电力系统分析课程设计

1、1.电力系统分析课程设计任务9节点系统单线图如下：基本数据如下：表1 母线数据母线名 基准电压区域号电压上限电压下限发电 116.5000218.150014.8500发电 218.000119.80016.2000发电 313.8000115.180012.4200GEN1-230230.00020.00000.0000GEN2-230230.00010.00000.0000GEN3-230230.00010.00000.0000STNA-230230.00020.00000.0000STNB-230230.00020.00000.0000STNC-230230.00010.00000.00

2、00表2 交流线数据 数据组I 侧母线J 侧母线编号所属区域单位正序电阻正序电抗正序充电电纳的 1/2常规GEN1-230STNA-2301I侧标么0.0100000.0850000.088000常规STNA-230GEN2-2302I侧标么0.0320000.1610000.153000常规GEN2-230STNC-2303I侧标么0.0085000.0720000.074500常规STNC-230GEN3-2304I侧标么0.0119000.1008000.104500常规GEN3-230STNB-2305I侧标么0.0390000.1700000.179000常规STNB-230GEN1

3、-2306I侧标么0.0170000.0920000.079000表3 两绕组变压器数据数据组I侧线母线J侧母线编号连接方式单位正序电阻正序电抗常规发电1GEN1-2307三角形/星形接地标么0.0000.05760常规发电2GEN2-2308三角形/星形接地标么0.0000.06250常规发电3GEN3-2309三角形/星形接地标么0.0000.05860两绕组变压器数据（续表）激磁电导激磁电纳变比I 侧主抽头电压J 侧主抽头电压J 侧抽头级差J侧抽头位置J 侧最大抽头电压J 侧最小抽头电压0.0000.0001.0016.5230.01.259253.00207.000.0000.0001

4、.0018.0230.02.53241.50218.500.0000.0001.0013.8230.02.53241.50218.50表4 发电机数据数据组母线名母线类型单位额定容量（MVA）额定功率（MW）有功发电无功发电母线电压幅值母线电压相角常规发电1V标么100.0222.750.0000.001.04000.00常规发电2PV标么100.0172.81.6301.001.02500.00常规发电3PV标么100.0115.20.8501.001.02500.00表5 负荷数据数据组母线名编号母线类型单位有功负荷无功负荷常规STNA-230300PQ标么1.2500.500常规STNB

5、-230301PQ标么0.9000.300常规STNC-230302PQ标么1.0000.350表6 区域数据区域名区域号区域11区域22设计要求：利用PSASP电力系统分析综合程序建立单线图程序，完成潮流分析计算，给出设计结果。设计说明书内容：1、 任务书2、 PSASP软件简介及牛顿拉夫逊潮流计算简介3、 给出单线图及元件数据（从程序中导出）4、 给出潮流计算结果5、 结论电气10-5班数据序号姓名GEN2与STNC母线之间线路GEN3与STNC母线之间线路GEN2与STNA母线之间线路GEN3与STNB母线之间线路GEN1与STNA母线之间线路GEN1与STNB母线之间线路1曹庆春双回线

6、路双回线路2路威德双回线路双回线路3董卫卫双回线路4秦露露双回线路5刘志清双回线路6赵瑞广双回线路7聂础双回线路双回线路8蔡雪栋双回线路双回线路9陈艺铭双回线路双回线路10倪磊双回线路双回线路双回线路11陈东双回线路双回线路双回线路12张丰双回线路双回线路13张维杰双回线路14党庆庆双回线路双回线路15范建云双回线路双回线路16杜宇鹏双回线路双回线路17刘亚鹏双回线路双回线路18王家鑫双回线路19李赛双回线路20张岩双回线路21陈昌垦双回线路双回线路说明：1.双回线路参数完全相同，具体参数见交流数据表；表中空白表示母线之间为单回线路；2.对于电气10-5的学生，发电厂1和2的升压变压器均为两台

7、并联，并联运行的变压器参数相同，其他变压器为单台运行。2.PSASP软件简介及牛顿拉夫逊潮流计算简介2.1PSASP软件简介电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package）简称PSASP。是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，它具有我国自主知识产权，是资源共享，使用方便，高度集成和开放的大型软件包。PSASP基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，可进行电力系统(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。PSASP的结构、功能及特点：基于公用数据和模型的三层体系结构，即第一层是公用数据和摸型的的资源库；第二层是基

8、于资源库的应用程序包 ；第三层是计算结果库和分析工具。它有文本和图形两种录入编辑方式的电网基础数据库， 支持 PSASP 各种计算的公用数据，包含发电机、变压器、交流线、负荷、直流线、静止无功补偿器等电网基本元件，有文本和图形两种数据录入编辑方式，可提供各种分析计算的基本数据支持，可按地区、年度、运行方式从中抽取计算的基本数据，直观方便、功能强大的用户自定义模型方法。PSASP 设计了功能强大的用户自定义(UD)建模方法，提供了自行建模来研究电力系统新设备、新装置的得力工具。近年来国内多所大学和科研单位应用PSASP 的UD功能做了大量的研究工作。 所谓用户自定义建模方法是在无须了解程序内部结

9、构和编程设计的条件下，用户可按自己计算分析的需要，用工程技术人员熟悉的概念和容易掌握的方法，设计各种模型，使其在原则上可以灵活模拟任何系统元件、自动装置和控制功能。为扩充PSASP的功能，向用户开放提供非常有力的工具。PSASP可自由建立任何元件的模型（电源、负荷、各种控制保护装置、FACTS元件等），作为各种计算的模型库，可直观方便的文本和图形两种模型编辑方式，调用简单，计算快速。基于公用资源的交直流电力系统分析程序包，有以下应用功能：潮流计算、暂态稳定、短路电流、网损分析、电压稳定、静态安全分析、静态和动态等值、直接法暂态稳定、小干扰稳定、最优潮流和无功优化、参数优化协调、继电保护整定与仿

10、真。它主要特为交直流混合电力系统、固定模型库和用户自定义模型库支持、提供用户程序接口，实现与用户程序联合运行、文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出、开放友好的用户程序接口环境。 PSASP提供用户程序接口(UPI)环境，使PSASP模块和用户程序模块联合运行，共同完成某一计算任务，UPI为用户提供了更加自由，更加开放的环境，即通过编程(语言工具不限 如FORTRAN，C+等)，利用PSASP的资源和实现PSASP的功能扩充，利用Windows操作系统提供的动态连接库(DLL)支持，可以使UPI方式与PSASP内部的固定模型方式，在计算精度和时间上达到同样的效果。近年来，不少单位（如清华大

11、学、浙江中试等）应用UPI做了很多富有成效的科研工作。2.2牛顿拉夫逊潮流计算简介2.2.1牛顿-拉夫逊法的基本原理电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算。即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。实际电力系统的

12、潮流技术那主要采用牛顿-拉夫逊法。牛顿-拉夫逊法(简称牛顿法)在数学上是求解非线性代数方程式的有效方法。其要点是把非线性方程式的求解过程变成反复地对相应的线性方程式进行求解的过程。即通常所称的逐次线性化过程。对于非线性代数方程组： 即 (2-1)在待求量x的某一个初始估计值附近，将上式展开成泰勒级数并略去二阶及以上的高阶项，得到如下的经线性化的方程组： (2-2)上式称之为牛顿法的修正方程式。由此可以求得第一次迭代的修正量 (2-3)将和相加，得到变量的第一次改进值。接着就从出发，重复上述计算过程。因此从一定的初值出发，应用牛顿法求解的迭代格式为： (2-4) (2-5)上两式中：是函数对于变

13、量x的一阶偏导数矩阵，即雅可比矩阵J；k为迭代次数。有上式可见，牛顿法的核心便是反复形式并求解修正方程式。牛顿法当初始估计值和方程的精确解足够接近时，收敛速度非常快，具有平方收敛特性。牛顿潮流算法突出的优点是收敛速度快，若选择到一个较好的初值，算法将具有平方收敛特性，一般迭代45次便可以收敛到一个非常精确的解。而且其迭代次数与所计算网络的规模基本无关。牛顿法也具有良好的收敛可靠性，对于对以节点导纳矩阵为基础的高斯法呈病态的系统，牛顿法也能可靠收敛。牛顿法所需的内存量及每次迭代所需时间均较高斯法多。牛顿法的可靠收敛取决于有一个良好的启动初值。如果初值选择不当，算法有可能根本不收敛或收敛到一个无法

14、运行的节点上。对于正常运行的系统，各节点电压一般均在额定值附近，偏移不会太大，并且各节点间的相位角差也不大，所以对各节点可以采用统一的电压初值(也称为平直电压)，如假定： 或 (2-6) 这样一般能得到满意的结果。但若系统因无功紧张或其它原因导致电压质量很差或有重载线路而节点相角差很大时，仍用上述初始电压就有可能出现问题。解决这个问题的办法可以用高斯法迭代12次，以此迭代结果作为牛顿法的初值。也可以先用直流法潮流求解一次以求得一个较好的角度初值，然后转入牛顿法迭代。2.2.2牛顿拉夫逊法潮流求解过程以下讨论的是用直角坐标形式的牛顿拉夫逊法潮流的求解过程。当采用直角坐标时，潮流问题的待求量为各节

15、点电压的实部和虚部两个分量由于平衡节点的电压向量是给定的，因此待求2(n-1)未知数需要2(n-1)个方程式。事实上，除了平衡节点的功率方程式在迭代过程中没有约束作用以外，其余每个节点都可以列出两个方程式。对PQ节点来说，是给定的，因而可以写出 （2-7）对PV节点来说，给定量是，因此可以列出 （2-8）求解过程大致可以分为以下步骤：（1）形成节点导纳矩阵；（2）将各节点电压设初值U；（3）将节点初值代入相关求式，求出修正方程式的常数项向量；（4）将节点电压初值代入求式，求出雅可比矩阵元素；（5）求解修正方程，求修正向量；（6）求取节点电压的新值；（7）检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的

16、新值作为初值自第3步重新开始进行狭义次迭代，否则转入下一步；（8）计算支路功率分布，PV节点无功功率和平衡节点注入功率。以直角坐标系形式表示：迭代推算式采用直角坐标时,节点电压相量及复数导纳可表示为: (2-9)将以上二关系式代入上式中,展开并分开实部和虚部;假定系统中的第1,2,m号为PQ节点,第m+1,m+2,n-1为PV节点,根据节点性质的不同,得到如下迭代推算式：（1）对于PQ节点 (2-10)（2）对于PV节点 (2-11)（3）对于平衡节点平衡节点只设一个,电压为已知,不参见迭代,其电压为: (2-12)修正方程两组迭代式中包括2(n-1)个方程.选定电压初值及变量修正量符号之后代

17、入,并将其按泰勒级数展开,略去二次方程及以后各项,得到修正方程如下: (2-13)其中，； 。 (2-14)雅可比矩阵各元素的算式式(3-14)中, 雅可比矩阵中的各元素可通过对式(2-10)和(2-11)进行偏导而求得.当时, 雅可比矩阵中非对角元素为 (2-15)当时,雅可比矩阵中对角元素为: (2-16)由式(2-15)和(2-16)看出,雅可比矩阵的特点：矩阵中各元素是节点电压的函数,在迭代过程中,这些元素随着节点电压的变化而变化；导纳矩阵中的某些非对角元素为零时,雅可比矩阵中对应的元素也是为零.若,则必有；雅可比矩阵不是对称矩阵;雅可比矩阵各元素的表示如下： （2-17） （2-18

18、） （2-19） （2-20） （2-21）3.单线图及元件数据3.1单线图3.2元件数据母线数据交流线数据变压器数据变压器续表发电机数据负荷数据区域数据4.潮流计算结果4.1潮流计算结果图4.2潮流分析结果报表5.结论本次电力系统分析课程设计的主要任务是进行电力系统的潮流计算。潮流计算是电力系统中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，包括电压的幅值和相角，各元件流过的功率，整个系统的功率损耗等一系列系统中的潮流数据。潮流计算在数学上是多元非线性度方程组的求解问题，求解的方法有很多种，比如、P-Q分解法等等。本次设计采用了牛顿拉夫逊（）算法，它有较好的收敛性。将N-R法用