼2#动变 南翼变405 南翼变409 上仓1#动变 上仓2#动变 上仓变203 上仓变209 施工队变 石门1#动变 石门2#动变 石门变201 石门变211 西翼1#动变 西翼2#动变 西翼变501 西翼变515 压风机房6021 制修厂变 变1#动变 变Ⅰ段 变2#动变 变Ⅱ段 主井绞车房602 0.37303 5.902 5.96112 5.95986 5.96396 5.902 5.902 0.61555 1.10092 1.10924 5.82794 5.69948 0.835 0.37583 0.37421 0.62862 0.62698 5.87072 5.84527 0.63915 0.6349 5.90228 5.86398 0.37716 0.6345 0.63024 5.90398 5.86568 0.63826 0.63432 5.91179 5.87387 0.37556 0.37311 0.63949 5.91885 0.369 5.8808 0.27716 0.38 6 6 6 6 6 6 0.69 1.14 1.14 6 6 0.66 0.38 0.38 0.66 0.66 6 6 0.66 0.66 6 6 0.38 0.66 0.66 6 6 0.66 0.66 6 6 0.38 0.38 0.66 6 0.66 6 0.3 0.9816579 0.9940033 0.99352 0.99331 0.9939933 0.9940033 0.9940033 0.21014 0.9657193 0.9730175 0.9713233 0.9499133 0.9823485 0.90263 0.9847632 0.95245 0.9499697 0.9784533 0.9742117 0.9684091 0.9619697 0.9837133 0.97733 0.9925263 0.9613636 0.99091 0.9839967 0.9776133 0.9670606 0.9610909 0.9852983 0.97783 0.9883158 0.9818684 0.96242 0.9875 0.9752879 0.9801333 0.9238667 3、短路计算结果

在系统电源电抗：0.9785、1.01两种情况下进行全网母线三相短路计算，得到短路电流简表，如表3.9所示。

中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第21

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表3.9备用运行方式1下各母线短路计算结果 运行方式 系统阻抗 母线名 1#移变 10#移变 11#移变 12#移变 13#移变 14#移变 15#移变 16#移变 17#移变 18#移变 19#移变 2#移变 20#移变 22#移变 23#移变 24#移变 25#移变 26#移变 27#移变 28#移变 29#移变 3#移变 31#移变 32#移变 34#移变 35kV母线Ⅰ 35kV母线Ⅱ 35kV进线Ⅰ 4#移变 5#移变 6#移变 6106锅炉房 6107 6109压风机 x=0.9785 短路电流 （kA） 7.65 8.242 5.376 8.242 7.732 5.439 5.439 8.16 7.658 5.376 5.376 7.658 7.732 7.658 7.732 5.439 5.685 5.376 5.376 7.658 7.732 4.404 7.936 4.739 7.936 1.424 1.424 1.595 8.242 7.732 8.16 4.532 5.092 4.514 短路容量 (MVA) 9.143 9.85 11.173 9.85 9.241 11.305 11.305 9.752 9.153 11.173 11.173 9.153 9.241 9.153 9.241 11.305 11.817 11.173 11.173 9.153 9.241 5.263 9.485 9.85 9.485 91.235 91.235 102.187 9.85 9.241 9.752 49.448 55.562 49.262 备用运行方式1 x=1.01 短路电流 (kA) 7.576 8.1 5.312 8.1 7.656 5.374 5.374 8.074 7.584 5.312 5.312 7.584 7.656 7.584 7.656 5.374 5.614 5.312 5.312 7.584 7.656 4.36 7.856 4.6 7.856 1.293 1.293 1.433 8.1 7.656 8.074 4.308 4.798 4.291 短路容量 (MVA) 9.0 9.746 11.041 9.746 9.15 11.17 11.17 9.9 9.063 11.041 11.041 9.063 9.15 9.063 9.15 11.17 11.668 11.041 11.041 9.063 9.15 5.211 9.388 9.746 9.388 82.4 82.4 91.81 9.746 9.15 9.9 47.008 52.357 46.821 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第22

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6110副井口 6207 6208主扇 6211-605 6211生产系统 6212电容2组 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅰ段 6kV母线Ⅱ段 6kV母线Ⅲ段 7#移变 8#移变 9#移变 上仓1#动变 上仓2#动变 上仓变203 上仓变209 施工队变 石门1#动变 石门2#动变 石门变201 石门变211 西翼1#动变 西翼2#动变 西翼变501 西翼变515 压风机房6021 压风机房6041 南翼1#动变 南翼2#动变 南翼变405 南翼变409 变1#动变 变Ⅰ段 变2#动变 变Ⅱ段 制修厂变 主井绞车房602 东二变601 东二变614 副井绞车房603 4.72 5.092 4.811 15.519 4.871 5.092 6.155 5.092 4.606 4.863 5.092 5.092 5.092 7.658 5.685 5.616 7.743 7.668 3.91 3.741 11.8 7.868 7.79 4.216 4.021 8.672 8.579 3.881 3.713 6.259 6.259 10.014 9.888 3.574 3.431 3.597 4.741 3.614 4.501 9.247 27.434 3.082 2.976 13.76 51.504 55.562 52.496 10.752 53.156 55.562 4.2 55.562 50.2 53.062 55.562 55.563 55.563 9.153 11.817 11.673 9.2 9.1 42.67 40.82 8.243 9.403 9.31 46.003 43.872 10.3 10.253 42.346 40.519 4.337 4.337 11.968 11.818 38.997 37.444 4.299 51.735 4.319 49.11 6.406 14.255 33.635 32.474 16.445 4.473 4.798 4.553 15.343 4.604 4.798 6.128 4.798 4.374 4.597 4.798 4.798 4.798 7.584 5.614 5.6 7.669 7.595 3.744 3.588 11.793 7.791 7.715 4.019 3.842 8.577 8.486 3.719 3.565 6.231 6.231 9. 9.768 3.442 3.31 3.581 4.488 3.598 4.272 9.186 27.018 2.985 2.885 13.521 48.812 52.357 49.68 10.63 50.241 52.357 4.246 52.357 47.725 50.158 52.357 52.357 52.357 9.063 11.668 11.528 9.165 9.077 40.853 39.156 8.171 9.311 9.22 43.858 41.921 10.251 10.142 40.576 38.7 4.317 4.317 11.82 11.674 37.558 36.114 4.28 48.973 4.3 46.62 6.3 14.039 32.568 31.477 16.159 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第23

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副井口变6021 副井口变6041 锅炉房602 13.878 13.878 11.402 9.615 9.615 7.9 13.74 13.74 11.309 9.519 9.519 7.835 3.2.3备用运行方式2下崔家寨矿电网仿真结果

1#、3#主变运行，2#主变备用。1#主变带Ⅰ、Ⅱ段母线，3#主变单独带Ⅲ段母线， 1、进线的仿真结果

表3.10备用运行方式2下进线结果 进线编号 35kV进线Ⅱ 有功功率 （MW） 6.7038 无功功率 （MVar） 5.4216 功率因数 cos 0.777 2、备用运行方式2下各节点的电压值

表3.11备用方式2下各节点的电压值 有名值额定值 母线名称 标幺值 （kV） （kV） 0.6278 0.66 0.95121212 1#移变 10#移变 0.63638 0.66 0.921212 1.05808 1.14 0.92814035 11#移变 0.184 0.66 0.97248485 12#移变 0.62818 0.66 0.95178788 13#移变 14#移变 1.095 1.14 0.96052632 1.09482 1.14 0.96036842 15#移变 0.62696 0.66 0.94993939 16#移变 0.61196 0.66 0.92721212 17#移变 18#移变 1.06777 1.14 0.936035 1.06032 1.14 0.93010526 19#移变 0.61694 0.66 0.93475758 2#移变 0.62268 0.66 0.943455 20#移变 22#移变 0.60923 0.66 0.92307576 0.62839 0.66 0.95210606 23#移变 1.09669 1.14 0.96200877 24#移变 1.09273 1.14 0.95853509 25#移变 26#移变 1.06242 1.14 0.93194737 1.06379 1.14 0.93314912 27#移变 0.61463 0.66 0.93125758 28#移变 0.62818 0.66 0.95178788 29#移变 3#移变 0.61059 0.66 0.92513636 0.6298 0.66 0.924242 31#移变 1.1058 1.14 0.97 32#移变 0.6259 0.66 0.94833333 34#移变 35kV母线Ⅰ 36.55637 35 1.04446771 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第24

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35kV母线Ⅱ 4#移变 5#移变 6#移变 6106锅炉房 6107 6109压风机 6110副井口 6207 6208主扇 6211-605 6211生产系统 6212电容2组 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅰ段 6kV母线Ⅱ段 6kV母线Ⅲ段 7#移变 8#移变 9#移变 东二变601 东二变614 副井绞车房603 副井口变6021 锅炉房602 南翼1#动变 南翼2#动变 南翼变405 南翼变409 上仓1#动变 上仓2#动变 上仓变203 上仓变209 施工队变 石门1#动变 石门2#动变 石门变201 石门变211 西翼1#动变 西翼2#动变 36.55674 0.6383 0.63167 0.63016 5.91872 5.9249 5.91715 5.92351 5.9249 5.91551 0.3699 5.92276 5.92496 0.392 6.26837 6.26567 6.24 5.92496 5.92496 6.26837 0.61099 1.09322 1.10162 5.78787 5.65847 0.68193 0.37333 0.3717 0.62417 0.62251 5.83097 5.80539 0.63477 0.6305 5.86278 5.82422 0.37468 0.63009 0.6258 5.848 5.82592 0.63388 0.62991 35 0.66 0.66 0.66 6 6 6 6 6 6 0.38 6 6 0.38 6 6 6 6 6 6 0.69 1.14 1.14 6 6 0.66 0.38 0.38 0.66 0.66 6 6 0.66 0.66 6 6 0.38 0.66 0.66 6 6 0.66 0.66 1.04447829 0.96712121 0.95707576 0.978788 0.985333 0.98748333 0.98619167 0.98725167 0.98748333 0.98591833 0.97342105 0.98712667 0.98749333 1.03326316 1.04472833 1.04427833 1.04406667 0.98749333 0.98749333 1.04472833 0.8275 0.9591 0.96633333 0.95 0.94307833 1.03322727 0.98244737 0.978157 0.94571212 0.94319697 0.97182833 0.967565 0.96177273 0.95530303 0.97713 0.97070333 0.986 0.968182 0.94818182 0.97741333 0.97098667 0.96042424 0.940909 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第25

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西翼变501 西翼变515 压风机房6021 制修厂变 变1#动变 变Ⅰ段 变2#动变 变Ⅱ段 主井绞车房602 3、短路计算结果

5.87236 5.83424 0.37306 0.37059 0.63512 5.87941 0.63934 5.84117 0.29201 6 6 0.38 0.38 0.66 6 0.66 6 0.3 0.97872667 0.97237333 0.98173684 0.97523684 0.96230303 0.97990167 0.96869697 0.97352833 0.97336667 在系统电源电抗：0.9785、1.01两种情况下进行全网母线三相短路计算，得到短路电流简表，如表3.12所示。

表3.12备用方式2下各母线短路计算结果 运行方式 系统阻抗 母线名 1#移变 10#移变 11#移变 12#移变 13#移变 14#移变 15#移变 16#移变 17#移变 18#移变 19#移变 2#移变 20#移变 22#移变 23#移变 24#移变 25#移变 26#移变 27#移变 28#移变 29#移变 3#移变 31#移变 32#移变 34#移变 x=0.9785 短路电流 （kA） 7.61 8.194 5.342 8.194 7.691 5.404 5.404 8.112 7.618 5.342 5.342 7.618 7.691 7.618 7.691 5.404 5.7 5.342 5.342 7.618 7.691 4.38 7.3 4.711 7.3 短路容量 (MVA) 9.095 9.792 11.102 9.792 9.192 11.232 11.232 9.695 9.104 11.102 11.102 9.104 9.192 9.104 9.192 11.232 11.736 11.102 11.102 9.104 9.192 5.235 9.433 9.792 9.433 备用运行方式2 x=1.01 短路电流 (kA) 7.537 8.107 5.278 8.107 7.616 5.34 5.34 8.027 7.4 5.278 5.278 7.4 7.616 7.4 7.616 5.34 5.576 5.278 5.278 7.4 7.616 4.338 7.813 4.661 7.813 短路容量 (MVA) 9.007 9.688 10.971 9.688 9.102 11.098 11.098 9.593 9.016 10.971 10.971 9.016 9.102 9.016 9.102 11.098 11.5 10.971 10.971 9.016 9.102 5.184 9.337 9.688 9.337 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第26

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35kV母线Ⅰ 35kV母线Ⅱ 35kV进线Ⅰ 4#移变 5#移变 6#移变 6106锅炉房 6107 6109压风机 6110副井口 6207 6208主扇 6211-605 6211生产系统 6212电容2组 6302动变1# 6306电容1组 6307副井 6308主井 6kV母线Ⅰ段 6kV母线Ⅱ段 6kV母线Ⅲ段 7#移变 8#移变 9#移变 上仓1#动变 上仓2#动变 上仓变203 上仓变209 施工队变 石门1#动变 石门2#动变 石门变201 石门变211 西翼1#动变 西翼2#动变 西翼变501 西翼变515 压风机房6021 压风机房6041 南翼1#动变 南翼2#动变 南翼变405 南翼变409 1.424 1.424 1.595 8.194 7.691 8.112 4.414 4.92 4.395 4.586 4.92 4.668 15.425 4.72 4.92 5.982 3.661 3.415 3.2 4.92 4.92 3.661 7.618 5.7 5.578 7.705 7.631 3.824 3.662 11.842 7.828 7.751 4.11 3.925 8.622 8.529 3.798 3.637 6.245 6.245 9.95 9.826 3.51 3.373 91.235 91.235 102.187 9.792 9.192 9.695 48.162 53.6 47.96 50.038 53.6 50.938 10.687 51.504 53.6 4.145 39.943 37.269 38.9 53.6 53.6 39.943 9.104 11.736 11.595 9.209 9.12 41.725 39.957 8.204 9.356 9.2 44.853 42.83 10.304 10.194 41.441 39.692 4.326 4.326 11.2 11.744 38.304 36.803 1.293 1.293 1.433 8.107 7.616 8.027 4.2 4.5 4.182 4.351 4.5 4.424 15.251 4.468 4.5 5.957 3.506 3.284 3.398 4.5 4.5 3.506 7.4 5.576 5.509 7.632 7.559 3.663 3.515 11.738 7.752 7.677 3.922 3.7 8.528 8.437 3.1 3.494 6.216 6.216 9.828 9.707 3.382 3.2 82.4 82.4 91.81 9.688 9.102 9.593 45.83 50.687 45.63 47.482 50.687 48.272 10.566 48.755 50.687 4.127 38.26 35.837 37.081 50.687 50.687 38.26 9.016 11.5 11.451 9.121 9.033 39.975 38.351 8.132 9.265 9.175 42.802 40.96 10.191 10.084 39.733 38.124 4.307 4.307 11.746 11.601 36.901 35.505 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第27

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变1#动变 变Ⅰ段 变2#动变 变Ⅱ段 制修厂变 主井绞车房602 东二变601 东二变614 副井绞车房603 副井口变6021 副井口变6041 3.5 4.598 3.606 4.373 9.216 24.945 3.036 2.933 12.344 13.807 13.807 4.29 50.175 4.309 47.714 6.385 12.962 33.128 32 14.752 9.565 9.565 3.574 4.359 3.59 4.156 9.155 24.599 2.94 2.843 12.151 13.669 13.669 4.271 47.566 4.29 45.353 6.343 12.782 32.083 31.023 14.522 9.47 9.47 4 崔家寨矿电网整体分析与评价

4.1 崔家寨矿供电安全可靠性分析

由于崔家寨电网分为正常和备用运行方式，故分别对两种方式下的供电安全可靠性进行分析。

4.1.1 正常运行方式下供电安全可靠性分析

（1）潮流计算结果

在正常运行方式下进行潮流计算，两条进线运行情况如第三章表3.4所示，35kVⅠ线功率因数为0.76334，35kVⅡ线功率因数为0.82651，根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应大于0.9。所以两条进线的功率因数均偏低，不符合运行要求，需要采取一定的措施进行无功补偿，以增加它的功率因数。

正常运行方式下，各节点电压如第三章表3.5所示，正常的节点电压标幺值应0.95-1.05范围内，由表中数据可以看出，在正常运行方式下，母线节点电压除少量节点电压偏低，其它的均在正常范围内。如表4.1所示

表4.1部分电压偏低的母线节点 母线名 有名值（KV） 额定值（KV） 0.28355 0.3 主井绞车房602 主要有：

（1）感应电动机

其转矩与端电压的平方成正比。当电压过高时，电动机端电压升高，其激磁电流和温升也增加，绝缘受到过电压和过热的威胁，影响其使用寿命，同时还会产生有害的谐波电流；当电压过低时，其实际转矩下降较多，转速降低，同时负荷电流会增加，影响电动机

标么值 0.945167 各母线电压过高或过低会对供配电系统和用电设备的正常运行产生不利影响。其危害

中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第28

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使用寿命。

（2）同步电动机

其端电压偏高或偏低时，转速虽保持不变，但对电压平方成正比的转矩、负荷电流和温升将产生不利影响。

（3）照明设备

其发光效率与电压关系极大，电压降低会引起照明设备的效率降低，造成照度不足，影响照明效果；

（4） 无功补偿

电压过低会引起补偿电容器组输出无功减小，不能满足补偿要求。

变压器的负载率在50% - 60%这个范围内时，变压器的损耗率最小，它的效率最高，故当变压器的负载率接近这个范围时，变压器是经济运行的。

正常运行方式下，1#主变高压侧有功功率3.7312MW，无功功率为3.1477MVar，则容量为4.8816MVA，故变压器的负载率为4.8816/10=48.816%，1#主变的运行是经济的。

2#主变高压侧有功功率2.88MW，无功功率为1.9614MVar，则容量为3.4926MVA，故变压器的负载率为3.4926/5=69.85%，2#主变的运行也是经济的。

35kVⅠ线进线电流为76.7A，该线路型号为LGJ-120，载流量为380A，故负载率为76.7/380=20.18%，属于正常运行范围。

35kVⅡ线进线电流为.8A，该线路型号为LGJ-120，载流量为380A，故负载率为.8/380=14.42%，属于正常运行范围。

（2）短路计算结果

崔家寨矿35kV断路器参数：型号ZN23 -40.5/1600，额定电流1600A，额定短路开断电流25kA。6kV断路器参数：型号ZN28-12，额定电流1250A，额定短路开断电流20kA。

本仿真模型是以100MVA的基准容量建立的，在正常运行方式下，在系统电抗的标幺值为0.9785和1.01时分别对崔家寨矿电网母线进行短路计算。计算的结果如第三章表3.6所示。

从表中可以看出，35kV母线的短路电流为1.424kA，小于开关的额定短路开断电流，6kV母线的短路电流最大为5.092kA，也小于开关的额定短路开断电流，故35kV母线和6kV母线的运行是安全的。

4.1.2 备用方式1下供电安全可靠性分析

（1）潮流计算结果

在备用方式1下进行潮流计算，进线结果如第三章表3.7所示，35kVⅠ线功率因数0.781，由此可以看出，崔家寨35kVⅠ线的功率因数也是偏低，需要进行无功补偿。 在该运行方式下，崔家寨矿电网母线的节点电压如第三章表3.8所示，因为正常的母线节点电压标幺值应该在0.95-1.05范围内，也就是与节点电压的基准值有+0.5和-0.5的偏差。如表4.2为部分电压偏低的母线节点。

母线名 17#移变 4.2部分电压偏低的母线节点 有名值（KV） 额定值（KV） 0.61651 0.66 标么值 0.9341061 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第29

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18#移变 19#移变 2#移变 22#移变 26#移变 27#移变 28#移变 3#移变 7#移变 东二变614 南翼2#动变 主井绞车房602 1.07566 1.06825 0.62144 0.6138 1.07033 1.0717 0.61916 0.61515 0.61555 5.69948 0.62698 0.27716 1.14 1.14 0.66 0.66 1.14 1.14 0.66 0.66 0.69 6 0.66 0.3 0.9435614 0.9370614 0.9415758 0.93 0.938886 0.9400877 0.9381212 0.9320455 0.21014 0.9499133 0.9499697 0.9238667 备用运行方式1下，2#主变高压侧有功功率3.3275MW，无功功率为2.18MVar，则容量为4.249MVA，故变压器的负载率为4.249/5=84.98%，2#主变有些过负荷。

3#主变高压侧有功功率3.3276MW，无功功率为2.23MVar，则容量为4.2491MVA，故变压器的负载率为4.2491/5=84.982%，3#主变也有些过负荷。

35kVⅠ线进线电流为134.2A，该线路型号为LGJ-120，载流量为380A，则负载率为134.2/380=35.32%，35kVⅠ线的运行符合要求。

（2）短路计算结果

备用方式1下，在系统电抗标幺值为0.9785和1.01时分别对崔家寨矿电网母线进行短路计算。计算结果如第三章表3.9所示。

崔家寨矿的断路器参数为：35kV断路器参数为：型号ZN23 - 40.5/1600，额定电流1600A，额定短路开断电流25kA。6kV断路器参数：型号ZN28-12，额定电流1250A，额定短路开断电流20kA。

从表中的数据可以看出，35kV母线的短路电流最大的为1.424kA，小于开关的额定短路开断电流。6kV母线的短路电流为5.092kA，也小于开关的额定短路开断电流，故35kV母线和6kV母线的运行均满足规定要求。 4.1.3 备用方式2下供电安全可靠性分析

（1）潮流计算结果

备用方式2运行方式下进行潮流计算，结果见第三章表3.10， 35kV进线Ⅱ功率因数为0.777，功率因数偏低。

备用方式2下，各节点电压见第三章表3.11，因为正常的母线节点电压标幺值应该在0.95-1.05范围内，也就是与节点电压的基准值有+0.5和-0.5的偏差。从表中可以看出其中有部分的母线节点电压偏低，而其它的母线节点电压则在正常的范围内。如表4.3为部分电压偏低的母线节点

母线名 11#移变 16#移变 4.3部分电压偏低的母线节点 有名值（KV） 额定值（KV） 1.05808 1.14 0.62696 0.66 标么值 0.92814035 0.94993939 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第30

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17#移变 18#移变 19#移变 2#移变 20#移变 22#移变 26#移变 27#移变 28#移变 3#移变 34#移变 7#移变 东二变614 南翼1#动变 南翼2#动变 石门2#动变 0.61196 1.06777 1.06032 0.61694 0.62268 0.60923 1.06242 1.06379 0.61463 0.61059 0.6259 0.61099 5.65847 0.62417 0.62251 0.6258 0.66 1.14 1.14 0.66 0.66 0.66 1.14 1.14 0.66 0.66 0.66 0.69 6 0.66 0.66 0.66 0.92721212 0.936035 0.93010526 0.93475758 0.943455 0.92307576 0.93194737 0.93314912 0.93125758 0.92513636 0.94833333 0.8275 0.94307833 0.94571212 0.94319697 0.94818182 备用方式2下，1#主变高压侧有功功率6.0601MW，无功功率为5.8867MVar，则容量为8.4486MVA，变压器的负载率为8.4486/10=84.486%，故1#主变的运行有些过负荷。 3#主变高压侧有功功率0.5793MW，无功功率为-0.55MVar，则容量为0.7988MVA，变压器的负载率为0.7988/5=15.976%，故3#主变没有充分利用。

35kVⅡ线进线电流为134.5A，该线路型号为LGJ-120，载流量为380A，故负载率为134.5/380=35.39%，35kVⅡ线的运行是正常的。

（2）短路计算结果

备用方式2下，在系统电抗标幺值分别为0.9785和1.01时对崔家寨矿电网母线进行短路计算。计算结果见第三章表3.12所示。

表中的数据可以看出，35kV母线的短路电流最大为1.595kA，小于开关的额定短路开断电流。6kV母线的短路电流最大为4.92kA，也小于开关的额定短路开断电流，故35kV母线和6kV母线的运行满足规定要求。 4.1.4 崔家寨矿供电安全可靠性分析总结

从分析结果可以看出，崔家寨矿电网在三种运行方式下，电网的安全可靠性可以满足目前煤矿生产的要求。由于崔家寨矿无功补偿方式为手动投切静态电容器，对系统中的无功负荷缺乏有效的补偿，只能依靠系统进线提供无功功率，造成崔家寨矿功率因数偏低，同时供电系统中部分节点电压偏低。建议崔家寨矿增加动态无功补偿装置，补偿无功不仅能减少电网中的电能损失，且能减少电压损失，达到调压目的。一方面可以提高电网供电的安全可靠性，另一方面可以提高电网的功率因数和电压质量。

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4.2崔家寨矿供电经济性分析

在煤矿电网安全稳定运行的前提下，电网运行的另一重要目标是实现电网最经济运行，电网经济运行是一项实用性很强的节能技术，煤矿电网经济运行是在保证电网安全、可靠的基础上，充分利用电网中现有的输、变电设备，通过选取最佳运行方式、调整负荷、提高功率因数、调整或更换变压器、进行电网改造等，在传输相同电量的基础上，达到减少系统损耗、为煤矿企业节约电费支出提高经济效益的目的。从电网的组成可以看出，电网电能损耗的主要元件是输电线路和变压器，其有功功率损耗主要有两部分组成：一部分为线路和变压器阻抗回路上流过电流时产生的损耗，即I2R，称为可变损耗；另一部分则发生在变压器、电抗器、电容器等设备的不变损耗，如铁损等称为固定损耗。 4.2.1正常运行方式下供电经济性分析

根据已经建立的崔家寨煤矿电网仿真模型，在正常方式下进行潮流计算，根据计算结果，得出网络总损耗及各元件的网络损耗。通过网损的计算结果来评价崔家寨矿电网供电的经济性。

1、全网总损耗

崔家寨矿电网在正常运行方式下，全网总损耗计算结果如表4.4所示。

35kV进线Ⅰ 35kV进线Ⅱ 全网 表4.4正常运行方式下全网的网损数据 有功功率无功功率有功损耗无功损耗（MW） （MVar） （MW） （MVar） 3.7521 2.9005 6.653 3.1753 1.9755 5.151 0.0209 0.0107 0.232 0.0276 0.0141 0.625 功率因数 0.76334 0.82651 0.791 由上述结果，可计算出：

总有功损耗占总有功功率的比例为：0.232/6.653=3.49% 总无功损耗占总无功功率的比例为：0.625/5.151=12.13% 2、线路损耗

崔家寨矿电网在正常运行方式下，根据各条交流线网损计算可得：

线路的总有功损耗为：0.1797MW，总无功损耗为：0.1461MVar，其中35kV进线Ⅰ线有功损耗为：0.0209MW，无功损耗为0.0276MVar，35kV进线Ⅱ线有功损耗为：0.0107MW，无功损耗为0.0141MVar。

在此运行方式下，线路的有功损耗占全网总有功损耗的比例为：

0.1797/0.232=77.46%

线路的无功损耗占全网总无功损耗的比例为：

0.1461/0.625=23.38%

线损率：0.1797/6.653=2.70%

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3、变压器损耗

崔家寨矿电网在正常运行方式下，根据各变压器网损计算结果可得：

变压器的总有功损耗为：0.0519MW，总无功损耗为：0.477MVar，其中1#主变有功损耗为0.0118MW，无功损耗为0.1848MVar，2#主变有功损耗为：0.0181MW，无功损耗为0.1724MVar。

在此运行方式下，变压器的有功损耗占全网总有功损耗的比例为：

0.0519/0.232=22.37% 变压器的无功损耗占全网总无功损耗的比例为： 0.477/0.625=76.32%

4.2.2备用方式1下供电经济性分析

1、全网总损耗

崔家寨矿电网在备用方式1下，全网总损耗计算结果如表4.5所示。

表4.5备用方式1下全网的网损数据 有功功率（MW） 6.723 无功功率（MVar） 5.392 总有功损耗（MW） 0.3 总无功损耗（MVar） 0.86 由表4.5中的数据，可得出以下的结果：

在备用方式1运行方式下，总有功损耗占总有功功率的比例为 4.46%，总无功损耗占总无功功率的比例为15.95%。

2、线路损耗

崔家寨矿电网在备用运行方式1下，根据各条交流线网损计算结果，线路的总有功损耗为：0.2207MW，总无功损耗为：0.1952MVar，其中35kV进线Ⅰ线有功损耗为：0.02MW，无功损耗为0.0848MVar。

在此运行方式下，线路的有功损耗占全网总有功损耗的比例为：

0.2207/0.3=73.57% 线路的无功损耗占全网总无功损耗的比例为：

0.1952/0.86=22.70% 线损率：0.2207/6.723=3.28% 3、变压器损耗

崔家寨矿电网在备用方式1下，根据各变压器网损计算结果可得：

变压器的总有功损耗为：0.0795MW，总无功损耗为：0.6652MVar，其中35kV2#主变有功损耗为：0.0184MW，无功损耗为0.17MVar，35kV3#主变有功损耗为：0.0381MW，无功损耗为0.3635MVar。

在此种运行方式下，变压器的有功损耗占全网总有功损耗的比例为：

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0.0795/0.3=26.50%

变压器的无功损耗占全网总无功损耗的比例为：

0.6652/0.86=77.35% 4.2.3备用方式2下供电经济性分析

1、全网总损耗

崔家寨矿电网在备用方式2下，全网总损耗计算结果如表4.6所示。

表4.6备用方式2下全网的网损数据 有功功率（MW） 6.704 由上述结果，可计算出：

总有功损耗占总有功功率的比例为：0.281/6.704=4.19% 总无功损耗占总无功功率的比例为：0./5.422=16.41%

2、线路损耗

崔家寨矿电网在备用运行方式2下，根据各交流线网损计算结果可得：

线路的总有功损耗为：0.2216MW，总无功损耗为：0.1952MVar，其中35kV进线Ⅱ线有功损耗为：0.03MW，无功损耗为0.0848MVar。

在此运行方式下，线路的有功损耗占全网总有功损耗的比例为：

0.2216/0.281=78.86%

线路的无功损耗占全网总无功损耗的比例为：

0.1952/0.=21.93%

线损率：0.2216/6.704=3.31% 3、变压器损耗

崔家寨矿电网在备用方式2下，根据各变压器网损计算结果可得：

变压器的总有功损耗为：0.0592MW，总无功损耗为：0.6943MVar，其中1#主变有功损耗为：0.0356MW，无功损耗为0.5594MVar，3#主变有功损耗为：0.0009MW，无功损耗为0.0092MVar。

在此运行方式下，变压器的有功损耗损耗占全网总有功损耗的比例为： 0.0592/0.281=21.07%

变压器的无功损耗损耗占全网总无功损耗的比例为：

0.6943/0.=78.01%

无功功率总有功损耗 总无功损耗 （MVar） （MW） （MVar） 5.422 0.281 0. 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第34

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4.2.4崔家寨矿供电经济性分析总结

三种运行方式下的供电经济性比较：

崔家寨矿电网三种运行方式下的全网总损耗如表4.7所示。对比可以发现，正常运行方式的有功损耗和无功损耗均最小，比其他三种运行方式经济。

表4.7三种运行方式下全网的总损耗数据 运行方式 正常运行方式 备用方式1 备用方式2 有功损耗（MW） 0.232 0.296 0.281 无功损耗（MVar） 0.625 0.837 0.

在上述三种运行方式的分析中，线路的有功损耗占全网总有功损耗的比例均为70%以上，无功损耗占全网总无功损耗的比例为20%以上。变压器的有功损耗占全网总有功损耗的比例为20%，无功损耗损耗占全网总无功损耗的比例为70%以上。

降低煤矿电网网络损耗的措施：

（1）当井下变换工作面时，应提前做好规划，对于电缆的选择，接线方式都要做到经济合理。

（2）通过合理计算变压器经济负载系数、平衡变压器三相负荷，降低变压器损耗、变压器电压分接头优化选择等方式保证变压器经济运行。

（3）搞好电网的无功平衡，减少无功功率在电网中的流动，实现无功功率的集中补偿与分散补偿相结合，使全矿井用电功率因数保持在0.9以上，以降低网损。

通过正常运行方式下崔家寨矿电网仿真结果可以发现：目前崔家寨矿电网在正常运行方式下两条进线的功率因数均低于0.9不符合要求；另外，部分节点电压值已经超出了正常的允许范围，不符合运行要求。因此，需要采取一定的措施进行无功补偿，以增加它的功率因数，提高电压质量，降低网络损耗，还可以采取变压器经济运行等措施来降低煤矿电网网络损耗。

5 结语

随着煤矿产能的大幅提高，为了保证安全高效生产，对矿井供电质量、可靠性的要求也相应提高。为了贯彻“安全第一，预防为主”的安全生产方针，必须对煤矿电网的运行现状进行安全分析与评价。把对煤矿电网的安全管理，从事后补救型转化为事前预防和过程控制型，真正做到预防为主，查清安全生产薄弱环节和危险因素，能够及时应对电网运行中出现的各种问题。

本文通过对煤矿电网现状的调查研究，采用电力系统分析综合程序对目标煤矿进行建模仿真，并根据计算结果对目标煤矿电网进行安全分析与评价。

本论文所完成的主要工作如下：

（1）通过对煤矿电网现状的调查研究，掌握煤矿电网存在的主要安全问题；

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（2）熟悉掌握电力系统综合分析程序（PSASP）的使用；

（3）使用电力系统综合分析程序（PSASP）对目标煤矿进行建模仿真；

（4）根据仿真的潮流计算结果和短路计算结果并依据电网整体分析与评价对目标煤矿电网进行供电安全可靠性和供电经济性两个方面的分析与评价。

由于本文是基于PSASP基础上的煤矿电网潮流和短路计算，限于此只是依据潮流和短路计算结果对煤矿电网进行了安全分析与评价。如果需要对煤矿电网进行更加全面的分析与评价则需要其他方面的软件或测试方法的配合，具体细节在文中未予提及，留待以后结合煤矿实际工作做更进一步的完善。

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翻译部分

英文原文

Power Flow Modeling/Calculation for Power Systems

with Dynamic Flow Controller

A.sheykholeslami *Roya Ahmadi.A*S.A.Nabavi Niaki * Hamidreza Ghaffari**

*Noushirvani Industrial University/Department of Electrical Engineering, Babol, IRAN. Email: r.ahmadi@ieee.org

** University of Sharif/Department of Mechanical Engineering

Abstract— This paper presents a new procedure for power flow calculation of power systems in presence of Dynamic Flow Controller (DFC) which is a new member of FACTS controllers. The focus of the paper is to explore how to systematically extend and modify Newton-Raphson power flow method to include DFC. A new steady state model of DFC is introduced for the implementation of the device in the conventional Newton-Raphson power flow algorithm. The impact of DFC on power flow is accommodated by adding new entries and modifying some existing ones in the linearized Jacobian equations of the same system without DFC. A case study on Northof IRAN power system shows the effectiveness of proposed method. Keywords — Dynamic Flow Controller; Newton-Raphson method ;Power Flow

I. INTRODUCTION

Application of FACTS controllers has been considered as a satisfied solution especially in regions that it is becoming very difficult to construct a new transmission line in order to avoid a power transmission limit of the existing lines, particularly under heavily loaded system conditions [1]. A new member of FACTS controllers is considered in this paper. This controller is Dynamic Flow Controller (DFC) .DFC is a hybrid compensator, i.e. provides series and/or shunt compensation. Compared with Unified Power Flow Controller (UPFC)[3], DFC has some

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salient features like cost effectiveness, simplicity, maturity and ruggedness of the technologies of its subsystems, potentially lower losses and thus higher efficiency , which make it an alternative to the UPFC [2].

Structurally, a DFC unit is composed of a mechanically-switched phase shifting transformer (PST), a mechanically switched shunt capacitor (MSC), and multi-module, series connected, thyristor-switched capacitor (TSC) and inductors (TSR),[4]-[6]. Since parameters of DFC are changed in discrete steps, results of power flow algorithm may not exactly match these discrete points. In this paper for avoiding of complexity and having just a general view, the effect of this mismatch has been neglected.

Most researchers and industries use Newton-Raphson method of Iterative solution [7]. And it is although used in this paper. While traditional power flow program do not

include FACTS controllers, papers have been published dealing with power flow problem considering FACTS controllers [8]-[13]. Undoubtedly, an important part of power system study is power flow, thus for power flow control of a system in presence of DFC, it is very important to include this new FACTS controller in power flow equations.

The objective of the present paper is to develop a power flow model for a power system with DFC and a procedure using which the conventional power flow calculation is systematically extended to include this controller. The modeling approach presented in this paper is tested on a 9-bus system and implemented using MATLAB software package.

II. PRINCIPLES OF OPERATION OF DFC

As mentioned before DFC consists of three main parts. Fig. 1 shows a schematic diagram of DFC which is connected between buses i and j in a transmission system.Vp is the series injected voltage and VE is the parallel injected voltage of the PST. Based on DFC steady state model [2] a Single-phase equivalent model of the DFC is shown in Fig. 2.The details to reduce the single phase PST of Fig. 2 from that of Fig. 1 , under balance conditions are given in [3].Extraction of per-phase representation of the TSC, TSR and MSC is given in [15]. In Figure 2 kL.XL and kC.Xc represents the reactive and capacitive modules (ohmic losses are ignored). k is the PST voltage ratio which is between -1 and 1, XE, XB, XP and Rv are PST internal parameters. So for the line between busses i and j it can be written:

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Since the ideal transformers of the PST do not exchange any power with the system:

Substituting for Ip+Iv from (4) and Iij from (5) in (6) we deduced:

III. POWER FLOW CALCULATION IN PRESENCE OF DFC

The block diagram given in Figure 3 shows a symbolic representation of a power system that includes several generators, loads and a DFC. The power flow equations for a generic bus (bus i) of the power system without DFC is :

Where |Vi|∠δi represents the voltage of Bus i and |Yij|∠θij represents elements of Y-matrix. Equations (1) ,(2) are iteratively Solved using linearized Jacobian equation. The equation is given in (10), where the sub Jacobian matrices are defined as J1=∂P/∂δ, J2=∂P/∂|V|, J3=∂Q/∂δ, J4=∂Q/∂|V|.Use either SI (MKS) or CGS as primary units.

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DFC can actively adjust its internal parameters for controlling active and reactive power flow and regulating the voltage. That means based on power flow solution, parameters P, Q, V, δ at buses which the DFC is located are determined. Thus, the internal control parameters of the DFC can be calculated as follows:

Substituting for Ii from (7) in (11) we deduce

As mentioned, power flow is analyzed based on the preset values of power and voltage magnitude that the DFC is expected to impose. But since the DFC works in discrete steps, a set of solution may not exactly match the actual values of DFC parameters. The consequence mismatch may have effects on analyzing iterations, convergence or even speed of calculations, but not in the results of power flow. This problem can be faced with several ways. In this paper we assume that step magnitudes are close together enough, thus if the calculated values of internal parameters correspond to a point located between two steps by rounding up the parameters to those of the closest step values the probable mismatch error can be neglected. For including the DFC in power flow equations, its circuit model must be changed. In this way it is much easier to write DFC equations in the format of power flow equations. This new model which is extracted from Fig. 2. is illustrated in Fig. 4.

As it shown in Fig.4, circuit model of DFC is converted to a new model, which only consists of one series and one parallel branch. It is clear that the admittance of MSC is included in Ys (Fig. 2) results in Y’s (Fig. 4).

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Parallel branches of PST in Fig.2 can be converted to their Thevenin equivalent, after calculating thevenin parameters, parallel branches can be replaced with an admittance of Yp and a voltage source of Ep as it shown in Fig. 4.

The power flow equations for all busses of the system with DFC in place are the same as those of the system without DFC, except for buses i and j which are shown as follow:

The summation terms in the above equations represents the same equations for the system without DFC. The equations for Pij and Qij are found to be:

The presence of the voltage sources EP and ES introduces four new variables (|EP|, δp, |Es|, δs) to the power flow problem. However |Vi| is now known. Thus three additional equations are needed to solve the power flow problem. Two of these equations are found by equating Pij and Qij to their pre-specified target values Third equation is found by using the fact that the ideal transformers of the PST of DFC do not exchange any real and reactive power with the system. So it can be written:

Thus for implementation of DFC in the conventional Newton-Raphson power flow algorithm these four equations must be take in to consideration. To solve the power flow problem with DFC in place, Jacobian equation is extended and modified as shown in (21) to accommodate the added equations (18 to 20) and the modified ones (14 to 17). As it shown in (21) three rows and three columns are added to the original Jacobian matrix (filled in with grey color), the added elements are although mentioned in these rows and columns. The elements of original Jacobian

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matrix which need to be modified are written in grey cells.

IV. CASE STUDY In order to investigate the feasibility of the proposed procedure, DFC embedded in power flow studies on the 230-400 kv network of a power system which is located in the northern part of Iran. It is predicted that the system will experience unacceptable under-voltage due to increase in load demand. A proposed solution to the problem is to connect bus-7 and 8 through a set of transformers. The power flow shown in Figure (5) are based on the presence of hypothetical transformers. The drawback of proposed connection is that it reduces the loading of the 230 kv line between bus-5 and bus-7 from 382MW to 36MW and it reduces the loading of the 230 KV lines and results in their permanent and uncontrolled under-utilization.

Installation of a DFC in path between bus-5 and 7 is investigated, to increase the 230 KV line power transfer from 53 MW to about 440 MW while maintaining the voltage at both buses 5 and 7.

The DFC composed of of a 115-MWA PST, which can introduce up to -15° phase shift, a three module TSC with reactance of 4, 8 and 12Ω and a MSC system (2×25-MVAr).

Figure 6 shows the receiving-end between the busses which the DFC is in service (MSC is disconnected).The phase shifter of the DFC can increase real power transfer from 70 MW to 275 MW through 18 steps. The series capacitor modules can be controlled to increase real power transfer up to 440-MW by seven steps. These modules can be switched in/out at any tap position. Figure (7) is illustrated including this and impacts of the MSC. In Figure (7) discrete points cover all operating steps of the PST (18 steps), the TSC(7 steps), and the MSC (3 steps) of the DFC unit, i.e 3×18×7=378 discrete operating points. Figure (7) shows that the DFC can maintain active power transfer up to 450 MW, and reactive power up to 40MVAr. Operating point of DFC can change between these points based on scheduled active and reactive power transfer.

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Here the scheduled power transfer which the DFC must maintain is 440 MW, 53 MVAr , so based on these values and equations (12) and (13) the DFC can regulate its internal parameters.

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By controlling reactive power transfer the DFC can although improve voltage profile. The bus voltages (both magnitude and angles) with and without DFC are shown in Table 1. Fig.8 shows the convergence characteristics for iterative soloution in this case. These results are obtained by implementing proposed method using MATLAB package software. Results indicate that after installing the DFC, objective of increasing active power between bus-5 and 7 to 440MW is achieved.

Besides the acceptable voltage profile shows that new algorithm can effectively handle presence of DFC and modification process didn’t destroy the original algorithm.

V. CONCLUSION

In this study an improved steady-state mathematical model for implementation of a new member of FACTS controllers, Dynamic flow controller (DFC), in the conventional Newton-Raphson power flow algorithm has been developed. Besides this paper demonstrates how the conventional power flow solution could systematically be modified and extended to include DFC. Impact of DFC on power flow can be accommodated for by introducing a new suitable model for DFC and then making changes in the linearized Jacobian equation of the original system. An existing power flow program that uses Newton-Raphson method of solution can be easily modified to include DFC using methods introduced in this paper. The study results on the 230-400kv power system located in northern of Iran, show the effectiveness of introduced method. The numerical results although show the robust convergence of the presented procedure.

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ACKNOWLEDGEMENTS

pleased to acknowledge our thankfulness.

This work is supported by NOUSHIRVANI Industrial University of Babol, IRAN. We are

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中文译文

采用动态流量控制器的电力系统的潮流模拟与计算

伊朗巴波尔noushirvani 工业大学电气工程学系 Email: r.ahmadi@ieee.org 谢里夫大学机械工程学系

摘要：本文提出了一种基于FACTS装置的动态流量控制器(DFC)下的电力系统进行潮流计算的新程序。本文重点探讨了在包含DFC的系统中如何扩展系统和修改牛顿-拉夫逊潮流计算方法。含DFC装置的一种新的稳态模型被引入到传统的牛顿-拉夫逊潮流算法下。DFC对潮流的影响是通过在没有DFC的相似系统中增加新的入口可修改雅克比线性方程中的一些因素使系统平衡。本文通过对伊朗北部电力系统研究实例表明所提出方法的有效性。

关键词：动态流量控制器；牛顿-拉夫逊法；潮流

1 引言

FACTS控制装置被视为在重负荷条件又难以建设新输电线路来避免已有输电线路达到输电极限的一种非常有效的解决方法【1】。本文提出了一种新的FACTS装置的动态流量控制器（DFC）。DFC是一种混合补偿装置，即提供串联和并联补偿。与统一潮流控制器（UPFC）相比，其具有成本较低、结构简单、技术成熟、稳定还能降低损耗，提高效益，从而使其替代UPFC。

从结构上讲，DFC由一个机械转换移相变压器（PST）、一个机械转换并联电容器（MSC）、多个功能模块晶闸管投切电容器（TSC）/晶闸管投切电感器（TSR）串联连接构成。在离散步骤下当DFC的参数改变时，潮流计算结果可能不完全符合这些离散点。在本文中，从总体上看为了避免复杂性，这种影响被忽略不计。

大多数研究人员及在工业上都使用牛顿-拉夫逊的迭代解，本文也使用牛顿迭代解。传统潮流程序不包括FACTS控制器，而本文则考虑了FACTS装置在潮流计算中的作用。毫无疑问，潮流问题是电力系统研究中的一个重要部分，因此，DFC装置系统的潮流控制，在潮流方程中包括这种类型的FACTS元件非常重要。

本文的目的是在有DFC的电力系统中建立一个潮流模型和程序使传统的潮流计算系统的扩展到包括此控制器。实验使用MATALAB 软件在一个有9个母线的电力系统图上进行仿真。

2 DFC的运行原则

正如前文所述，DFC由三个主要部分组成，图1 显示DFC的内部结构，即连接传输系统母线i和j之间的部分。VP和VE分别是移相变压器（PST）上的串联输入电压和并联输入电压。依据DFC稳态模型，图2表示为一个DFC的单相等效模型。单相PST从图1到图2在【3】中给出平衡条件下的简化的细节。TSC、TSR和MSC在【15】中给定。在图2中，KL、XL、和KC、XC代表无功的电容性模块。（阻性损耗忽略不计）K是PST电压系数，在-1和1之间，XE、XB、XP和Rv是PST内部参数，因此母线i和j之间的方程可写为：

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理想的PST变压器在系统中不产生任何损耗：

把式子（4）和（5）带入（6）推出：

3 包含DFC系统的潮流计算

图三中的方框图表示出了一个包含几个发电机、负荷和一个DFC装置的电力系统。 在该系统中，不考虑DFC装置时其母线i 上的潮流方程组：

|Vi|∠δi 代表母线i的电压，|Yij|∠θij代表Y-matrix上的元件。 方程(1)、(2)采用迭代法求解线性化方程。

在图（10）中给出了方程，雅可比矩阵的定义为J1=∂P/∂δ, J2=∂P/∂|V|, J3=

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∂Q/∂δ, J4=∂Q/∂|V|。使用SI(MKS)或CGS作为单位。

DFC能自动调整其内部参数有功和无功功率流控制及调节电压。这意味着基于潮流问题的解决，母线参数 P, Q, V, δ确立，则DFC的位置被确定。因此，DFC内部控制参数可以用下面公式计算：

把方程（7）带入（11）得出：

如前所述，潮流分析建立在预计实施DFC的系统其功率及电压等级预设的基础上。但当DFC在离散状态下工作时，得到的结果与DFC实际参数可能不完全匹配。结果不匹配对迭代分析、计算收敛速度可能有影响，但不在潮流结果中显示。这个问题可以通过几种方法解决。在本文中,我们假设每一步大小非常接近就够了，如果内部参数的计算值是对应于两步之间的点，则通过舍入离其中一步最近点的参数，由此产生的不匹配误差可以忽略不计。

对于包含DFC装置的潮流公式中，其电路模型必须改变。用这种方法更容易写出潮流方程格式的DFC方程。在图2和图4中说明这种新模型。

如图4所示，包含DFC装置的模型转换成了一种新的模型，其仅由一个串联和一个并联回路构成。可以看出MSC的导纳包括在图2中，结果则显示在图4中。

图2 中的PST 并联支路转化为戴维南等效形式，计算戴维南参数之后，并联支路参数由图4中的电压源Ep和导纳Yp代替。除了母线i和母线j之外，在含DFC装置的系统，其所有母线潮流方程与无DFC装置的系统相同，母线i和j的方程如下：

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上述式子可用来表示无DFC装置系统的同一方程式。Pij和Qij方程如下：

对于潮流问题，现场电压源采用四个新变量（|Ep|,δp,|Es|,δs）。然而|Vi|的值是未 知的。因此要解决潮流问题需要附加三个方程。其中的两个方程通过使Pij和 Qij与先前指定目标值相等而建立，第三个方程则通过使用DFC装置中的理想变压器PST的实际值而不改变系统的无功功率来建立，因此可写为下式：

因此在传统的牛顿--拉夫逊算法中，有DFC装置的系统必须考虑这四个方程的作用。 为了在适当的地方解决包含DFC装置系统的潮流问题，雅可比方程被扩展和修改如图矩阵（21）以适应增加的方程（18到20）和修改后的的几个方程（14到17）。如图所示，它们以三行三列的形式增加到雅可比矩阵（以灰色填充的部分），新增的元素也放入了这三行三列中，初始雅可比矩阵的元素需要修改的地方以灰色形式表示。

四 案例研究

为了研究计划的可行性，DFC装置被装载在伊朗北部的一个230KV-400KV的电力系统网络中。据预测，系统将由于负荷增加而遭遇不可接受的电压降低。这个问题的解决方法是将母线7与母线8之间通过一组变压器连接，其潮流依据假设变压器的存在，在图5上显示。这个方案的缺陷是，会导致母线5和母线7的230KV连接线之间的负荷从382MW减小到36MW，还会使其他230KV传输线负荷降低，并导致永久的不可控不和不可利用。 通过研究，DFC装置安装在母线5和母线7之间，并在维持母线5和母线7上电压的同时，将230KV线上的传输功率从53MW增大到440MW左右。

DFC由一个115-MWA移相变压器PST组成，其能达到-15度的相位变换，三个TSC模块，阻抗分别为4、8和12Ω，和一个MSC系统（2×25-MVAr）

图6所示DFC装置投入使用的母线受电端（MSC未连接）。DFC的移相功能可使实际功率以18个等级从70MW增加到225MW。被控制的串联电容器模组通过7步把实际功率转换到440-MW.这些模组在任一分接头位置都可以接入或切除。图7所示包含以上所示并且MSC投入使用。在图7中的离散点覆盖DFC单元中PST的所有运行等级（18个等级），TSC（7个等级），和MSC（3个等级）。例 3×18×7=378离散点。图7所示DFC可以维持有功功率传输达到450MW，无功功率达到40MVAr。DFC的运行点可依据有功功率和无功功率传输的计划在这些点之间进行调整。

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这里电力传输的计划，其中DFC装置系统有功功率必须维持在440MW,无功功率必须达到53MVAr。根据这些值和方程12、13，DFC可以调节它的内部参数。通过控制无功功率的

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转换，DFC可以改善电压分布。表1所示在无DFC和有DFC的两种情况下，母线电压（量值、和角度）的变化。图8所示该实验迭代法的收敛性能。这些结论是通过使用MATLAB软件实现的，结论说明当系统中安装有DFC装置时，使母线5和母线7的有功功率增加到440MW是能够实现的。图示中可接受的电压分布显示出新算法可有效的处理有DFC装置的系统，而且改进进程不会破坏初始算法。

五 结论

在这项研究中，针对FACTS装置中的新成员动态流量控制器提出了一种改进的稳态数学模型来执行，使传统的牛顿-拉夫逊潮流算法得到改进。除了介绍了常规的电力系统的解决方案，还系统的介绍了包含DFC装置的系统的修改和扩展。DFC对潮流的影响通过引入新的合适的DFC和对初始系统的线性雅可比方程进行修改而符合要求。现有的潮流程序的算法使用是牛顿-拉夫逊算法可以很方便的对本文介绍的DFC所采用的方法进行修改。研究结果中显示介绍方法有效性的200-400KV电力系统位于伊朗的北部。研究的数值结果也证明了所提出程序的收敛鲁棒性。

致谢

这项研究得到了伊朗NOUSHIRVANI工业大学的支持，很高兴在这里能表达我们的谢意！

中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第52

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致 谢

本文是在董新伟老师的精心指导和大力支持下完成的。董老师平日里工作比较繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予我悉心的指导和帮助。即使有时出差不在学校，也及时通过邮件等方式解答我在设计中遇到的问题。可以说，没有董老师的悉心指导和帮助，我是不可能顺利完成我的毕业设计的。董老师严谨的治学态度、渊博的学识，干练的工作作风以及高尚的人格魅力，都深深的感动了我，给我以教诲和鞭策。他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

感谢电气工程及其自动化专业的所有老师在我四年的大学期间在学习生活上给予我的帮助；感谢研究生国芳小师姐，帮我解答了许多设计中的难题；感谢本专业同组的同学在设计中对我的帮助；感谢我的舍友在设计阶段对我生活上、学习上的照顾。

最后，要感谢家人对我的理解、支持、和关心，这四年来家人为我付出了太多太多，能够顺利的完成学业是和家人对我的支持是分不开的。

由于本人学识水平、时间、精力的局限，文中肯定有许多不尽如人意和不完善之处，我将在日后的工作、学习中不断加以思考、总结和完善。