电力系统课程设计答案

1 电力系统分析课程设计电力系统分析课程设计 题题 目目 电力系统分析课程设计电力系统分析课程设计 学学 院院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 学生姓名学生姓名 学学 号号 月月 日至日至 月月 日日 共共 周周 指导教师指导教师 签字签字 院院 长长 签字签字 2 摘摘 要要 潮流计算是电力系统的一项重要分析功能 是进行故障计算 继电保护整定 安全分 析的必要工具 传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面 结果显示不直观 难于与其他分析功能集成 网络原始数据输入工作量大且易于出错 随着计算机技术的飞速发展 MICROSOFT WINDOWS 操作系统早已被大家所熟悉 其友好的图形用户界面已成为 PC 机的标准 而 DOS 操作系统下的应用程序因其界面不够友好 开发具有 WINDOWS 风格界面的电力系 统分析软件已成为当前的主流趋势 另外 传统的程序设计方法是结构化程序设计方法 该方法基于功能分解 把整个软件工程看作是一个个对象的组合 由于对某个特定问题域 来说 该对象组成基本不变 因此 这种基于对象分解方法设计的软件结构上比较稳定 易于维护和扩充 本文通过一个实例介绍了潮流计算的手算和计算机算法 结合电力系统的特点 软件 采用 MATLAB 语言运行于 WINDOWS 操作系统的图形化潮流计算软件 电力系统的潮流 计算是电力系统分析课程基本计算的核心部分之一 它既有自身的独立意义 又有电力系 统规划设计 运行和研究的理论基础 因此课程设计的重要性自不待言 关键词 电力系统潮流计算 牛顿 拉夫逊法潮流计算 MATLAB 一 设计内容及要求一 设计内容及要求 复杂网络牛顿 拉夫逊法潮流分析与计算的设计 电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算 设计内容为复杂网络潮流计算的 计算机算法 牛顿 拉夫逊法 首先 根据给定的电力系统简图 通过手算完成计算机算法的两次迭代过程 从而加 深对牛顿 拉夫逊法的理解 有助于计算机编程的应用 其次 利用计算机编程对电力系统稳态运行的各参数进行解析和计算 编程完成复杂 网络的节点导纳矩阵的形成 电力系统支路改变 节点增减的程序变化 编程完成各元件 的功率损耗 各段网络的电压损耗 各点电压 功率大小和方向的计算 3 二 设计原始资料二 设计原始资料 1 给出一个六节点 环网 两电源和多引出的电力系统 2 给出一个五节点 环网 两电源和多引出的电力系统 参数给定 可以选用直角坐标表示的牛拉公式计算 也可以选用极坐标表示的牛拉公式计 算 三 设计完成后提交的文件和图表三 设计完成后提交的文件和图表 1 计算说明书部分 计算说明书部分 设计报告和手算潮流的步骤及结果 2 图纸部分 图纸部分 电气接线图及等值电路 潮流计算的计算机算法 即程序 运算结果等以图片的形式附在设计报告中 4 四 进程安排四 进程安排 第一周 第一周 第一天上午 选题 查资料 制定设计方案 第一天下午 第五天 复习潮流计算的计算机算法 完成给定网络的潮流计算 第二周 第一 四天 利用 matlab 编程完成潮流计算 并对照手算结果 分析误差 第五天下午 答辩 交设计报告 五 主要参考资料五 主要参考资料 电力系统分析 第三版 于永源主编 中国电力出版社 2007 年 电力系统分析 何仰赞 温增银编著 华中科技大学出版社 2002 年版 电力系统分析 韩桢祥主编 浙江大学出版社 2001 年版 电力系统稳态分析 陈珩 编 水利电力出版社 复杂网络复杂网络 N RN R 法潮流分析与计算的设计法潮流分析与计算的设计 一 一 设计题目设计题目 系统图的确定 系统等值电路如图 利用 N R 法计算系统潮流 取误差系数 10 5 该系统中 节点 1 为 平衡节点 保持 U1 1 05 j0 为定值 节点 6 为 PV 节点 其他都是 PQ 节点 给定的注入 电压 变压器阻抗 线路阻抗和线路对地电纳的一半和输出功率的标幺值与见下表 U1U2U3U4U5U6T1T2Y 2 1 051 001 001 001 001 05j0 03j0 015j0 25 节点23456 功率2 j11 8 j0 401 6 j0 83 7 j1 35 5 电力系统图 6 电力系统等值阻抗图 2 各节点的初值及阻抗参数 该系统中 节点 为平衡节点 保持 1 05 j0 为定值 节点 为 PV 节点 其他四 1 U 个节点都是 PQ 节点 给定的注入电压标幺值 线路阻抗标幺值 线路阻抗标幺值 输出功 率标幺值和变压器变比标幺值如图 2 所示的注释 二 二 N RN R 法的求解过程法的求解过程 1 给定个节点电压初始值 0 0 ef 2 将以上电压初始值代入下式 1 式 求出修正方程式常数项向量 0 0 2 0 PQUAAA 1 1 2222 j n iiiijjijjiijjijj j j n iiiijjijjiijjijj j iii PPe G eB ff G fB e QQf G fB fe G fB e UUef A A A 3 将电压初始值代入下式 2 式 求出修正方程式中系数矩阵 雅可比矩阵 的个元素 为 2 n 1 阶方阵 7 1 1 1 1 j n iiiijjijjiijjijj j j n iiiijjijjiijjijj j j n i ijjijjii iiii j i j n i ijjijjii iiii j i i ijjijj j i j iPPe G eB ff G fB e QQf G fB fe G fB e P G eB fG e B f e P G fB eB e G f f Q G fB e e A A A A A 当时 对角元素是 1 1 2 2 2e 2 j n ii iiii j n i ijjijjii iiii j i i i i i i j B e G f Q G eB fG eB f f U e U f f A A A 22 0 ii ijiiji jj ii ijiiji jj ii jj ji PQ G eB f ef PQ B e G f fe UU ef AA AA AA 当时 矩阵中非对角元素是 4 解修正方程式 求出修正量 0 0 efAA 5 修正各节点电压 1 0 0 1 0 0 eee fff A A 6 将再代入 1 式 求出 1 1 ef 1 1 2 1 PQUAAA 7 校验是否收敛 其收敛条件为式中 为向 k x kk fPQ AA kk PQAA 量中大分量的绝对值 这个收敛条件比较直观 它可以直接显示出最终结 kk PQAA 果的功率误差 8 如果收敛 就进一步计算各段电力线路潮流和平衡节点功率 并打印出计算结 果 如果不收敛 转回 3 步进行下一次迭代计算 直到收敛为止 8 三 手算潮流计算三 手算潮流计算 用图中数据和等值网络形成节点导纳矩阵Y B 1节点导纳矩阵 BY 对角线上的元素为 1111 11 33 33333 TT K YYYj KK 221102325 2 11 1 5317437 41662 TT K YYYYyyj KK 02334 33 1 73766 39418Yyyj Y 03445 44 1 58465 25354Yyyj Y 552204525 2 11 1 3787466 51030 TT K YYYYyyj KK 6622 11 66 66667 TT K YYYj KK 非对角线上的元素为 12211 1 31 74603 T YYYj K 1331144115511661 0 0 0 0 YYYYYYYY 2332 1 0 907723 78215 0 060 25 YYj j 2552 1 0 624023 90015 0 040 25 YYj j 24422662 0 0YYYY 3443 1 0 829883 11203 0 080 3 YYj j 4664 0YY 56652 1 63 49207 T YYYj K 所以导纳矩阵为 Z j33 33333 j31 74603 0 0 0 0 j31 74603 1 53174 j37 41662 0 90772 j3 78215 0 0 62402 j3 90016 0 0 0 90772 j3 78215 1 7376 j6 39418 0 82988 j3 11203 0 0 0 0 0 82988 j3 11203 1 5846 j5 25354 0 75472 j2 64151 0 9 0 0 62402 j3 90016 0 0 75472 j2 64151 1 37874 j66 5103 j63 49206 0 0 0 0 j63 49206 j66 66667 2 设各节点电压初始值为 U e f e1 1 05 f1 0 e2 1f2 0 e3 1f3 0 e4 1f4 0 e5 1f5 0 e6 1 05f6 0 3 用公式 1 1 j n iiiijjijjiijjijj j j n iiiijjijjiijjijj j PPe G eB ff G fB e QQf G fB fe G fB e A A 对 PQ 和 PV 节点求取 2222 iii UUef A i PA i QA 2 UA 得 2 2 59948 1 8 0 1 1 6 0 3 3 70 5 39558 5 0 4求取雅可比矩阵 a 1 53176 41 01564 0 90772 3 78215 0 0 0 6240 3 90016 0 0 33 81760 1 53174 3 78215 0 90772 0 0 3 90016 0 62402 0 0 0 90772 3 78215 1 7376 6 89418 0 82988 3 11203 0 0 0 0 3 78215 0 90772 5 89418 1 7376 3 11203 0 82988 0 0 0 0 0 0 0 82988 3 11203 1 5846 5 75354 0 75472 2 64151 0 0 0 0 3 11203 0 82988 4 75354 1 5846 2 64151 0 75472 0 0 0 6240 3 90016 0 0 0 75472 2 64151 1 37874 73 20831 0 63 49206 3 90016 0 6240 0 0 2 64151 0 75472 59 81227 1 37874 63 49206 0 10 0 0 0 0 0 0 0 66 66667 0 63 49206 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 0 5 求 修正量矩阵 x 0 0947033803125 0 12300032640518 0 06118167496944 0 60440539310278 0 13158685693705 0 63776570871014 0 0962479998280 0 15856921825151 0 00000000000000 0 08774769231509 6 计算修正各节点电压 1 0500 1 0947033803125 0 93881832503056 0 86841314306295 1 096247999828 1 050000000000 0 0 12300032640518 0 60440539310278 0 63776570871014 0 15856921825151 0 08774769231509 四 计算机算法潮流计算四 计算机算法潮流计算 牛顿牛顿 拉夫逊法的程序框图拉夫逊法的程序框图 结果显示 结果显示 Y 11 0 33 3333i 0 31 7460i 0 0 0 0 0 31 7460i 1 5317 37 4166i 0 9077 3 7822i 0 0 6240 3 9002i 0 0 0 9077 3 7822i 1 7376 6 3942i 0 8299 3 1120i 0 0 0 0 0 8299 3 1120i 1 5846 5 2535i 0 7547 2 6415i 0 0 0 6240 3 9002i 0 0 7547 2 6415i 1 3787 66 5103i 0 63 4921i 0 0 0 0 0 63 4921i 0 66 6667i 次数 time 1 雅可比矩阵 JJ 0 0312 29 5393 1 5317 37 4166 0 9077 3 7822 0 0 0 6240 3 9002 33 9528 0 0312 37 4166 1 5317 3 7822 0 9077 0 0 3 9002 0 6240 0 0 0 9077 3 2822 1 7376 6 3942 0 8299 3 1120 0 0 0 0 4 2821 0 9077 6 3942 1 7376 3 1120 0 8299 0 0 0 0 0 0 0 8676 2 4800 1 5846 5 2535 0 7547 2 6415 0 0 0 0 3 7441 0 7921 5 2535 1 5846 2 6415 0 7547 0 0 0 6240 3 9002 0 0 0 6858 0 7310 1 3787 66 5103 0 0 3 9002 0 6240 0 0 6 0140 0 8237 66 5103 1 3787 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1000 0 E 0 8137 0 8366 0 6713 0 6636 1 0500 1 0500 F 0 1896 0 2825 0 7053 0 6191 0 0714 0 12 U 0 8137 0 1896i 0 8366 0 2825i 0 6713 0 7053i 0 6636 0 6191i 1 0500 0 0714i 1 0500 dU 0 1863 0 1896 0 1634 0 2825 0 3287 0 7053 0 3364 0 6191 0 0 0714 PQ 1 9688 1 2067 1 8000 0 1000 1 5623 0 1679 3 7689 2 0725 5 0000 0 precision 5 次数 time 2 雅可比矩阵 JJ 7 6062 24 4159 8 3403 30 1569 1 4557 2 9056 0 0 1 2472 3 0554 27 2498 4 4313 30 1569 8 3403 2 9056 1 4557 0 0 3 0554 1 2472 0 0 3 4865 2 4260 3 2599 4 8584 1 5734 2 3690 0 0 0 0 3 3894 0 1690 4 8584 3 2599 2 3690 1 5734 0 0 13 0 0 0 0 3 9187 0 4693 4 7692 2 4089 2 3697 1 2409 0 0 0 0 2 5381 1 5855 2 4089 4 7692 1 2409 2 3697 0 0 2 8286 2 2020 0 0 3 7251 1 1059 42 0899 43 2856 0 0 2 2020 2 8286 0 0 3 6775 0 5472 43 2856 42 0899 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1000 0 1429 E 1 1261 1 1333 0 8698 0 7324 1 0476 1 0500 F 0 1055 0 2062 0 5336 0 4376 0 0714 0 U 1 1261 0 1055i 1 1333 0 2062i 0 8698 0 5336i 0 7324 0 4376i 1 0476 0 0714i 1 0500 dU 0 3124 0 0841 0 2967 0 0762 0 1985 0 1717 0 0688 0 1815 0 0024 0 14 PQ 0 4396 0 1479 0 2762 0 4656 0 0873 0 9285 1 1649 0 6965 0 0 0051 precision 1 1649 次数 time 3 雅可比矩阵 JJ 5 1274 34 8149 5 6738 41 9740 1 4214 4 1634 0 0 1 1143 4 3262 36 6848 1 5735 41 9740 5 6738 4 1634 1 4214 0 0 4 3262 1 1143 0 0 3 2041 3 4717 3 2879 6 8880 1 5823 3 3556 0 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