電力系統(tǒng)潮流分析與計(jì)算設(shè)計(jì)

1、摘要潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)的一種最基本和最重要的計(jì)算。最初，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是通 過(guò)人工手算的，后來(lái)為了適應(yīng)電力系統(tǒng)日益發(fā)展的需要，采用了交流計(jì)算臺(tái)。隨著電子數(shù)字 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，1956年Ward等人編制了實(shí)際可行的計(jì)算機(jī)潮流計(jì)算程序。這樣，就為日趨 復(fù)雜的大規(guī)模電力系統(tǒng)提供了極其有力的計(jì)算手段。經(jīng)過(guò)幾十年的時(shí)間，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 已經(jīng)發(fā)展得十分成熟。潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算，是根據(jù)給定的運(yùn) 行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個(gè)電力系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線的電壓、各元件中 流過(guò)的功率、系統(tǒng)的功率損耗等等。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基 礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)

2、計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 來(lái)定量的比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算分為離線計(jì)算和在線計(jì)算，離線計(jì)算主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、安排系 統(tǒng)的運(yùn)行方式，在線計(jì)算則用于運(yùn)行中系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制。兩種計(jì)算的原理在本質(zhì) 上是相同的。實(shí)際電力系統(tǒng)的潮流技術(shù)主要采用PQ分解法。1974年，由Scott B.在文獻(xiàn)（仞中首次提出PQ分解法，也叫快速解耦法（Fast Decoupled Load Flow，簡(jiǎn)寫為 FDLF）。本設(shè)計(jì)就是采用PQ分解法計(jì)算電力系統(tǒng)潮流的。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)潮流計(jì)算 PQ分解法第一章概論1.1概述電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研

3、究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算，它是根據(jù)給定的運(yùn)行條件 及系統(tǒng)接線情況確定整個(gè)電力系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線的電壓、各元件中流過(guò)的 功率、系統(tǒng)的功率損耗等等。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。在 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算來(lái)定量 的比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)的一種最 基本和最重要的計(jì)算。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算分為離線計(jì)算和在線計(jì)算，離線計(jì)算主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、安排系 統(tǒng)的運(yùn)行方式，在線計(jì)算則用于運(yùn)行中系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制。兩種計(jì)算的原理在本質(zhì) 上是相同的。1.2電力系統(tǒng)潮流計(jì)算

4、的目的（1）在電網(wǎng)規(guī)劃階段,通過(guò)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(wú)功補(bǔ)償方案,滿足規(guī)劃水平年的大、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(zhǎng)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(duì)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(wú)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(duì)靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行方式調(diào)整方案。常

5、 用的潮流計(jì)算方法有:牛頓-拉夫遜法及快速分解法。1.3電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的基本要求電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)的一種很重要和很基本的計(jì)算，它從50年代中期就已開 始，曾采用了各種不同的方法，這些方法主要圍繞著對(duì)潮流計(jì)算的一些基本要求進(jìn)行的?；?本要求可歸納為：（1）計(jì)算方法的可靠性或收斂性；（2）對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存量的要求；（3）計(jì)算速度；（4）計(jì)算的方便性和靈活性。第三章PQ分解法潮流計(jì)算PQ分解法簡(jiǎn)介PQ分解法（又稱牛頓改進(jìn)法），是由極坐標(biāo)形式的牛頓法演化而來(lái)，分解法的迭代次數(shù)雖然 比牛頓法多，但在迭代過(guò)程中由于采用相同的系數(shù)矩陣B和B，總的計(jì)算時(shí)間反而減少了， 而且B和B都為對(duì)稱矩陣，計(jì)算時(shí)

6、所需的內(nèi)存容量也小，因此該方法以為我國(guó)很多電業(yè)單 位所采用。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，因而一般的算法將難以完成其計(jì)算。本文提出了采 用相對(duì)先進(jìn)的P-Q分解法加之以稀疏技術(shù)在MATLAB這一可視化編程環(huán)境下，開發(fā)應(yīng)用程 序。它既能很好地滿足以上基本要求，又能使編程簡(jiǎn)單化。PQ分解法的特點(diǎn)PQ分解法有兩個(gè)主要特點(diǎn)：（1）降階在潮流計(jì)算的修正方程中利用了有功功率主要與節(jié)點(diǎn)電壓相位有關(guān)，無(wú)功功率主要 與節(jié)點(diǎn)電壓幅值有關(guān)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)P-Q分解,使系數(shù)矩陣由原來(lái)的2NX2N階降為NXN階,N 為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)（不包括緩沖節(jié)點(diǎn)）。（2）因子表固定化利用了線路兩端電壓相位差不大的假定，使修正方程系數(shù)矩

7、陣元素變?yōu)槌?shù)，并且就是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納的虛部。由于以上兩個(gè)特點(diǎn)，使快速分解法每一次迭代的計(jì)算量比牛頓 法大大減少?？焖俜纸夥ㄖ痪哂幸淮问諗啃?，因此要求的迭代次數(shù)比牛頓法多，但總體上快速 分解法的計(jì)算速度仍比牛頓法快。需要說(shuō)明，當(dāng)電力系統(tǒng)中含有35kv及以下電壓等級(jí)的電 力線路時(shí)，由于它們的線路電阻與電抗的比值r/x很大，線路兩端電壓相位差不大的假定已 不成立，可能出現(xiàn)迭代不收斂的情況。所以，PQ分解法只適用于110kv以上高壓網(wǎng)的潮流計(jì) 算。3.3 P-Q分解法潮流計(jì)算的流程圖圖1-1潮流計(jì)算流程圖由上述流程圖可見,PQ分解法潮流計(jì)算的基本步驟如下：1）把要計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)讀入；2）設(shè)各

8、節(jié)點(diǎn)電壓的初值，其中平衡節(jié)點(diǎn)和PV節(jié)點(diǎn)的電壓已知,其它各節(jié)點(diǎn)的電壓置1；3）形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；4）將各節(jié)點(diǎn)電壓值代入式（1-3），求出修正方程的不平衡量 P,A Q；5）求修正方程式的系數(shù)矩陣（形成雅可比矩陣），解修正方程，求各節(jié)點(diǎn)電壓的修正量；6）運(yùn)用各節(jié)點(diǎn)電壓的新值自（1-3）開始進(jìn)入下一次迭代，直至不平衡量乙P, Q，滿足要 求；7）若計(jì)算收斂，計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)功率和線路功率，若不收斂，計(jì)算信息顯示不收斂。3.4 pQ分解法的原理算的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。力 算的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。力 PH 叫W -修正方程:由=-由頊茴降階第一步簡(jiǎn)化：由于RX, B變化主要影響P, U 變化主要影響

9、Q,有N炯和ML,忽略非對(duì)角 塊，即有近似修正方程為：AP_ H Oir 力8 1 AP = -H 衣_| 一一_）成AQ = -L AU/UPQ分解法得名！非對(duì)角元：Hy = Ly = -UJI/G.SinSy）第二步簡(jiǎn)化：一般線路兩端島較?。ㄒ话阈∮?0。20口），且有：cosS - 1Gjj sin 5jj Bjj cos 島-HfURjBn，i、j=l,2,n-1, MJ、=UiUjB 瑚 i、j=l,2，,n-Ll, i#j第三步簡(jiǎn)化:Qi UXHji=【泡，i = l ,iiLji = Lj, = 1,2,-, m., Hii = Qi+urBii 對(duì)角兀：A =Q +U；B丑5鳥H、慶QUB縮寫：H.LUBUU4UT 必(三)、PQ分解法的修正方程(AP = -H A8AO = -L AU /UH,L 我BUBnBnF_ b21B BnBnF_ b21B miB”B,Bn-l：PzJ一 W Q/GQV修正：縮寫:簡(jiǎn)記:縮寫:簡(jiǎn)記:JAP/U = -B;-UA6 aq/u = -bw ArAP/L： = -Br-A8 Q/U = 5修正方程特點(diǎn)兩套常系數(shù)線性修正方程特點(diǎn)兩套常系數(shù)線性方程組常系數(shù)矩陣B，和B稀