1潮流計(jì)算基本原理

1、3.1 潮流計(jì)算根本原理潮流是指在發(fā)電機(jī)母線上功率被注入網(wǎng)絡(luò),而在變配電站的母線上接入負(fù)荷,其間,功率在網(wǎng)絡(luò)中 流動(dòng).對(duì)于這種流動(dòng)的功率,電力生產(chǎn)部門稱之為潮流.以電力網(wǎng)絡(luò)潮流、電壓計(jì)算為主要內(nèi)容的電力網(wǎng)絡(luò) 穩(wěn)態(tài)行為特性計(jì)算的目的在于估計(jì)對(duì)用戶電力供給的質(zhì)量以及為電力網(wǎng)運(yùn)行的平安性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)估提供根底 數(shù)據(jù).配電網(wǎng)潮流計(jì)算是配電網(wǎng)絡(luò)分析的根底,配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、無功功率優(yōu)化、狀態(tài)估計(jì)和故障處理都 需要用到配電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù).電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行應(yīng)滿足以下要求 ：1滿足系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的要求,每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出必須接近于預(yù)先設(shè)定值；2必須保證聯(lián)絡(luò)線潮流低于線路熱極限和電力系統(tǒng)穩(wěn)定極限；3必須保持某些中樞點(diǎn)

2、母線上的電壓水平在容許范圍內(nèi),必要時(shí)用無功功率補(bǔ)償方案來到達(dá)；4區(qū)域電網(wǎng)是互聯(lián)系統(tǒng)的一局部,必須執(zhí)行合同規(guī)定的輸送至鄰網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線功率方案；5用故障前的潮流限制策略使事故擾動(dòng)效應(yīng)最小化.通常情況下,輸電線路電壓在輕載時(shí)會(huì)較高,重載時(shí)會(huì)較低,電壓調(diào)整是指在負(fù)載由輕載到滿載變化過程中實(shí)時(shí)調(diào)整線路電壓滿足運(yùn)行要求；對(duì)于超高壓輸電線路,線路電壓維持在額定電壓的±5%:內(nèi),實(shí)際運(yùn)行時(shí),通常電壓調(diào)整約為10% o對(duì)于低壓輸電線路,電壓調(diào)整數(shù)值為10%包含了變壓器本身的電壓降落.3.1.1潮流計(jì)算的根本物理量潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最根本的計(jì)算,它的任務(wù)是對(duì)給定的運(yùn)行條件確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),

3、就是在三相平衡穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下計(jì)算電力系統(tǒng)中每條母線的電壓幅值和相角,其中每一設(shè)備如傳輸線和變壓器中 的有功和無功潮流,以及各設(shè)備的損耗都需要計(jì)算出來.潮流計(jì)算采用電力系統(tǒng)的單線圖,對(duì)于任意一條母線i ,需要以下四個(gè)變量描述：電壓幅值U、相角5：電網(wǎng)供給母線的有功 P、無功Q.假設(shè)某一電力系統(tǒng)有 N個(gè)節(jié)點(diǎn),那么共有4N個(gè)變量,對(duì)于每條母線,這些變量 中的兩個(gè)指定為輸入數(shù)據(jù),其它的兩個(gè)是潮流程序所要計(jì)算的未知量.為方便起見,在圖3.1中傳送給母線i的功率可分為發(fā)電機(jī)發(fā)出和負(fù)載吸收兩局部.也就是P = P GiP LiQ = QGiQLi圖3-1節(jié)點(diǎn)的變量每條母線被歸分為以下三種母線類型中的某一類：1平

4、衡節(jié)點(diǎn),一般一個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn).在潮流分布算出以前,網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗是未知的,因此,至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的有功功率 P和無功功率Q不能給定.另外必須選定一個(gè)節(jié)點(diǎn),制定其電壓相角為零, 作為其它節(jié)點(diǎn)電壓相位的參考,這個(gè)節(jié)點(diǎn)叫基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn).為了計(jì)算方便,常將平衡節(jié)點(diǎn)和基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)設(shè)在同一個(gè) 節(jié)點(diǎn)上.為方便起見在本書中把它標(biāo)號(hào)為母線1.平衡節(jié)點(diǎn)是電壓參考節(jié)點(diǎn),該母線的 匚心.是給定值,作為輸入數(shù)據(jù),典型取標(biāo)幺值口網(wǎng)上十.潮流程序計(jì)算P1和Q.由于平衡節(jié)點(diǎn)的p、Q事先無法確定,為使潮流 計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際,常把平衡節(jié)點(diǎn)選在有較大調(diào)節(jié)裕量的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn),潮流計(jì)算結(jié)束時(shí)假設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)的有功功率、無功功率和實(shí)際情況不符,

5、就要調(diào)整其他節(jié)點(diǎn)的邊界條件以使平衡節(jié)點(diǎn)的功率滿足實(shí)際允許范圍.2） PQ節(jié)點(diǎn),P和Q是輸入數(shù)據(jù).這類節(jié)點(diǎn)的有功功率R和無功功率Q是給定的,潮流計(jì)算程序計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓幅值U和相角.負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和無功功率注入的聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都屬于這類節(jié)點(diǎn).有些情況下,系統(tǒng)中某些發(fā)電廠送出的功率在一定時(shí)間內(nèi)為固定時(shí),該發(fā)電廠母線也可以作為 PQ節(jié)點(diǎn).在一個(gè)典型的潮流程序中絕大多數(shù)母線作為PQ節(jié)點(diǎn).3） PU節(jié)點(diǎn)電壓限制母線,P和U是輸入數(shù)據(jù).這類節(jié)點(diǎn)的有功功率R和節(jié)點(diǎn)電壓幅值 U是給定的,潮流程序計(jì)算節(jié)點(diǎn)的無功功率 Q和電壓相角J o這類節(jié)點(diǎn)必須具有足夠的無功可調(diào)容量,用以保持給定的節(jié)點(diǎn)電壓幅值.在電力系統(tǒng)中這類節(jié)點(diǎn)的數(shù)目較少

6、.例如與發(fā)電機(jī)、并聯(lián)補(bǔ)償電容器或者靜止無功系統(tǒng)相連的 母線.設(shè)備無功功率最大值 CUax和最小值CU,n都是輸入數(shù)據(jù).另一個(gè)例子是與抽頭可調(diào)節(jié)變壓器相連的母線, 用潮流程序計(jì)算抽頭的位置.注意,當(dāng)母線i是無發(fā)電機(jī)相連接的負(fù)載母線時(shí),P=-Pl為負(fù)值；也就是說,在圖3.1中給母線i提供的有功為負(fù)值.如果負(fù)荷是感性的,Q=-QLi為負(fù)值.綜上所述,假設(shè)系統(tǒng)中有 n個(gè)節(jié)點(diǎn),n為網(wǎng)絡(luò)中除去參考節(jié)點(diǎn)外的節(jié)點(diǎn)數(shù),本書中以大地為參考節(jié)點(diǎn),選 第1個(gè)節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn),剩下的 n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)中有r個(gè)PU節(jié)點(diǎn),那么有n-r-1個(gè)PQ節(jié)點(diǎn).因此,除了平衡節(jié)點(diǎn)外, 有n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入有功功率、n-r-1個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)的注入

7、無功功率和 r個(gè)PU節(jié)點(diǎn)電壓幅值為量.4） 1.2潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型在穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算中,電力系統(tǒng)各元件參數(shù)等效成一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò).將發(fā)電機(jī)和負(fù)荷用無阻抗線從網(wǎng)絡(luò) 中抽出,剩下的是由接地和不接地支路組成的無源線性網(wǎng)絡(luò),可以用導(dǎo)納矩陣Y或阻抗矩陣Z來描述.采用導(dǎo)納矩陣時(shí),節(jié)點(diǎn)電流和節(jié)點(diǎn)電壓構(gòu)成以下方程："二 YU3-1其中：丫為nxn階導(dǎo)納矩陣,其階數(shù)n為網(wǎng)絡(luò)中除去參考節(jié)點(diǎn)外的節(jié)點(diǎn)數(shù),如果不考慮網(wǎng)絡(luò)元件的非線 性及變壓器的相位偏移,Y為對(duì)稱矩陣,為nX1維節(jié)點(diǎn)注入電流列向量,在電力系統(tǒng)計(jì)算中,節(jié)點(diǎn)注入電流 可理解為該節(jié)點(diǎn)電源電流與負(fù)荷電流之和,并規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)電流為正.因此僅有負(fù)荷的節(jié)電電流就為

8、負(fù)值, 某些僅起聯(lián)絡(luò)作用的節(jié)點(diǎn),圖 3-2中節(jié)點(diǎn)n=3,其注入電流為零.口為n*1維節(jié)點(diǎn)電壓列向量.網(wǎng)絡(luò)中有接地支路時(shí),節(jié)點(diǎn)電壓通常指該節(jié)點(diǎn)的對(duì)地電壓,以大地作為參考節(jié)點(diǎn),并規(guī)定其編號(hào)為零.圖3-2運(yùn)用節(jié)點(diǎn)電壓法時(shí)的電力網(wǎng)路等值電路對(duì)于第i個(gè)節(jié)點(diǎn),展開為如下形式:立EX% c門)(3-2)假設(shè)采用阻抗矩陣可表示為:展開為:H二£4二二(3-3)在潮流計(jì)算時(shí)一般以節(jié)點(diǎn)電壓方程進(jìn)行.節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣與阻抗矩陣互為逆陣,在短路計(jì)算時(shí)可直接利用導(dǎo)納矩陣求逆得到阻抗矩陣以求得短路點(diǎn)的短路電流.由于實(shí)際系統(tǒng)中一般不給出節(jié)點(diǎn)電流而是節(jié)點(diǎn)功率,因此將式3-2中的節(jié)點(diǎn)注入電流用節(jié)點(diǎn)注入功率來表不為：-3-

9、4= ,1=12如果節(jié)點(diǎn)電壓用極坐標(biāo)表示,令5 = 5*5 = U3/玲=宇芹=與4J鳥d=L2,En個(gè)節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)的潮流方程的一般形式是“3一、3-5 £廣片+JQ三三4口/"匕=12, /川*工3產(chǎn).項(xiàng)旭-即川Q二5臺(tái)為4曲3一.一即(3-6)或&= U 4鞏*聞在一與+42出心Q二5±%叵為口4一即一%g也一即 j-i假設(shè)采用直角坐標(biāo)系,節(jié)點(diǎn)電壓可表示為酷二與十第導(dǎo)納矩陣元素可以表示為.=.+ 洱將上述表達(dá)式帶入式2-8的右端,展開并分出實(shí)部和虛部,便得“M3-7E弓一鳥+/=©£+鳥號(hào)I川J-1Q=定/號(hào)- 44-日©

10、力+%Ljj>i可見,原來電流電壓的線性方程組變換為功率和電壓的非線性方程組,式3-6 3-7就是潮流計(jì)算的根本方程.它是一組共有 n個(gè)非線性方程組成的復(fù)數(shù)方程組,如果把實(shí)部和虛局部開便得到2n個(gè)實(shí)數(shù)方程,由該方程組可解出2n個(gè)運(yùn)行參數(shù).但是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有 P、Q、J 四個(gè)運(yùn)行變量,共有4n個(gè)運(yùn)行參數(shù),所 以要事先給定其余2n個(gè)參數(shù).這就要根據(jù)節(jié)點(diǎn)的分類,將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的4個(gè)運(yùn)行參數(shù)中的兩個(gè)作為原始數(shù)據(jù),另外兩個(gè)作為待求量.3.1.3潮流計(jì)算的約束條件為了保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,潮流問題中某些變量應(yīng)滿足一定的約束條件,常用的約束條件有:(1)所有節(jié)點(diǎn)電壓必須滿足皿0=14 從保證電能質(zhì)量和供電平安的要求來看,電力系統(tǒng)的所有電氣設(shè)備都必須運(yùn)行在額定電壓附近.PU節(jié)點(diǎn)的電壓幅值必須按上述條件給定.因此,這一定約束條件主要是對(duì)PQ節(jié)點(diǎn)而言.(2)所有電源節(jié)點(diǎn)的有功功率和無功功率必須滿足P < P < P '1 1 <jz 1 前 imx I- Qoi - Qgi nwtPQ節(jié)點(diǎn)的有功功率和無功功率以及 PU節(jié)點(diǎn)有功功率,在給定時(shí)就必須滿