整理9節(jié)點電力系統(tǒng)潮流計算

1、9 節(jié)點電力系統(tǒng)潮流計算課程設(shè)計 設(shè) 計 題 目 指導教師 院（系、部）業(yè)班級9 節(jié)點電力網(wǎng)絡潮流計算電氣與控制工程學院電氣工程系課程設(shè)計標準評分模板 目錄1 P SASP軟件簡1.1 PSASP平臺的主要功能和特點1.2 P SASP勺平臺組成2 牛頓拉夫遜潮流計算簡2.1 牛頓拉夫遜法概要2.2 直角坐標下的牛頓拉夫遜潮流計算2.3 牛頓拉夫遜潮流計算的方法3 九節(jié)點系統(tǒng)單線圖及元件數(shù)10103.1 九節(jié)點系統(tǒng)單線圖3.2 系統(tǒng)各項元件的數(shù)據(jù)4 潮流計算的結(jié)104.1 潮流計算后的單線圖4.2 潮流計算結(jié)果輸出表格14電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計任務書9 節(jié)點系統(tǒng)單線圖如下：基本數(shù)據(jù)如下：表3 兩

2、繞組變壓器數(shù)據(jù)負荷數(shù)據(jù)1 P SASP軟件簡介電力系統(tǒng)分析綜合程序” ( Power System Analysis SoftwarePackage, PSAS P是一套歷史悠久、功能強大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，是高度集成和開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型軟件包?；陔娋W(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支 持，PSASP可進行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計算分 析，目前包括十多個計算機模塊，P SASP勺計算功能還在不斷發(fā)展、完善和擴充。為了便于用戶使用以及程序功能擴充，在P SAS P7.中設(shè)計和開發(fā)了圖模一體化支持平臺， 應用該平臺可以方便地建立電網(wǎng)分析的各 種數(shù)

3、據(jù)，繪制所需要的各種電網(wǎng)圖形（單線圖、地理位置接線圖、廠 站主接線圖等）；該平臺服務于PSASF的各種計算，在此之外可以進 行各種分析計算，并輸出各種計算結(jié)果。1.1 PSASP平臺的主要功能和特點PSASF圖模一體化支持平臺的主要功能和特點可概括為:1. 圖模支持平臺具備 MDI 多文檔操作界面，是一個單線圖圖形 繪制、元件數(shù)據(jù)錄入編輯、各種計算功能、結(jié)果顯示、報表和曲線輸 出的集成環(huán)境。用戶可以方便地建立電網(wǎng)數(shù)據(jù)、繪制電網(wǎng)圖形、驚醒 各種分析計算。人機交互界面全部漢化，界面良好，操作方便。2. 真正的實現(xiàn)了圖模一體化?？蛇吚L圖邊建數(shù)據(jù)，也可以在數(shù)據(jù)已知的情況下進行圖形自動快速繪制；圖形、數(shù)

4、據(jù)自動對應，所見 即所得。3. 應用該平臺可以繪制各種電網(wǎng)圖形，包括單線圖、地理位置 接線圖、廠站主接線圖等。? 所有圖形獨立于各種分析計算，并為各計算模塊所共享；? 可在圖形上進行各種計算操作，并在圖上顯示各種計算結(jié)果；? 同一系統(tǒng)可對應多套單線圖，多層子圖嵌套；? 單線圖上可細化到廠站主接線結(jié)構(gòu)；? 可定義各種模板，通過模板自動生成廠站主接線圖及其數(shù)據(jù)；? 各種電網(wǎng)圖形基于統(tǒng)一的圖形組態(tài)定義， 實現(xiàn)了各類元件樣式 的靈活定義和擴展。4. 具備安全的數(shù)據(jù)構(gòu)架，進行了層次化的數(shù)據(jù)保護，保證了電 網(wǎng)數(shù)據(jù)和圖形的安全性和一致性。5. 該平臺是開放的，基于該平臺的應用軟件（計算模塊）的接 入為“即插

5、即用式”，便于對PSASf進行功能擴充。便于PSASP程序 模塊定制剪裁及功能擴充，適應 PSAS環(huán)斷發(fā)展的需要。6. 通過與實際廠站中物理元件的對應，實現(xiàn)P SAS與在線數(shù)據(jù)接口。平臺可接入SCADA/EMS等實際量測信息，實現(xiàn) PSASP在線分析計算。7. 兼容PSASP種版本的數(shù)據(jù)；提供與BPA IEEE格式的數(shù)據(jù)接口。8. 使用標準 Qt 圖形庫支持，保證了程序的多平臺兼容性，可運 行于 Windows、Linux、UNIX操作系統(tǒng)下。9. 除PSASP之外，該平臺還可作為在線動態(tài)安全評估（DSA、調(diào)度員培訓模擬（DTS等系統(tǒng)的運行支持平臺。10. 向AutoCAD MatLab、Ex

6、cel等通用軟件開發(fā)。1.2 P SASP勺平臺組成P SAS P7.（圖模一體化平臺包括:? 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫? 單線圖? 地理位置接線圖? 廠站主接線圖? 計算作業(yè)數(shù)據(jù)庫? 實時數(shù)據(jù)庫? 用戶自定義建模實時數(shù)據(jù)庫是滿足實時要求勺主內(nèi)存數(shù)據(jù)庫， 由于不需要在數(shù)據(jù) 庫文件和緩沖池間交換數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫緩存管理， 實時數(shù)據(jù)庫勺處理 速度和響應能力均優(yōu)于商業(yè)數(shù)據(jù)庫。2 牛頓拉夫遜潮流計算簡介2.1 牛頓拉夫遜法概要潮流計算在數(shù)學上是多元非線性方程組勺求解問題， 求解勺方法2有很多種。自從 20世紀 50年代計算機應用于電力系統(tǒng)以來， 當時求 解潮流的方法是以節(jié)點導納矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法， 后來為解決節(jié)

7、點導納法的收斂性較差的問題， 出現(xiàn)了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入 法，到了 20世紀 60 年代，針對阻抗法占用計算機內(nèi)存大的問題又出 現(xiàn)了分塊阻抗法及牛頓拉夫遜法。 牛頓拉夫遜法是數(shù)學上解決非 線性方程式的有效方法， 有較好的收斂性，利用了導納矩陣的對稱性、 稀疏性以及節(jié)點標號順序優(yōu)化的技巧， 成為廣泛研究非線性問題的潮 流計算方法。牛頓拉夫遜法是常用的解非線性方程組的方法， 也是當前廣泛 采用的計算潮流的方法，其標準模式如下。設(shè)有非線性方程組f1?x1,x2,?,xn?y1?ff其近似解為 x1?,?,xn?y2?2x1x2?,?,?y?xxx12nnn?21)?0?0?,?,55X。設(shè)近似

8、解與精確解分別相差？x, ?x, ?,X,則如下的關(guān)系式應該成立f1?x1ff(0)?x1,x2x1,x2x1,x2(0)?x2,?,xnx2,?,xnx2,?,xn(0)?xn?y1?xn?xn?x?x(0)1(0)(0)? (0)1n?(0)?(0)? ?y?2? ?y? y n?22)上式中的任何一式都可按照泰勒級數(shù)展開。以第一式為例，f1?x1(0)? (0)x1,x2?(0)(0)(0)x2,?,xn?(0)xn?f1?x2f1?x1y1,x2,?,xn? ?f1?x1x1?x2?f1?xnxn?1(23)式中：?f1?x1?f1?x2，?，?f1?xn分別表示以 x1?0?,x2,

9、?,xn?0?0?代入這些偏導數(shù)表示式時計算所得， ?1 則是一包含 ?x1，?x2，?xn 的高次 方與f1的高階偏導數(shù)乘積的函數(shù)。如近似解 Xi與精確解相差不大,則?xi的高次方可略去，從而?1也可略去，由此可以得到一組線性方 程組，常稱為修正方程組。它可以用矩陣的形式表示?f?f?x10?x20?f?f?x10?x20?fn?fn?x10?x20?f?J?x(0)?f?y?1?y?2?ynf1?x1ff(0),x2,?,xn(0)(0)(0)?x?x(0)1,x2,?,xn(0)?(0)1n,x2,?,xn(0)(0)?xn0?x1?f? I ?x2?xn0?xn?fn?xn0?24)2

10、5)或者簡寫為式中：J稱為函數(shù)fi的雅可比矩陣；?x為由？xi組成的列向量；?f 則稱不平衡量的列向量。將Xi代入，可得？f、J中的各元素。然后用 任何一種解線性代數(shù)方程的方法，可求得?xi，從而求得經(jīng)第一次迭代 后 xi 的新值(0)?(1)Xi。再將求得的Xi代入，又可求得？f、J中各元素的新值，從而(2)(0)(1)解得?Xi以及Xi確的解。Xi(1)?Xi。如此循環(huán)不已，最后可獲得對初始式子足夠精(1)2.2 直角坐標下的牛頓拉夫遜潮流計算把牛頓法用于潮流計算，要求將潮流方程改寫成形如方程式（ 2 1）所示的形式。節(jié)點電壓和導納可表示為iei?(26)Yij?Gij?jBij將上述表示

11、式代入Pi?jQi?Ui?YijUj的右端，展開并分出實部和虛 部，j?1?便可得Pi?ei?Gijej?Bijfnj?1?fi?Gijfnj?1nBijej?Bijej?27)Qi?fi?Gijej?Bijfnj?1?e?Gij?1ij按照節(jié)點的分類，PQ節(jié)點的有功功率和無功功率是給定的，第i個節(jié)點的給定功率設(shè)為Pis和Qis。假定系統(tǒng)中的第1,2,3, ?, m節(jié)點為PQ節(jié)點，對其中的每一個節(jié)點可列方程Pi?Pis?Pi?Pis?ei?Gijej?Bijfnj?1n?fi?Gijfnj?1nBijej?0 Bijej?0?Q?Qis?Qi?Qis?fi?Gijej?Bijfj?ei?Gij

12、fj?1j?128)?i?1,2,3,?,m?PV節(jié)點的有功功率和節(jié)點電壓幅值是給定的。假定系統(tǒng)中的第 m+1, m+2, ?, n1號節(jié)點為PV節(jié)點，則對其中每一節(jié)點可以列寫方程Pi?Pis?Pi?Pis?ei?Gijej?Bijfnj?1?fi?Gijfnj?1Bijej?0?U2i?U2is?U2i?U2is?e2i2i?0?i?m?1,m?2,?,n?1?n29)第 n 號節(jié)點為平衡節(jié)點，其電壓 Uen?fn 是給定的，故不參加迭代。式(2 8)和(29)中總共包含了 2 (n1)個方程，待求變 量有 e1， f1，e2， f2， ?， en?1， fn?1，也是 2( n 1 )個。

13、同時可以看到方程式( 2 8)和( 29)已經(jīng)具備方程組( 24)的形式?W?J?U(210)再將上式用雅可比的矩陣方程組來表示出來， 用牛頓拉夫遜法 依次迭代數(shù)據(jù)求得精確的潮流計算。 這一方法在當代的電力系統(tǒng)計算 和分析中得到了廣泛的應用和開發(fā)。2.3 牛頓拉夫遜潮流計算的方法形成了雅可比矩陣后并建立了修正方程式， 運用牛頓拉夫遜法 計算潮流的核心問題已解決， 已有可能列出基本計算步驟并編制流程 圖。顯然，其修正方程式有兩中不同表示方式，但牛頓拉夫遜法潮 流計算的基本步驟卻大體上一致，如下幾步：1 )形成節(jié)點導納矩陣 YB； ( 2)設(shè)各節(jié)點電壓的初值 ei， f(0)(0)i3）將各節(jié)點電

14、壓初始值代入式（ 29）中，求修正方程式中的不平衡量Pi(0),?Qi 和?U(0)(0)4）將各節(jié)點電壓的初值代入雅可比矩陣表達式中，求修正方程式的系數(shù)矩陣；5）解修正方程式，求各節(jié)點電壓的變化量，即修正量?ei、?f6）計算各節(jié)點電壓的新值，即修正后的值(0)(0)ieiei(0)?ei(0)(0)i?(0)i(211)7）運用各節(jié)點電壓新值順次進行下一次迭代；8）計算平衡點功率和線路功率。其中平衡點功率為?iSs?Us?YisUi?1Ps?jQs212)線路功率為Sij?UiIij ji ?j?Pij?jQijPji?jQji213)S?UI ji從而，線路上損耗的功率為 jiSijSi

15、j?S ?Pij?j?Q ij214)3 九節(jié)點系統(tǒng)單線圖及元件數(shù)據(jù)3.1 九節(jié)點系統(tǒng)單線圖 圖3 1 . 9節(jié)點系統(tǒng)單線圖PSASP軟件導出圖3.2 系統(tǒng)各項元件的數(shù)據(jù) 各項數(shù)據(jù)如下表所示： 表 3 5 負荷數(shù)據(jù) 表 36 區(qū)域、分區(qū) /數(shù)據(jù)4 潮流計算的結(jié)果4.1 潮流計算后的單線圖 圖 4 1. 潮流計算后的單線圖4.2 潮流計算結(jié)果輸出表格 經(jīng)單線圖繪制完成， 檢查無誤，潮流計算后表格輸出的結(jié)果如下： 表 4 1 潮流計算摘要信息表10表 4 2 結(jié)果綜述表表 4 3 物理母線計潮流算結(jié)果11表 4 4 發(fā)電機潮流計算結(jié)果表 4 5 負荷潮流計算結(jié)果12表 4 6 交流線潮流計算結(jié)果交

16、流線結(jié)果報表作業(yè)名：作業(yè) _1 計算日期： 2013/06/24 時間： 18:21:59 單位：p.u. 區(qū)域 全網(wǎng) 交流線名*AC_1 *AC_6 *AC_7 區(qū)域 全網(wǎng) 交流線名*AC_2 *AC_5 *AC_8 區(qū)域 全網(wǎng) 交流線名*AC_3 *AC_4分區(qū) 區(qū)域 2I 側(cè)母線I 側(cè)有功J側(cè)母線I 側(cè)電壓I 側(cè)無功J側(cè)電壓J 側(cè)有功J 側(cè)無功GEN1-230 STNA-230 1.04042 0.1493 -0.0296 STNB-230 GEN1-2301.02347 -0.4002 -0.1911 GEN1-230 STNA-230 1.04042 0.1493 -0.0296分區(qū)

17、分區(qū)間I 側(cè)母線I 側(cè)母線J 側(cè)母線I側(cè)電壓I 側(cè)有功I 側(cè)無功1.03368 0.1491 0.15761.04042 -0.403 -0.0379 1.03368 0.1491 0.1576J側(cè)電壓J 側(cè)有功J 側(cè)無功STNA-230 GEN2-230 1.03368GEN3-230 STNB-230 1.03301 STNA-230 GEN2-230 1.033分68區(qū)區(qū)域1J 側(cè)母線I 側(cè)電壓-0.47610.5095 -0.4761I 側(cè)有功-0.0923 -0.2283 -0.0923I 側(cè)無功1.04014 -0.483 0.2018 1.02347 0.5 0.1086 1.0

18、4014 -0.483 0.2018J側(cè)電壓J 側(cè)有功J 側(cè)無功GEN2-230 STNC-230 1.04014 0.6643 0.0754 1.02489 0.6607STNC-230 GEN3-230 1.02489 -0.3395 -0.1469 1.03301 -0.3408表 4 7 兩繞組變壓器潮流計算結(jié)果0.2032 0.0632兩繞組變壓器結(jié)果報表作業(yè)名：作業(yè) _1 計算日期： 2013/06/24 時間： 18:21:59 單位：p.u. 區(qū)域 全網(wǎng)兩繞組變壓器名稱 *T2w_1 *T2w_14 區(qū)域 全網(wǎng)兩繞組變壓器名稱 *T2w_12 區(qū)域 全網(wǎng)兩繞組變壓器名稱廠站 發(fā)電廠 1分區(qū)區(qū)域一2 I側(cè)母線J側(cè)母線I 側(cè)有功I 側(cè)無功J 側(cè)有功J 側(cè)無功發(fā)電 1 發(fā)電 1分區(qū)區(qū)域一1 I側(cè)母線GEN1-230 GEN1-230廠站 發(fā)電廠 2J側(cè)母線0.3508 -0.0043 0.3508 -0.0043I 側(cè)有功I 側(cè)無功0.3508 -0.01080.3508 -0.0108J 側(cè)無功J 側(cè)有功發(fā)電