电力系统分析课设

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辽宁工业大学

《电力系统计算》课程设计（论文）

题目：两机系统潮流的经济分布控制（3）

院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：至

本科生课程设计（论文）

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G11L122S2L14L2453G34S4L45T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=10.5kV，X=0.15；T:SN=31.5MVA，Vs%=10.5，k=121/10.5kV,△Ps=180kW,△Po=35kW,Io%=0.8；-6L12:线路长70km，电阻0.20Ω/km，电抗0.38Ω/km，对地容纳2.78×10S/km；-6L14:线路长85km，电阻0.2Ω/km，电抗0.38Ω/km，对地容纳2.78×10S/km；-6L24:线路长75km，电阻0.17Ω/km，电抗0.42Ω/km，对地容纳2.8×10S/km；-6L45:线路长20km，电阻0.2Ω/km，电抗0.43Ω/km，对地容纳2.88×10S/km；负荷：S2=35MVA，S4=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支路参与适合的附加电势（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。指导教师评语及成绩

平日考核：设计质量：辩论：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平日20%论文质量60%辩论20%以百分制计算

本科生课程设计（论文）

摘要

本文通过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，并完成对一支路参与附加电势，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。并在支路参与的适合的附加电势（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。最终利用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。

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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对系统进行潮流计算，计算支路功率分布；4在L3支路参与的适合的附加电势（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；

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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寻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。可以采用逐步迫近的方法，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；其次步，从电源点开始，顺着功率传送的方向，计算各支路的电压下降（或电压损耗）。支路计算顺序的确定和两个步骤的迭代计算都可以很便利的用计算机来完成。

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，可依照类似于力学中的力矩平衡公式算出；其次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，根据基尔霍夫其次定律列出电压方程，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开启，成为两个开式网络，再根据开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一致。第一步，用力矩法计算初步功率分布；其次步，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开启为两个开式网络，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。

简单闭式网络寻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繁杂，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状况下，计算各变电所的运算负荷和发电厂运算功率，并将他们接在相应的节点。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路阻抗的简化等值电路。

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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。在一般状况下，这两者是有区别的。各段线路的不均一程度越大，功率损耗的区别就越大。

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RX都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相符。在一般状况下，这两者是有区别的。各陷落的不均一程度越大，功率损耗的区别就越大。

假使在环网中引入附加电势?E，假定其产生与S1同方向的循环功率，且满足条件（2-1）S1?Scir?Slec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

S

?cir?Slec?S1??P?lec?P1?j??Qlec?Q1??Pcircir?jQcir（2-2）

为产生此循环功率所需的附加电势则为

?QX?QRPRPX?E?ZSV??j??E?j?E（2-3）

VVcircir?cir???cirNxyN

N式中，Z?为环网的总阻抗，VN为网络的额定电压。

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。一般状况下，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

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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：

G11L122S2L14L2453G34S4L45T

图3.1系统电路图

系统电路等效原理图：Z14\\Z24C141G1S1C12C12S22Z12C24C14C244S4

Z45T5G2图3.2等效电路图

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1.变压器计算：

2R?PST?3I2??PSVNNS2?103?

N?180?1212?31.5?103??103?2.66?2XVS%T?100?VNS?103

N?10.512123100?31.5?103?10?48.8?ZT?RT?jXT?(2.66?j48.8)?

?SI0%0??P0?j?Q0??P0?j100?SN?35?j0.8100?31.5?103?35?j252

2.线路阻抗计算：线路L12

R12?0.2?70?14?X12?0.38?70?26.6?

B12?2.78?10?6?70?1.946?10?4S

线路L14

R14?0.2?85?17?X14?0.38?85?32.3?

B14?2.78?10?6?85?2.363?10?4S线路L24

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RXB24?0.17?75?12.75??0.42?75?31.5?24

?6?4?2.8?10?75?2.1?10S24线路L45

RXB45?0.2?20?4??0.43?20?8.6?45

?6?5?2.88?10?20?5.76?10S45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功率的一半。

111???1.946?10?4?1212??1.425MVar

21???2.363?10?4?1212??1..730MVar21???2.1?10?4?1212??1.537MVar

21???0.576?10?4?1212??0.422MVar

2?Q?Q?Q?QB12????????2B12V2NB142B1411VV2NB242B242NB452B45V2N3.2系统等值电路及其化简

Aa

Z14SΙbZ24S4SΙΙΙcZ12SΙΙASLD1SLD2图3.3等值简化图

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：

?S?S?RVT32N2T?jXT??30210.52?2.66?j48.8??(21.71?j398.208)?

2.线路中的功率损耗：

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2S526.712?649.7902?SL45??4?j8.6??115.56?j248.454??R45?jX45??22VN121由于功率因数为0.9所以cos?=0.9，sin?=0.44

S所以：SS54?18?0.9?j18?0.44?16.2?j7.92?35?0.9?j35?0.44?31.5?j15.42B45

??G3?j?Q??ST??S0?26.71?j649.79

SSSSLD1?S5??SL45?S4?158.47?j906.16?S2?31.5?j15.4

LD2求计算节点b和c的运算负荷：

c?SLD2?jQ?SLD1?jQB24?jQ?jQB12?31.5?j12.438?158.47?j902.893

bB14B243.3潮流经济分布计算

由公式：

P1ec?Q1ec?P4''(R24?R12)?P2''R12

R12?R24?R14Q4''(R24?R12)?Q2''R12

R12?R24?R14说明，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。

P1ec?Q1ec??9.67?(17?14)?40.5?14?5.57MVA

17?17?148.36?(17?14)?16.38?14?10.18MVA

17?17?14假使在环网中引入附加电势?E，假定其产生与S1同方向的循环功率，且满足条件

S1+Scir=S1ec（3-1）就可以使功率分布符合经济分布的要求。

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由此可得所要求的循环功率为

Sci=（P+j(Q1ec?Q1)=Pcir+jQcir（3-2）rS1ec?S1=1ec?P1）即S1ec?(5.57?j10.18)MVA

为产生此循环功率所需的附加电势则为

.*PR?QcirX?PcirX??QcirR?△E?ZE*Scir/VN=cir?+j=?EX+j?EY（3-3）

VNVN?E=KV

式中，Z?为环网的总阻抗，VN为网络的额定电压。

3.4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，通过串联补偿可便利地调理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电路元件，其响应自发而迅速，因此，串联补偿有助于电压调理，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