电力系统潮流计算课程设计

1 课 程 设 计 说 明 书 学生姓名 学 号 学 院 电气工程学院 班 级 题 目 电力系统潮流计算 指导教师 职称 讲师 2 2012 年 1 月 2 日 摘摘 要要 本文运用 MATLAB 软件进行潮流计算 对给定题目进行分析计算 再应用 DDRTS 软件 构建系统图进行仿真 最终得到合理的系统潮流 潮流计算是电力系统最基本最常用的计算 根据系统给定的运行条件 网 络接线及元件参数 通过潮流计算可以确定各母线的电压幅值和相角 各元件 流过的功率 整个系统的功率损耗 潮流计算是实现电力系统安全经济发供电 的必要手段和重要工作环节 因此 潮流计算在电力系统的规划计算 生产运 行 调度管理及科学计算中都有着广泛的应用 首先 画出系统的等效电路图 在计算出各元件参数的基础上 应用牛顿 拉夫逊 Newton Raphson 法以及 MATLAB 软件进行计算对给定系统图进行了四 种不同负荷下的潮流计算 经过调节均得到符合电压限制及功率限制的潮流分 布 其次 牛顿 拉夫逊 Newton Raphson 法具有较好的收敛性 上述计算过程 经过四到五次迭代后均能收敛 根据运算结果 分析各支路损耗和系统总损耗 最后 应用 PSAT 软件 构建系统图 对给定负荷重新进行分析 潮流计算 后的结果也能满足相应的参数要求 3 关键词 关键词 牛顿 拉夫逊法 MATLAB PSAT 潮流计算 一 题目原始资料 1 系统图 两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连 2 发电厂资料 发电厂资料 母线 1 和 6 为发电厂高压母线 火电厂一与三个变电所相连 水厂夏季满发 变电所 1变电所 2 变电所 3 变电所 4 35kV 母线10kV 母线10kV 母线35kV 母线 一次侧电压 220kV 一次侧电压 220kV 母线 1 母线 母线 6 线路长为 40km 线路长为 60km线路长为 120km 线路长为 50km 2 QFQ 50 2 2 QFS 50 2TQN 100 2 2 TQN 100 2 线路长为 100km 火电厂一水电厂二 线路长为 50km 4 P 120MW 40 Q 75Mvar 冬季最大调峰功率 P 60MW 40 Q 75Mvar 3 变电所资料 变电所资料 一 变电所 1 2 3 4 低压母线的电压等级分别为 35KV 10KV 10KV 35KV 二 变电所的负荷分别为 90MW 80MW 70MW 60MW 三 每个变电所的功率因数均为 cos 0 85 四 变电所的负荷为年初数值 年末最大运行方式数值应比年初数值高 10 年中最 大运行方式 数值应比年初数值低 3 各时期最小运行方式数值应比当时的最 大运行方式数值低 30 本题需做年中夏季最小运行方式 五 变电所 1 配有两台容量为 75MVA 的变压器 短路损耗 414KW 短路电压 16 7 变电所 2 和变电所 3 分别配有两台容量为 63MVA 的变压器 短路损耗为 245KW 短路电压 10 5 变电所 4 配有两台容量为 50MVA 的变压器 短 路损耗为 254KW 短路电压 14 5 4 输电线路资料 输电线路资料 发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中 单位长度的电阻为 单位长度的电抗为 单位长度的电纳为 085 0 0 32S 6 10 3 5 二 课程设计内容及要求 课设内容 课设内容 1 对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数 画出等值电路图 2 输入各支路数据 各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷 情况下的潮流计算 并对计算结果进行分析 3 在不同的负荷情况下 分析潮流计算的结果 如果各母线电压不满足要 求 进行电压的调整 各节点电压应在 UN 1 05UN 之间 变电所低压 母线电压 10KV 要求调整范围在 10 10 5 之间 电压 35KV 要求调整范围 在 35 36 75 之间 5 4 调节变压器变比及发电机机端电压 降低系统总有功损耗 5 利用 PSAT 软件 进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析 并进 行结果的比较 6 最终形成课程设计成品说明书 课设要求 课设要求 1 在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图 2 通过输入数据 进行潮流计算输出结果 3 对不同的负荷变化 分析潮流分布 写出分析说明 4 对不同的负荷变化 进行潮流的调节控制 并说明调节控制的方法 并 列表表示调节控制的参数变化 5 打印利用 PSAT 进行潮流分析绘制的系统图 以及潮流分布图 三 题目分析 1 节点设置及分类 根据系统图可知此系统为两端供电网路 将母线 1 2 设为节点 1 6 将 变电所 1 2 3 4 的高低压侧分别设为节点 2 3 4 5 7 8 9 10 并且 将节点 1 设为平衡节点 将节点 6 设为 PV 节点 其余节点设为 PQ 节点 2 参数求取 设定基准值 所以根据题MVASB100 KVUB220 484 2 B B B U S Z 目原始资料 计算发电厂 变压器及线路的参数 1 运用下列公式计算变压器参数 采用变压器参数为折算至高压侧的数值 其变比 Kn 求得雅克比矩阵个元素 k ij H k ij N k ij J k ij L k ij R k ij S 增大节点号 i i 1把雅克比矩阵单位 化 求解修正方程 得 k i e k i f 求解最大修正量 max k i e max k i f 是否收敛 回带各电压新值 K K 1 计算输出电压大小及相角 节电功率及支路损 耗 停止 否 是 否 是 10 三三 变电所负荷为题目所给数据进行求解变电所负荷为题目所给数据进行求解 根据所求参数 以及 B1 矩阵的含义 列写 B1 矩阵如下 B1 矩阵 1 支路首端号 2 末端号 3 支路阻抗 4 支路对地电纳 5 支路的变比 6 支路首端处于 K 侧为 1 1 侧为 0 0220 5 38018 7046 2 105 0220 110015 4849 1 94 0220 110015 4849 1 83 0220 5 38089 5378 1 72 0100035 0 8125 2 65 010007 0 1625 4 54 01000175 0 1625 4 32 0100084 0 2 191 541 0100021 0 2 191 531 0100014 0 8 124 321 1 j j j j j j j j j j B 由各个变电所负荷功率可以计算出总功率为 300MW 而水电厂二夏季满发 功率 120 MW 为了减小线路上的损耗 令发电机的电压为额定电压的 1 05 倍 根据前面叙述的节点分类 形成 B2 矩阵如下 B2 矩阵 1 该节点发电机功率 2 该节点负荷功率 3 节点电压初始值 4 PV 节点电压 V 的给定值 5 节点所接的无功补偿设备的容量 6 节点分类标号 20353525 2574 400 20101066 3332 540 201010456 2953 470 20353587 3711 610 302302300120 2022022000 2022022000 2022022000 2022022000 1023023000 2 i i i i B 由于各节点电压不应超过各自的允许范围 由题目要求知 发电厂电压标 幺值在 1 到 1 05 变化时 变压器低压侧电压有名值变化范围如下表 11 节点78910 电压下限 KV 35101035 电压上限 KV 36 7510 510 536 75 同时保证发电厂发出的有功功率要大于变电所有功功率 并且两者差值越小 表明线路有功功率损耗越小 越满足实际要求 四四 编写程序并运行 由于程序较复杂 故将其放入附录中 具体程序和结果分别见附录一 二 由附录 2 的结果可以观察到各个节点电压有名值分别为 节点12345 电压230 0000226 944226 9647229 184229 4026 节点678910 电压230 00037 868910 999311 061038 5986 由此观察到节点 7 8 9 10 的电压都较正常范围偏高 因此调节变压器 分接头和发电厂电压 此系统共进行四次调整 最终得到合理结果 五五 具体调压调损耗过程 1 改变发电机变比调压 由于调节的次数很多 过程较为复杂 只选取其中有代表性的两组数据如下所 述 调节方法 调节方法 电厂 1 电 压 电厂 2 电 压 分接头 1分接头 2分接头 3分接头 4 未调整23023038 5 22011 22011 22038 5 220 第一次23023038 5 225 511 225 511 225 538 5 225 5 第二次23023038 5 23111 23111 23138 5 231 调节结果 节点电压12345678910 未调整230226 9226 94229 18229 4023037 86910 99911 06138 599 第一次2301 051 021 061 032301 031 081 031 06 第二次2301 051 021 031 032301 031 051 031 06 功率损耗未调整第一次第二次 1 3 支路1 051 051 05 1 5 支路1 30 0130 013 2 7 支路0 270 00270 0028 2 9 支路0 00870 00870 0087 3 4 支路0 00110 00120 0012 3 5 支路0 00060 00060 0006 5 6 支路0 00070 00070 0008 5 7 支路0 00160 00160 0016 12 7 8 支路0 110 120 0012 9 10 支路0 180 00190 0019 总损耗4 184 214 23 由电压和功率损耗的有名值可以观察到 最后一次的电压和有功损耗均符 合题目要求 可认为是合理的 具体的潮流分布如下 各条支路的首端功率 Si各条支路的末端功率 Sj S 1 3 56 3705 5 38448iS 3 1 55 2571 16 5016i S 1 5 67 4239 5 77691iS 5 1 66 0565 3 46334i S 2 7 27 4697 23 4309iS 7 2 27 1597 47 7144i S 2 9 72 5303 29 8637iS 9 2 71 6033 49 7819i S 3 4 51 1312 35 5759iS 4 3 51 31 62i S 3 5 4 12593 19 0743iS 5 3 4 0662 7 088i S 5 6 40 8802 27 2176iS 6 5 40 8 24 8i S 5 7 29 2425 30 8423iS 7 5 29 0687 9 45298i S 7 8 56 2284 38 2614iS 8 7 56 1 34 8i S 9 10 71 6033 49 781S 10 9 71 4 44 3i 各节点的功率 S 为 节点号从小到大排列 Columns 1 through 5 1 2374 0 0096i 1 0000 0 5247i 0 0000 0 0000i 0 5100 0 3162i 0 0000 0 0000i Columns 6 through 10 0 4080 0 2480i 0 0000 0 0000i 0 5610 0 3480i 0 0000 0 0000i 0 7140 0 4430i 得到的图像如下 13 0510 0 98 1 1 02 1 04 1 06 值 值 值 值 值 值 值 值 0510 8 6 4 2 0 值 值 值 值 值 值 值 1 2 3 4 5 6 7 8 910 1 0 1 2 值 值 值 值 值 值 1 2 3 4 5 6 7 8 910 0 5 0 0 5 1 值 值 值 值 值 值 2 改变发电机机端电压调压 将程序中的 B1 B2 矩阵替换后 运行并进行调节 此系统经过多次调节 后达到要求 选取三个调节过程 对应的调节方法和结果见下表 调节方法 调节方法 电厂 1 电 压 电厂 2 电 压 分接头 1分接头 2分接头 3分接头 4 未调整23023038 5 23111 23111 23138 5 231 第一次23022938 5 23111 23111 23138 5 231 第二次 23122838 5 23111 23111 23138 5 231 第三次23022838 5 23111 23111 23138 5 231 调节结果 节点电压12345678910 未调整230226 9226 96229 18229 423037 8710 99911 06138 599 第一次2302291 02481 06511 0322291 03491 08241 02891 0676 第二次 2312281 02471 03751 032 6 2281 03481 05491 02891 0676 第三次 2302280 99291 0031 001 1 2281 00361 02110 99791 0331 功率损耗未调整第一次第二次第三次 1 3 支路0 00920 00920 00920 0092 1 5 支路0 01090 01090 01090 0109 2 7 支路0 00260 00260 00260 0026 2 9 支路0 00790 0080 0080 008 14 3 4 支路0 0010 00110 00110 0011 3 5 支路0 00040 00040 00040 0004 5 6 支路0 00060 00070 00070 0007 5 7 支路0 00110 00110 00110 0011 7 8 支路0 0010 00110 00110 0011 9 10 支路0 00170 00180 00180 0018 总损耗0 03640 03690 03690 0369 由电压和功率损耗的有名值可以观察到 最后一次的电压和有功损耗均符 合题目要求 可认为是合理的 具体的潮流分布如下表 各条支路的首端功率 Si各条支路的末端功率 Sj S 1 3 52 6693 2 93801iS 3 1 51 752 15 2555i S 1 5 61 6782 7 19992iS 5 1 60 5878 3 35268i S 2 7 30 4398 16 0066iS 7 2 30 1835 41 7232i S 2 9 69 5602 25 6238iS 9 2 68 7673 47 0105i S 3 4 49 1022 33 4628iS 4 3 49 30 38i S 3 5 2 6498 18 2074iS 5 3 2 6055 5 4938i S 5 6 39 2635 26 2167iS 6 5 39 2 24 3i S 5 7 23 9297 28 3578iS 7 5 23 8171 5 61161i S 7 8 54 0006 36 1116iS 8 7 53 9 33 4i S 9 10 68 7673 47 0105iS 10 9 68 6 42 5i 各节点的功率 S 为 节点号从小到大排列 Columns 1 through 5 1 1468 0 0046i 1 0000 0 4711i 0 0000 0 0000i 0 4900 0 3038i 0 0000 0 0000i Columns 6 through 10 0 3920 0 2430i 0 0000 0 0000i 0 5390 0 3340i 0 0000 0 0000i 0 6860 0 4250i 得到的图像如下 15 0510 0 98 1 1 02 1 04 1 06 值 值 值 值 值 值 值 值 0510 8 6 4 2 0 值 值 值 值 值 值 值 1 2 3 4 5 6 7 8 910 1 0 1 2 值 值 值 值 值 值 1 2 3 4 5 6 7 8 910 0 5 0 0 5 值 值 值 值 值 值 3 最终调节结果节点电压有名值对比 节点 电压 12345678910 未调整2300 95961 00210 97411 05032301 04210 99081 07451 0000 调整后2300 95951 00210 97411 02352281 01410 99081 04741 0000 由上表观察到 进行最后一次调节时各节点的电压均在题目允许的范围内 对线路损耗进行分析 统计每次调整后各个支路的有功损耗的有名值 记录于 下表 功率损耗未调整调整好 1 2 支路0 00980 0104 1 4 支路0 01190 0126 1 6 支路0 00260 003 2 3 支路0 00830 0089 2 4 支路0 00110 0013 4 5 支路0 00050 0005 6 7 支路0 00070 0008 6 8 支路0 00140 0015 8 9 支路0 00110 0012 8 10 支路0 00170 0019 总损耗0 03910 0421 由此可以看出 随着变压器分接头的调高以及发电厂电压的降低 有功损 耗逐渐增大 符合实际情况 而最终调节使得电压在规定范围内时 有功损耗 增加了 0 3MW 相对与实际损耗 42 1MW 小很多 可以认为是合理的 具体的 16 潮流分布如下 各条支路的首端功率 Si各条支路的末端功率 Sj S 1 2 0 48447 0 22065iS 2 1 0 47331 0 32348i S 1 4 0 64124 0 32442iS 4 1 0 63177 0 36757i S 1 6 0 11872 0 17983iS 6 1 0 11707 0 41495i S 2 3 0 70248 0 50899iS 3 2 0 7 0 4338i S 2 4 0 22917 0 1855iS 4 2 0 23111 0 10205i S 4 5 0 40065 0 26552iS 5 4 0 4 0 2479i S 6 7 0 60178 0 42573iS 7 6 0 6 0 3718i S 6 8 0 48471 0 010782iS 8 6 0 48823 0 1914i S 8 9 0 30035 0 19536iS 9 8 0 3 0 1859i S 8 10 0 78858 0 0039632iS 10 8 0 8 0 23566i 各节点的功率 S 为 节点号从小到大排列 Columns 1 through 5 1 2444 0 7249i 0 0 7000 0 4338i 0 0000 0 0000i 0 4000 0 2479i Columns 6 through 10 0 0000 0 0000i 0 6000 0 3718i 0 0000 0 0000i 0 3000 0 1859i 0 8000 0 2357i 得到的图像如下 17 0510 0 95 1 1 05 值值值 值值值值值 0510 10 0 10 值值值 值值值值 12 345 678 910 2 0 2 值值值 值值值值值值 12 345 678 910 1 0 1 值值值 值值值值值值 12 345 678 910 1 0 1 值值值 值值值值值值值值 12