配电网络规划中潮流计算方法的研究 毕业设计—设计开题报告1[1]

1、西安理工大学高科学院毕业设计（论文）开题报告课 题 名 称：配电网络规划中潮流计算方法的研究 学 生 姓 名： xxx 指 导 教 师： xxxx 所 在 学 院： 西安理工大学高科学院 专 业 名 称： 电气工程及其自动化 西安理工大学高科学院2012年 3 月 1 日说 明1根据教育部对毕业设计（论文）的评估标准，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认

2、真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。学士学位毕业设计(论文)开题报告学生姓名xxx学 号20802108专 业电气工程及其自动化指导教师姓 名 xxxx职 称高级讲师所在学院西安理工大学高科学院课题来源老师指定课题性质课题研究课题名称配电网络规划中潮流计算方法的研究毕业设计的内容和意义

3、1.主要内容（毕业设计任务书中下达的内容并贴上产品图）（1）在开始设计阶段，收集和查阅有关本次设计的相关资料；（2）测绘相关图纸；（3）展开研究；（4）学习和熟练掌握计算机的CAD和PRO/E 等软件，完成本次设计所需的技术报告； （5）对前面所有的设计过程进行小结，完成毕业设计说明书和论文。2.意义(1) 毕业设计在四年中的意义毕业设计是教学计划中最后一个综合性实践教学环节，是学生在教师的指导下，独立从事设计工作的初步尝试，是对即将步入社会的毕业设计能力的一次全面考核，其基本目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能研究和处理问题的能力。是学生对前三年所学知识和技能进行系统化、

4、综合化运用、总结和深化的过程。通过考察、立题、收集素材、设计方案、工艺制作等过程，检查学生的思维能力、动手能力和掌握技艺的深度，并通过毕业答辩、毕业设计和实习工作，来考核教学水平，对深化教学改革，提高教学质量具有重要的意义。（2)本课题的意义随着电力系统在国民经济发展中的作用的日益突出，电网的建设与发展正扮演着越来越重要的角色。电网作为联系电能生产企业与用户的桥梁，对供电网的可靠性与稳定性不言而喻，而电网的设计作为电网的重要一环。在此，笔者主要阐述配电网中潮流计算的意义： （1）在电网规划阶段，通过潮流计算，合理规划电源容量及接入点，合理规划网架，选择无功补偿方案满足规划水平的大小方式下潮流交

5、换控制、调峰、调相、调压、的要求。（2）在编制年运行方式时，在预计负荷增长及新设备投运基础上，选择典型方式进行潮流计算，发现电网中薄弱环节，供调度员日常调度控制参考，并对规划基建部门提出改进网架结构，加快基建进度的建议。（3）正常检修即特殊运行方式下的潮流计算用于日运行方式的编制，知道发电厂开机方式，有功无功调整方案及负荷调整方案，满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。（4）预想事故，设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。通过毕业设计，检验大学所学基本理论与基本知识的应用能力，掌握配电网规划中潮流计算的方法，提高分析问题解决问题的综合能力，培养科学研究及实验设计的能

6、力。文献综述结束语 参考文献1、 本课题的主要内容 配电网络规划中潮流计算方法的研究，主要是牛顿拉夫逊法、PQ分解法等的计算研究。2、 潮流计算方法的比较分析 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。 在用数字计算

7、机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法（一下简称导纳法）。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（以下简称阻抗法）。 20世纪60年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。阻抗矩阵是满矩阵，阻抗法要求计算机储存表征系统接线和参数的阻抗矩阵。这就需要较大的内存量。而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，因此，每次迭代的计算量很大。 阻抗法改善

8、了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究作出了很大的贡献。但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的计算量很大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了计算速度。 克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法（以下简称牛顿法）。牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型

9、方法，有较好的收敛性。解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。 在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。 牛顿法的特点是将非线性方程线性化。20世纪70年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以此提高算法的性能，这便

10、产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。 近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。三、配电网络元件的数学模型建立 1、 线路模型 电力系统中线路模型就是以电阻、电抗、电纳

11、、电导来表示的它们的等值电路，电力线路的单相等值电路图如图1所示。图1 电力线路的单相等值电路 按式 求得单位长度导线的电阻、电抗、电纳、电导后，就可作最原始的电力线路等值电路如图3.1所示。这是单相等值电路。之所以可用单相等值电路代表三相，一方面由于本书中讨论的三相对称运行方式，另一方面也因设架空线路都已经整循环换位。以单相等值电路代表三相虽已经简化了不少计算，但由于电力线路的长度往往有数十乃至数百公里，如将每公里的电阻、电抗、电纳、电导都一一绘于图上，所得的等值电路仍十分复杂。何况，严格说来，电力线路的参数是十分均匀分布的，即使是极短的一段线路，都有相应大小的电阻、电抗、电纳、电导。换言之

12、即使如此复杂的等值电路，也不能认为精确。但好在电力线路一般不长，需分析的又往往只是它们的端点状况两端电压、电流、功率，通常可不考虑线路的这种分布参数，只是在个别情况下才要用双曲函数研究具有均匀分布参数特性的线路。以下，先讨论一般线路的等值电路。所谓一般线路，指中等及中等以下长度线路。对架空线路，这长度大约为300km；对电缆线路，大约为100km。线路长度不超过这些数值时，可不考虑它们的分布参数特性，而只用将线路参数简单地集中起来的电路表示。在以下的讨论中，R（），X（），G（S），B（S）分别表示全线路每相的总电阻、电抗、电纳、电导。显然线路长度为l(km)时 (1.1)通常，由于线路导线截

13、面积的选择，如前面所述，以晴朗天气不发生电晕为前提，而沿绝缘子的泄漏又很小，可设G=0。一般线路中，又有短线路和中等长度线路之分。 所谓短线路，是指长度不超过100km的架空线路。线路电压不高时，这种线路导纳B的影响一般不大，可略去。从而，这种线路的等值电路最简单。只有一串联的总电抗，如图2所示。 图2 短线路的等值电路图Z显然，如果电缆线路不长，电纳的影响不大时，也可采用这种等值电路。由图1可得 (1.2)将式(1.2)与电路理论课程中介绍过的两端口或四端网络方程式 (1.3)相比较,可得这种等值电路的通用常数A、B、C、D （1.4）所谓中等长度电路，是指长度在100km 300km之间的

14、架空线路和不超过100km的电缆线路。这种线路的电纳B一般不能略去。这种线路的等值电路有二种形等值电路和T形等值电路，如图3（a）（b）所示。其中，通常是形等值电路。在形等值电路中，除串联的线路总阻抗外，还将线路的总导纳分为两半，分别并联在线路的始末端。在T形等值电路中，线路的总导纳集中在中间，而线路的总阻抗则分为两半，分别串联在它的两侧。因此，这两种电路都是近似的等值电路，而且，相互间并不等值，即它们不能用-Y变换公式相互变换。由图3（a）可得，流过串联阻抗Z的电流为，从而 (1.5)流入始端导纳的电流为，从而 (1.6)由此又可得 (1.7)将式(1.7)与式(1.3)相比较,可得这种等值

15、电路的通用常数 (1.8)Z/2 Z/2ZY (a) (b)(a) 形等值电路(b) T形等值电路图3 中等长线路的等值电路 相似的可以到图3(b)所示等值电路的通用常数 (1.9)四，算例分析图4是11节点网络算例分析（网络模型） 图411节点配网模型 配电网网络参数表如下：表1 负荷参数节点号有功无功00010022.030.7531.631.5545.621.3451.621.3561.521.2573.231.1581.421.0592.060.85102.861.23110.860.2 表2 导纳参数节点号GB00014.34781.428622.56410.854732.70270

16、.917446.252.127751.38896.666763.44831.162870.76341.123680.54040.793790.84752.0408102.17394.7619111.21952.9412计算结果分析：采用的是前推回代法:当收敛精度=0.001时,得到的计算迭代次数k=4当收敛精度=0.00000001时,得到的计算迭代次数k= 8当改变R/X的比值时，也就是改变阻抗后，在满足上述两种收敛精度的时候迭代次数仍然为：当收敛精度=0.001时,得到的计算迭代次数k=4当收敛精度=0.00000001时,得到的计算迭代次数k= 8将25节点的配电网与11节点的配电网的收

17、敛性进行比较，可以得到以下结论：配电网的收敛特性与节点数无关，与R/X无关，但是不同的配电网络结果会影响收敛特性，25节点配电网的结构与11节点的配电网的结构不一样，25节点配电网的支路数较11节点的支路数多，所以收敛特性更好，在收敛精度相同的条件下，迭代次数是25节点的明显的少于11节点的。表3 算例结果(11节点)节点电压大小19.4993 + 0.3526i28.8860 + 0.8643i38.5697 + 1.2207i48.4605 + 1.3504i58.5017 + 1.4064i68.4772 + 1.4642i78.8385 + 1.2832i88.8714 + 1.484

18、8i99.4942 + 0.6473i109.4940 + 0.7272i119.4913 + 0.7562i五.配电网潮流计算的软件开发配电网自动化系统软件的设计采用了面向对象的设计思想和软件工程的管理方法，各软件模块按功能对象划分，自成一体，接口简捷明了。系统具有标准数据库的接口，符合商用数据库的规范；具有网络的支持；遵循开放式系统标准；具有广泛的兼容性和自由的扩展性，便于二次开发以及用户功能扩展和规模扩展而保护原有投资；很容易过渡到三层数据处理结构。系统基于客户/服务器（Client/Server）体系结构，逻辑上由两大部分组成，即服务器系统（Server）和客户机系统（Client）。

19、服务器的基本任务是资料维护和数据处理，并响应客户机的请求向客户机传送格式化的资料信息。客户机则负责提供用户接口，如图形、表格甚至声音、动画等。系统采用Windows NT操作系统作为系统的基本软件平台，内嵌完善的网络功能，支持目前流行的所有网络通信协议如TCP/IP、IPX/SPX等，还有对Internet的支持及对RAS更强的支持。由于有NT的强大的网络支持，系统可以和任何网络类型的其它系统互联，并支持局域网和广域网的各种网络传输媒介。系统软件结构见图4。 图4SuperDMS-2100系统软件结构 从图4可以看出，服务器端是系统的核心，客户机端的所有应用程序均是系统的外挂部分，这种体系结构

20、的特点是：（1）能确保信息的一致性。任一客户机所需的信息均取自同一信息源，不管它是一直运行还是刚刚开机，这是传统分布式系统难以保证的；（2）从理论上讲功能可无限增长。因为系统提供了标准的资料访问接口，不同层次的用户均可自行编制程序增加新的功能，实现功能扩展不会有任何接口上的困难. 详细分析配电网潮流计算的原理及相关的方法，了解各自的特点并比较优劣性，明确配电网潮流计算的意义。由于配电线路的电阻电抗比较大，对常规的潮流计算也可能存在不收敛的问题。本文详细讨论基于前推回代的潮流计算方法，对前推回代法的基本原理、收敛性以及计算速度进行理论分析，总结其相对于其他几种方法的优点。构建配电网络模型，给出原

21、始数据以及程序实现的框图，编写程序计算该系统的潮流,并将结果以较清晰的界面反应，数据结果在论文中以表格的形式列出。使用MATLAB软件进行实例仿真分析。在馈线自动化方面，现有馈线终端设备不仅具有常规的遥测、遥信和遥控功能，且还集成了自动重合闸、馈线故障检测和电能质量的一些参数的检测功能，甚至集成了断路器的监视功能，且有进一步与断路器相结合，机电一体化，发展成为智能化开关的趋势。显著地降低了建设、运行和维护的综合成本，为提高供电可靠性，创造了有利的条件。在电压无功控制方面，国内已经提出基于人工神经元网络的无功预测和优化决策相结合的变电站电压无功控制策略，该策略以无功变化趋势为指导，充分发挥了电容

22、器的经济技术效益，能在无功基本平衡和保证电压合格的前提下，使变压器分接头的调节次数降至最小，消除了盲目调节，降低了变压器故障几率和减少了维护量。1、电力系统潮流计算方法。 2、配电网潮流计算。 3、数学建模知识。 4、计算机软件基础。 研究内容1设计、研究思路 （1）熟悉配电网络相关内容； （2）学习潮流计算的方法； （3）在上面基础上，建立数学模型，对算例进行分析最后得出结论。2课题研究的主要内容配电网潮流计算的方法 传统的电力系统潮流计算方法，如牛顿-拉夫逊法、PQ分解法等，均以高压电网为对象；而配电网络的电压等级较低，其线路特性和负荷特性都与高压电网有很大的区别，因此很难直接用传统的电力系统潮流计算方法。由于缺乏行之有效的计算机算法，长期以来供电部门计算配电网潮流分布大多数采用手算方法。80年代初以来，国内外专家学者在手算方法的基础上，了解多种配电网潮流计算计算法。面前辐射式配电网络潮流计算方法主要由以下两种：（1） 直接应用克希霍夫电压和电流定律。首先计算节点注入电流，在求解支路电流，最后求解节点电压，并以网络节点处的功率误差值作为