電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)課程設(shè)計(jì)-潮流計(jì)算

1、課程設(shè)計(jì)(論文) 題 目 名 稱(chēng) 潮流計(jì)算 課 程 名 稱(chēng) 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 10412010 系 、專(zhuān) 業(yè) 電氣工程系 指 導(dǎo) 教 師 2013年 1月3 日1 / 16邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)年級(jí)專(zhuān)業(yè)10電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)10412010題目名稱(chēng)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)間2013.12.21-2012.1.3課程名稱(chēng) 潮流計(jì)算課程設(shè)計(jì)課程編號(hào)121202306設(shè)計(jì)地點(diǎn)綜合仿真實(shí)驗(yàn)室一、 課程設(shè)計(jì)（論文）目的 1.掌握電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的基本原理； 2.掌握并能熟練運(yùn)用PSCAD仿真軟件； 3.采用PSCAD軟件，做出系統(tǒng)接線圖的潮流計(jì)算仿真結(jié)果。二、

2、 已知技術(shù)參數(shù)和條件在圖1所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)1、2為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)，已給定，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標(biāo)幺值如表2所示，給定電壓的初始值如表2所示，收斂系數(shù)。試求：圖1 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)三、 任務(wù)和要求1. 按學(xué)校規(guī)定的格式編寫(xiě)設(shè)計(jì)論文。2. 論文主要內(nèi)容有：課題名稱(chēng)。設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。PSCAD的應(yīng)用以及仿真結(jié)果。收獲體會(huì)、存在問(wèn)題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見(jiàn)等。注：1此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料何仰贊 主編.電力系統(tǒng)分析. 高教出版社出版.第三版.2002年劉明波 主編.大電網(wǎng)最優(yōu)潮流計(jì)

3、算.科學(xué)出版社出版.第一版.2010年 陳珩 主編.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.中國(guó)電力出版社.第三版.2007年韓禎祥 主編.電力系統(tǒng)分析.浙江大學(xué)出版社.第三版.2005年五、進(jìn)度安排 2012年12月21日：下達(dá)課程設(shè)計(jì)的計(jì)劃書(shū)，任務(wù)書(shū)，設(shè)計(jì)題目及分組情況 2012年12月22日-28日：學(xué)生熟悉PSCAD軟件和建模 2013年1月29日-30日：上機(jī)調(diào)試程序，建立系統(tǒng)接線圖的仿真模型和得出仿真結(jié)果 2013年1月31日-2日：寫(xiě)出報(bào)告（A4打印稿）和PPT報(bào)告（用于答辯） 2013年1月6日：組織學(xué)生答辯六、教研室審批意見(jiàn)教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見(jiàn) 主管主任（簽字）：

4、 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱表學(xué)生姓名 馮莉 學(xué) 號(hào) 1041201073 系 電氣工程及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 10電力二班 題目名稱(chēng) 潮流計(jì)算課程設(shè)計(jì) 課程名稱(chēng) 電力系統(tǒng)分析 一、學(xué)生自我總結(jié)通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我更好的全面的復(fù)習(xí)了電力系統(tǒng)兩本書(shū)，通過(guò)認(rèn)真學(xué)習(xí)最終解答了課程設(shè)計(jì)中的題目。在本次設(shè)計(jì)中，我們還運(yùn)用了大量的以前沒(méi)有學(xué)過(guò)的知識(shí)或者沒(méi)弄得太懂得知識(shí)，組員之間激烈討論，認(rèn)真看書(shū)。每個(gè)人的知識(shí)都是有限的，在以后的工作中我們肯定會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益匪淺。無(wú)論干什么事都可能遇到這樣或那樣的問(wèn)題。有時(shí)一個(gè)小小的問(wèn)題需要做

5、大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。此次課程設(shè)計(jì)中，還發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，希望在以后的學(xué)習(xí)中能彌補(bǔ)不足之處。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評(píng)定評(píng)分項(xiàng)目平時(shí)成績(jī)答辯課程設(shè)計(jì)內(nèi)容綜合成績(jī)權(quán) 重30%30%40%單項(xiàng)成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（或論文）的“任務(wù)書(shū)”頁(yè)后面；2、表中的“評(píng)分項(xiàng)目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)確定。目 錄第1章 潮流計(jì)算概述及課題11.1 潮流計(jì)算概述11.2課程設(shè)計(jì)題目1 1.3課題與分析思路2第2章 PSCAD軟件介紹及應(yīng)用32.1 PSCAD簡(jiǎn)介42.2 PSCAD應(yīng)

6、用42.2.1流程圖 42.2.2電氣接線圖流程圖 42.2.3 輸出顯示圖 5 2.2.4仿真波形圖5總結(jié)9參考文獻(xiàn)101 潮流計(jì)算簡(jiǎn)介及課題1.1 潮流計(jì)算簡(jiǎn)介 潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算，指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒃?shù)和發(fā)電、負(fù)荷參量條件下，計(jì)算有功功率、無(wú)功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。潮流計(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的計(jì)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。在

7、電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃中，都需要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行情況，確定電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。給定電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和決定電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的邊界條件，確定電力系統(tǒng)運(yùn)行的方法之一是朝流計(jì)算。從數(shù)學(xué)上說(shuō),朝流計(jì)算是要求解一組有潮流方程描述的非線性方程組。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中最重要最基本的計(jì)算，是電力運(yùn)行、規(guī)劃以及安全性、可靠性分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)，也是各種電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)分析的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)最基本的計(jì)算，也是最重要的計(jì)算。所謂潮流計(jì)算，就是已知電網(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(duì)于正在運(yùn)行的電力系統(tǒng)，通過(guò)潮流計(jì)算

8、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(duì)于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過(guò)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(dòng)裝置定整計(jì)算、電力系統(tǒng)故障計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算等提供原始數(shù)據(jù)。 此外，在進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，要利用潮流計(jì)算的結(jié)果作為其計(jì)算的基礎(chǔ)；一些故障分析以及優(yōu)化計(jì)算也需要有相應(yīng)的潮流計(jì)算作配合；潮流計(jì)算往往成為上述計(jì)算程序的一個(gè)重要組成部分。以上這些，主要是在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式安排中的應(yīng)用，屬于離線計(jì)算范疇。 隨著現(xiàn)代化的調(diào)度中心的建立，為了對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)控，需要根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的信息

9、。1.2 課程設(shè)計(jì)題目在圖1所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)1、2為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)，已給定，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標(biāo)幺值如表2所示，給定電壓的初始值如表2所示，收斂系數(shù)。試求：圖1 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)計(jì)算各個(gè)母線上的潮流分布。表1 網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標(biāo)幺值支路電阻電抗輸電線路變壓器變比k120.020.060.01130.010.030.01230.030.07240.00.050.9625340.020.05表2 各節(jié)點(diǎn)電壓（初值）標(biāo)幺值參數(shù)節(jié)點(diǎn)i12341.00+j0.01.0+j0.01.0+j0.01.05+j0.01.3課題分析及思路在這個(gè)電力系統(tǒng)中,一共有4個(gè)節(jié)點(diǎn), 節(jié)點(diǎn)1

10、、2為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn),綜合牛頓拉夫遜潮流計(jì)算,PQ分解法等多種求解方法，然后用PSCAD軟件進(jìn)行仿真，仿真出計(jì)算結(jié)果。2 PSCAD軟件介紹及應(yīng)用2.1 PSCAD簡(jiǎn)介 PSCAD是一種有效的用戶圖形界面,能夠顯著地提高電力系統(tǒng)電磁瞬時(shí)模擬研究的效率。 利用PSCAD 家族的軟件工具,使得電力系統(tǒng)工程師能夠充分利用現(xiàn)代微機(jī)工作站的資源, 更為有效地使用馬尼托巴高壓直流研究中心的EMTDC 瞬時(shí)模擬軟件。該族軟件還可作為該中心的實(shí)時(shí)數(shù)字模擬器(RTDS)的用戶界面。 PSCAD 由下述軟件模塊構(gòu)成: 檔管理系統(tǒng)、建模(DRAFT)模塊 、架空線(T-LINE)和電纜(CAB

11、LE)模塊 、運(yùn)行(RUN TIME)模塊 、單曲線繪圖(UNIPLOT)和多曲線繪圖(MULTIPLOT)模塊 PSCAD 編寫(xiě)使其適合在基于UNIX操作系統(tǒng)并具有X 窗口環(huán)境的微機(jī)工作站上運(yùn)行。PSCAD 具備自己的軟件支持因而不需要用戶再安裝其他支持軟件。 建議使用的系統(tǒng)至少應(yīng)具備16MB的內(nèi)部RAM。 安裝的PSCAD 軟件需占用不到10MB的磁盤(pán)存儲(chǔ)空間。軟件同時(shí)支持單色和彩色監(jiān)視器。如果要運(yùn)行EMTDC 模擬軟件, 用戶應(yīng)提供FORTRAN 77(F77) 編譯器。硬拷貝輸出采用PS格式。建模模塊中的圖形可通過(guò)接受HP-GL 命令的繪圖儀輸出。 PSCAD代表電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

12、，PSCAD的開(kāi)發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進(jìn)行電力系統(tǒng)分析，使電力系統(tǒng)復(fù)雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端?？赡M任意大小的交直流系統(tǒng)。PSCAD V1 1988年首先在阿波羅工作站上使用，然后大約在1995年P(guān)SCAD V2開(kāi)始應(yīng)用。PSCAD V3以PC Windows作為平臺(tái)，在1999年面世。目前最新版本的是PSCAD V4.2.1。 用戶可以通過(guò)調(diào)用隨EMTDC 主程序一起提供的庫(kù)程序模塊或利用用戶自己開(kāi)發(fā)的元部件模型有效地組裝任何可以想象出的電力系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)。EMTDC 的威力之一是可以較為簡(jiǎn)單地模擬復(fù)雜電力系統(tǒng), 包括直流輸電系統(tǒng)和其相關(guān)

13、的控制系統(tǒng)。采用 PSCAD 進(jìn)行的典型模擬研究包括： 一般的交流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)研究， 直流輸電結(jié)構(gòu)和控制， FACTS(靈活交流輸電系統(tǒng))元部件模型， 由于故障、斷路器操作或雷電沖擊引起的電力系統(tǒng)的過(guò)電壓研究， 絕緣配合研究 ，諧波相互影響研究 ，靜止補(bǔ)償器研究， 非線性控制系統(tǒng)研究， 變壓器飽和研究, 如鐵磁振蕩和鐵芯飽和不穩(wěn)定性研究 ，同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的扭矩效應(yīng)和自勵(lì)磁研究，陡前波分析， 研究當(dāng)一臺(tái)多軸系發(fā)電機(jī)與串補(bǔ)線路或電力電子設(shè)備相互作用時(shí)的次同步諧振現(xiàn)象， 向孤立負(fù)荷送電。 2.2 PSCAD應(yīng)用2.2.1 流程圖用PSCAD/EMTDC 進(jìn)行仿真的主要流程如圖所示 圖2.

14、2.1 PSCAD仿真流程2.2.2電氣主接線圖根據(jù)PSCAD課程的學(xué)習(xí)，畫(huà)出主電氣圖如圖所示：圖2.2.2電氣主接線圖2.2.3 輸出顯示圖 圖2.2.3 輸出顯示圖2.2.4 仿真波形圖 圖2.2.4.1 總的仿真波形圖 圖2.2.4.2 節(jié)點(diǎn)1處相關(guān)波形圖2. 圖2.2.4.3節(jié)點(diǎn)2處相關(guān)波形圖 圖2.2.4.4 節(jié)點(diǎn)3處相關(guān)波形圖 圖2.2.4.5 節(jié)點(diǎn)4處相關(guān)波形圖 總 結(jié)在這次的電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，在老師的幫助及每個(gè)組員的共同努力下，我們終于完成了自己的一份比較完整的課程設(shè)計(jì)。雖然這次課程設(shè)計(jì)只有短短的兩個(gè)星期，但在這段時(shí)間內(nèi)，所學(xué)習(xí)到的知識(shí)確是很多的，通過(guò)對(duì)課程題目的手工計(jì)算，使

15、自己對(duì)書(shū)本中的知識(shí)有了更加透徹的理解，熟練地掌握了計(jì)算過(guò)程中的各個(gè)公式，并且運(yùn)用到計(jì)算過(guò)程中去。關(guān)于本次所要用到的仿真軟件PSCAD，由于之前并沒(méi)有過(guò)多的接觸和了解，初次著手關(guān)于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的仿真，確實(shí)有一定的難度，大家都另外的查找資料學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。首先在參考了關(guān)于該軟件的書(shū)籍，但是仍然存在很多不懂的地方，于是我們請(qǐng)教老師，尋求老師的幫助。同時(shí)也在網(wǎng)絡(luò)上搜索了部分這方面的知識(shí)，另一方面自己再慢慢的參透老師發(fā)給我們的資料和例子，將所學(xué)的理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于之前學(xué)習(xí)的電力系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)起到了很好的鞏固作用，更是在一定程度上檢驗(yàn)我們的學(xué)習(xí)成果。同時(shí)在該次課程設(shè)計(jì)中，還體現(xiàn)了同學(xué)們的團(tuán)結(jié)合作精神和創(chuàng)新精神。但是基于所學(xué)知識(shí)、能力和水平所限，在本次潮流計(jì)算課程設(shè)計(jì)過(guò)程中可能存在很多疏漏、欠妥和錯(cuò)誤之處，希望通過(guò)以后更深一步的學(xué)習(xí)能夠糾正這些不妥之處?？偟膩?lái)說(shuō)，這次的課程設(shè)計(jì)的研究還是算比較成功的，在這次的設(shè)計(jì)中，我們都學(xué)到了很多在書(shū)本上學(xué)不到的東西，對(duì)于陌生的新知識(shí)的學(xué)習(xí)，也得到了一定程度的練習(xí)，希望在以后的學(xué)習(xí)中能一步步的