基于PSSE的電力系統(tǒng)仿真計算及分析

1、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：基于PSS/E的電力系統(tǒng)潮流計算及結(jié)果分析 姓 名： 學(xué) 院： 電氣工程與自動化學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動化 年 級： 校內(nèi)指導(dǎo)教師： （簽名） 年 月 日基于PSS/E的電力系統(tǒng)潮流計及結(jié)果分析摘 要電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)的重要手段之一。通過電力系統(tǒng)潮流計算，能夠計算出各個節(jié)點的電壓和功率分布，檢查節(jié)點電壓和潮流分布是否符合要求；同時，能夠分析出合理的潮流分布，從而降低全網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)損；除此之外，在正常檢修及特殊運行方式下，還能通過潮流計算得知電廠開機方式，為預(yù)想事故、設(shè)備退出等情況作出理想的調(diào)整方案。為了完成本次設(shè)計，需要學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)仿真軟件PSS/E

2、，了解其各個功能，學(xué)會軟件中數(shù)據(jù)卡的填寫，以及各個元件的模型。并通過對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)書中的簡單例題進行仿真，了解自己學(xué)習(xí)該軟件的程度。接著通過仿真軟件PSS/E對IEEE39節(jié)點系統(tǒng)進行潮流計算，在仿真成功的基礎(chǔ)上，分析改變系統(tǒng)無功功率對系統(tǒng)電壓的影響，改變有功功率對系統(tǒng)電壓相角的影響以及改變變壓器的變比對系統(tǒng)電壓的影響，同時對IEEE39節(jié)點系統(tǒng)進行經(jīng)濟調(diào)度，分析如何合理分配發(fā)電機的有功出力，降低網(wǎng)損，以達到經(jīng)濟運行的效果。在分析中，多次用到舉例和對比的方法，大大提高了實驗結(jié)果的可靠性。最后通過上述仿真，得到的實驗結(jié)論如下：通過調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的無功功率能夠改善系統(tǒng)節(jié)點的電壓；得到了負荷的有功功率

3、與系統(tǒng)電壓的相角的變化關(guān)系；得到了變壓器變比與電壓的關(guān)系；還得到了不同煤耗率的發(fā)電機與其所承擔(dān)的負荷的關(guān)系，具體參見論文正文。關(guān)鍵字：PSS/E,電力系統(tǒng)潮流計算,IEEE39節(jié)點系統(tǒng),變壓器Power flow calculation of power systems and analysis of its results based on PSS/EAbstractPower flow calculation is one of the important means to study power system. Through the power flow calculation, we

4、 can calculate the voltage of each node and the power distribution, so that we can check whether the voltage of nodes and current distribution satisfy demand or not. At the meantime, we can analyse the reasonable distribution of power flow. In addition, under the normal maintenance and the special o

5、peration mode, we can also through power flow calculation to know that the start-up mode of power plants, so we can make good preparations for contingency and the dropping out of equipments.In order to complete the paper, I need to learn about the power system simulation software PSS/E. Including un

6、derstanding its various functions, learning to fill data cards, and studying the model of each component. And use PSS/E to simulate a simple example of the book to check out the degree of learning this software.Then I use PSS/E to simulate IEEE39 nodes system. On the basis of success, I analyze that

7、 the effect of reactive power on the system voltage, the effect of active power on the system voltage phase angle and the influence of variable ratio on the system voltage. Meanwhile, the economic dispatch of IEEE39 node system is carried out to analyze how to allocate the generator active power, so

8、 as to decrease network loss to achieve the effect of economic operation. During this experiment, we use several examples and comparison，and greatly improve the reliability of the experimental results.Finally through the simulation, the experimental conclusion is as follows: By adjusting the power s

9、ystem reactive power can improve system node voltage; I get the relationship between the load of active power and the change of the system voltage phase angle; I get the relationship between ratio and voltage, and the connection between different coal consumption rate of generator and load. Specific

10、 see the text. Key words：PSS/E, power flow calculation, IEEE39 nodes system, transformer 目 錄摘 要IAbstractII第一章緒論11.1 引言11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本文主要工作2第二章 電力系統(tǒng)潮流計算方法介紹32.1 電力系統(tǒng)潮流計算的基本介紹32.2 電力系統(tǒng)潮流計算的基本條件42.3 電力系統(tǒng)潮流計算的主要方法62.3.1 牛頓拉夫遜迭代過程的推導(dǎo)62.3.2 牛頓拉夫遜法潮流計算方法72.3.3 PQ分解法潮流計算方法112.3.4 高斯賽德爾迭代法及其改進方法142.3.5 總結(jié)

11、15第三章 利用PSS/E進行電力系統(tǒng)潮流仿真163.1 PSS/E概述163.2 PSS/E潮流計算功能163.3 PSS/E數(shù)據(jù)卡的填寫173.3.1 母線數(shù)據(jù)173.3.2 發(fā)電機數(shù)據(jù)173.3.3 支路數(shù)據(jù)183.3.4 變壓器數(shù)據(jù)183.3.5 變壓器模型193.4 算例及其分析23第四章 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)及其分析294.1 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)的仿真294.2 無功補償對電壓大小的影響304.3 有功功率對電壓相角的影響364.4 改變變壓器變比對系統(tǒng)電壓的影響384.5 經(jīng)濟調(diào)度分析42結(jié)論48參考文獻49致謝49基于PSS/E的電力系統(tǒng)潮流計及結(jié)果分析第一章 緒論1.1 引

12、言電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)潮流計算是其中最重要的任務(wù)之一。電力系統(tǒng)潮流計算是根據(jù)給定的運行條件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如各母線上的電壓幅值和相角、各個節(jié)點的負荷大小及變壓器的參數(shù)1,3。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃的基礎(chǔ)，對整個電力網(wǎng)絡(luò)的運行有很大的幫助,比如在電網(wǎng)規(guī)劃時，可通過潮流計算，設(shè)計出無功功率的補償點、選擇合適的補償方案以達到電網(wǎng)的運行條件；在系統(tǒng)進行檢修時，通過潮流計算得知電廠中發(fā)電機組的啟停情況以及如何分配有功、無功；同時，還可以為預(yù)想事故、設(shè)備退出等情況作出理想的調(diào)整方案5,9,12。本課題研究運用仿真軟件PSS/E，對電力系統(tǒng)潮流的計算進行模擬

13、，同時研究影響系統(tǒng)電壓質(zhì)量的因素及經(jīng)濟調(diào)度分析。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國外，最先將隨機分析方法運用于電力系統(tǒng)潮流計算的是B.Borkowska，他提出在潮流計算中，將負荷和發(fā)電量在單位時間瞬間被看成隨機變量，能夠解決在傳統(tǒng)的潮流計算中不確定性給結(jié)果帶來的影響，對系統(tǒng)運行很有用。蒙特卡羅仿真方法是一種可以獲得狀態(tài)變量和支路潮流的累積分布函數(shù)方法，它是通過節(jié)點注入的有功功率和無功功率來計算，并從多次計算的結(jié)果中統(tǒng)計狀態(tài)變量和支路潮流的隨機分布情況。通常為了得到精確值，需要進行上幾千次的仿真計算。除上述所述的方法，國外還提出用卷積方法等。目前國內(nèi)大多還是使用傳統(tǒng)的確定性潮流分析方法，它是根據(jù)節(jié)點

14、負荷和系統(tǒng)中發(fā)電機組的使用情況，在已知條件的基礎(chǔ)上進行運算。但由于實際情況往往包含很多不確定性，因此有必要將不確定變量的隨機理論計入潮流計算中。隨后，國內(nèi)提出了在隨機潮流計算中設(shè)置電壓控制節(jié)點的概念和方法，可以分析電壓波動對潮流的影響。后來還提出了一種包含統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）的隨機潮流算法、隨機潮流與二階連續(xù)潮流（QCPF）相結(jié)合的算法、隨機潮流方法應(yīng)用于隨機網(wǎng)損的算法等等15。1.3 本文主要工作緒論部分，闡述電力系統(tǒng)潮流計算的意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。正文部分對電力系統(tǒng)潮流計算相關(guān)知識進行介紹，以及如何使用仿真軟件PSS/E進行仿真時的數(shù)據(jù)卡填寫及操作步驟，并對一個簡單的例子進行運算。重

15、點是用軟件PSS/E對IEEE39節(jié)點系統(tǒng)進行仿真，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合已學(xué)知識研究各種條件對系統(tǒng)電壓的影響，最終得到結(jié)論。第二章 電力系統(tǒng)潮流計算方法介紹2.1 電力系統(tǒng)潮流計算的基本介紹 1956年，Ward等人將電子計算機運用在了電力系統(tǒng)潮流計算中。最初的潮流計算方法是基于導(dǎo)納的高斯賽德爾法，隨后發(fā)展成為了基于阻抗的高斯賽德爾法。1961年Van Ness等人提出了牛頓法，并隨之出現(xiàn)了許多基于該方法的改進方法。80年代Sun DI提出了最優(yōu)潮流牛頓法，該方法與解耦技術(shù)結(jié)合，形成了解耦型最優(yōu)潮流牛頓算法2,3。本文主要介紹的電力系統(tǒng)潮流計算方法有五種：牛頓拉夫遜法、PQ分解法和高斯賽德爾法以及

16、改進的高斯賽德爾法。潮流計算的一般流程圖如下：圖2-1 電力系統(tǒng)潮流計算基本流程圖2.2 電力系統(tǒng)潮流計算的基本條件 在電力系統(tǒng)潮流計算中，若我們已知各節(jié)點的電流，則可根據(jù)公式直接求出節(jié)點的電壓。但是在工程實踐中我們往往只知道各節(jié)點的功率，這時候需要通過迭代解非線性節(jié)點電壓方程 。接下來將介紹解決各種迭代非線性電壓方程所需要的基礎(chǔ)知識。（1） 功率方程對于n個節(jié)點來說，其電流方程為： （，=1,2，.,n）假設(shè)線路有兩個節(jié)點，節(jié)點1的自導(dǎo)納為，節(jié)點2的自導(dǎo)納為，且，它們之間的互導(dǎo)納為。則流入節(jié)點1、2的電流為：故得： (2-1)其中，令； ； 帶入式，并將有功、無功功率分列： (2-2)（2）

17、 變量的分類由公式(2-2)可知，對于n個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，共有2n個功率方程，除了 外，共有12個變量。分別為：擾動變量：； 控制變量：；因變量：當(dāng)系統(tǒng)有n個節(jié)點時，上述三個變量各有2n個，總共有6n個變量。為了方便求解，給定（n-1）對控制變量 ，留下一對待定；給定一對 ，求剩下的（n-1）對狀態(tài)變量。這樣，就可以從2n個方程式中求解2n個未知變量了。（3） 約束條件首先，對控制量的約束條件是： (2-3)其次，對狀態(tài)變量的約束條件是： (2-4)（4） 節(jié)點的分類在計算之前，對節(jié)點進行分類：節(jié)點:這類節(jié)點給定的是節(jié)點功率(,),待求量是節(jié)點電壓向量(,)。屬于這一類節(jié)點的有按有功、無功功率發(fā)電

18、的發(fā)電廠和沒有其他電源的變壓所母線5,7,9,10。節(jié)點:PV點給定的是有功功率P和電壓幅值,待求量是節(jié)點無功功率和電壓相角。應(yīng)注意,這類節(jié)點必須有足夠的可調(diào)無功電源,用以維持給定的電壓幅位5,7,9,10。平衡節(jié)點:平衡節(jié)點是給定電壓幅值和電壓相角的節(jié)點, 未知量是該點的有功功率、無功功率 ,并以此電壓相量作為系統(tǒng)電壓的基準(zhǔn)值,整個系統(tǒng)的功率平衡都由該節(jié)點承但。因此,平衡節(jié)點應(yīng)有足夠的容量。一般選系統(tǒng)中的調(diào)頻廠作為平衡節(jié)點,但只能選一個對系統(tǒng)影響較大的電廠作為平衡節(jié)點,有時為了提高收斂性,也可選出線數(shù)最多的發(fā)電廠作平衡節(jié)點5,7,9,10。在一個系統(tǒng)中，節(jié)點是大量的，節(jié)點是少量的，平衡節(jié)點是

19、必不可少的。2.3 電力系統(tǒng)潮流計算的主要方法 在本文2.2節(jié)中簡單介紹了電力系統(tǒng)潮流計算的基本條件，接下來在此基礎(chǔ)上介紹電力系統(tǒng)潮流計算的幾種主要方法。2.3.1 牛頓拉夫遜迭代過程的推導(dǎo) 牛頓拉夫遜法(簡稱牛頓法)在數(shù)學(xué)上是求解非線性代數(shù)方程式的有效方法。其要點是把非線性方程式的求解過程變成反復(fù)地對相應(yīng)的線性方程式進行求解的過程，即通常所稱的逐次線性化過程。設(shè)有二階方程組： 已知 ，與真解的差為 ，則得到如下關(guān)系式： (2-5)按照泰勒級數(shù)展開： (2-6)寫成矩陣形式： (2-7)同理，當(dāng)條件為n維非線性方程組時，可得到修正方程組的矩陣： (2-8)可以縮寫為：。其中 為雅克比矩陣，為

20、組成的列向量，為不平衡量的列向量。2.3.2 牛頓拉夫遜法潮流計算方法設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有n個節(jié)點，一個平衡節(jié)點為s。網(wǎng)絡(luò)中有（m-1）個PQ節(jié)點，包括平衡節(jié)點s，還有n-m個PV節(jié)點。在直角坐標(biāo)下：將 和 帶入 ： (2-9)得到： (2-10) 根據(jù)修正方程組的矩陣，可得： = (2-11)其中 (2-12)雅克比矩陣中，各個參數(shù)為： (2-13) 當(dāng) 時： (2-14) 當(dāng) 時： (2-15)在極坐標(biāo)下：將 和 帶入 ： (2-16)故： (2-17)當(dāng)采用極坐標(biāo)時，待求的只有電壓的實數(shù)部分、虛數(shù)部分 和注入的無功功率，未知變量和方程式數(shù)均少了（n-m）個。根據(jù)修正方程組的矩陣，可得： (2-18

21、)其中 (2-19)雅克比矩陣中 (2-20)當(dāng) 時： (2-21)當(dāng) 時： (2-22)通過上述推導(dǎo)，我們得到牛頓拉夫遜算法的基本步驟為： 形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣 ； 設(shè)各個節(jié)點電壓的初值 ； 求出修正方程的不平衡量 ； 求出雅克比矩陣各個元素 ； 解修正方程，求出 ； 計算各節(jié)點電壓的新值： 或 將求出電壓的心智自第三步開始進入下一次迭代； 求出平衡節(jié)點的功率及線路功率。牛頓拉夫遜計算法的優(yōu)點在于收斂快，但是在起始估計電壓不夠精確的情況下，計算常常歸于失敗13,14。2.3.3 PQ分解法潮流計算方法PQ分解法與牛頓拉夫遜方法有一定的聯(lián)系，將極坐標(biāo)下的牛頓拉夫遜法進行重排： (2-23)簡寫為：

22、 (2-24)接著對修正方程進行簡化： 第一個簡化：電力網(wǎng)絡(luò)中，特別是高壓電網(wǎng)中，輸電線路的電抗比電阻大得多，以至于改變電壓相位主要影響各節(jié)點的有功功率，改變電壓大小主要改變各節(jié)點的無功功率。故可以將子陣N、J略去。 第二個簡化：一般線路兩端電壓的相角差不大，即不會過大，再由 ，故近似認(rèn)為：。 第三個簡化：當(dāng)時，由（2）的化簡可得： (2-25)當(dāng)時，同理由（2）的化簡可得： (2-26) 而此時，各節(jié)點的無功功率也可以化簡為： (2-27)故 其中 ，上式可化為 。雖然兩者表達式相同，但是要注意的是前者是（n-1）階、后者為（m-1）階。綜上： (2-28) (2-29)將變換的H、L帶入

23、，得，再化簡得： (2-30)故最終可將修正方程化簡為： (2-31) (2-32)簡寫為： (2-33)在計算 時，略去串聯(lián)元件的電阻；在計算時,忽略接地支路;H和L中的電壓均置為1。PQ分解法潮流計算的基本步驟可以概括為： 形成系數(shù)矩陣、，并求其逆陣； 設(shè)各節(jié)點電壓的初值； 根據(jù)公式求出 ，從而求出； 求解關(guān)于的修正方程，進而求出電壓相位角； 求出電壓相角的新值； 根據(jù)公式求出 ，從而求出； 求解關(guān)于的修正方程，進而求出； 求出電壓大小的新值 ； 根據(jù)求出的新值自第三步開始進入下一次迭代； 計算平衡節(jié)點功率和線路功率。PQ分解法派生于以極坐標(biāo)表示的牛頓一拉夫遜法，但是它做了合理的簡化，使得

24、運算速度大大提高，是目前計算速度最快的潮流算法。2.3.4 高斯賽德爾迭代法及其改進方法研究牛頓迭代法，我們發(fā)現(xiàn)在計算到 時，分量 都已經(jīng)求得，而仍用舊分量 計算。由于新計算出的分量比舊分量準(zhǔn)確些，因此設(shè)想一旦新分量求出，就用它們?nèi)ヌ娲趴吮鹊ㄖ械膩砬?。這就是高斯賽德爾迭代法。其公式如下：(2-34)高斯一賽德爾潮流計算法原理簡單，編程實現(xiàn)容易，特別是對于配網(wǎng)潮流有其獨特優(yōu)勢。但是，每次迭代求得的節(jié)點電壓后，應(yīng)對它們的大小按給定值修正，并根據(jù)調(diào)整這些節(jié)點注入的無功功率。而在牛頓法以及各種解耦法出現(xiàn)以后成了一種邊緣性的方法。由于高斯賽德爾的收斂性能較差，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增大時，迭代次數(shù)急劇上升。為

25、提高算法收斂速度，常用的一種方法是在迭代過程中引入加速因子。這就是改進的高斯賽德爾潮流計算法。對的取值目前并無太多的研究成果，只有在1950年，Young提出的最佳加速因子公式： 。為本文中高斯法迭代矩陣， 是 的譜半徑( 中絕對值最大的特征值的絕對值)。引入加速因子, 可以大大改善它的收斂速度，減少了高斯塞德爾法潮流計算收斂次數(shù)，且附加計算量非常少。2.3.5 總結(jié)目前使用得比較廣泛的方法時牛頓拉夫遜法潮流計算和PQ分解法潮流計算。在這兩個算法中，若為滿足高精度要求進行潮流計算，宜選擇牛頓拉夫遜法；若為追求系統(tǒng)潮流計算速度，宜選擇PQ分解法。而高斯賽德爾法由于在計算大規(guī)模系統(tǒng)潮流時，計算時間

26、過長，只適用于小規(guī)模系統(tǒng)，故在潮流計算中已慢慢被淘汰。第三章 利用PSS/E進行電力系統(tǒng)潮流仿真3.1 PSS/E概述PSS/E是一款用來研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的程序包，它以潮流計算為核心，將優(yōu)化潮流計算、故障電流分析、穩(wěn)定計算等集成在一個軟件包內(nèi)4，其關(guān)系圖如圖3-1所示：圖3-1 PSS/E功能模塊3.2 PSS/E潮流計算功能 PSS/E一共提供了5種潮流計算的方法，牛頓拉夫遜法（Newton-Raphson）、解偶的Newton-Raphson 法、快速的Newton-Raphson法、高斯賽德爾法（Gauss-Seidel）以及改進的高斯賽德爾法4,6,8。這五種方法可以在計算中可以

27、相互切換，如圖3-2、3-3： 圖3-2 牛頓-拉夫遜法 圖3-3 高斯-賽德爾法這五種算法都有各自的特點可參見本文2.3節(jié)。3.3 PSS/E數(shù)據(jù)卡的填寫在進行潮流計算時，需要對以下幾個方面進行數(shù)據(jù)卡的填寫：3.3.1 母線數(shù)據(jù)在PSS/E中的每一條母線由一個母線數(shù)據(jù)記錄表示。母線數(shù)據(jù)記錄有以下的格式：表3-1 母線數(shù)據(jù)卡的填寫選項功能I母線數(shù)量（1到99997）IDE母線類型編號：1為負荷母線（無發(fā)電機）；2為發(fā)電機母線節(jié)點或電廠節(jié)點（或者是電壓調(diào)節(jié)或者是固定MVAR）；3為平衡節(jié)點；4為孤立母線 。PL負荷有功功率，視為恒定，單位為MW，缺省值為0。QL 負荷無功功率，視為恒定，單位為M

28、VAR，缺省值為0。BASKV母線基準(zhǔn)電壓，單位為KV，缺省值為0。ZONE區(qū)域（1到999），缺省值為1。3.3.2 發(fā)電機數(shù)據(jù)在PSS/E中，系統(tǒng)中每一個發(fā)電機節(jié)點或發(fā)電廠節(jié)點以發(fā)電機數(shù)據(jù)記錄來表示。特殊情況下，每一個在母線數(shù)據(jù)輸入時對應(yīng)類型編號為2或3的母線必須有一個發(fā)電機數(shù)據(jù)記錄和它對應(yīng)。發(fā)電機母線數(shù)據(jù)記錄有以下的格式： 表3-2 發(fā)電機數(shù)據(jù)卡的填寫選項功能I母線號（1到99997）ID單字符的發(fā)電機識別代號（0到9或者A到Z）。缺省值為1。PG發(fā)電機的有功出力，單位為MW。缺省值為0。QG發(fā)電機的無功出力，單位為MVAR。缺省值為0。QT發(fā)電機的最大無功出力，單位為MVAR。對于固定

29、出力的發(fā)電機（也就是沒有調(diào)節(jié)），QT必須和固定無功出力相同。缺省值為9999。QB發(fā)電機的最小無功出力，單位為MVAR。對于固定出力的發(fā)電機，QB必須和固定無功出力相同。缺省值為-9999。 續(xù)表3-2VS被控的電壓給定值，采用標(biāo)幺值，缺省值為1。RT,XT升壓變壓器的阻抗，XTRAN；以標(biāo)幺值（MBASE為基準(zhǔn)）輸入。缺省情況下，兩者均為0。3.3.3 支路數(shù)據(jù)PSS/E中每個要表示的交流網(wǎng)絡(luò)支路通過讀入一個支路數(shù)據(jù)記錄來引進。支路數(shù)據(jù)記錄有以下的格式： 表3-3 支路數(shù)據(jù)卡的填寫選項功能I支路的“始端母線”編號。對變壓器來說，這個母線是抽頭邊的母線。J支路的“末端母線”編號。對變壓器來說，

30、這個母線是阻抗邊的母線。J為負值時說明這個母線是被測端點；否則，母線I為被測端點。R支路電阻，標(biāo)幺值表示。每個支路都必須輸入R的值。X支路電抗，標(biāo)幺值表示。每個支路都必須輸入一個不為0的X的值。B整個支路的充電電導(dǎo)。標(biāo)幺值表示。缺省值為0。3.3.4 變壓器數(shù)據(jù)變壓器的自動調(diào)節(jié)和移相控制參數(shù)在變壓器調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)記錄里設(shè)定。只有被設(shè)定為變壓器的支路（也就是說，RATIO值不為0的支路）才可以有變壓器調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)記錄。所有的變壓器都是可調(diào)節(jié)的，控制系數(shù)可以在源數(shù)據(jù)讀入時或者在隨后的GHNG或XCHG功能中指定。任何一個沒有提供控制數(shù)據(jù)的變壓器都會被賦予缺省數(shù)據(jù)。缺省數(shù)據(jù)將變壓器視為固定分接頭。變壓器調(diào)節(jié)數(shù)

31、據(jù)有以下的格式： 表3-4 變壓器數(shù)據(jù)卡的填寫選項功能I“始端母線”編號。J“末端母線”編號。CKT回路標(biāo)識符；以I，J，CKT描述的支路必須是在輸入支路數(shù)據(jù)記錄中RATIO值不為0的支路。Winding I/O code變壓器的變比可以選擇為標(biāo)幺值，或者實際值來表示。Impendence I/O code變壓器的電阻可以選擇用標(biāo)幺值或者實際值來表示。Admittance I/O code變壓器的電抗可以選擇用標(biāo)幺值或者實際值來表示。Specified R變壓器的電阻。Specified X變壓器的電抗。Winding MVA BASE變壓器的額定容量。Winding 1 Ratio變壓器一次

32、側(cè)的電壓，填入實際值或標(biāo)幺值。Winding 2 Ratio變壓器一次側(cè)的電壓，填入實際值或標(biāo)幺值。3.3.5 變壓器模型二次變壓器的模型可以參考圖3-4：圖3-4 二次變壓器模型一、二次側(cè)電壓分別假定為和，電流為和，繞組間交鏈的磁通為。還有兩側(cè)的漏磁通，分別設(shè)為、。線圈中的磁通分別可以表示為： （3-1） （3-2） （3-3）在正弦交流情況下，由麥克斯韋定律可得到電壓的關(guān)系為： （3-4） （3-5）結(jié)合以上，可得： （3-6）其中，和為繞組兩側(cè)的漏抗，將它們分別定義為、，故公式（3-6）可以改寫為： （3-7）由公式（3-7）和已學(xué)知識，我們可得到二次變壓器的等效電路圖，如圖3-5：圖3

33、-5 二次變壓器等效電路圖(1) 單位變壓器單位變壓器兩側(cè)繞組的匝數(shù)、要滿足： （3-8）實際中每個繞組匝數(shù),n1和n2,不一定等于基礎(chǔ)匝數(shù)，可定義： （3-9）將公式（3-7）除以，可得到單位變壓器的繞組側(cè)電壓為： （3-10）由公式（3-10）可得到單位變壓器的等效電路圖為，如圖3-6：圖3-6變壓器等效電路但顯然這等效電路不適合一般電力系統(tǒng)分析使用,因為單位阻抗和不是常數(shù)。結(jié)合公式（3-6）和公式（3-7），可得： （3-11）在改變變壓器抽頭的位置時，也會改變、和、也會相應(yīng)變化，實際情況中常常定義兩個單位阻抗、，并且假設(shè)、不隨變壓器的抽頭變化而變化。其中： （3-12）由去公式（3-1

34、0）和公式（3-12）可得： （3-13）根據(jù)公式（3-13），可得到單位變壓器的另一個等效圖，如圖3-7：圖3-7 單位變壓器的等效電路圖目前使用最廣泛的是將單位變壓器的變比等效為單位匝數(shù)比： （3-14a）有變壓器兩側(cè)電壓電流與匝數(shù)的關(guān)系： （3-14b）將公式（3-13）乘以 ，可得到： （3-15）習(xí)慣上用、表示一二側(cè)，故公式（3-15）可改寫為： （3-16）設(shè)： （3-17）由公式（3-16）得到的等效電路圖3-8，這種標(biāo)準(zhǔn)的正序變壓器模型被大多數(shù)公用數(shù)據(jù)庫使用：圖3-8 標(biāo)準(zhǔn)的單位變壓器等效圖在PSS/E計算中，對于、，通常使用內(nèi)部計算： （3-18a） （3-18b）（2） 有

35、載調(diào)壓器有載調(diào)壓器的等效電路圖同圖3-8。根據(jù)等效圖，PSS/E仿真運算中，在使用有載調(diào)壓器時，切換抽頭只影響一側(cè)的繞組的匝數(shù)，即j側(cè)的匝數(shù)固定為1。例子：一雙繞組變壓器的變比為230/110KV,則當(dāng)使用PSS/E輸入時，根據(jù)公式(3-18b)，得到變比，則使用PSS/E時，輸入的變比應(yīng)該為1.05:1。3.4 算例及其分析本文對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中的例題3-4的5節(jié)點圖進行仿真計算，通過仿真軟件PSS/E的數(shù)據(jù)卡填寫后，可自動生成系統(tǒng)電路圖。圖中包括各個支路的潮流、節(jié)點的注入功率以及變壓器的變比等數(shù)據(jù)，如圖3-9：圖3-9 5節(jié)點網(wǎng)絡(luò)接線圖根據(jù)題意及分析，圖中節(jié)點1為平衡節(jié)點，節(jié)點2-4位P

36、Q節(jié)點，剩下的節(jié)點5位PV節(jié)點。將所有數(shù)據(jù)歸算到標(biāo)幺值，得節(jié)點1的電壓為1.1；各個支路的參數(shù)見表3-5：表3-5 支路參數(shù)標(biāo)幺值支路1-23-44-5電阻0.0121900.1342980.134298電抗0.0650800.2966120.296612變壓器參數(shù)見表3-6： 表3-6 變壓器參數(shù)標(biāo)幺值變壓器1-5（T1）2-3（T2）電阻0.0061980.227273電抗0.0016530.047521容量/MVA60.0000240.0000變比230/110KV230/121KV接著采用PSS/E進行仿真：首先必須建立一個網(wǎng)絡(luò)，如圖3-10：圖3-10 網(wǎng)絡(luò)的建立點擊確定后，出現(xiàn)如圖

37、3-11對話框：圖3-11 基礎(chǔ)設(shè)定可在如上圖所示處設(shè)定系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量和頻率，點擊OK后，進入到數(shù)據(jù)卡選擇處，如圖3-12：圖3-12 數(shù)據(jù)卡填寫界面進行電力系統(tǒng)潮流計算需要填寫的數(shù)據(jù)卡有：Bus、Machine、Branch、2 winding（若系統(tǒng)為雙繞組變壓器，若為三繞組變壓器，則為3 winding）。先介紹節(jié)點（Bus）的數(shù)據(jù)填寫，具體要求可見3.3.1節(jié)，填寫過程中不需要的數(shù)據(jù)可以不填，按照要求填寫的數(shù)據(jù)如圖3-13：圖3-13 節(jié)點數(shù)據(jù)卡的填寫發(fā)電機的數(shù)據(jù)卡填寫相同，數(shù)據(jù)卡填寫后如圖3-14：圖3-14 發(fā)電機數(shù)據(jù)卡的填寫同理得到負荷的數(shù)據(jù)卡，如圖3-15：圖3-15 發(fā)電機數(shù)

38、據(jù)卡的填寫填寫支路阻抗的數(shù)據(jù)需注意：數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)化為標(biāo)幺值填入，如圖3-16：圖3-16 支路阻抗數(shù)據(jù)卡的填寫變壓器數(shù)據(jù)卡中變壓器的變比的填寫方式可采納本文3.3.4節(jié)中變壓器的模型介紹，對于變壓器T1，變比為230/110KV,根據(jù)式公式(3-18b)得輸入的變比t=1.05。對于T2，變比為230/121KV，同理得 。變壓器變比的選擇如圖3-17所示：圖3-17 變壓器變比填寫采用標(biāo)幺值時，數(shù)據(jù)卡的填寫如圖3-18所示：圖3-18 變壓器數(shù)據(jù)卡的填寫（標(biāo)幺值）以上就是進行電力系統(tǒng)潮流計算仿真所需要填寫的數(shù)據(jù)。之后，進行仿真計算，點擊Power Flow >Solution> So

39、lve（NSOL/FNSL/FDNS/SOLV/MSLV），即可選擇所需要的計算方法，如圖3-19：圖3-19 計算方式的選擇本題采用的是牛頓拉夫遜法，進行運算之后的結(jié)果如下：各個節(jié)點數(shù)據(jù)如圖3-20：圖3-20 節(jié)點數(shù)據(jù)各個發(fā)電機出力如圖3-21：圖3-21 發(fā)電機數(shù)據(jù)系統(tǒng)點路圖通過PSS/E生成后，如圖3-22：圖3-22 5節(jié)點電路圖 各個支路潮流及網(wǎng)損情況如圖3-23：圖3-23 支路潮流總結(jié)：通過PSS/E進行仿真的運算結(jié)果與穩(wěn)態(tài)分析書上一致，其優(yōu)點在于可以隨時改變電力系統(tǒng)中的某個數(shù)據(jù)，模擬各種故障情況，且可以同時從電路圖和表格中直觀地觀察數(shù)據(jù)。第四章 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)及其分析4

40、.1 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)的仿真IEEE39節(jié)點的數(shù)據(jù)卡填寫方式同本文3.4節(jié)中的算例，進行仿真運算后，得到的數(shù)據(jù)如下。各個節(jié)點數(shù)據(jù)如圖4-1： 圖4-1 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)節(jié)點數(shù)據(jù)各個發(fā)電機數(shù)據(jù)如圖4-2： 圖4-2 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)發(fā)電機數(shù)據(jù) 系統(tǒng)電路圖通過PSS/E生成，如圖4-3：圖4-3 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)電路圖將PSS/E對IEEE39節(jié)點系統(tǒng)進行仿真后的結(jié)果與matpower中39節(jié)點的例子進行對比，數(shù)據(jù)幾乎一致，仿真成功。4.2 無功補償對電壓大小的影響當(dāng)電力系統(tǒng)中各個元件的運行電壓為額定電壓時才是最經(jīng)濟與最安全的運行方式。然而在系統(tǒng)運行過程中，由于負荷的變化、系統(tǒng)運行

41、方式的改變以及線路中出現(xiàn)的一些故障，有些節(jié)點的電壓難免會發(fā)生偏移，為了保證系統(tǒng)處于正常的狀態(tài)下運行，必須調(diào)整系統(tǒng)中無功電源輸出的無功功率，以滿足系統(tǒng)中各個節(jié)點的電壓要求。本論文以IEEE39節(jié)點系統(tǒng)為例，探究改變無功補償對系統(tǒng)中各個節(jié)點電壓的影響。首先查看正常運行時系統(tǒng)各節(jié)點電壓越線的情況，操作為Power Flow> Reports>Limit checking reports，如圖4-4：圖4-4 檢查節(jié)點電壓越線打開之后，選擇節(jié)點電壓越線Out-of-limit bus voltage，本論文將電壓的上限和下限分別設(shè)為0.95和1.05，接著對所有節(jié)點進行檢測，如圖4-5：圖

42、4-5 節(jié)點電壓越線對話框點擊GO之后可以得到系統(tǒng)節(jié)點的越線情況，如圖4-6： 圖4-6 IEEE39節(jié)點系統(tǒng)初始電壓越線情況由表可知，節(jié)點電壓標(biāo)幺值大于1.05的有19、22、25、26、28、29、36，其中36為PV節(jié)點，其余均為PQ節(jié)點。接下來，可以選擇改變某些節(jié)點的無功負荷，并觀察系統(tǒng)節(jié)點的電壓變化，以及節(jié)點越線情況。改變負荷功率操作為：Power Flow>Changing>Scalegeneration, load, shunt(SCAL),如圖4-7： 圖4-7 改變負荷功率點擊后得到如圖4-8對話框： 圖4-8 Scale Powerflow Data對話框由圖所

43、示，可以選擇改變所有節(jié)點或者選擇個別節(jié)點的負荷，點擊Select，選擇某個節(jié)點進行改變，得到如圖4-9對話框：圖4-9 節(jié)點的選擇可以選擇任意一個節(jié)點進行負荷的改變，點擊確定之后，如圖4-10：圖4-10 節(jié)點的負荷變化由圖可知能夠選擇改變某節(jié)點的有功負荷、無功負荷，或者同時改變兩者。點擊確定后，相應(yīng)的節(jié)點的負荷發(fā)生了相應(yīng)變化，再進行仿真運算后，可得到負荷改變后的系統(tǒng)的節(jié)點以及發(fā)電機的參數(shù)。IEEE39節(jié)點系統(tǒng)中含有三種節(jié)點，分別選擇其中的個別節(jié)點進行無功負荷的變化，記錄節(jié)點電壓的變化，得到表4-1：表4-1 改變節(jié)點無功負荷后各節(jié)點電壓及變化 續(xù)表4-1 由上表可知，改變系統(tǒng)各節(jié)點的無功負荷

44、時：（1）若改變PV節(jié)點及平衡節(jié)點的無功負荷，對系統(tǒng)的所有節(jié)點的電壓大小幾乎沒有影響；（2）若改變的是PQ節(jié)點上的無功負荷，系統(tǒng)中的PV節(jié)點和平衡節(jié)點的電壓并不受影響，但是剩余的PQ節(jié)點的電壓變化很大。例如，對系統(tǒng)某PQ節(jié)點增加無功負荷的輸入，會使所有的PQ節(jié)點電壓減小，并且隨著輸入的無功功率的增加而使電壓下降的越多；反之，若減少對某節(jié)點的無功功率輸入，則各個PQ節(jié)點電壓會上升。其中，對于某一PQ節(jié)點進行無功功率的變化，其電壓大小改變得最明顯，與它有支路聯(lián)系的節(jié)點對應(yīng)電壓的變化也較大，而在這些有聯(lián)系的節(jié)點之中，通過變壓器相連的節(jié)點的電壓變化最大。由以上結(jié)論，原來IEEE39節(jié)點系統(tǒng)中節(jié)點電壓大

45、于1.05偏多，所以可以選擇增加某些節(jié)點的無功負荷，從而降低某些節(jié)點的電壓。在原始系統(tǒng)圖中，電壓越線節(jié)點有19、22、25、26、28、29、36，因為這些節(jié)點并不是均有聯(lián)系，所以可以選擇調(diào)節(jié)多個節(jié)點的無功功率，這樣各個補償點所需的無功較少；或者選擇只調(diào)節(jié)單個節(jié)點的無功負荷，這樣所需補償?shù)臒o功較多，這要根據(jù)實際情況來選擇。若只選擇增加節(jié)點1的無功功率，可以發(fā)現(xiàn)隨著其無功負荷的增加，電壓越線節(jié)點數(shù)目逐漸減少。如圖4-12和圖4-13分別代表在節(jié)點1增發(fā)無功50Mvar和200Mvar時節(jié)點電壓越線情況：圖4-11 節(jié)點1無功負荷增發(fā)50Mvar時節(jié)點越線情況圖4-12 節(jié)點1無功負荷增發(fā)200M

46、var時節(jié)點越線情況由上倆圖可知，若只增發(fā)節(jié)點1的無功負荷，對節(jié)點25、26的電壓大小影響不明顯，若選擇繼續(xù)增發(fā)節(jié)點1的無功，可能出現(xiàn)部分節(jié)點電壓過低的情況，同時也不夠經(jīng)濟。而節(jié)點36由于是PV節(jié)點，其電壓與自身的發(fā)電機有關(guān)，不受外界影響。故可以選擇性的增發(fā)其余節(jié)點的無功負荷來達到系統(tǒng)電壓要求。綜上所述，若想改善系統(tǒng)中某PQ節(jié)點的電壓大小，可以優(yōu)先選擇改變該節(jié)點的無功負荷，或者選擇與該節(jié)點有關(guān)聯(lián)的PQ節(jié)點來進行無功改變。4.3 有功功率對電壓相角的影響改變系統(tǒng)節(jié)點的有功負荷操作與3.2節(jié)改變節(jié)點無功負荷相似，具體可見圖3-10。然后選擇系統(tǒng)中不同類型節(jié)點進行有功負荷的變化，觀察系統(tǒng)節(jié)點相角的改

47、變，將數(shù)據(jù)記錄成表，如表4-2:表4-2 改變節(jié)點有功負荷后各節(jié)點電壓相角及變化續(xù)表4-2 由上表可知：（1）當(dāng)改變平衡節(jié)點的有功負荷時，對系統(tǒng)總體的節(jié)點電壓相角幾乎無影響；（2）當(dāng)改變PV節(jié)點的有功負荷時，若增加有功負荷，則各個節(jié)點（除平衡節(jié)點）的電壓相角相應(yīng)發(fā)生滯后；反之，若減少有功負荷，則各個節(jié)點的電壓相角超前一定角度。其中，對某一PV節(jié)點進行有功負荷變化時，其對應(yīng)的相角變化最大，與其有關(guān)聯(lián)的節(jié)點相角變化也很大。（3）當(dāng)改變PQ節(jié)點的有功負荷時，出現(xiàn)了兩種情況：當(dāng)有些節(jié)點的有功負荷改變時，與其對應(yīng)的相角及關(guān)聯(lián)的節(jié)點的相角發(fā)生了餃大變化，如節(jié)點1,；有些節(jié)點的有功負荷變化時，所有節(jié)點（除了平衡節(jié)點）的相角變化幾乎一致，如節(jié)點6。為了研究該問題，下表記錄了PQ節(jié)點有功負荷變化時部分支路潮流的變化，見表4-3：表4-3 節(jié)點6有功負荷增加時部分線路潮流情況支路初始潮流節(jié)點6增發(fā)2