电力系统稳态分析设计计划书

1 电力系统稳态分析设计计划书 课程名称 电力系统稳态分析课程设计 设计题目 两机五节点网络潮流计算 指导教师 时间 1周 一、教学要求 电力系统稳态分析课程设计以设计和优化电力系统的潮流分析为重点，提高学生综合能力为目标，尽可能结合实际工程进行。设计内容的安排要充分考虑学校现有的设备，设计时间及工程实际需要，并使学生初步学会运用所学知识解决工程中的实际问题。 二、设计资料及参数 （一）设计原始资料 1、待设计电气设备系统图 2、电力系统网络各元件参数 3、电力系统电气元件的使用规范 4、电 力工程电气设计手册 （二）设计参考资料 1、电力系统稳态分析，陈珩，中国电力出版社， 2007，第三版 2、电力系统分析，韩祯祥，浙江大学出版社， 2005，第三版 3、电力系统分析课程实际设计与综合实验，祝书萍，中国电力出版社， 2007，第一版 三、设计要求及成果 集和查阅资料；学习相关软件（软件自选）。 基本要求： ）； ）； 括以下内容）（ 1份） 2 （ 1）程序框图；（ 2）源程序；（ 3）符号说明表；（ 4）算例及计算结果 1份）。 四、 进度安排 根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（半天） 学习软件（ 语言等） （一天半） 编程计算复杂系统潮流计算（三天） 编写计算设计书（一天） 五、评分标准 课程设计成绩评定依据包括以下几点： 1） 工作态度（占 10%）； 2） 基本技能的掌握程度（占 20%）； 3） 程序编写是否合理是否有运行结果 (40%)； 4） 课 程设计说明书编写水平 (占 30%)。 5） 分为优、良、中、合格、不合格五个等级。 考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告 0 8 + j 0 . 2 4 0 . 0 1 + j 0 . 0 0 4 + j 0 . 1 4 5 + j 0 . 1 5 0 . 4 + j 0 . 0 50 . 6 + j 0 . 1- ( 0 . 2 + j 0 . 2 )123 45第一章 引言 究背景及意义 3 电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件流入负荷，分布于电力网各处，称为潮流分布。 潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算， 即根据给定电力系统的网络结构和参数，在满足电力系统运行状态参数的边界条件情况下，确定电力系统稳态运行状态的最基本的方法。 它的任务是在给定的接线方式和运行条件下，确定系统的运行状态，如 各母线上的电压（幅值和相角）、网络中的功率分布及功率损耗等，是电力系统的稳态计算。 潮流计算是对电力系统正常运行状况的分析和计算，即电力系统中的电压、电流、功率的计算，即潮流计算；潮流计算方法很多：高斯 塞德尔法、牛顿 拉夫逊法、 流潮流法，以及由高斯 塞德尔法、牛顿 拉夫逊法演变的各种潮流计算方法。 潮流计算可以用传统的手工方式进行，也可以计算机为工具通过软件完成。两种方法各有优缺点。前者物理概念清晰，可用来计算一些接线较简单的电力网，但若将其用于接线复杂的电力网则计算量过大，难于保证计算准确 性。后者从数学上看可归结为用数值方法解非线性代数方程，数学逻辑简单完整，借助计算机可快速精确地完成计算，但其缺点是物理概念不明显，物理规律被埋没在循环往复的数值求解过程中。 潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求：对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各元件（线路、变压器等）是否会 出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。因此潮流计算的目的是： 为电力系统规划设计提供接线、电气设备选择和导线截面选择的依据。 提供电力线运行方式和制定检修计划的依据。 提供继电保护、自动装置设计和整定计算的依据。 为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据。 潮流计算的研究是从 20 世纪 50 年代随着电网的产生而开始的，涌现出各种算法都是围绕着算法的可靠性或收敛性；对计算机内存量的要求和计算速度；计 4 算的方便性和灵活性等。 流计算的意义 潮流计算是研 究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。 通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据 。 具体表现在以下方面 ： (1)在电网规划阶段 ,通过潮流计算 ,合理规划电源容量及接入点 ,合理规划网架 ,选择无功补偿方案 ,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。 (2)在编制年运行方式时 ,在预计负荷增长及新设备投运基础上 ,选择典型方式进行潮流计算 ,发现电网中薄弱环节 ,供调度员日常调度控制参考 ,并对规划、基建部门提出改进网架结构 ,加快基建进度的建议。 (3)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算 ,用于日运行方式的编制 ,指导发电厂开机方式 ,有功、无功调整方案及负荷调整方案 ,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求 。 (4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。 总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系 5 统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。 力系统稳态分析潮流计算总结 潮流计算针对电力革统各正 常运行方式，而静态安全分析则要研究各种运行方式下个别系统元件退出运行后系统的状况。其目的是校验系统是否能安全运行，即是否有过负荷的元件或电压过低的母线等。原则上讲，静态安全分析也可 U 用潮流计算来代替。但是一般静态安全分析需要校验的状态数非常多，用严格的潮流计算来分析这些状态往往计算量过大，因此不得不寻求一些特殊的算法以满足要求。 利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从 20 世纪 50 年代中期就己开始，此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的，对潮流计算 的要求可以归纳为下面几点： (1)计算方法的可靠性或收敛性 (2)对计算速度和内存量的要求 (3)计算的方便性和灵活性 一般情况下，采用 解法计算时要求的迭代次数较采用牛顿 每次迭代所需的时间则较采用牛顿 致总的计算速度仍是 解法快。 概述 目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用软件之一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：（ 1）计算速度快（ 2）内存需要少（ 3）计算结果有良好的可靠性和 可信性（ 4）适应性好，亦即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序配合的能力强（ 5）简单。 一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛的应用于工业界 6 和学术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、 序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素是不需要定义的数组。它可以高效地解决工业计算的问题，特别是关于矩阵和矢量的计算。 C 语言和 言相比更容易掌握。通过 言，可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降 低了程序所需的难度并节省了时间，从而可以把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。 另外， 供了一种特殊的工具：工具箱（ 号处理（ 控制系统（ 神经网络（ 模糊逻辑 (小波 (模拟（ 等。不同领域、不同层次的用户通过相应工具的学习和应用，可以方便地进行计算、分析及设计工作。 计中，原始数据的填写格式是很关键的一个环节，它与程序使用的方便性和灵活性有着直接的关系。原始数据输入格式的设计，主要应从使用的角度出发，原则是简单明了，便于修改。 第二章 理论计算 潮流计算的基本步骤 运用 解法计算潮流分布时的基本步骤是： 7 （ 1） 形成系数矩阵 B ，并求其逆阵。 （ 2） 设各节点电压的初值 0i（ i=1,2， n， i s）和 0i=1,2， m，i s）。 （ 3） 按式 0 0 00 s o s G 计算有功功率的不平衡量 0从而求出 00 i=1， 2， n s）。 （ 4） 解修正方程式 (= 0 ，求各节点电压相位角的变量 0i （ i=1,2， n， i s）。 （ 5） 求各节点电压相位角的新值 1i= 0i+ 0i（ i=1,2， n， i s）。 （ 6） 按式 0 0 11 c o ss in G 计算无功功率的不平衡量 0从而求出 00 （ i=1,2， m， i s）。 （ 7） 解修正方程式 (= B U（ i=1,2， m， i s）。 （ 8） 求各节点电压大小的新值 10 0i=1,2， m， i s）。 （ 9） 运用各节点电压的新值自第三步开始进入下一次迭代。 （ 10） 计算平衡节点功率和线路功率。 Q 分解法潮流计算流程图 8 机五节点网络潮流计算 启动 输入 原始数据 形成节点导纳矩阵 形成 并求其逆阵 计算算电压新值满 足 停止 置迭代次数 k=0 不满足 k+1 9 0 8 + j 0 . 2 4 0 . 0 1 + j 0 . 0 0 4 + j 0 . 1 4 5 + j 0 . 1 5 0 . 4 + j 0 . 0 50 . 6 + j 0 . 1- ( 0 . 2 + j 0 . 2 )123 45系统接线图 解： 1,、 B 并求他们的逆阵 由于节点 1 为平衡节点，其他的节点均为 点，系数矩 阵 B ， B 阶数相同。又应对该等值网络，不存在除去与有功功率和电压相位或无功功率和电压大小关系较小的因素的可能性，这两个矩阵 B 完全相同。他们就由导纳矩阵的虚部部分中除第一行第一列外的各个元素所组成 ，即 Y= 5j 0 0 5j j j j 0j 0 0 j 0j 0 B = 0 10 0 由此可见，网络的节点 导纳矩阵虽为奇异矩阵，但它的虚数部分的子阵 B 则是非奇异矩阵，可以求逆，其逆阵为 1)( B = 1 )( B = 057143 1U=1 =0； )0(2U = )0(3U = )0(4U = )0(5U =)0(2 = )0(3= )0(4 = )0(5=0，按下式计算各节点有功功率不平衡量 0 0 00 s o s G 02P = 1.（ 似地可得 03P= 04P = 05P=弧度） 由方程式 1 )( B (=U 0 可得 )0(2 = )0(3 = )0(4 = )0(5 = 所以 )1(2 = )1(3 = )1(4 = )1(5 = 11 下式计算各节点无功功率不平衡量 0 0 11 c o ss in G 02Q = 0） 0） ,091810） 36952+ =似地可得 03Q= 04Q = 05Q= 1 )( B (= U 可得 02U = 03U = 04U = 05U = 所以 12U = 13U = 14U = 15U = 求得各节点电压的新值后，就开始第二次迭代。每次迭代所得适于表 1表 3。由表 1 可见经 6 次迭代就可满足 510 的要求。 表 1 迭代过程中各节点功率的不平衡量 K )(2 )(3 )(4 )(5 0 12 4 0,000024 2 迭代过程中各节点电压的修正量 k )(2k )(3k )(4k )(5k 0 表 3 迭代过程中各节点电压 k )(2k )(3k )(4k )(5k 0 0,108571 0,089348 0,103974 0,083906 U = 3U = 4U = 5U = 1S 和线路功率 3 迭代收敛后，就可以计算平衡节点功率和线路功率。结果如下 1S =线路功率如表 4 表 4 各线路功率 i 1 2 3 4 5 1 算完毕。 第三章 程序设计 计流程 14 3 2 程序设计 针对 两机五节点网络潮流计算基于 %清除当前屏幕上显示的内容，但并不清楚工作空间的数据 %清除工作空间内的所有变量 节点总数为： ); %显示内容 N=5 平衡节点为： ); 1 Y=请输入导纳矩阵： Y=); pr=请输入误差精度： ); G=);B=); %部 ， 部 (2:5, 2:5); %去掉平衡节点 1; 15 b1=1); %取逆 b2=2); 请输入平衡节点 1 电压初值的实部， ); 请输入平衡节点 1 电压初值的虚部， ); m=2:5 dt(m)=0; %电压虚部初值 u(m)= %电压实部初值 m=2:5 p(m)=请输入 点的有功功率： p=); q(m)=请输入 点的无功功率： q=); k=0; %迭代次数， )u(1)=)= %平衡节点电压实部 m=2:5 %平衡节点电压虚部 n=1:5 pt(n)=u(m)*u(n)*(G(m,n)*dt(m)n)+B(m,n)*dt(m)n); % 0 00 s o s G 各节点有功率不平衡量为： ) dp(m)=p(m) % 0 0 00 s o s G m=2:5 u1=u); %对角矩阵 u2=:5,2:5); %取逆 16 u3=u(2:5); %逆时针 90上下对称 u4=:5); :5); % 1 )( B (=U 0 :5); ,1:1); 各节点电压的相位角 ： ) dt(m)=dt(m)+m=2:5 n=1:5 qt(n)=u(m)*u(n)*(G(m,n)*dt(m)n)-B(m,n)*dt(m)n); % 0 11 c o ss in G 各节点无功率不平衡量为： ) qq(m)=q(m) % 0 0 11 c o ss in G m=2:5 :5); :5); b2* 各节点电压的修正量： ) ut 各节点电压的大小为： ) u(m)=u(m)+ut( n=1:5 17 U(n)=u(n)*(dt(n)+j*dt(n); %电压 n=1:5 I(n)=Y(1,n)*U(n); 各节点功率 s 为： ) (1)*) %电流 m=1:5 n=1:5 S(m,n)=U(m)*(m)(n)*Y(m,n); %功率 各节点功率 ： ) S k=k+1 %迭代 +1 序运行结果 节点总数为： N = 18 5 平衡节点为： 1 请输入导纳矩阵： Y= 5i 0 0 5i i i i 0i 0 0 i 0i 0 请输入误差精度： 输入平衡节点 1 电压初值的实部， 输入平衡节点 1 电压初值的虚部， 请输入 点的有功功率： p=输入 点的无功功率： q=输入 点的有功功率： p=输入 点的无功功率： q=输入 点的有功功率： p=输入 点的无功功率： q=输入 点的有功功率： p=输入 点的无功功率： q=节点有功率不平衡量为： 0 节点有功率不平衡量为： 0 节点有功率不平衡量为： 19 0 节点有功率不平衡量为： 0 节点电压的相位角 ： 0 0 0 0 节点电压的相位角 ： 0 0 0 节点电压的相位角 ： 0 0 节点电压的相位角 ： 0 节点无功率不平衡量为： 0 20 各节点无功率不平衡量为： 0 节点无功率不平衡量为： 0 节点无功率不平衡量为： 0 节点电压的修正量： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 各节点电压的大小为： u = 节点电压的修正量： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 各节点电压的大小为： u = 节点电压的修正量： 21 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 各节点电压的大小为： u = 节点电压的修正量： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 各节点 电压的大小为： u = 节点功率 s 为： 节点功率 ： S = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k = 22 1 各节点有功率不平衡量为： 0 节点有功率不平衡量为： 0 节点有功率不平衡量为： 0 节点有功率不平衡量为： 0 节点电压的相位角 ： 0