電力網(wǎng)絡(luò)潮流的手工計算

1、 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課 程 設(shè) 計（ 2012級本科） 題 目： 電力系統(tǒng)潮流手工計算 系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化121班 作者姓名： 賀正磊 指導(dǎo)教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 28 日 設(shè) 計 題 目電力網(wǎng)絡(luò)潮流的手工計算作 者 姓 名賀正磊學(xué)院、專業(yè)、年級物電學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)121級指導(dǎo)教師姓名、職稱劉永科 副教授任務(wù)下達(dá)日期2015年5月20日一、設(shè)計內(nèi)容1.1電力網(wǎng)結(jié)線如圖所示，是一個額定電壓為110KV的閉式區(qū)域電力網(wǎng)，已知發(fā)電廠A（調(diào)頻發(fā)電廠）高壓母線電壓等于118KV。發(fā)電廠B（按規(guī)定的負(fù)荷曲線運(yùn)行）

2、裝有額定電壓為6.3KV，容量25MW，COS=0.8的發(fā)電機(jī)一臺，滿載運(yùn)行，除了廠用電10%外，其余的功率經(jīng)一臺SFL-31500/110的升壓變壓器送入電力網(wǎng)。1.2.原始資料：變電所a裝有兩臺SFL-31500/110的降壓變壓器，低壓側(cè)電網(wǎng)的額定電壓為10KV，負(fù)荷為40+j30MVA；變電所b裝有一臺SFL-16000/110的降壓變壓器，低壓側(cè)電網(wǎng)的額定電壓為6KV，負(fù)荷為12+j7MVA；電力網(wǎng)中全部線路均用單回路架設(shè)，導(dǎo)線為LGJ-150，水平排列，線間幾何均距為5m。試作該電力網(wǎng)的功率分布及電壓計算。二、設(shè)計的基本要求2.1設(shè)計及計算說明書（1）說明書要求書寫整齊，條理分明，

3、表達(dá)正確、語言正確。（2）計算書內(nèi)容：為各設(shè)計內(nèi)容最終成果、確定提供依據(jù)進(jìn)行的技術(shù)分析、論證和定量計算。（3）計算書要求：計算無誤，分析論證過程簡單明了，各設(shè)計內(nèi)容列表匯總。2.2圖紙（1）繪制分析所需的必要圖紙（2）圖紙要求：用標(biāo)準(zhǔn)符號繪制，布置均勻，設(shè)備符號大小合適，清晰美觀。3.論文(設(shè)計)進(jìn)度安排階段論文（設(shè)計）各階段名稱起止日期1熟悉設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目及設(shè)計背景資料5月20日5月25日2查閱有關(guān)資料5月26日5月27日3閱讀設(shè)計要求必讀的參考資料5月28日5月29日4書寫設(shè)計說明書5月30日6月20日5小組答辯及質(zhì)疑6月21日6月22日6上交設(shè)計成果6月30日4.需收集和閱讀的資料

4、及參考文獻(xiàn)（指導(dǎo)教師指定）1: 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）M，北京，中國電力出版社，20072：何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析第三版M，武漢,華中科技大學(xué)出版社，20023：陳悅.電氣工程畢業(yè)設(shè)計指南電力系統(tǒng)分冊M，北京，中國水利水電出版社，20084：胡虔生，胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué)M，北京，中國電力出版社，20055：劉介才.工廠供電第四版M，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004教 研 室 意 見 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日電力系統(tǒng)潮流手工計算目錄0電力網(wǎng)絡(luò)潮流的簡介5 0.1基本概念5 0.2電力系統(tǒng)計算5 0.3發(fā)展歷史6 0.4基本方程71設(shè)計題目92思路分析103潮流計算過程103.1各元件參數(shù)

5、計算103.2繪制等效電路123.3功率分布計算12各元件功率損耗123.4調(diào)壓計算14計算1.4線路上的電壓值144心得體會15參考文獻(xiàn)160電力網(wǎng)絡(luò)潮流的簡介0.1基本概念在電力工程中，“潮流”還特指電網(wǎng)各處電壓（包括幅值與相角）、有功功率、無功功率等的分布。潮流的分布是運(yùn)行調(diào)度單位和維修部門所必須知道的事項(xiàng)。而潮流計算，是指給定電網(wǎng)中一些參數(shù)、已知值和未知值中假設(shè)的初始值，通過重復(fù)迭代，最終求出潮流分布的精確值，常用方法有牛頓-拉夫遜法和PQ分解法。在發(fā)電機(jī)母線上功率被注入網(wǎng)絡(luò)；而在變（配）電站上接入負(fù)荷；其間，功率在網(wǎng)絡(luò)中流動。對于這種流動的功率，電力生產(chǎn)部門稱為潮流（POWER FL

6、OW)。潮流：電力系統(tǒng)中 電壓（各節(jié)點(diǎn)）、功率（有功、無功）（各支路）的穩(wěn)態(tài)分布潮流計算-電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計算，根據(jù)給定的運(yùn)行參數(shù)確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如計算網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓（幅值和相角）和各支路中的功率分布及損耗。0.2電力系統(tǒng)計算電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運(yùn)行條件，計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行各母線電壓、各支路電流、功率及網(wǎng)損。對于正在運(yùn)行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以判斷電網(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)，通過潮流計算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電

7、氣設(shè)備提供依據(jù)。潮流計算還可以為繼電保護(hù)和自動裝置整定計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數(shù)據(jù)。表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的參量。包括電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)和支路中的電壓、電流和功率的流向及分布。在實(shí)用上，一般是指穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下的靜態(tài)潮流。合理的潮流分布是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求,其要點(diǎn)為:運(yùn)行中的各種電工設(shè)備所承受的電壓應(yīng)保持在允許范圍內(nèi)，各種元件所通過的電流應(yīng)不超過其額定電流，以保證設(shè)備和元件的安全；應(yīng)盡量使全網(wǎng)的損耗最小，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)應(yīng)滿足靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的要求。并有一定的穩(wěn)定儲備，不發(fā)生異常振蕩現(xiàn)象。為此就要求電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度人員隨時密切監(jiān)視并調(diào)整潮流分布?，F(xiàn)代電力

8、系統(tǒng)潮流分布的監(jiān)視和調(diào)整是通過以在線計算機(jī)為中心的調(diào)度自動化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。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，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。0.3發(fā)展歷史潮流計算還為穩(wěn)定計算和短路電流計算等提供初始運(yùn)行方式，是電力系統(tǒng)最基本的計算。復(fù)雜電力系統(tǒng)

9、的潮流計算須借助于計算工具完成。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的交流計算臺,曾是潮流計算的有效工具。50年代以來,隨著數(shù)字計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展以及求解電力系統(tǒng)潮流問題的數(shù)字解法和計算程序的進(jìn)步，數(shù)字計算機(jī)已替代交流計算臺，成為求解潮流問題的主要工具?，F(xiàn)在，除在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中利用數(shù)字計算機(jī)進(jìn)行大量的離線潮流計算外，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控方面，采用實(shí)時數(shù)據(jù)的在線潮流計算已經(jīng)開始走上實(shí)用階段。0.4基本方程潮流計算的一般提法是：已知電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，已知各負(fù)荷點(diǎn)、電源點(diǎn)吸取或發(fā)出的有功功率和無功功率（PQ節(jié)點(diǎn)），給定電壓控制點(diǎn)的電壓幅值和有功功率（PV節(jié)點(diǎn)），對指定的一個平衡節(jié)點(diǎn)給定其電壓幅值和相位角（V

10、點(diǎn)）,求解全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相位角，并進(jìn)一步算出各支路的功率分布和網(wǎng)絡(luò)損耗。求解潮流問題的基本方程式是節(jié)點(diǎn)功率平衡方程。若全網(wǎng)有n個節(jié)點(diǎn)，對其中任一節(jié)點(diǎn),可寫出其節(jié)點(diǎn)功率平衡方程式i=1,2,n式中Pi、Qi分別為節(jié)點(diǎn)注入有功功率和無功功率,妭i為節(jié)點(diǎn)電壓相量，Yik為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素。這一方程描述了節(jié)點(diǎn)電壓同功率之間的非線性關(guān)系，是潮流計算的基本方程式。對潮流計算的數(shù)字計算機(jī)求解方法提出的基本要求是：計算速度快；占用存儲量少；收斂性好；方法簡單。數(shù)值解法 潮流計算在數(shù)學(xué)上是求解一組非線性方程，基本的方法是迭代法。首先發(fā)展的潮流問題數(shù)字解法是導(dǎo)納矩陣迭代法。它占用計算機(jī)存儲量少，適合于計算機(jī)

11、發(fā)展初期階段的實(shí)際條件，其缺點(diǎn)是收斂性較差。其后發(fā)展了阻抗矩陣迭代法，克服了導(dǎo)納矩陣迭代法收斂性差的缺點(diǎn)，但對大電力系統(tǒng)的計算，占用計算機(jī)存儲量大。60年代末期出現(xiàn)了以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)、采用稀疏矩陣和節(jié)點(diǎn)編號優(yōu)化技術(shù)的牛頓拉夫森法。該法以其在收斂性、存儲量和計算時間方面的優(yōu)越性逐漸取代了其他方法，在當(dāng)今的潮流計算中應(yīng)用得最為廣泛。在數(shù)學(xué)上，牛頓拉夫森法是求解非線性方程的有效方法。它把非線性方程的求解變成反復(fù)對相應(yīng)的線性方程迭代求解的過程：設(shè)非線性方程組為F(X)=0,求解X的第t步迭代格式是 F'(X(t)X(t)=-F(X(t)X(t+1)=X(t)+X(t)式中F(X)是非線性函數(shù)矢

12、量F(X)對變量矢量X的一階偏導(dǎo)數(shù)矩陣,稱為雅可比矩陣；X為X的偏差矢量；上標(biāo)t表示第t次迭代值。當(dāng)X的相鄰兩次迭代值之差X小于給定誤差時，迭代收斂。一般潮流問題，經(jīng)67次迭代即可收斂。牛頓拉夫森法的迭代收斂性與初值X(10)的選取有關(guān)。當(dāng)X(10)與其解X接近時,極易收斂。對電力系統(tǒng)潮流問題，當(dāng)選用標(biāo)幺值計算時，節(jié)點(diǎn)電壓通常在1附近，給定各點(diǎn)電壓初值為1，可以有相當(dāng)好的收斂性。 在牛頓拉夫森的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種更加簡化的方法，即PQ分解法。這種方法利用高壓電網(wǎng)電抗值遠(yuǎn)大于電阻值、有功功率變化主要與電壓相角有關(guān)、無功功率變化主要與電壓幅值有關(guān)的特點(diǎn)，將有功功率和無功功率的迭代分開進(jìn)行，使占用計

13、算機(jī)存儲量和計算量進(jìn)一步減少。 潮流計算方法的進(jìn)一步發(fā)展將使潮流計算更加快速，收斂性更好，適應(yīng)各種系統(tǒng)運(yùn)行狀況的能力更強(qiáng)，并在一些專門領(lǐng)域中如優(yōu)化潮流和在線潮流中得到實(shí)際的應(yīng)用。1.題目設(shè)計圖1 潮流計算用圖變壓器T1、T2：SFL1-16000/110，（121±2×2.5）/6.3，Ps=110kW，P0=10.5kW，U0=10.5，I0=0.9；變壓器T3：SFL1-8000/110，（110±5）/6.6，Ps=52kW，P0=12.76kW,Us=10.5，I0=1.1；變壓器T4：2×SFL1-16000/110，（110±2&#

14、215;2.5）/10.5，Ps=62kW，P0=11.6kW，Us=10.5，I0=1.10。導(dǎo)線型號均為LGJ-150，參數(shù)r0=0.21/km，x0=0.4/km，b0=2.8×10-6S/km。電網(wǎng)潮流計算1.計算各元件參數(shù)，畫出等值電路；2.進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)潮流計算；3.不滿足供電要求，進(jìn)行調(diào)壓計算。2思路分析這是一道潮流計算題，按照一般潮流計算的步驟將元件轉(zhuǎn)換為等值參數(shù)，這里我們進(jìn)行真實(shí)值的直接計算，并用近似計算計算。由于負(fù)載給出，線路長度已知，我們可以將如圖閉環(huán)的潮流計算分解成4個開環(huán)單電源的潮流問題進(jìn)行計算，并計算是否有調(diào)壓的必要。3潮流計算過程3.1各元件參數(shù)計算 120K

15、m線路 100Km線路 70Km線路 變壓器 T1，T2 變壓器 T3 變壓器 T4 3.2繪制等效電路圖3-1等效電路3.3功率分布計算各元件功率損耗 兩臺T4變壓器并聯(lián)損耗 T3變壓器損耗 100Km與70Km線路交點(diǎn)4 末端功率損耗 120Km與100Km線路交點(diǎn)3末端功率損耗 1.4間100Km線路損耗 1.3間120Km線路損耗 2.4間70Km線路損耗 2.3間100Km線路損耗位置1點(diǎn)總損耗位置2點(diǎn)總損耗3.4調(diào)壓計算計算1.4線路上的電壓值位置4由G1提供的電壓為由于119.84的輸入電壓大于110額定值，所以調(diào)壓關(guān)系不滿足。（經(jīng)驗(yàn)證其他3路均不滿足關(guān)系） 所以需要降低121K

16、V端的輸出電壓 和提高110的輸入額定值T1 的變壓器取輸出 T4 的變壓器取輸入 調(diào)壓后：所以滿足調(diào)壓關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)證其他三路均滿足，調(diào)壓成功。結(jié)論：將變壓器 T1，T2 置于和將變壓器 T3，T4 置于調(diào)壓檔可滿足條件。5心得體會 課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。當(dāng)初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論

17、知識梳理掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。此次課程設(shè)計讓我對課本上的知識有了更加深入的了解，特別是對系統(tǒng)設(shè)計部分的理論知識，在認(rèn)真閱讀課本的同時還要去圖書館查閱一些系統(tǒng)設(shè)計方面的資料，并且要考慮很多東西，更要學(xué)習(xí)一些其他以前未曾接觸的知識。在這個設(shè)計中最重要的部分就是參數(shù)的選擇，只有把參數(shù)的問題解決了其他一切問題都好辦，最終才能得到正確的仿真結(jié)果。同時在設(shè)計過程中要求我們有足夠的耐心。這次課程設(shè)計，雖然這次課程設(shè)計沒有想象中的那么簡單，花費(fèi)了很多的時間來搭建模型，調(diào)節(jié)參數(shù)，不斷地實(shí)驗(yàn)，雖說花費(fèi)了大量的時間但是最后終于完成了

18、預(yù)定的目的，收獲頗豐，也很好的鍛煉了自己運(yùn)用知識的能力。重新鞏固了有關(guān)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)知識，培養(yǎng)了自己設(shè)計思維能力。進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MATLAB軟件的相關(guān)應(yīng)用。MATLAB軟件在生活中的運(yùn)用是非常廣泛的，它在以后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中應(yīng)用也是很廣泛的，掌握好了MATLAB，這為以后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)將有很大的幫助。在以后的學(xué)習(xí)中，自己還要慢慢學(xué)習(xí)，慢慢探索，更好的掌握這個軟件的運(yùn)用。在設(shè)計中收獲知識、收獲閱歷、收獲成熟，在此過程中，通過查找大量資料，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。努力的去彌補(bǔ)自己的缺點(diǎn)，發(fā)展自己的優(yōu)點(diǎn)，去充實(shí)自己，只有在了解了自己的長短之后，則會更加珍惜我所擁有的，更加努力的去完善它，增進(jìn)它。只有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂！享受過程，而不是結(jié)果！認(rèn)真對待每一件事，珍惜每一分一秒，學(xué)到最多的知識和方法，鍛煉自己的能力，這個是我課程設(shè)計中學(xué)到的最重要的東西，也是以后都將受益。參考文獻(xiàn)1: 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）M.北京:中國電力出版社，2007.2：何仰贊.溫增銀.電力系統(tǒng)分析第三版M.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2002.3：陳悅.電氣工程畢業(yè)設(shè)計指南電力系統(tǒng)分冊M.北京:中國水利水電出版社，2008.4：胡虔生