单机系统潮流的经济分布控制()

1、辽 宁 工 业 大 学电力系统分析课程设计（论文）题目： 单机系统潮流的经济分布控制（3） 院（系）： 工程技术学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间 ： 2015-06-15至2015-06-26 19本科生毕业设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：工程技术学院 教研室：电气教研室课程设计（论文）任务原始资料：系统如图G 2 L24 4 S4L12 L14 1 S1 各元件参数标幺值如下：L14：电阻0.1，电抗0.45，对地容纳0.04；L12: 电阻0.15，电抗0.4，对地容纳0.035；L24: 电阻0.15，电抗0.4，对地容纳0.035

2、；给定功率及电压如下：S1=0.5+j0.2， S4=0.45+j0.12， V2=1.1.任务要求：1 对系统进行潮流计算，计算支路功率分布；2 计算在L12支路中应加入的附加电势，实现支路功率经济分布；3 设计串联补偿器硬件电路；4 采用适当的算法、编写程序，实现支路功率的经济分布。指导教师评语及成绩平时考核： 设计质量： 论文格式： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态。本课程设计主要研究电力系统网络，并对其进行潮流计算。本文研究电力网的支路功率分布，并完成对一条支路加入附加电势，使系统实现支路

3、功率经济分布的效果。电力网中会产生功率损失，为保证电能质量可靠，保证电能的质量要求，则需对系统进行功率补偿，因此设计串联补偿器，并通过牛顿拉夫逊潮流计算法使系统实现支路功率的经济分布，并用MATLAB编写程序。关键词：潮流计算；经济分布；补偿器；MATLAB目 录第1章 绪 论11.1潮流计算概述11.2本文研究内容1第2章 潮流计算22.1潮流计算的推导22.2系统的潮流计算42.3功率分布计算6第3章 环网中的潮流控制83.1环流电势83.2环流附加电势计算9第4章 串联补偿器设计104.1串联补偿作用104.2串联补偿电路的硬件结构104.3电压和电流的采集11第5章 牛顿-拉夫逊潮流计

4、算135.1潮流计算的基本原理135.2牛顿拉夫逊法潮流计算135.2.1功率方程135.2.2雅可比矩阵各元素的表达式145.3编写程序14第6章 总结19参考文献20第1章 绪 论1.1潮流计算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计算，它通过给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态，各母线的电压，各元件中流过的功率，系统的功率损耗等。电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从50年代中期就已经开始。在这20年内，潮流计算曾

5、采用了各种不同的方式，这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的一些基本要求进行。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：（1）计算机方法的可靠性或收敛性；（2）计算机内存量的要求；（3）计算速度；（4）计算的方便性和灵活性。牛顿-拉夫逊法早在50年代末就已应用于求解电力系统潮流问题，但作为一种实用的，有竞争力的电力系统潮流计算方法，则是在应用了稀疏矩阵技巧和高斯消去法求修正方程后，牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算。1.2本文研究内容本文通过电力系统网络的潮流计算，研究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。在电力网中需对系统进行功率补偿，因此

6、设计串联补偿器，并设计其硬件电路图，并通过牛顿-拉夫逊法计算使系统实现支路功率的经济分布，并用MATLAB编写程序。第2章 潮流计算2.1潮流计算的推导简单闭式网络有两端供电和环形网络两种基本形式。环形网络实质上是两端电压相等的两端供电网络。因此，下面就以两端供电网络推导其简单闭式网络功率分布的一般计算公式。 图2.1 两端供电网等值电路图如图2.1所示是一个有两电源三变电站的两端供电网络，用运算电源功率和运算负荷功率简化得到的等值电路。两端电源高压母线电压为、，变电所的运算负荷分别为、，各段线路复阻抗为、。在忽略各段功率损耗时，要求取、，只要算出两端电源送出的功率或即可。图中、的方向为假定的

7、正方向。显然，在不计功率损耗时，根据基尔霍夫第一定律：线路中的总电压降落为两端电源电压之差，即：在不计功率损耗时，各线段电流可用网络额定电压来计算，故上式写为：整理得：令，可知：则可以推导出：式中、分别是运算负荷、到电源B的总阻抗，是整个线路的总阻抗。同理可得：将式子加以推广，对于两端供电网中有若干个运算负荷时：上两式，、分别是电源A和B送出的功率；是第i个运算负荷；和分别是第i个运算负荷到电源B和电源A之间的阻抗。如果两端电源电压差为零或是由一个电源供电的环形网络，则循环功率消失，上两式可变为：2.2系统的潮流计算给定功率及电压：S1=0.5+j0.2，S4=0.45+j0.12，V2=1.

8、1。各元件参数标幺值原始数据如下：L14：电阻0.1，电抗0.45，对地容纳0.04；L12：电阻0.15，电抗0.4，对地容纳0.035；L24：电阻0.15，电抗0.4，对地容纳0.035。潮流计算所涉及的公式如下：充电功率为：线路的功率损耗为：线路中电压降降落的纵、横分量为：b点电压为： 将环形网络在A点出打开，系统潮流分布如图2.2所示。 图2.2 系统的等效电路图由图2.2通过计算可知：线路的充电功率为： L14线路损耗为：3点的负荷为：2点的负荷为：L12的线路损耗为：1点的运算负荷为：A点运算负荷为：L12线路中电压降落的纵横分量分别为 ：b点电压为:L14线路中电压降落的纵、横

9、分量分别为：c点电压为：2.3功率分布计算功率分配的等值电路图如图2.3所示。 1 4 图2.3 等值电路图输电线路阻抗计算如下：L12阻抗L24阻抗L14阻抗线路电容产生无功功率：1、4节点的负荷： 闭式网络中功率分点：验算：，可见误差较小，无需重算。则，实际功率方向如图2.4所示，功率分点已标出。 图2.4 功率分布图第3章 环网中的潮流控制3.1环流电势在环网中引入环流电动势产生循环功率，是对环网进行潮流控制和改善功率分布有效手段。环网等效电路图如图所示 图3.1 环网等效图在图3.1中所示的简单环网中，其功率分点功率为：上述式子说明在环网中是与阻抗成反比分布的。这种分布称为功率的自然分

10、布。下面讨论网络的功率损耗为最小，功率如何分布。图3.1所示系统环网功率耗损为： 将上式分别对和取偏导数，并令其等于零，得出：由此可解：上式表明功率在环形网络中与电阻成反比时，功率损耗最小，这种分布为经济分布，只是在每段线路比值都相等的均一网络中，功率自然分布与经济分布相符。在一般情况下，这两者有差别。各段线路的不均一程度越大，功率损耗差别就越大。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，且满足条件就可以使其功率分布符合经济分布的要求。由此可得出所要求的循环功率为：为产生此循环所需的电势为：公式中，为环网阻抗，为网络的额定电压。3.2环流附加电势计算 环流附加电势计算如下：可得在

11、L12支路加的电势，使潮流分布达到经济分布。第4章 串联补偿器设计4.1串联补偿作用 电力网在运行时，电源供给的无功功率是电能转换为其他形式能量的前提。它为电能的输出、转换创造了条件。但是，在电力系统输送电能的过程中，无功功率不足，将使系统中输出的总电流增加、使变压器的出力减少、供电线路及系统设备有功功率损耗增大、线路末端电压下降；同时，对于电力用户来说，过多的从电力网中吸取无功，不仅使电网电能质量下降，也影响自身的用电和生产。因此，为了减少无功的损失和避免其在电网中的不当流动，必须进行无功补偿。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

12、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，大部分的电压降落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电路元件，其响应自发而迅速，因此，串联补偿有助于电力系统电压调节，可较完美地解决电压闪变问题。4.2串联补偿电路的硬件结构该装置核心硬件采用AT89C51单片机实现，AT89C51单片机是现在人们用的最多的单片机种类之一，其结构简单、成本低廉、功能较全且便于扩展，虽然处理速度上赶不上现在大多数的微处理器，如DSP、嵌入式微处理器ARM9等，但是在此设计中完全可以满足和实现全自动补偿装置的要求。实时参数分别采集电网侧电压、电流，经

13、过电压形成电路分别对电压电流进行变换。同时由CPU中的定时器定时控制对经过低通滤波出来的信号进行采样并保持，再通过多路转换开关，分别经高速A/D转换单元进行模数转换，并最后将各种数据实时显示在数码管上，同时根据存储器在RAM中的功率因数表判定该投切哪几组电容器，并最终通过CPU驱动SSR固态继电器实现电容器的自动投切。装置硬件框图如图4.1所示。图4.1 装置硬件框图4.3电压和电流的采集电网侧的电压和电流分别经电压互感器和电流互感器再到电压形成电路产生微机可以利用的信号。其中交流电压信号采用电压变换器即可满足要求，而交流电流信号可以采用电抗变换器和电流变换器，在此选用电流变换器对电流信号进行

14、交换。此外，为保证后面的电路不受干扰，两个经变换器出来的信号还需经低通滤波环节进行滤波才允许输入到采样保持电路，供CPU发出信号进行采样。图4.2 低通滤波及采样保持电路低通滤波环节可由电阻及电容组合构成一模拟低通滤波器。而采样保持环节则选择较常用的LF-398采样芯片。其逻辑输入端由CPU中的定时器按一定时序控制，从而控制何时采样、何时保持。当逻辑输入端即,即电平为高时，为采样功能；当逻辑输入端即，即电平为低时，为保持功能。低通滤波及采样保持电路如图4.2所示。经采样保持电路出来的信号需通过多路选择开关(MPX)来选择哪一个信号需要转换。当电压信号需转换时，MPX选择到电流信号档进而通过芯片

15、进行模拟数转换。在此设计中，MPX选择CD4051，而转换芯片则选择MAX521。二者与单片机连接的电路原理图如图4.3所示。图4.3 MPX和A/D转换芯片与单片机连接的电路原理图第5章 牛顿-拉夫逊潮流计算5.1潮流计算的基本原理电力系统潮流计算是电力系统运行和规划中最基本和最经常的计算，其任务是在已知某些运行参数的情况下，计算出系统中全部的运行参数，一般来说，各个母线所提供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点除外），可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵和网络拓扑结构写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就化为求解

16、非线性阻的问题了。为了便于用迭代法求解方程组，需要将上述功率方程改写为成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电压，将初值代入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值代入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。5.2牛顿拉夫逊法潮流计算5.2.1功率方程 功率方程如下： 5.2.2雅可比矩阵各元素的表达式当时: 当时： 其中，5

17、.3编写程序； ；第6章 总结本次课程设计对电力网系统进行潮流计算，对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。在电力网中会出现功率损失，需对其进行补偿。本次设计对串联补偿器进行设计，通过分析讨论选取了合适的CPU、转换器等元件，对其硬件电路图进行了设计，以满足电力用户需要的电能质量，并通过牛顿-拉夫逊的计算方式使支路功率经济分布，用MATLAB编写程序。在潮流计算中通过对支路功率的分布计算，可以解决如何是系统支路达到经济分布的效果，从而有利于电力网建设和电能分配。本文中的串联补偿器可有效的解决这种问题，且自动补偿，是电能达到安全可靠的标准。本文在第

18、二章主要叙述了潮流计算以及支路功率经济分布的计算公式，并算出结果；第三章通过环网环流电势的知识，求得附加电势；第四章为能满足用户要求的电能质量，设计串联补偿器，并画出设计图；第五章通过MATLAB软件编程实现功率经济分布的效果，最终，完成了此篇课设论文。在本次课设，需注重格式的要求，MATLAB软件的学习，以及潮流计算，牛顿-拉夫逊法的复习，完成以上准备工作，才能写出此课设论文。参考文献1 何仰赞.温增银.电力系统分析.华中科技大学出版社，20012 李光琦.电力系统暂态分析.水利电力出版社，19953 陈衍.电力系统稳态分析.水利电力出版社，19954 韩祯祥等.电力系统分析.浙江大学出版社，19935 华智明.电力系统稳态计算.重庆大学出版社，19916 陆敏政