電力系統(tǒng)潮流計(jì)算課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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

2、數(shù)據(jù)。 潮流計(jì)算的意義：(1)在電網(wǎng)規(guī)劃階段,通過潮流計(jì)算,合理規(guī)劃電源容量及接入點(diǎn),合理規(guī)劃網(wǎng)架,選擇無功補(bǔ)償方案,滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓的要求。 (2)在編制年運(yùn)行方式時(shí),在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長及新設(shè)備投運(yùn)基礎(chǔ)上,選擇典型方式進(jìn)行潮流計(jì)算,發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié),供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考,并對規(guī)劃、基建部門提出改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),加快基建進(jìn)度的建議。 (3)正常檢修及特殊運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算,用于日運(yùn)行方式的編制,指導(dǎo)發(fā)電廠開機(jī)方式,有功、無功調(diào)整方案及負(fù)荷調(diào)整方案,滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質(zhì)量要求。 (4)預(yù)想事故、設(shè)備退出運(yùn)行對靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行

3、方式調(diào)整方案。 2 潮流計(jì)算數(shù)學(xué)模型1.變壓器的數(shù)學(xué)模型：變壓器忽略對地支路等值電路： 2.輸電線的數(shù)學(xué)模型： 型等值電路：3 數(shù)值方法與計(jì)算流程利用牛頓拉夫遜法進(jìn)行求解，用MATLAB軟件編程，可以求解系統(tǒng)潮流分布根據(jù)題目的不同要求對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)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(jìn)行潮流分析，將兩者進(jìn)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(gè)變量X函數(shù)為： 到此方程時(shí)，由適當(dāng)?shù)慕浦党霭l(fā)，根據(jù)：反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)滿足適當(dāng)?shù)氖諗織l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(shè)第次迭代得到的解語真值之差，即的誤差為時(shí)，則：把在附近對用泰勒級數(shù)展開上式省略去以后部分的誤差可以近似由上式計(jì)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(xiàng)相等。用同樣的方法考慮，給出個(gè)變量的個(gè)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(guān)系這比更接近真實(shí)值。這一步在收斂到希望的值以前重復(fù)進(jìn)行，一般要反復(fù)計(jì)算滿足為預(yù)先規(guī)定的小正數(shù)，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(jì)算潮流時(shí)，有以下的步驟：給這各節(jié)點(diǎn)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(shù)項(xiàng)向量 ；將電壓初始值在帶入上述公式，求出修正方程中系數(shù)矩陣的各元素。解修正方程式；修正各節(jié)點(diǎn)電壓，；將，在帶入方程式，求出；檢驗(yàn)是否收斂，即如果收斂，迭代到此結(jié)束，進(jìn)一步計(jì)算各線路潮流和平衡節(jié)點(diǎn)功率，并打印輸出結(jié)果。如果不收斂，轉(zhuǎn)回進(jìn)行下次迭代計(jì)算，直到收斂為止。（2）程序框圖如下：啟動輸入原始數(shù)據(jù)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分解各節(jié)點(diǎn)初始電壓的實(shí)部和虛部迭代次數(shù)K=0求PQ節(jié)點(diǎn)的,，求PV節(jié)點(diǎn)的，置節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(diǎn)設(shè)置及分類 根據(jù)系統(tǒng)圖可知此系統(tǒng)為兩端供電網(wǎng)路，將母線1，2設(shè)為節(jié)點(diǎn)1，10，將變電所1、2、3、4的高低壓側(cè)分別設(shè)為節(jié)點(diǎn)2、3、4、5、6、7、8、9。并且，將節(jié)點(diǎn)1設(shè)為平衡節(jié)點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)10設(shè)為PV節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)為PQ節(jié)點(diǎn)。4.1.2 參數(shù)求取設(shè)定基準(zhǔn)值，所以根據(jù)題目原始資料，計(jì)算發(fā)電廠、變壓器及線路的參數(shù)。（1）運(yùn)用下列公式計(jì)算變壓器參數(shù)： （2）計(jì)算線路參數(shù) （3）變電所負(fù)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(shù)整理，見下表：首端號末端號阻抗有名值阻抗標(biāo)幺值電納有名值電納標(biāo)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(jì)算變壓器分接頭變比變壓器有5個(gè)抽頭，電壓調(diào)節(jié)范圍為2*2.5%， 對應(yīng)的分接頭開始時(shí)設(shè)變壓器高壓側(cè)接主接頭,降壓變壓器5個(gè)分接頭時(shí)的非標(biāo)準(zhǔn)變比以備調(diào)壓時(shí)選用對變電所低壓母線為35KV時(shí)，非標(biāo)準(zhǔn)變比與10KV時(shí)相同。所以得到的電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)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(dāng)變電所1,2,3,4負(fù)荷分別為：40MW，50MW，40MW，60MW時(shí)，假設(shè)初始的branch，bus，generator矩陣如下圖：得到的結(jié)果如下圖：節(jié)點(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)

10、3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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(shù)都不符合要求，且網(wǎng)絡(luò)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(gè)調(diào)節(jié)，得到如下關(guān)系：1， 母線電壓1的電壓升高會導(dǎo)致以下參數(shù)的改變：29母線的電壓會提高，網(wǎng)絡(luò)總損耗變大。2， 發(fā)電廠2的發(fā)電功率減少會導(dǎo)致以下參數(shù)的改變：49母線電壓會降低，網(wǎng)絡(luò)總損耗變小。3， 變壓器變比的減少會導(dǎo)致以下參數(shù)的改變：相應(yīng)的母線電壓提高，網(wǎng)絡(luò)總損耗變小。綜上述分

11、析，經(jīng)過調(diào)試參數(shù)得到較為滿足條件且網(wǎng)絡(luò)損耗較小的情況：得到branch，bus，generator矩陣如下圖結(jié)果如下圖：節(jié)點(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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(fù)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(shù)：（由于發(fā)電廠1的母線設(shè)定為參考節(jié)點(diǎn)，所以暫且將電廠1的發(fā)電量設(shè)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(jié)果如下表：節(jié)點(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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(shù)，我們得出的各電壓參數(shù)不符合題目要求，且有無功損耗較高，因此我們還需要調(diào)整各可控參數(shù)來獲得更小的有無功損耗。4.4 第四問經(jīng)過調(diào)試各可控參數(shù)我們得到以下結(jié)果：當(dāng)可調(diào)參數(shù)的值為下表時(shí)：得到的結(jié)果如下表所示：節(jié)點(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)

13、點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)10電壓有功功率損耗無功功率損耗四個(gè)負(fù)荷均增大2%1.010.9971.0230.9861.0030.9911.0150.9911.0171.013.82219.09四個(gè)負(fù)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(shè)變電所1，2，3，4的負(fù)荷分別為40MW，50MW，40MW，60MW，此時(shí)若不斷開

14、任何一條回線且可控參數(shù)為第四問得到的較優(yōu)解，則運(yùn)行結(jié)果如下：節(jié)點(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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(diǎn)1電壓節(jié)點(diǎn)2電壓節(jié)點(diǎn)3電壓節(jié)點(diǎn)4電壓節(jié)點(diǎn)5電壓節(jié)點(diǎn)6電壓節(jié)點(diǎn)7電壓節(jié)點(diǎn)8電壓節(jié)點(diǎn)9電壓節(jié)點(diǎn)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