电力系统分析课设

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学电力系统计算电力系统计算课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目： 两机系统潮流的经济分布控制（两机系统潮流的经济分布控制（3）院（系）：院（系）： 电电 气气 工工 程程 学学 院院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 起止时间：起止时间： 至至 本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化课程设计（论文）任务原始资料：系统如图。G1：无限大系统，VN=120kV；G3（额定运行）：SN=30MVA，VN=10

2、.5kV，X=0.15；T: SN=31.5MVA，Vs%=10.5， k=121/10.5kV,Ps=180kW, Po=35kW,Io%=0.8；L12:线路长 70km，电阻 0.20/km，电抗 0.38/km，对地容纳 2.7810-6S/km；L14:线路长 85km，电阻 0.2/km，电抗 0.38/km，对地容纳 2.7810-6S/km；L24: 线路长 75km，电阻 0.17/km，电抗 0.42/km，对地容纳 2.810-6S/km；L45: 线路长 20km，电阻 0.2/km，电抗 0.43/km，对地容纳 2.8810-6S/km；负荷：S2=35MVA，S4

3、=18MVA，功率因数均为 0.9.任务要求：1 阐述闭式网络潮流控制的基本思想。2 画出系统等值电路图，计算各元件参数；3 对系统进行潮流计算，计算支路自然功率分布；4 在 L24 支路加入合适的附加电势（串联变压器） ，实现各支路经济功率分布；5 利用 MATLAB 建立电力系统仿真模型进行仿真；6 对计算结果进行分析比较，得出结论。G1 1 L12 2 S2 L14 L24 5 3 G34 S4 L45 T本科生课程设计（论文）指导教师评语及成绩平时考核： 设计质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本文通过

4、对电力系统网络的潮流计算，研究此电力网的支路功率分布，并完成对一支路加入附加电势，使系统实现支路功率经济分布的效果。首先对潮流计算的控制原理进行简单的阐述，进而分别对电力系统潮流计算原理、简单闭式潮流经济分布原理、电动势计算原理进行进一步阐述。然后再根据原理阐述的内容，对各个参数进行计算。并在支路加入的合适的附加电势（串联变压器） ，用来实现各支路功率经济分布，以及经济分布的计算，和控制方法。最后利用MATLAB 建立电力系统仿真模型进行仿真，并对计算结果进行分析比较，得出结论。关键词：等值电路；潮流计算；经济分布；附加电势 本科生课程设计（论文）目 录第 1 章 绪论 .11.1 电力系统潮

5、流控制概述 .11.2 本文设计内容 .1第 2 章 电力系统潮流经济控制原理 .22.1 电力系统潮流计算基本原理 .22.2 简单闭式网潮流经济分布 .22.3 经济潮流控制附加电动势的计算 .2第 3 章 电力系统经济潮流控制计算 .33.1 系统等值电路及元件参数计算 .33.2 系统等值电路及其化简 .33.3 潮流经济分布计算 .33.4 潮流经济分布控制方法 .3第 4 章 潮流经济分布的仿真 .44.1 功率自然分布仿真模型的建立 .44.2 功率经济分布仿真模型的建立 .44.3 仿真结果及分析 .4第 5 章 总结 .5参考文献 .6本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论

6、1.1 电力系统潮流控制概述电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角） 、网络中的功率分布以及功率损耗等。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。而电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角） 、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算从 20 世纪 50 年代中期就已经开始。此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基

7、本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点： 1.算法的可靠性或收敛性； 2.计算速度和内存占用量；3.计算的方便性和灵活性；在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。电力系统潮流计算属于稳态分析范畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非

8、线性方程。非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出正确答案。随着电力系统规模的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，目前已达到几千阶甚至上万阶，对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况促使电力系统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。 各种附加调压变压器和 FACTS 装置中的静止同步串联补偿器，晶闸管控制本科生课程设计（论文）2串联电容器，晶闸管控制移相器和统一潮流控制器等，都是进行潮流控制的有效手段。1.2 本文设计内容1 阐述简单闭式网络潮流控制的基本思想；2 画出系统等值电路图，计算各元件参数；3 对系统进

9、行潮流计算，计算支路功率分布；4 在 L3 支路加入的适合的附加电势（串联变压器） ，实现各支路功率经济分布；5 利用 MATLAB 建立电力系统仿真模型进行仿真；6 对计算结果进行分析比较，得出结论；本科生课程设计（论文）3第 2 章 电力系统潮流经济控制原理2.1 电力系统潮流计算基本原理 潮流计算的已知条件通常是电源点的电压和负荷点的功率，待求的是电源点以外的各节点电压和网路中的功率分布。可以采用逐步逼近的方法，将每一轮的计算分两个步骤进行，第一步，从负荷点开始，逆着功率传送方向，计算各支路的功率损耗和功率；第二步，从电源点开始，顺着功率传送的方向，计算各支路的电压降落（或电压损耗） 。

10、支路计算顺序的确定和两个步骤的迭代计算都可以很方便的用计算机来完成。不计网络损耗时，两端供电网络中每个电源点送出的功率都由两个部分组成，第一部分是符合功率，可按照类似于力学中的力矩平衡公式算出；第二部分是由两端电压不等而产生的循环功率。利用节电功率平衡条件找出功率分点后，就可以在该点将原网络拆开，形成两个开式网络。2.2 简单闭式网潮流经济分布闭式网络的潮流计算可以分为两端供电网络和环形网络两种。对于两端供电网络，根据基尔霍夫第二定律列出电压方程，经过整理得到力矩法的以标幺值表示的功率方程。利用此方程可以求得两端供电网络的功率分布，在无功功率分界点将两端供电网络打开，成为两个开式网络，再根据开

11、式网络已知末端负荷和首段电压的潮流计算方法进行计算。对于环形网络，计算方法与两端供电网络完全相同。第一步，用力矩法计算初步功率分布；第二步，计算循环功率，在初步功率分布的各支路上叠加循环功率，得出计及循环功率时的功率分布；第三步，按网络额定电压计算功率损耗，求实际的功率分布。从无功功率分界点将环形网络打开为两个开式网络，再根据已知末端负荷和首段电压的潮流计算方法进行计算。简单闭式网络通常是指两端供电网络和简单环形网络。对环形网络进行潮流计算时，即使是最简单的单环形网络的等值电路也相当复杂，需将其进一步简化。即在假设全网电压都为网络额定电压的情况下，计算各变电所的运算负荷和发电厂运算功率，并将他

12、们接在相应的节点。这时等值网络中就不再包含各变压器的阻抗支路和母线上的并联导纳支路，从而组成了只包括运算负荷和运算功率及线本科生课程设计（论文）4路阻抗的简化等值电路。功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的，这种分布称为功率的自然分布。有功功率损耗最小时的功率分布应按线段的电阻分布而不是按阻抗分布这种功率分布为经济功率分布。功率在环式网中是按与电阻成反比分布时，其有功功率损耗最小。只有每段电力线路阻抗的 R/X 比值都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相符。在一般情况下，这两者是有差别的。各段线路的不均一程度越大，功率损耗的差别就越大。2.3 经济潮流控制附加电动势的计算在环网中引入环

13、路电路电势使产生循环功率，是对环网进行潮流控制和简单改善功率分布的有效手段。功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的。这种分布称为功率的自然分布。而功率在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小。我们称这种功率分布为经济分布。只有在每段线路的比值都相等的均一XR网络中，功率的自然分布才与经济分布相符。在一般情况下，这两者是有差别的。各陷落的不均一程度越大，功率损耗的差别就越大。如果在环网中引入附加电势，假定其产生与同方向的循环功率，且满E1S足条件 （2-1）就可以使功率分布符合经济分布的要求。由此可得所要求的循环功率为 （2-2）为产生此循环功率所需的附加电势则为 （2-3） 式中，为环网的

14、总阻抗，为网络的额定电压。ZNV调整环网中的变压器变比，对于比值 X/R 较大的高压网络，其主要作用是改变无功功率的分布。一般情况下，当网络中功率的自然分布不同于所期望的分布时，往往要求同时调整有功功率和无功功率，这时还需采用一些附加装置来产生所需的环路电势1cirlecSSS111leccircirlecleccirjjQQQSSSPPPcircircircirxycirNNNjjQQP RXP XRSVE ZEEVV 本科生课程设计（论文）5本科生课程设计（论文）6第 3 章 电力系统经济潮流控制计算3.1 系统等值电路及元件参数计算原系统电路图：系统电路等效原理图：G1 1 L12 2

15、S2 L14 L24 5 3 G34 S4 L45 T图 3.1 系统电路图Z 12Z 14Z 24Z 45TC 12C 12C 14C 14C 24C 241S1S22S445G 1G 2图 3.2 等效电路图本科生课程设计（论文）71.变压器计算：2322310SSNTNNVPPRIS66. 210105 .3112118033223%10010SNTNVVXS23310.51211048.810031.5 10(2.6648.8)TTTjjZRX00000%100NjjIQSSPP 30.83531.5 1035252100jj2.线路阻抗计算：线路 L12120.27014R120.3

16、8 7026.6X64122.78 10701.946 10 SB线路2 85170.38 8532.32.78 10852.363 10 SRXB线路L24本科生课程设计（论文）8242464240.177512.750.427531.52.8 10752.1 10 SRXB线路L45454565450.22040.43 208.62.88 10205.76 10 SRXB 在进行电压和功率分布计算以前，先要对网络的等值电路做些简化处理，具体的做法是将输电线等值电路中的电纳支路都分别用额定电压下的充电功率代替，这样，对每段线路的首段和末端的节点都分别加上该段线路充电

17、功率的一半。2421212111.946 101211.42522NBMVarQVB 2421414112.363 101211.73022NBMVarQVB 2422424112.1 101211.53722NBMVarQVB 2424545110.576 101210.42222NBMVarQVB 3.2 系统等值电路及其化简先按电力网的额定电压计算电力网中的功率损耗：1.变压器绕组中的功率损耗：22322302.6648.8(21.71398.208)10.5TTTNjjjSSRXV2.线路中的功率损耗：Z 14SZ 24SZ 12SbcS4SLD1SLD2aAA图 3.3 等值简化图本

18、科生课程设计（论文）922226.71649.790548.6115.56248.45445454522121SjjjSRXLVN因为功率因数为0.9所以=0.9，=0.44cossin所以：4 .155 .3144. 0359 . 03592. 72 .1644. 0189 . 01824jjjjSS5304526.71649.79TBjjQSGSS 15454158.47906.16LDLjSSSS 2231.515.4LDjSS求计算节点b和c的运算负荷：224121142431.512.438158.47902.893cLDBBbLDBBjjjjjjQQSSQQSS3.3 潮流经济分布

19、计算由公式：142412122122441 )( RRRRPRRPPec142412122122441 )( RRRRQRRQQec表明，功率在环网络中与电阻成反比分布，功率损耗最小。我们称这种功率分布为经济分布。19.67 (17 14)40.5 145.5717 17 14ecPMVA18.36 (17 14) 16.38 1410.1817 17 14ecQMVA如果在环网中引入附加电势，假定其产生与同方向的循环功率，且满E1S足条件 += （3-1ScirS1ecS1）本科生课程设计（论文）10就可以使功率分布符合经济分布的要求。由此可得所要求的循环功率为 =（）+j()=+j （3-

20、cirS1ecS1S1ecP1P1ecQ1QcirPcirQ2）即1(5.5710.18)ecSjMVA为产生此循环功率所需的附加电势则为 =+j=+j （3-NcirVSZE/*E.circirNP RQ XVcircirNP XQ RVXEYE3）= KVE式中，为环网的总阻抗，为网络的额定电压。ZNV3.4 潮流经济分布控制方法串联补偿可改变传输线路的等效阻容或在线路中串入补偿电压，因此，通过串联补偿可方便地调节系统的有功和无功潮流，从而有效控制电力系统的电压水平和功率平衡。在配电网中，大部分的电压降是由线路电感引起的，串联补偿可使负载波动引起的电压下降减少。由于串联电容其实是一个无源的

21、电路元件，其响应自发而迅速，因此，串联补偿有助于电压调节，可较完美地解决电压闪变问题。调整环网中的变压器、变比，对于比值 X/R 较大的高压网络，其主要作用是改变无功功率的分布。一般情况下，当网络中功率的自然分布不同于期望的分布时，往往要求同时调整有功功率和无功功率，这就要采用一些附加装置来产生所需的环路电势。这类装置主要的有附加调压变压器和基于电力电子技术的一些FACTS 装置。本科生课程设计（论文）11第 4 章 潮流经济分布的仿真MATLAB 自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、

22、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。与其他软件相比，MATLAB 具有以下优点。1) 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；2) 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化；3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。因此本课程设计使用 MATLAB 进行仿真4.1 功率自然分布仿真模型的建立 图 4.1 功率自然分布仿真模型本科生课程设计（论文）124.2 功率经济分布仿真模型的建立4.3 仿真结果及分析图 4.2 功率经济分布仿真模型本科生课程设计（论文）13第 5 章 总结本次课设主要通过对电力系统网络的潮流计算，研究此电力网络潮流的经济分布控制，其控制包括控制有功和无功两大类，并且要考虑潮流变化对系统稳定的影响。通过整理大量的资料简单介绍闭式网络潮流控制的基本原理思想，画出系统等值电路图，经过不断的总结和分析，得出了双机系统潮流的经济分布控制的基本思想，画出电路图并计算出了各元参