電力系統(tǒng)潮流計算課程設計報告

1、課 程 設 計 報 告學生姓名:學 號：學 院:電氣工程學院班 級:題 目:電力系統(tǒng)潮流計算初 壯指導教師： 職稱: 副教授 指導教師： 李翠萍 職稱: 副教授 2014年 01月10日1 潮流計算的目的與意義潮流計算的目的：已知電網的接線方式與參數及運行條件，計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行各母線電壓、個支路電流與功率及網損。對于正在運行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以判斷電網母線電壓、支路電流和功率是否越限，如果有越限，就應采取措施，調整運行方式。對于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以為選擇電網供電方案和電氣設備提供依據。潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始

2、數據。 潮流計算的意義：(1)在電網規(guī)劃階段,通過潮流計算,合理規(guī)劃電源容量及接入點,合理規(guī)劃網架,選擇無功補償方案,滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調峰、調相、調壓的要求。 (2)在編制年運行方式時,在預計負荷增長及新設備投運基礎上,選擇典型方式進行潮流計算,發(fā)現(xiàn)電網中薄弱環(huán)節(jié),供調度員日常調度控制參考,并對規(guī)劃、基建部門提出改進網架結構,加快基建進度的建議。 (3)正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算,用于日運行方式的編制,指導發(fā)電廠開機方式,有功、無功調整方案及負荷調整方案,滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質量要求。 (4)預想事故、設備退出運行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預想的運行

3、方式調整方案。 2 潮流計算數學模型1.變壓器的數學模型：變壓器忽略對地支路等值電路： 2.輸電線的數學模型： 型等值電路：3 數值方法與計算流程利用牛頓拉夫遜法進行求解，用MATLAB軟件編程，可以求解系統(tǒng)潮流分布根據題目的不同要求對參數進行調整，通過調節(jié)變壓器變比和發(fā)電廠的電壓，求解出合理的潮流分布，最后用matpower進行潮流分析，將兩者進行比較。牛頓拉夫遜法1、牛頓拉夫遜法概要首先對一般的牛頓拉夫遜法作一簡單的說明。已知一個變量X函數為： 到此方程時，由適當的近似值出發(fā)，根據：反復進行計算，當滿足適當的收斂條件就是上面方程的根。這樣的方法就是所謂的牛頓拉夫遜法。這一方法還可以做下面的

4、解釋，設第次迭代得到的解語真值之差，即的誤差為時，則：把在附近對用泰勒級數展開上式省略去以后部分的誤差可以近似由上式計算出來。比較兩式，可以看出牛頓拉夫遜法的休整量和的誤差的一次項相等。用同樣的方法考慮，給出個變量的個方程：對其近似解得修正量可以通過解下邊的方程來確定：式中等號右邊的矩陣都是對于的值。這一矩陣稱為雅可比（JACOBI）矩陣。按上述得到的修正向量后，得到如下關系這比更接近真實值。這一步在收斂到希望的值以前重復進行，一般要反復計算滿足為預先規(guī)定的小正數，是第n次迭代的近似值。2、牛頓法的框圖及求解過程（1）用牛頓法計算潮流時，有以下的步驟：給這各節(jié)點電壓初始值；將以上電壓初始值代入

5、公式，求修正方程的常數項向量 ；將電壓初始值在帶入上述公式，求出修正方程中系數矩陣的各元素。解修正方程式；修正各節(jié)點電壓，；將，在帶入方程式，求出；檢驗是否收斂，即如果收斂，迭代到此結束，進一步計算各線路潮流和平衡節(jié)點功率，并打印輸出結果。如果不收斂，轉回進行下次迭代計算，直到收斂為止。（2）程序框圖如下：啟動輸入原始數據形成節(jié)點導納矩陣分解各節(jié)點初始電壓的實部和虛部迭代次數K=0求PQ節(jié)點的,，求PV節(jié)點的，置節(jié)點號i=0雅克比矩陣是否形成，i>n求得雅克比矩陣各元素增大節(jié)點號i=i+1把雅克比矩陣單位化求解修正方程，得，求解最大修正量，是否收斂 回帶各電壓新值，K=K+1計算輸出電壓

6、大小及相角，節(jié)電功率及支路損耗停止否是否是4 算例分析4.1 第一問4.1.1 節(jié)點設置及分類 根據系統(tǒng)圖可知此系統(tǒng)為兩端供電網路，將母線1，2設為節(jié)點1，10，將變電所1、2、3、4的高低壓側分別設為節(jié)點2、3、4、5、6、7、8、9。并且，將節(jié)點1設為平衡節(jié)點，將節(jié)點10設為PV節(jié)點，其余節(jié)點設為PQ節(jié)點。4.1.2 參數求取設定基準值，所以根據題目原始資料，計算發(fā)電廠、變壓器及線路的參數。（1）運用下列公式計算變壓器參數： （2）計算線路參數 （3）變電所負荷分別為： 變電所1 =50+j30.987 變電所2 =40+j27.79 變電所3 =50+j30.987 變電所4 =60+j

7、37.18將參數整理，見下表：首端號末端號阻抗有名值阻抗標幺值電納有名值電納標幺值128.5+j20.10.0176+j0.0415j0.000556j0.26911413.6+j32.160.0218+j0.0664j0.0002224j0.10761613.6+j32.160.0218+j0.0664j0.0002224j0.1076231.49+j40.3330.0031+j0.083300451.78+j53.8850.037+j0.1113004610.2+j24.120.0211+j0.0498j0.0001668j0.0807671.49+j40.3330.0031+j0.083

8、300686.8+j16.080.0140+j0.0332j0.0004448j0.2153891.78+j53.8850.0037+j0.1113008108.5+j20.10.0176+j0.0415j0.000556j0.2691（4）計算變壓器分接頭變比變壓器有5個抽頭，電壓調節(jié)范圍為2*2.5%， 對應的分接頭開始時設變壓器高壓側接主接頭,降壓變壓器5個分接頭時的非標準變比以備調壓時選用對變電所低壓母線為35KV時，非標準變比與10KV時相同。所以得到的電力系統(tǒng)數學模型如下圖所示：S=40+j24.8S=50+j31S=40+j24.8S=60+j37.2發(fā)電廠一發(fā)電廠二1:k11:

9、k21:k31:k4110248635798.5+j20.113.6+j32.161.49+j40.3331.78+j53.8851.49+j40.3331.78+j53.88510.2+j24.1213.6+j32.166.8+j16.088.5+j20.1j0.0001112j0.0001112j 0.0005564j0.0000834j 0.0004448=0U=231VP=200MWU=231V4.2 第二問當變電所1,2,3,4負荷分別為：40MW，50MW，40MW，60MW時，假設初始的branch，bus，generator矩陣如下圖：得到的結果如下圖：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點

10、3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗1.00.9871.0110.9710.9600.9740.9970.9740.9731.014.05543.75由上圖分析諸多參數都不符合要求，且網絡的無功有功損耗過大。因此對母線電壓，發(fā)電廠發(fā)電功率，變壓器變比逐個調節(jié)，得到如下關系：1， 母線電壓1的電壓升高會導致以下參數的改變：29母線的電壓會提高，網絡總損耗變大。2， 發(fā)電廠2的發(fā)電功率減少會導致以下參數的改變：49母線電壓會降低，網絡總損耗變小。3， 變壓器變比的減少會導致以下參數的改變：相應的母線電壓提高，網絡總損耗變小。綜上述分

11、析，經過調試參數得到較為滿足條件且網絡損耗較小的情況：得到branch，bus，generator矩陣如下圖結果如下圖：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗1.010.9971.0220.9730.9890.9670.9890.9730.9981.05.40623.54.3 第三問由于要隨著負荷變化而使電力系統(tǒng)滿足給類要求，所以我們先初步給定各可控參數：（由于發(fā)電廠1的母線設定為參考節(jié)點，所以暫且將電廠1的發(fā)電量設為0）發(fā)電廠2發(fā)電量發(fā)電廠1母線電壓發(fā)電廠2母線電壓變壓器1變比變壓器2變比變壓器3變比變壓

12、器4變比601.0110.9550.9320.9550.932結果如下表：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗1.010.9971.0220.9730.9890.9670.9890.9730.9981.05.40623.5由此表中所給的可控參數，我們得出的各電壓參數不符合題目要求，且有無功損耗較高，因此我們還需要調整各可控參數來獲得更小的有無功損耗。4.4 第四問經過調試各可控參數我們得到以下結果：當可調參數的值為下表時：得到的結果如下表所示：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)

13、點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗四個負荷均增大2%1.010.9971.0230.9861.0030.9911.0150.9911.0171.013.82219.09四個負荷均減小2%1.010.9981.0240.9871.0070.9921.0180.9921.0211.013.49417.451,4下降2,3上升2%1.010.9981.0240.9861.0030.9911.0160.9911.021.013.70818.23滿足題目要求，且有無功損耗較小4.5 第五問設變電所1，2，3，4的負荷分別為40MW，50MW，40MW，60MW，此時若不斷開

14、任何一條回線且可控參數為第四問得到的較優(yōu)解，則運行結果如下：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗未斷開回線1.010.9971.0220.9871.0050.9911.0150.9911.0191.013.67118.38斷開4,6回線：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗斷開4,6回線1.010.9981.0240.9861.0030.9911.0160.9911.021.013.70818.23斷開1,4回線：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗斷開1,4回線1.010.9971.0220.9460.9590.9740.9980.9821.0081.01624.83斷開1,6回線：節(jié)點1電壓節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓節(jié)點4電壓節(jié)點5電壓節(jié)點6電壓節(jié)點7電壓節(jié)點8電壓節(jié)點9電壓節(jié)點10電壓有功功率損耗無功功率損耗斷開1,6回線1.010.9971.0220.9770.9940.973