電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計單機(jī)系統(tǒng)潮流的經(jīng)濟(jì)分布控制

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文） 題目：題目： 單機(jī)系統(tǒng)潮流的經(jīng)濟(jì)分布控制（單機(jī)系統(tǒng)潮流的經(jīng)濟(jì)分布控制（3） 院院 （系）：（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 教師職稱：教師職稱： 起止時間：起止時間：15-07-06 至至 15-07-17 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語 院（系）： 教研室： 課程設(shè)計（論文）任務(wù) g 原始資料：系統(tǒng)如圖。 g：sn=30mva，vn=10kv，x=0.23； t: sn=31.5mva，vs%=9，k=10/121kv,

2、ps=180kw, po=30kw,io%=0.8； l1:線路長 70km，電阻 0.22/km，電抗 0.4/km，對地容納 2.7810-6s/km； l2:線路長 75km，電阻 0.21/km，電抗 0.42/km，對地容納 2.810- 6s/km； l3: 線路長 60km，電阻 0.18/km，電抗 0.38/km，對地容納 2.710- 6s/km； 負(fù)荷：s2=18mva，s3=10 mva，功率因數(shù)均為 0.9. 任務(wù)要求： 1 闡述閉式網(wǎng)絡(luò)潮流控制的基本思想； 2 畫出系統(tǒng)等值電路圖，計算各元件參數(shù)； 3 對系統(tǒng)進(jìn)行潮流計算，計算系統(tǒng)支路自然功率分布； 4 在 l1 支

3、路加入合適的附加電勢（串聯(lián)變壓器） ，實(shí)現(xiàn)支路功率經(jīng)濟(jì)分布； 5 利用 matlab 建立電力系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真； 6 對計算結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論。 指導(dǎo)教師評語及成績 平時考核： 設(shè)計質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 t 1 l1 2 s2 l3 l2 3 s3 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算 摘 要 電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最方便的能源。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)使高效、無 污染、使用方便易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化， 開創(chuàng)了電力時代，開啟了第二次科技革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和發(fā)展水平成為一個 國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)

4、志之一。至今人類文明的主流發(fā)展方向依然與電力有著不 可分割的聯(lián)系。 潮流計算是電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及運(yùn)行中最基本的計算，對電力網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)計方 案及各種運(yùn)行方式進(jìn)行潮流計算，可以得到各種電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓，并求得網(wǎng)絡(luò) 的潮流及網(wǎng)絡(luò)中各元件的電力損耗，進(jìn)而求得電能損耗。為滿足日益增長的電力 需求，減少不必要的浪費(fèi)，以及提供更好的電力能源，要對原有的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 改造。 本課程設(shè)計主要研究某一電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，對此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計算。電力系統(tǒng) 的潮流計算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計算，是對復(fù)雜電力系統(tǒng)正常和故 障條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計算。本文研究此電力網(wǎng)的支路功率分布，并完成對一 支路加入附加電勢，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5、支路功率經(jīng)濟(jì)分布的效果。在電力網(wǎng)中會出現(xiàn)功 率損失，為是電能質(zhì)量可靠，保證電能的質(zhì)量要求，則需對系統(tǒng)進(jìn)行功率補(bǔ)償， 本此設(shè)計對串聯(lián)補(bǔ)償器進(jìn)行設(shè)計，并設(shè)計其硬件電路圖，以滿足電力用戶需要的 電能質(zhì)量。并通過牛頓拉夫遜潮流計算使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)支路功率的經(jīng)濟(jì)分布，并用 matlab 進(jìn)行仿真。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；潮流計算；經(jīng)濟(jì)分布；matlab 仿真 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 電力系統(tǒng)潮流控制概述 .1 1.2 本文設(shè)計內(nèi)容 .1 第 2 章 電力系統(tǒng)潮流經(jīng)濟(jì)控制原理 .2 2.1 電力系統(tǒng)潮流計算基本原理 .2 2.2 簡單閉式網(wǎng)潮流經(jīng)濟(jì)分布 .2 2.3 經(jīng)濟(jì)潮流控制附加電動勢的計算

6、 .2 第 3 章 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)潮流控制計算 .3 3.1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計算 .3 3.2 系統(tǒng)等值電路及其化簡 .3 3.3 潮流經(jīng)濟(jì)分布計算 .3 3.4 潮流經(jīng)濟(jì)分布控制方法 .3 第 4 章 潮流經(jīng)濟(jì)分布的仿真 .4 4.1 功率自然分布仿真模型的建立 .4 4.2 功率經(jīng)濟(jì)分布仿真模型的建立 .4 4.3 仿真結(jié)果及分析 .4 第 5 章 總結(jié) .5 參考文獻(xiàn) .6 第 1 章 緒論 1.1 電力系統(tǒng)潮流控制概述 電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種基本電氣計算。它的 任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)確定整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的 電壓（幅值及相角） 、

7、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。電力系統(tǒng)潮流計算的 結(jié)果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算和故障分析的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和規(guī)劃方案的 研究中，都需要進(jìn)行潮流計算以比較運(yùn)行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性 和經(jīng)濟(jì)性。同時，為了實(shí)時監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也需要進(jìn)行大量而快速的 潮流計算。因此，潮流計算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種電 氣運(yùn)算。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式時，采用離線潮流計算；在電力 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控中，則采用在線潮流計算。 電力系統(tǒng)潮流計算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動態(tài)特性和過渡過 程。因此其數(shù)學(xué)模型不包含微分方程，是一組高階非線性方程。非線性代數(shù)方程

8、組的解法離不開迭代，因此，潮流計算方法首先要求它是能可靠的收斂，并給出 正確答案。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，潮流問題的方程式階數(shù)越來越高，目 前已達(dá)到幾千階甚至上萬階，對這樣規(guī)模的方程式并不是采用任何數(shù)學(xué)方法都能 保證給出正確答案的。這種情況促使電力系統(tǒng)的研究人員不斷尋求新的更可靠的 計算方法。 電力系統(tǒng)潮流的計算和分析是電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。運(yùn)行中的電 力系統(tǒng)，通過潮流計算可以預(yù)知,隨著各種電源和負(fù)荷的變化以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變,網(wǎng) 絡(luò)所有母線的電壓是否能保持在允許范圍內(nèi)，各種元件是否會出現(xiàn)過負(fù)荷而危及 系統(tǒng)的安全，從而進(jìn)一步研究和制訂相應(yīng)的安全措施。規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過 潮流計算，

9、可以檢驗(yàn)所提出的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求，以便 制定出既滿足未來供電負(fù)荷增長的需求，又保證安全穩(wěn)定運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。 阻抗法要求計算機(jī)儲存表征系統(tǒng)接線和參數(shù)的阻抗矩陣。這就需要較大的內(nèi) 存量。而且阻抗法每迭代一次都要求順次取阻抗矩陣中的每一個元素進(jìn)行計算， 因此，每次迭代的計算量很大。 阻抗法改善了電力系統(tǒng)潮流計算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法解決的一 些系統(tǒng)的潮流計算，在當(dāng)時獲得了廣泛的應(yīng)用，曾為我國電力系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)行和 研究作出了很大的貢獻(xiàn)。但是，阻抗法的主要缺點(diǎn)就是占用計算機(jī)的內(nèi)存很大， 每次迭代的計算量很大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大時，這些缺點(diǎn)就更加突出。為了克服阻 抗法在內(nèi)存和

10、速度方面的缺點(diǎn)，后來發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這 個方法把一個大系統(tǒng)分割為幾個小的地區(qū)系統(tǒng)，在計算機(jī)內(nèi)只需存儲各個地區(qū)系 統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間的聯(lián)絡(luò)線的阻抗，這樣不僅大幅度的節(jié)省了內(nèi)存容量， 同時也提高了計算速度。 克服阻抗法缺點(diǎn)的另一途徑是采用牛頓-拉夫遜法（以下簡稱牛頓法） 。牛頓 法是數(shù)學(xué)中求解非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。解決電力系統(tǒng)潮流 計算問題是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要在迭代過程中盡可能保持方程式系 數(shù)矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓潮流程序的計算效率。自從 20 世紀(jì) 60 年 代中期采用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性、內(nèi)存要求、計算速度方面 都

11、超過了阻抗法，成為直到目前仍被廣泛采用的方法。 1.2 本文設(shè)計內(nèi)容 本文通過給出的電力網(wǎng)系統(tǒng)圖，從而畫出系統(tǒng)等值電路圖，計算各元件參數(shù)， 了解并闡述閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計算及其經(jīng)濟(jì)控制的基本思想，完成電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的潮 流計算，繼而完成電力網(wǎng)的支路功率分布，并完成對一支路加入附加電勢，使系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)支路功率經(jīng)濟(jì)分布的效果。并用 matlab 進(jìn)行仿真，得出仿真波形，從而 對計算結(jié)果進(jìn)行分析比較，并得出結(jié)論。 第 2 章 電力系統(tǒng)潮流經(jīng)濟(jì)控制原理 2.1 電力系統(tǒng)潮流計算基本原理 電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路及負(fù)荷等組成，其中發(fā)電機(jī)及負(fù)荷 是非線性元件，但在進(jìn)行潮流計算時，一般可以用接在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上

12、的一個電流注 入量來代表。因此潮流計算所用的電力網(wǎng)絡(luò)系由變壓器、輸電線路、電容器、電 抗器等靜止線性元件所構(gòu)成，并用集中參數(shù)表示的串聯(lián)或并聯(lián)等值支路來模擬。 電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的計算。通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各 電源和負(fù)荷點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡點(diǎn)的電壓和相位角。待求的運(yùn)行狀態(tài)參 量包括電網(wǎng)各母線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率 損耗等。 潮流計算是電力系統(tǒng)非常重要的分析計算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出 的各種問題。對規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以檢驗(yàn)所提出的電力系統(tǒng)規(guī) 劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求；對運(yùn)行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以預(yù) 知各種負(fù)

13、荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變會不會危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中所有母線的電 壓是否在允許的范圍以內(nèi)，系統(tǒng)中各種元件（線路、變壓器等） 。 結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，對這樣的線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，常用的潮流計算方法有: 牛頓-拉夫遜法及快速分解法。快速分解法有兩個主要特點(diǎn): (1)降階 在潮流計算的修正方程中利用了有功功率主要與節(jié)點(diǎn)電壓相位有關(guān), 無功功率主要與節(jié)點(diǎn)電壓幅值有關(guān)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn) p-q 分解,使系數(shù)矩陣由原來的 2n2n 階降為 nn 階,n 為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)(不包括緩沖節(jié)點(diǎn))。 (2)因子表固定化 利用了線路兩端電壓相位差不大的假定,使修正方程系數(shù)矩 陣元素變?yōu)槌?shù),并且就是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納的虛部。 由于以上兩個

14、特點(diǎn),使快速分解法每 一次迭代的計算量比牛頓法大大減少?？焖俜纸夥ㄖ痪哂幸淮问諗啃?因此要求的 迭代次數(shù)比牛頓法多,但總體上快速分解法的 計算速度仍比牛頓法快。 快速分解 法只適用于高壓網(wǎng)的潮流計算,對中、低壓網(wǎng),因線路電阻與電抗的比值大,線路兩 端電壓相位差不大的假定已不成立,用快速分解法計算,會出現(xiàn)不收斂問題。 2.2 簡單閉式網(wǎng)潮流經(jīng)濟(jì)分布 為保證供電可靠性，電網(wǎng)往往采用環(huán)形電網(wǎng)供電方式，任一段網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障， 還可以繼續(xù)保證供電，即凡是能從兩個或兩個以上方向給負(fù)荷供電的電力網(wǎng)絡(luò)閉 合成為環(huán)形供電方式的就是閉式網(wǎng)絡(luò)。 閉環(huán)網(wǎng)中的潮流分布與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、負(fù)荷、電源等均有關(guān)，較開式網(wǎng)中的潮 流分

15、布要復(fù)雜的多。 圖 2.1 電力網(wǎng)等效電路圖 閉式網(wǎng)絡(luò)中某一支路因事故或檢修斷開后，網(wǎng)絡(luò)功率分布和電壓分布都要發(fā) 生較大的變化，從而某些支路可能過負(fù)荷、某些節(jié)點(diǎn)電壓可能超出偏差允許范圍。 因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，閉式網(wǎng)絡(luò)不僅需要進(jìn)行正常運(yùn)行方式的潮流分析，而且要 進(jìn)行事故和檢修運(yùn)行方式的潮流計算。 在圖 2.1 所示的電力網(wǎng)等效電路圖中，假設(shè)兩端電壓，根據(jù)基爾霍 bavv 。 夫電壓定律和電流定律，可以列出下列方程： 如果已知電源點(diǎn)電壓和以及負(fù)荷點(diǎn)電流和，便可以解出準(zhǔn)確電流 av 。 bv 。 1 。 i2 。 i 和。但是在電力網(wǎng)中，即使線路中通過的是同一電流，沿線上各點(diǎn)的功率1ai 。 2bi

16、 。 也是不一樣，因?yàn)檠鼐€有電壓降落。求取網(wǎng)絡(luò)中的功率分布，可以采用近似的算 法，先忽略網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗，用相同額電壓計算功率，令，并假 v 0 n vv 設(shè)，便可以得到如下方程： * ivs n 2212 1121 2 2 12 12 1 1 。 。 。 iii iii izizizvv b a b ba ba cirldb ba n ba ba aa b cirlda ba n ba ba bb a ss zzz vvv zzz szzsz s ss zzz vvv zzz szszz s ,2 2 * 12 * 1 * * 2 * 12 * 1 * 2 12 * 1 * 1 1 * 2

17、, 1 2 * 12 * 1 * * 2 * 12 * 1 * 2 2 * 1 2 * 12 * 1 )()( )()( 由上式可見，在電力網(wǎng)的實(shí)際計算中，負(fù)荷點(diǎn)的已知量一般是功率，而不是 電流。每個電源點(diǎn)送出的功率都包含兩個部分，第一部分由負(fù)荷功率和網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 確定，每一個負(fù)荷的功率都以該負(fù)荷點(diǎn)到兩個電源點(diǎn)間的阻抗共軛值成反比的關(guān) 系分配給兩個電源點(diǎn)，而且逐個的計算。第二部分與負(fù)荷無關(guān)，它可以在網(wǎng)絡(luò)中 負(fù)荷切除的情況下，由兩個供電點(diǎn)的電壓差和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定，通常稱這部分功率 為循環(huán)功率。 2.3 經(jīng)濟(jì)潮流控制附加電動勢的計算 潮流經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是指電網(wǎng)在供電成本率低或發(fā)電能源消耗率及網(wǎng)損率最小的 條

18、件下運(yùn)行。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行附加電動勢就是一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的節(jié)能技術(shù)。這項(xiàng)技 術(shù)是在保證技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)合理的條件下，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備、元件，不投資 或有較少的投資，通過相關(guān)技術(shù)論證，選取最佳運(yùn)行方式、調(diào)整負(fù)荷、提高功率 因數(shù)、調(diào)整或更換變壓器、電網(wǎng)改造等，在傳輸相同電量的基礎(chǔ)上，以達(dá)到減少 系統(tǒng)損耗，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。經(jīng)濟(jì)潮流控制附加電動勢,求出有功功 率和無功功率。如圖 2.2 所示電力網(wǎng)系統(tǒng)圖。 圖 2.2 電力網(wǎng)系統(tǒng)圖 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)潮流計算也分為離線計算和在線計算兩種，前者主要用于系統(tǒng) 規(guī)劃設(shè)計和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式，后者則用于正在運(yùn)行系統(tǒng)的經(jīng)常監(jiān)視及實(shí)時控 制電路。 已知： g：sn

19、=30mva，vn=10kv，x=0.23； t: sn=31.5mva，vs%=9，k=10/121kv,ps=180kw, po=30kw,io%=0.8； l1:線路長 70km，電阻 0.22/km，電抗 0.4/km，對地容納 2.7810-6s/km； l2:線路長 75km，電阻 0.21/km，電抗 0.42/km，對地容納 2.810-6s/km； l3: 線路長 60km，電阻 0.18/km，電抗 0.38/km，對地容納 2.710- 6s/km； l2 3 l3 t 1 l1 s2 s3 2 負(fù)荷：s2=18mva，s3=10 mva，功率因數(shù)均為 0.9. 由上述資

20、料可知： amvjs)95 . 2 7 . 11( 3 amvjs)69 . 2 8 . 10( 2 所以 ， ， amvp 7 . 11 3 amvq95 . 2 3 amvp 8 . 10 2 。amvq69 . 2 2 功率損耗為： 如果在環(huán)網(wǎng)中引入附加電勢e，假定其產(chǎn)生與 sl3同方向的循環(huán)功率，且滿 足條件，就可以使功率分布符合經(jīng)濟(jì)分布的要求。由此可得所要求 3ciriecl sss 的循環(huán)功率為 )()( 333lleclleclleccir qqjppsss amvj08. 1 j-35 . 1 )80 . 2 70 . 2 ()54.1076.10( 因此可以根據(jù)公式可以求出附

21、加電勢e。 ncir vsz/* 即附加電勢為： = + ncir vsz/* 式中，為環(huán)網(wǎng)的總阻抗，為網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。 z n v 因此可在支路 l1 中加入 電勢，使電路的潮流分布達(dá)到經(jīng)濟(jì)分布。 amvj zzz zszzs s lll lll l )8 . 254.10( )( 1 * 2 * 3 * 1 * 2 1 * 2 * 3 3 123 12123 )( lll lll lec rrr rprrp p amv 63.12 9 . 1116 4 . 14 9 . 11 8 . 10) 9 . 1116( 7 . 11 123 12123 )( lll lll lec rrr rqr

22、rq q amv 12 . 6 9 . 1116 4 . 14 9 . 1169 . 2 ) 9 . 1116(95 . 2 circir n p rq x v circir n p xq r v kv6 . 075 . 1 110 ) 1 . 02 . 2() 6 . 93 3 . 42( j jj kvj6 . 075. 1 第 3 章 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)潮流控制計算 3.1 系統(tǒng)等值電路及元件參數(shù)計算 等值電路圖是計算電路元件參數(shù)必不可少的步驟，等值電路圖就是把實(shí)際電 力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)簡單化，有了它計算將更加簡單，根據(jù)已知給出的資料，做出等值電 路圖，為如圖3.1所示。 圖3.1 系統(tǒng)等值電路圖 元

23、件參數(shù)計算： 電力網(wǎng)的額定電壓為 vvn110909 . 0 )10/121(10 變電所： 5 . 3419. 2jjxrz ttt amvjqjps25 . 0 03 . 0 000 各元件標(biāo)幺值如下： 線路l1： 阻抗z： 1l z 28j 4 . 157044. 0 j22 . 0 電納b：ssbl 46 1 1095 . 1 701078 . 2 線路l2： 阻抗z： 5 . 31j75.157524. 0 j21 . 0 zl2 電納b：s1010 . 2 s75108 . 2 4-6- 2 l b 線路l3： 阻抗z： 8 .22 8 . 106038. 018. 0 3 jjz

24、l 電納b：ssbl 46 3 1062 . 1 60107 . 2 負(fù)荷功率： s2=18mva，s3=10 mva，功率因數(shù)均為0.9 amvjsld23 . 5 8 . 10 2 amvjsld67 . 5 7 . 11 3 3.2 系統(tǒng)等值電路及其化簡 潮流計算是電力系統(tǒng)非常重要的分析計算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出 的各種問題。對規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以檢驗(yàn)所提出的電力系統(tǒng)規(guī) 劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求，計算各節(jié)點(diǎn)功率，進(jìn)而進(jìn)行潮流分析，功 率分布等值電路如圖3.2所示。 無功功率計算得： var18 . 1 1101095 . 1 2/1 24 1 mqbl va

25、r27. 11101010 . 2 2/1 24 2 mqbl var98 . 0 1101062 . 1 2/1 24 3 mqbl 19 . 2 10 31500 110180 10 3 2 2 3 2 2 n ns t v vp r 5 . 3410 31500100 1109 10 100 % 3 2 3 2 n ns t s vv x 圖3.2 功率分布等值電路圖 節(jié)點(diǎn)2和3計算負(fù)荷： 2333blblld qjqjss 代數(shù)得： 3 samvj95 . 2 7 . 11 1222blblld qjqjss 代數(shù)得： 2 samvj69 . 2 8 . 10 閉式網(wǎng)中的功率分布： 解

26、得：8 . 254.10 1 jsl 解得：8 . 260.11 3 jsl 1 * 2 * 3 * 1 * 2 1 * 2 * 3 3 )( lll lll l zzz zszzs s 6 . 93 3 . 42 )28 9 . 11)(69 . 2 8 . 10() 6 . 61 9 . 27)(95 . 2 7 . 11( j jjjj 1 * 2 * 3 * 2 * 3 * 2 3 * 3 1 )( lll lll l zzz zzszs s 8 . 254.10j 1 32 15 . 0 16 . 1 j 8 . 260.11j 36. 1 j 95. 27 .11j69 . 2 8

27、 .10j 18. 1 j 1 6 . 93 3 . 42 ) 6 . 65 4 . 30)(69 . 2 8 . 10()32 4 . 14)(95 . 2 7 . 11( j jjjj 經(jīng)過驗(yàn)算： amvjjjss ll )6 . 558.22()8 . 260.118 . 254.10( 31 amvjjjss)64 . 5 5 . 22()69 . 2 8 . 1095 . 2 7 . 11( 32 可見，計算結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，所以直接取為基準(zhǔn)值8 . 254.10 3 jsl 繼續(xù)進(jìn)行潮流分析計算。 由公式得 332ll sss amvjjjsl)15 . 0 16. 1 ()8

28、 . 254.1095 . 2 7 . 11( 2 3.3 潮流經(jīng)濟(jì)分布計算 在環(huán)網(wǎng)中引入環(huán)路電勢使產(chǎn)生循環(huán)功率，是對環(huán)網(wǎng)進(jìn)行潮流控制和改善功率 分布的有效手段。 功率在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中是與阻抗成反比分布的，我們稱這種功率分布為經(jīng)濟(jì)分布。 只有在每段電力線路阻抗的 r/x 比值都相等的均一網(wǎng)絡(luò)中，功率的自然分布才與 經(jīng)濟(jì)分布相符。在一般情況下，這兩者是有差別的。各段線路的不均一程度越大， 功率損耗的差別就越大。 如果在環(huán)網(wǎng)中引入附加電勢，假定其產(chǎn)生與同方向的循環(huán)功率，且滿e 1l s 足條件： 就可以使功率分布符合經(jīng)濟(jì)分布的要求。由此可得所要求的循環(huán)功率為 )()( 111llecllecllecc

29、ir qqjppsss 解得 cir samvjj1 . 02 . 2)80 . 2 70 . 2 ()54.1076.10( 為產(chǎn)生此循環(huán)功率所需的附加電勢則為 =/=x+jyez cir s n vee 式中，為環(huán)網(wǎng)的總阻抗，為網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。z n v 調(diào)整環(huán)網(wǎng)中的變壓器變比，對于比值x/r較大的高壓網(wǎng)絡(luò)，其主要作用是改 變無功功率的分布。一般情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中功率的自然分布不同于所期望的分布 時，往往要求同時調(diào)整有功功率和無功功率，這就要采用一些附加裝置來產(chǎn)生所 需的環(huán)路電勢。 leccirl sss 1 3.4 潮流經(jīng)濟(jì)分布控制方法 利用附加裝置來產(chǎn)生所需的環(huán)路電勢，進(jìn)行潮流控制，這類

30、裝置主要有附加 調(diào)壓變壓器和基于電力電子技術(shù)的一些 facts 裝置。附加調(diào)壓變壓器又可分為 縱向調(diào)壓變壓器、橫向調(diào)壓變壓器和混合型調(diào)壓變壓器。基于電力電子技術(shù)的一 些 facts 裝置也有好多種，靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器、晶閘管控制串聯(lián)電容器、晶 閘管控制移相器和統(tǒng)一潮流控制器。 通常把附加電勢的相位與線路電壓的相位相同的變壓器稱為縱向調(diào)壓變壓器， 把附加電勢的相位與線路電壓的相位相差 90 度的變壓器稱為橫向調(diào)壓變壓器， 把附加電勢與線路電壓之間的相位差也能進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)壓變壓器稱為混合型調(diào)壓 變壓器。 串聯(lián)補(bǔ)償可改變傳輸線路的等效阻容或在線路中串入補(bǔ)償電壓，因此，通過 串聯(lián)補(bǔ)償可方便地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

31、有功和無功潮流，從而有效控制電力系統(tǒng)的電壓水 平和功率平衡。在配電網(wǎng)中，大部分的電壓降是由線路電感引起的，串聯(lián)補(bǔ)償可 使負(fù)載波動引起的電壓下降減少。由于串聯(lián)電容其實(shí)是一個無源的電路元件，其 響應(yīng)自發(fā)而迅速，因此，串聯(lián)補(bǔ)償有助于電壓調(diào)節(jié)，可較完美地解決電壓閃變問 題。 圖 3.3 靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器接入系統(tǒng)示意圖 靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（static synchronous series compensator-sssc）是一種 靜止型同步發(fā)電器。其目的旨在將變流器技術(shù)統(tǒng)一地運(yùn)用于串并聯(lián)補(bǔ)償，以及傳 輸角的控制。靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器是一種新型的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，和其他 facts 裝置相比，它可以直接控制

32、電力系統(tǒng)中電壓幅值、相角，具有控制范圍廣、響應(yīng) 速度快等優(yōu)點(diǎn)。補(bǔ)償?shù)碾妷号c其串聯(lián)的線路電流相差 90，能在容性到感性的范 圍內(nèi)產(chǎn)生一可控的、與線路電流無關(guān)的補(bǔ)償電壓?？刂凭€路的潮流。 統(tǒng)一潮流控制器的原理和接入系統(tǒng)示意圖示于圖 3.3 所示。它的主體部分是 通過公共的直流電容聯(lián)系起來的兩個電壓源型逆變器。逆變器 1 的交流輸出電壓 通過變壓器 t1 并聯(lián)接入系統(tǒng)，主要作用是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)無功補(bǔ)償以控制電壓。逆變 器 2 的交流輸出電壓通過變壓器 t2 串聯(lián)插入線路，其作用相當(dāng)于 sssc(靜止同 步潮流補(bǔ)償器)，但它向線路引入的附加電勢不僅幅值可變，相位也可在 0360 之間變化。 第 4 章 潮流

33、經(jīng)濟(jì)分布的仿真 4.1 matlab 仿真軟件介紹 matlab 是美國 mathworks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù) 據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 matlab 和 simulink 兩大部分。matlab 應(yīng)用非常之廣泛！ matlab 由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用 matlab 的函數(shù)和文 件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 matlab 桌面和命令窗口、歷 史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件 的瀏覽器。隨著 matlab 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，matlab 的用戶

34、界面也越來越精致，更加接近 windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡 單。而且新版本的 matlab 提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了 用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就 可以直接運(yùn)行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進(jìn)行出錯原因分析。 atlab 是一個包含大量計算算法的集合。其擁有 600 多個工程中要用到的 數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法 都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通 常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如 c 和 c+ 。在計算要求相同的情 況下

35、，使用 matlab 的編程工作量會大大減少。matlab 的這些函數(shù)集包括從 最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù) 所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方 程的組的求解、符號運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、 稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作 以及建模動態(tài)仿真等。matlab 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能， 以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作 圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計算和 工程繪圖。新

36、版本的 matlab 對整個圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使 它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和 處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照 處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等） ，matlab 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。 同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，matlab 也有相應(yīng)的功能函 數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的 matlab 還著重在圖形用戶界 面（gui）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿 足。 matlab 軟件的特點(diǎn)： 1) 高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從

37、繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解 脫出來； 2) 具有完備的圖形處理功能,實(shí)現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化; 3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌 握； 4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等) ,為用戶提 供了大量方便實(shí)用的處理工具。 根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用 matlab 的動態(tài)仿真軟件搭建了含發(fā)電機(jī)、變 壓器、輸電線路等的系統(tǒng)仿真模型，得到了在該系統(tǒng)兩種功率分布情況的仿真結(jié) 果。 4.2 功率自然分布仿真模型的建立 圖 4.1 功率經(jīng)濟(jì)分布模型 4.3 功率經(jīng)濟(jì)分布仿真模型的建立 圖 4.2 功率自然分布模型 4.4 仿真結(jié)果及分析 matlab 仿真

38、模型建立，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)，測試得到 兩種功率分布的結(jié)果如下： （一）功率自然分布仿真結(jié)果： 圖 4.3 功率自然分布仿真圖 （二）功率經(jīng)濟(jì)分布仿真結(jié)果： 圖 4.4 功率經(jīng)濟(jì)分布仿真圖 通過仿真結(jié)果顯示，計算所得到的結(jié)果和其及其相近，在允許誤差范圍內(nèi) ，兩者結(jié)果相同，即在理想條件下，單機(jī)系統(tǒng)潮流的經(jīng)濟(jì)分布控制計算思路清晰、 正確。 第 5 章 總結(jié) 本文研究此電力網(wǎng)的支路功率分布，并完成對一支路加入附加電勢，使系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)支路功率經(jīng)濟(jì)分布的效果。在電力網(wǎng)中會出現(xiàn)功率損失，為是電能質(zhì)量可靠， 保證電能的質(zhì)量要求，則需對系統(tǒng)進(jìn)行功率補(bǔ)償，本此設(shè)計對串聯(lián)補(bǔ)償器進(jìn)行設(shè) 計，并設(shè)計其硬件

39、電路圖，以滿足電力用戶需要的電能質(zhì)量。并通過牛頓拉夫遜 潮流計算使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)支路功率的經(jīng)濟(jì)分布，并用 matlab 進(jìn)行仿真。 在計算過程中利用了 matlab 軟件工具。matlab 軟件不僅減小了我的工 作量，尤其在進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算時可以很大的提高工作速度，而且還能增加正確率。 matlab 仿真圖所示的結(jié)果證實(shí)了課設(shè)計算結(jié)果，表明本次課設(shè)單機(jī)系統(tǒng)潮流 的經(jīng)濟(jì)分布控制的課程設(shè)計要求。 在潮流計算之前，需要對系統(tǒng)潮流進(jìn)行繪畫等值電路，然后計算每個元件的 參數(shù)，和每條支路的功率，并還要畫出其經(jīng)濟(jì)分布功率的等值電路圖。對該支路 附加電動勢，以實(shí)現(xiàn)支路功率的經(jīng)濟(jì)分布效果，最后通過 matlab 軟件對計算結(jié) 果進(jìn)行仿真，并用仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較。 規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以檢驗(yàn)所提出的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案能否滿 足各種運(yùn)行方式的要求，以便制定出既滿足未來供電負(fù)荷增長的需求，又保證安 全穩(wěn)定運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。 參考文獻(xiàn) 1 何仰贊等. 電力系統(tǒng)分析（上）.華中科技大學(xué)出版社.2002.1