IEEE14节点潮流计算.doc

IEEE14节点网络潮流计算结果1 网络结构2 计算方法牛顿-拉夫逊法3 潮流计算结果网络潮流计算结果输出日期:2009年12月15日元件名端口1-P端口1-Q端口1-U端口1-A端口2-P端口2-Q端口2-U端口2-A母线1001.046290母线2001.053050母线3001.070母线4001.033380母线5001.060母线6001.0450母线7001.017690母线8001.028040母线9001.027880母线10001.045120母线11001.045240母线12001.090母线13001.027070母线14001.010发电机100.486431.07-0.2597发电机22.3253-0.22861.060发电机30.40.295631.045-0.0865发电机400.276961.09-0.2349发电机500.18351.01-0.2204负荷1001.04629-0.2747负荷2001.01769-0.2862负荷3001.05305-0.2744负荷4001.04512-0.2656负荷5001.02788-0.2675负荷6001.03338-0.1563负荷7001.01-0.2204负荷8001.045-0.0865负荷9001.02707-0.1811负荷10001.02804-0.2632负荷11001.07-0.2597线路10.080350.032771.07-0.2597-0.0795-0.03111.05305-0.27439线路20.018540.015091.05305-0.2744-0.0184-0.0151.04629-0.27473线路3-0.04780.016211.02788-0.26750.04791-0.0161.02804-0.26316线路40.725910.036241.045-0.0865-0.70310.013691.01-0.22036线路50.181520.103511.07-0.2597-0.179-0.09851.04629-0.27473线路60.76481-0.02651.060-0.73670.088721.03338-0.15631线路7-1.5180.27341.045-0.08651.56049-0.20211.060线路80.41648-0.071.045-0.0865-0.40730.061311.03338-0.15631线路90.08861-0.00131.02804-0.2632-0.08770.003311.01769-0.28622线路100.042730.075541.04512-0.2656-0.0422-0.07421.02788-0.26747线路110.079020.096231.07-0.2597-0.0777-0.09351.04512-0.2656线路120.275950.167351.04524-0.2349-0.276-0.15691.02804-0.26316线路131.7E-160.276961.09-0.2349-2E-16-0.26561.04524-0.2349线路14-0.2389-0.02021.01-0.22040.24267-0.00611.02707-0.18112线路150.55858-0.0711.045-0.0865-0.54180.081661.02707-0.18112线路160.61508-0.03931.03338-0.1563-0.61030.040691.02707-0.18112线路170.062430.055521.04629-0.2747-0.0613-0.05331.01769-0.28622双卷变压器10.45289-0.12671.03338-0.1563-0.45290.178921.07-0.25972双卷变压器20.27595-0.08181.02707-0.1811-0.2760.098241.04524-0.2349双卷变压器30.155560.00461.02707-0.1811-0.15560.008171.02804-0.26316FACTS技术的研究现状综述汪洋 200810301012 电力系统及其自动化1柔性交流输电技术的时代背景众所周知，电力网络的输电可控性和发电、配电相比较差，网络中功率潮流的自然分布会随着负荷变化而变化，可能造成过大的电能损失或危及安全运行而被迫降低输送功率，从而造成已有输线的负担日益加重，输送能力不足的矛盾日益突出。一般说来，电力网络的输电能力受到静态稳定、动态稳定、暂态稳定、电压稳定和热稳定极限的限制，其中前四种因素是限制电网输送能力的主要因素。同时，由于一系列的社会、环境与经济方面的原因，限制了新的发电厂和输电网络的建设，这就使得电力系统在二十一世纪面临的主要问题之一就是:如何最大限度地提高电力设备的利用率、如何最大限度地提高输电网络的传输能力。随着电力电子技术、计算机技术、控制技术的不断发展，电力工业技术也取得了许多新的进步，其中一个重大的成就就是柔性交流输电系统 (FlexibleACTransmissionsystem，简称FACTS)的提出和应用。柔性交流输电系统技术是目前电力系统新技术中最引人注目的方向之一，它为解决电力系统中存在的经济运行和安全稳定问题提供了有效的手段。其主要内容是在现代交流输电系统的基础上，应用电力电子技术和现代控制理论，实现对交流输电系统参数以及网络结构的灵活快速控制。这项技术可以在很大程度上简化电网的复杂程度，并能够很好地控制电网的潮流;增加网络的输送能力，使电网主干线或联络线不受常规的稳定约束;避免并联运行线路的过负荷;提高电力系统的静态和暂态稳定性。柔性交流输电系统技术之所以出现，一方面是由于电力工业发展的实际需要，另一方面，大功率电力电子技术的发展使这种需求的实现成为可能。它的提出基于如下背景(l)随着电力工业生产的发展，常常需要长距离转移输送大量的电力，电力在线路上辗转输送增加了功率损耗。在互联电网中，功率的走向主要由电网结构决定，用常规方多灵活交流输电控制器间交互影响分析及其协调控制研究法很难实现大幅度调节，实际功率分布可能与理想功率分布相差甚远。要改变这一现状，必须实现一个突破，那就是实现对系统参数和网络结构的快速灵活调节。应用统一潮流控制器、可控串联补偿器和先进的静止无功发生器等FACTS元件，能够方便地控制电力网络功率的走向及分布。(2)随着电力工业的发展，网络结构日益复杂，新的控制手段和控制设备不断涌现，发电站的单机容量不断增大，电力系统新问题亦不断出现。近年来，国内外由于电力系统稳定性破坏而发生多次大面积停电事故，给国民经济造成极大损害，社会生活受到很大影响。大电力系统稳定问题，促使人们寻求能够根据系统参数迅速反应的控制手段，以大幅度提高系统的稳定程度。(3)在现代交流输电系统中，虽然计算机技术已经得到广泛应用，但是就其控制手段来讲，仍然是机械式的。无论是发电机调速器、断路器、传统的有载调压器还是移相器，在控制的终端，任务最后落实于机械动作上。在许多场合，特别是对于电力系统稳定控制，速度往往是成败的关键。机械惯性限制了机械式控制动作速度的提高，严重阻碍了在事故处理及系统稳定控制中的应用，而且机械动作可靠性差、器件寿命短。电子化的控制手段，能够实现机械式控制不可比拟的动作速度，而且寿命不受动作次数和动作速度的影响。(4)寻求新的快速控制手段，方便地控制系统参数，一直是人们追求的目标。高压直流输电的控制手段快速灵活，当输送容量与稳定的矛盾难以调和时，有时可以通过建设直流线路来解决，但是换流站的一次性投资很高。应用FACTS元件的方案常常比增加一条线路或增加换流站的方案投资要少。(5)电力电子技术和现代控制技术的飞速发展使人们对FACTS技术的需求变为可能。(6)灵活交流输电元件是逐渐加入现行的交流输电系统，而不是摒弃现有系统。一项新技术能否被广泛采用，是否具有生命力，很大程度上取决它与现有系统的兼容程度。FACTS与现行的交流输电系统并行发展，可以完全兼容。目前，FACTS家族成员不断壮大，从第一代、第二代在加世纪末很快发展到第三代近10年来，在国内的电力学术期刊上，有关FACTs的论文，占据了相当的数量和篇幅，不少大学和科研单位，以FACTS为课题，开展了广泛的研究。学术界将FACTS喻为“现代电力系统中三项具有变革性影响的前沿性课题”和“未来输电系统新时代三项支撑技术”之一，对其在电力系统中的应用充满赞誉和期待，电力行业广大工程技术人员对FACTS的理论成果和应用，同样给予了极大的关注。2 FACTS技术将扮演重要的角色2.1 1FACTS概念的定义虽然近年来事故的总数已经减少，但每次事故引起的停电功率却有很大的增加，因而每次事故造成的损失也比以前的事故造成的损失大得多。大部分事故是由于故障引起的，几乎所有的事故最终都是稳定问题如功角稳定问题或动态电压稳定问题。因此迫切需要动态无功功率补偿装置来增强电力系统的稳定性。然而，中国的电力系统普遍缺乏控制调节无功功率和电压的手段，特别是缺乏快速的动态无功功率补偿装置。目前在500kV变电站安装有一定数量的静止无功补偿器(svC)装置42，但由于许多是可投切的电容器组(TSC)或电抗器(TSR)，而真正可快速连续调节的电抗器(TCR)较少，而sookV以下的变电站则几乎没有TCR装置，因而远远不能满足系统对动态无功功率和电压控制的要求。到目前为止，中国对动态电压崩溃的研究还处于起步阶段，电力系统中提高动态电压稳定性的手段还非常缺乏。在负荷中心，现有许多投切电容器用于提高负荷的功率因数，维持节点电压，但一旦系统电压降低，这种投切电容将恶化系统的动态电压稳定性。这种情况只能通过安装大容量的SVC装置或STATCOM装置来改善。已有仿真结果表明一旦长江三峡水电站投入运行，为提高华中电网的动态电压稳定性至少需要安装l000MVA以上的动态无功补偿装置。美国的N.GH吨or别吐博士于1986年首次提出了FAcTs概念。FAcTs技术早期的明确定义为:“FACTS就是基于晶闸管组件的控制器，其中包括移相器、静止无功补偿器、电气制动、串联电容调节器、带负荷抽头调节器、故障电流限制器以及其他一些尚未发明的控制器。”显然这个定义有很大的局限性。后来N.GHingor别博士在1994年的CIGRE会议上严肃声明:“为了避免任何混淆，作为FACTS概念的创始者，我给它定义为:除了直流输电以外的所有将电力电于技术用于输电的实际应用技术”。随着用户电力技术的发展，IEEE提出了一个有权威性的队CTS定义。这个定义较“宽松”，甚至有些含糊，但为FACTS的新发展保留了充分余地。定义如下:所谓柔性交流输电系统(FACTs)即装有电力电子型或其他静止型控制器以加强可控性和增大电力传输能力的交流输电系统，FACTS控制器是可提供一个或多个控制交流输电系统参数的电力电子型系统或其它静止设备。我国的电力专家何大愚先生经过大量的研究分析与总结，也给FACTS下了一个比较精确的定义:FACTS是除了高压直流输电(HVDC)之外的所有安装应用于电力系统各环节中的且作用于交流输电系统的各种电力电子控制器及其协调组合进行控制的技术。2.2 FACTS的种类 FACTS技术的概念提出以后，大量的FACTS装置先后被提出。按技术的成熟程度可以划分为三类。第一类为已经在实际工程中大量应用的。如静止无功发生器，简称SVC;晶闸管控制的串联电容器，简称TCSC;静止同步补偿器，简称STARTCOM。第二类为已有工业样机，但仍处在研究阶段的。如统一潮流控制器，简称UPFC。第三类为刚刚提出原理设计，尚无工程应用的。如静止同步串联补偿器SSSC。晶闸管控制的移项器，简称TCPST。图为几种典型FACTS装置的功能示意图。此外，柔性输电装置还可按其在系统中的联接方式分为串联型、并联型和综合型控制器三大类，2.3国外FACTS装置的工程应用情况自从1986年提出FACTS概念以来，FACTS技术就立即受到各国电力科研院所、高等院校、电力公司和制造厂家的重视，或单独筹办、或相互协作，制定自己的研制计划和应用目标。世界上第一台SVC设备由GE公司制造，于 1977年在Tri-StateGT系统投入运行，到目前为止，世界上己投运的SVC己超过180台。世界上第一台SVG设备(20Mvar)于 1980年在日本投入运行，该装置采用了晶闸管强制换流的电压型逆变器;世界上首台采用大功率GTO作为逆变器元件的51人STARTCOM(1Mvar)于1986年10月在美国投入运行;美国EP班与田纳西电力局TVA、西屋电气公司合作研制的士 l00Mvar的STARTCOM，COM，1996年10月在TVA电力系统的Sulhvan500KV变电站投运。日本关西电力公司与三菱电机公司采用GTO研制的士80Mvar的STARTCOM， 1991年在犬山 154KV变电站投运。 1993年3月，东京电力公司分别与东芝公司和日立公司开发的两台士 80Mvar的STARTCOM在东京所属心信浓变电所投入使用。德国西门子公司开发研制的士 8Mvars的STARTCOM与1997年4月在丹麦RejsbyHede风场投运，用来对风力发电机组进行动弹控制。日本最近也在联合研制用于275kV系统的容量为 300Mvar的STARTCOM装置，这是目前容量最大的STARTCOM设备。1991年12月，世界上第一台容量为13lMvar的晶闸管投切部分串联电容补偿装置在AEP公司的345kV线路上投入运行，将该线路的输送能力从950MW提高到1450MW。世界上第一个可控串补工程项目则是1992年在美国西部的一条230kV线路上安装的 165Mvar的TCSC装置，其后，1994年美国西北部的Slatt变电站500kV线路上安装208Mvar的TCSC装置投入工业运行。世界上第一台GTO-CSC设备也已在美国的16Ikv的电网中运行。在综合型设备方面，可控移相器首次应用在美国中西部的230kV联络线上，提高了线路的动态稳定性和暂态稳定性，使中西部联络线交换功率增加200MVA。1998年世界上首台大容量的UPFC装置仕320MVA，由160MVA的SSSC和160MVA的S刃订COM组成)在美国电力公司正式投运，它安装在美国州Ez地区138KV高压传输线上。UFC被认为是最有创造性，且功能最强大的FACTS元件，它的成功运行被称作FACTS技术发展的重要里程碑.2.4中国的FACTS装置的工程应用情况FACTS在中国的发展，从总体上说，要滞后于发达国家。我国对SVC的研究与应用始于70年代末，至今已积累了较多的SVC运行经验，其制造技术也已相当成熟。 1985年，华北电力学院研制出了中国第一台基于晶闸管的新型静止无功发生器的实验样机。目前，我国广东江门、郑州小刘、东北沙窝、湖南云田和武汉凤凰山等sookV变电站有6台投运SVC。1994年，在中国电力部的支持下，清华大学与河南省电力局签订了合作研制中国首台 20MVASTATCOM工业装置的合同。该项目代表了中国在工程应用领域正式研制FACTS技术装置的新开端。该项目作为电力部的重大攻关项目获得了中国电力工业界普遍的关注。1996年，作为第一阶段的成果，基于GTO的 300kVASTATCOM模型样机在河南省郑州孟碧变电站投入运行。现场测试获得的良好的静态和动态特性表明STATCOM装置在提高系统性能方面的有效性和装置本身设计的正确性。 1999年3月， 20MVASTATCOM工业装置成功地在河南省洛阳朝阳220kV变电站投入运行，这标志着中国FACTS技术发展进入了一个新的阶段43。该项目在2000年6月通过由中国电力部组织的鉴定。2004年12月22日，在甘肃省陇南地区成县变电站，我国第一个国产化可控串补工程一一甘肃碧口至成县220kV可控串补工程一次投运成功，经过4天各种系统运行条件的考验，各项技术指标均达到设计要求，并于12月26日正式投入运行。该工程由国家电网公司组织领导，甘肃省电力公司组织实施，委托甘肃陇南电力局和甘肃送变电公司建设，中国电力科学研究院生产、集成可控串补成套设备，华北电力设计院负责系统设计。甘肃碧成可控串补工程的顺利投运标志着我国具有自主知识产权的高压/超高压灵活交流输电技术进入工程实用化阶段，是完全由我国自己设计、研制、安装和调试的第一个可控串补工程，填补了国内空白。我国也一举成为继美国、德国和瑞典之后第四个可以制造可控串补的国家，中国电力科学研究院成为继GE、ABB和西门子公司之后，第四个能够生产可控串补成套装置的企业。甘肃可控串补工程是世界上第七个可控串补工程，也是世界上全可控串补度最大的工程和第一个常规与可控混合型串补工程。该工程的投产还标志着我国同时实现了可控串补和常规串补的国产化。甘肃可控串补工程实施后，可使碧口一成县22OkV输电线路的暂态稳定极限增加33%，可满足碧口地区水电汛期送电的需要。随着碧口地区水电的开发，汛期可多送电量4.21亿千瓦时，按平均电价每千瓦时0.285分计算，每年可增加售电收入 1.2亿元(含税)。与新建一回220kV线路相比较，安装可控串补减少投资1亿元，并且能改善系统动态稳定性，抑制低频振荡。工程的投运将产生巨大的经济效益，应用前景十分广阔。IEEE14节点网络潮流计算结果1 网络结构2 计算方法牛顿-拉夫逊法3 潮流计算结果网络潮流计算结果输出日期:2009年12月15日元件名端口1-P端口1-Q端口1-U端口1-A端口2-P端口2-Q端口2-U端口2-A母线1001.046290母线2001.053050母线3001.070母线4001.033380母线5001.060母线6001.0450母线7001.017690母线8001.028040母线9001.027880母线10001.045120母线11001.045240母线12001.090母线13001.027070母线14001.010发电机100.486431.07-0.2597发电机22.3253-0.22861.060发电机30.40.295631.045-0.0865发电机400.276961.09-0.2349发电机500.18351.01-0.2204负荷1001.04629-0.2747负荷2001.01769-0.2862负荷3001.05305-0.2744负荷4001.04512-0.2656负荷5001.02788-0.2675负荷6001.03338-0.1563负荷7001.01-0.2204负荷8001.045-0.0865负荷9001.02707-0.1811负荷10001.02804-0.2632负荷11001.07-0.2597线路10.080350.032771.07-0.2597-0.0795-0.03111.05305-0.27439线路20.018540.015091.05305-0.2744-0.0184-0.0151.04629-0.27473线路3-0.04780.016211.02788-0.26750.04791-0.0161.02804-0.26316线路40.725910.036241.045-0.0865-0.70310.013691.01-0.22036线路50.181520.103511.07-0.2597-0.179-0.09851.04629-0.27473线路60.76481-0.02651.060-0.73670.088721.03338-0.15631线路7-1.5180.27341.045-0.08651.56049-0.20211.060线路80.41648-0.071.045-0.0865-0.40730.061311.03338-0.15631线路90.08861-0.00131.02804-0.2632-0.08770.003311.01769-0.28622线路100.042730.075541.04512-0.2656-0.0422-0.07421.02788-0.26747线路110.079020.096231.07-0.2597-0.0777-0.09351.04512-0.2656线路120.275950.167351.04524-0.2349-0.276-0.15691.02804-0.26316线路131.7E-160.276961.09-0.2349-2E-16-0.26561.04524-0.2349线路14-0.2389-0.02021.01-0.22040.24267-0.00611.02707-0.18112线路150.55858-0.0711.045-0.0865-0.54180.081661.02707-0.18112线路160.61508-0.03931.03338-0.1563-0.61030.040691.02707-0.18112线路170.062430.055521.04629-0.2747-0.0613-0.05331.01769-0.28622双卷变压器10.45289-0.12671.03338-0.1563-0.45290.178921.07-0.25972双卷变压器20.27595-0.08181.02707-0.1811-0.2760.098241.04524-0.2349双卷变压器30.155560.00461.02707-0.1811-0.15560.008171.02804-0.263164 采用传统解法，牛顿-拉夫逊法基于潮流计算的结果，当线路N-1模拟开断时，先修改线路参数，然后对全网重新进行潮流计算。该方法原理简单，只需要对PQ法潮流计算程序作少量的修改，程序容易实现；但是这种方法需要对全网重新进行潮流计算，耗用的机时量大。6 负荷1和2 之间线路断开，潮流重新计算结果 如图网络潮流计算结果输出日期:2010年1月13日元件名端口1-P端口1-Q端口1-U端口1-A端口2-P端口2-Q端口2-U端口2-A母线1001.0552370母线2001.057140母线3001.070母线4001.0326240母线5001.060母线6001.0450母线7000.9850180母线8001.0185530母线9001.0198330母线10001.0408050母线11001.0403270母线12001.090母线13001.0253730母线14001.010发电机100.4346541.07-0.25259发电机22.326235-0.225641.060发电机30.40.3108271.045-0.08665发电机400.3073751.09-0.23938发电机500.1935781.01-0.221负荷1001.055237-0.26462负荷2000.985018-0.30386负荷3001.05714-0.26498负荷4001.040805-0.26414负荷5001.019833-0.27181负荷6001.032624-0.15582负荷7001.01-0.221负荷8001.045-0.08665负荷9001.025373-0.18148负荷10001.018553-0.27003负荷110.1120.0751.07-0.25259线路10.0656250.0225991.07-0.25259-0.06511-0.021521.0571-0.26498线路20.0041080.0055231.05714-0.26498-