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电力系统潮流计算 中国电力科学研究院电力系统研究所2012年4月网址 邮箱 psasp 电话 010 82813076转809系统内电话 918712248转809 潮流计算基本概念 PSASP潮流计算的特点 PSASP7 0版潮流模块 潮流计算不成功的原因及处理措施 主要内容 上机练习题 潮流计算基本概念 增建变电站 负荷变化 网架变化 系统运行 系统规划 电磁环网解环 1 潮流计算的用途 短路计算 2 潮流计算是系统分析计算的基础 是应用最为广泛 最基本和最重要的一种电气计算 潮流计算 静态安全分析计算 网损计算 暂稳计算 电网结构和参数交流线的正序阻抗变压器的正序阻抗和变比直流线的相关参数电厂的运行状态发电机发出的有功功率和无功功率或机端电压负荷状况负荷吸收的有功功率和无功功率 已知 求 电网内各变电站和发电厂母线的电压幅值和相角 以及各支路的功率分布和全网的网损 3 潮流计算问题 4 潮流计算的数学描述根据节点电流平衡关系 可得电网导纳矩阵方程 简记为YV I 电网结构和参数 发电负荷运行方式 非线性 对于电力系统中的每个节点 需要P Q U和相角四个变量才能确定其运行状态 n个节点总共有4n个运行变量 而基本方程式只有n个 将实部与虚部分开 则形成2n个实数方程式 仅可解得2n个未知运行变量 即对每个节点 要给定两个变量为已知条件 而另两个变量作为待求量 根据电力系统的实际运行条件 按照预先给定的变量的不同 电力系统的节点可分成PQ节点 PV节点及平衡节点三种类型 5 牛顿法解非线性方程 原理 将非线性方程线性化 Taylor展开 取x0 x 将f x 在x0做一阶Taylor展开 在x0和x 之间 将 x x0 2看成高阶小量 则有 线性 x1 迭代公式 将非线性代数方程组在待求量的某一个初始估计值附近 展开成泰勒级数并略去二阶及以上的高阶项 得到线性化方程组称为牛顿法的修正方程式 可得 应用牛顿法求解的迭代格式为上两式中 是函数对于的一阶偏导数矩阵 即雅可比矩阵 为迭代次数 牛顿法当初值和方程的精确解足够接近时 具有平方收敛特性 牛顿潮流算法的特点1 其优点是收敛速度快 若初值较好 算法将具有平方收敛特性 而且其迭代次数与所计算网络的规模基本无关 2 牛顿法也具有良好的收敛可靠性 对于对高斯 塞德尔法呈病态的系统 牛顿法均能可靠地敛 3 初值对牛顿法的收敛性影响很大 解决的办法可以先用PQ分解法等其它方法迭代几次 以此迭代结果作为牛顿法的初值 还可以用读上次潮流结果 预设平衡点等方法得到良好初值 有无功调节能力的电厂 调频电厂或外网 6 潮流计算的数据准备 外网的处理 本网 PSASP潮流计算的特点 16 特高压交流 葛上直流龙政直流 福双线 三万线 1 支持3万节点规模联网数据 2 可计算交直流混合电力系统 直流线 3 完善的拓扑分析功能 4 几个孤立子系统可同时计算 平衡点 平衡点 5 图模一体 可在图上直接修改计算数据 所见即所得 6 发电 负荷比例因子可用于模拟实际电网中发电负荷区域性增长的远景规划情况可按电压等级 分区设置比例因子同一作业可设置多个比例因子 7 可考虑负荷静特性 8 增加了PV PQ节点类型 以限制PV点的无功 9 增加了PQ PV节点类型 以限制PQ点的电压 PSASP7 0版潮流模块 方案名选择潮流所基于的方案数据修改 刷新和回存控制信息计算方法PQ分解法牛顿法 功率式 最佳乘子法牛顿法 电流式 PQ分解转牛顿法 潮流计算作业定义 1 变压器检修 线路检修 如何模拟各种实际的潮流运行方式 冬大方式 冬小方式 夏大方式 夏小方式 电厂1 机检修 开环运行 合环运行 接变电站 线路改造 潮流计算作业定义 方案1 作业1 作业2 数据组1 数据组2 数据组3 方案2 作业3 作业4 数据组1 数据组2 数据组4 数据修改 数据修改 潮流数据组织方式 潮流计算作业定义 方案定义一个基础方案的数据由一个或若干个有次序的数据组相叠加组成 数据组2 方案决定了电网的规模 结构 参数等网络数据和发电 负荷等运行方式数据 数据组1 数据组1 数据组2 方案1 数据组1 数据组2 方案2 数据组2 数据组1 数据组1 数据组2 潮流计算作业定义 基本方式作业定义示例 基本网架 数据组 交流线 并联电容电抗器 变压器 直流线等不随运行方式变化 参数基本保持不变的数据 冬大方案 基本网架 冬大方式 冬小方案 基本网架 冬小方式 夏大方案 基本网架 夏大方式 夏小方案 基本网架 夏小方式 潮流计算作业定义 规划方式作业定义示例 常规方式图 规划方式图 数据组 常规 数据组 常规 数据组 规划 潮流计算作业定义 1 变压器检修 线路检修 电厂1 机检修 开环运行 检修方式作业定义示例 排序 按指定字段 列名称 对记录进行排序筛选 按指定规则筛选记录 潮流数据修改 计算数据与基础数据的交互 刷新 基础数据 计算数据 把对基础数据库的修改反映到该计算作业中来 刷新 潮流作业刷新 基础数据 计算数据 刷新后 计算数据 数据修改后 选择性刷新 拓扑差异项 参数差异项 数据多余项 需要刷新的作业名 选择性刷新 拓扑差异项连接关系存在不一致情况 例如相同名称交流线两端母线名不一样 参数差异项交流线 变压器阻抗参数 发电机 负荷有功无功值等参数不一致情况数据多余项基础库中存在 潮流计算库中不存在 基础库新增元件 基础库中不存在 潮流计算库中存在 基础库删除元件 拓扑关系刷新 基础数据交流线连接节点改变 拓扑关系刷新 将计算数据所做的修改存回到基础数据中 基础数据 计算数据 回存 计算数据与基础数据的交互 回存 潮流作业回存 选择回存潮流计算数据 参数差异项 拓扑差异项 数据多余项 大规模电网潮流收敛困难 采用上次收敛结果作初值的方法就可以获得比较好的初值 有利于收敛到合理的稳定解 显著提高潮流计算收敛性和计算速度 读上次潮流结果为潮流初始值 潮流计算分为2个阶段 初值计算和正常迭代计算 初值计算阶段 多设平衡点作为系统支撑 正常计算阶段 预设平衡点 还原回原始的节点类型 不影响潮流结果 提高大规模电网潮流计算的收敛性 预设平衡点功能 默认源作业为当前工程当前作业 可跨工程选择源作业 在潮流已有作业中选择目标作业 新增目标作业名 选择要复制的内容 潮流作业批量复制 单作业方式批处理方式 潮流计算的执行 单线图图面显示电网元件浏览器地理位置图输出报表输出结果统计功能 潮流计算作业结果输出 潮流计算作业结果输出 潮流计算作业结果输出 潮流计算不成功的原因及处理措施 1 注意检查异常数据注意填写时正确区分标幺值和有名值 线路参数填写是否正确 程序自动检查错误提示潮流计算数据检查功能 2 利用程序自带的数据检查功能 程序自动检查错误提示 数据检查功能及其错误提示 调用拓扑程序 进行拓扑结构检查元件数目是否超出程序允许的上限元件是否与网络相连是否有平衡机 如没有则将该网内有功出力最大的发电机设为平衡机汇总系统的发电 负荷出力按区域或全网汇总有功发电PG 无功发电QG 有功负荷PL 无功负荷QL 以及PG PL QG QL 汇总系统发电 负荷出力 3 大规模电网数据 1万节点以上 的作业设置更换计算方法 最优乘子法收敛性最好 若在已经收敛的潮流基础上做调整 可采用 读上次潮流结果做初始值 功能 若为第一次潮流计算 可采用 预设平衡点 功能 注意预设平衡点合理设置 不宜过多 1 2个 4 由迭代过程信息中的最大误差母线查找与该母线相关的数据变压器阻抗和变比发电出力和负荷线路参数 5 在大发电厂或大负荷母线上增设PV点或V 点有一定功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线可增设为PV节点 全网PV节点应在网络上按地区均匀分布 邻近的地点设多个PV节点时 应注意各母线的电压幅值应设置合理 上机练习题 数据取WSCC9节点算例 进行练习 练习1 常规运行方式潮流计算方案定义潮流作业定义数据检查用牛顿法 功率式 计算潮流作业1 练习2 查看潮流计算结果查看练习1的计算结果输出范围 全部元件单位 有名值分组输出 区域输出对象 摘要信息 结果综述 物理母线 交流线 两绕组变压器数据输出方式 输出至Excel改用PQ分解法重复计算作业1 查看计算结果 应与牛顿法结果完全相同在单线图 地理图中查看结果输出地理图形式的潮流图 图片格式 练习3 规划运行方式潮流计算方案定义潮流作业定义用最优因子法计算并查看计算结果 练习4 应用 数据修改 按钮修改数据 了解 刷新 高级刷新 按钮的含义 在作业1基础上 点击 数据修改 按钮 修改数据 母线 发电2 PG 1 8 进行潮流计算 在单线图上查看发电机 发电2 的计算结果 点击 高级刷新 按钮或 潮流数据刷新 菜单栏 查看基础库和潮流数据的差异部分点击 刷新 按钮 在单线图上查看发电机 发电2 的PG值变化 练习5 数据回存 功能的应用在潮流作业2上 点击 数据修改 按钮 修改数据 发电机 发电3 PG 1 5 进行潮流计算 点击 数据回存 选择回存到 基础库原有数据组 方式 进行回存 浏览 基础数据 发电机及其调节器数据 查看发电机 发电2 的哪条记录PG变成1 8 思考原因 练习6 作业复制 功能的应用将潮流作业 1 的全部内容复制为作业 4 查看潮流作业 4 的数据 并进行潮流计算 对比作业1和作业4是否结果完全相同 练习7 数据修改 中的 列替换 等功能在作业4基础上 将光标指向 负荷有功PL 列 点击 列替换 按钮 替换范围 选 全部 替换为 选 原数值 倍数 倍数为1 1 替换条件 选 无条件 点击 替换 按钮 完成列替换计算潮流 查看计算结果 点击 查找 应用该功能 点击 排序 应用该功能 点击 筛选 应用该功能 练习8 发电 负荷比例因子 的应用选择作业4 点击 刷新 按钮刷新数据分区选 区域2 2 电压等级选 全部 负荷比例因子设为 有功1 1 无功1 1 发电不变计算潮流 查看计算结果 练习9 批处理方式的潮流作业利用批处理功能计算潮流作业1 4 查看批处理结果报表 练习10 潮流报表的越限结果输出 在编辑状态下 修改母线 STNC 230 的电压上下限为230kV 220kV 修改交流