东北电力大学电力系统潮流课设

课程设计报告学生姓名:学号：学院:电气工程学院班级:电自题目:电力系统潮流计算指导教师：职称:教授2014年1月10日陈厚合课程设计任务书13-14学年第I学期学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化专业学生姓名：学号：课程设计题目：电力系统潮流计算起迄日期:2013年12月30日-2014年1月10日课程设计地点:电气工程学院现代电气技术数字仿真实验室指导教师:陈厚合系主任：安军下达任务书日期:2013年12月30日课程设计任务书1．设计目的：本实验是电力系统分析课程设计的内容，目的是通过课程设计能使学生学会如何利用计算机进行潮流计算，加深学生对电力系统潮流计算基本方法、基本过程的理解，并能根据电力系统的实际需要分析简单的工程问题。提高学生理解分析问题的能力。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1.对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数，画出等值电路图。2.输入各支路数据，各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷情况下的潮流计算，并对计算结果进行分析。3.跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。4.在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要求，进行电压的调整。5.轮流断开环网一回线，分析潮流的分布。6.利用PSAT软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并进行结果的比较。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：（1）课程设计工作量比较大，需要有前期准备工作，需要查找资料。（2）撰写课程设计报告。课程设计报告中不仅要根据课程设计要求完成基本内容，还要包含计算机计算潮流的程序源代码，及各种条件下潮流计算的数据及数据分析。课程设计任务书4．主要参考文献：[1]陈珩.电力系统稳态分析.水利电力出版社，1984[2]孟祥萍、王林川.基于MATLAB的电力系统设计与计算.吉林人民出版社，20015．设计成果形式及要求：撰写课程设计报告6．工作计划及进度：2013年12月31日-2013年1月2日查资料，原始资料分析，参数计算2014年1月3日-1月9日计算潮流，进行电压调整，仿真分析，撰写报告2014年1月10日答辩或成绩考核7、成绩组成及考核标准：系主任审查意见：签字：年月日变电所1变电所2变电所3变电所435kV母线10kV母线35kV母线10kV母线一次侧电压220kV一次侧电压220kV母线1母线3母线2线路长为100km线路长为90km线路长为80km线路长为80km2*QFQ-50-22*QFs-50-2TQN-100-22*TQN-100-2。。。。。。。。。。。。。线路长为70km。。。。。。。。。。。。。线路长为90km（一）电力系统潮流计算课程设计题目1.1.题目原始资料1.1.1.系统图：1.1.2.发电厂资料：母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为300MW，母线3为机压母线，机压母线上装机容量为100MW，最大负荷和最小负荷分别为40MW和20MW；发电厂二总装机容量为200MW。电厂一电厂二1.1.3.变电所资料：(一)变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：10KV35KV35KV10KV(二)变电所的负荷分别为：（9）40MW30MW50MW60MW(三)每个变电所的功率因数均为cosφ=0.85；(四)变电所1和变电所2分别配有两台容量为75MVA的变压器，短路损耗414KW，短路电压（%）=16.7；变电所3和变电所4分别配有两台容量为63MVA的变压器，短路损耗为245KW，短路电压（%）=10.5；1.1.4.输电线路资料：发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中，单位长度的电阻为17.0，单位长度的电抗为0.402，单位长度的电纳为S-610*2.78。1.2.课程设计基本内容：7.对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数，画出等值电路图8.输入各支路数据，各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷情况下的潮流计算，并对计算结果进行分析。9.跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。1)4个变电所的负荷同时以2%的比例增大；2)4个变电所的负荷同时以2%的比例下降3)1和4号变电所的负荷同时以2%的比例下降，而2和3号变电所的负荷同时以2%的比例上升；10.在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要求，进行电压的调整。（变电所低压母线电压10KV要求调整范围在9.5-10.5之间；电压35KV要求调整范围在35-36之间）11.轮流断开环网一回线，分析潮流的分布。12.利用DDRTS软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并进行结果的比较。13.最终形成课程设计成品说明书。1.3.课程设计成品基本要求：1.在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图2.通过输入数据，进行潮流计算输出结果3.对不同的负荷变化，分析潮流分布，写出分析说明。4.对不同的负荷变化，进行潮流的调节控制，并说明调节控制的方法，并列表表示调节控制的参数变化。5.打印利用DDRTS进行潮流分析绘制的系统图，以及潮流分布图。（二）电力系统潮流计算的概述2.1总概述本文运用MATLAB软件进行潮流计算，对给定题目进行分析计算，在应用DDRTS软件，构建系统图进行仿真，最终进行合理的系统潮流。潮流计算是电力系统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（幅值和相角），各支路流过的功率，整个系统的功率损耗。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节。因此，潮流计算在电力系统的规划计算，生产运行，调度管理及科学计算中都有着广泛的应用。潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种，当系统相对简单，节点数相对较少时，我们可以通过手算获得各参数，但当系统网络较复杂时，想要通过手算各参数显然是不可能的，这就为计算机算法的出现提出了要求。牛顿—拉夫逊Newton-Raphson法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。运用电子计算机计算一般要完成以下几个步骤：建立数学模型，确定解算方法，制订计算流程，利用MATLAB编制计算程序。最后，应用DDRTS软件，构建系统图，对给定负荷重新进行分析，潮流计算后的结果也能满足相应的参数要求。常规的电力系统潮流计算中一般具有三种类型的节点：PQ、PV及平衡节点。一个节点有四个变量，即注入有功功率、注入无功功率，电压大小及相角。常规的潮流计算一般给定其中的二个变量：PQ节点（注入有功功率及无功功率），PV节点（注入有功功率及电压的大小），平衡节点（电压的大小及相角）。2.1.1.变量的分类：负荷消耗的有功、无功功率——1LP、1LQ、2LP、2LQ电源发出的有功、无功功率——1GP、1GQ、2GP、2GQ母线或节点的电压大小和相位——1U、2U、1、2在这十二个变量中，负荷消耗的有功和无功功率无法控制，因它们取决于用户，它们就称为不可控变量或是扰动变量。电源发出的有功无功功率是可以控制的自变量，因此它们就称为控制变量。母线或节点电压的大小和相位角——是受控制变量控制的因变量。其中,1U、2U主要受1GQ、2GQ的控制,1、2主要受1GP、2GP的控制。这四个变量就是简单系统的状态变量。为了保证系统的正常运行必须满足以下的约束条件：对控制变量maxminmaxmin;GiGiGiGiGiGiQQQPPP对没有电源的节点则为0;0GiGiQP对状态变量iU的约束条件则是maxminiiiUUU对某些状态变量i还有如下的约束条件maxjiji2.1.2.节点的分类：⑴第一类称PQ节点。等值负荷功率LiP、LiQ和等值电源功率GiP、GiQ是给定的，从而注入功率iP、iQ是给定的，待求的则是节点电压的大小iU和相位角i。属于这类节点的有按给定有功、无功率发电的发电厂母线和没有其他电源的变电所母线。⑵第二类称PV节点。等值负荷和等值电源的有功功率LiP、GiP是给定的，从而注入有功功率iP是给定的。等值负荷的无功功率LiQ和节点电压的大小iU也是给定的。待求的则是等值电源的无功功率GiQ，从而注入无功功率iQ和节点电压的相位角i。有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线都可以作为PV节点；⑶第三类平衡节点。潮流计算时一般只设一个平衡节点。等值负荷功率LsP、LsQ是给定的，节点电压的大小和相位也是给定的。担负调整系统频率任务的发电厂母线往往被选作为平衡节点。关键词：牛顿-拉夫逊法潮流计算MATLABDDRTS变压器及非标准变比无功调节2.2牛顿—拉夫逊法概要2.2.1．首先对一般的牛顿—拉夫逊法作一简单的说明已知一个变量X函数为：0)(Xf到此方程时，由适当的近似值)0(X出发，根据：,......)2,1()()()()()()1(nXfXfXXnnnn反复进行计算，当)(nX满足适当的收敛条件就是上面方程的根。这样的方法就是所谓的牛顿—拉夫逊法。这一方法还可以做下面的解释，设第n次迭代得到的解语真值之差，即)(nX的误差为时，则：0)()(nXf把)()(nXf在)(nX附近对用泰勒级数展开0......)(!2)()()()(2)()()(nnnnXfXfXfXf上式省略去2以后部分0)()()()(nnXfXf)(nX的误差可以近似由上式计算出来。)()()()(nnXfXf比较两式，可以看出牛顿—拉夫逊法的休整量和)(nX的误差的一次项相等。用同样的方法考虑，给出n个变量的n个方程：0),,,(0),,,(0),,,(21212211nnnnXXXfXXXfXXXf对其近似解1X得修正量1X可以通过解下边的方程来确定：nnnnnnnnnnnXXXxfxfxfxfxfxfxfxfxfXXXfXXXfXXXf2121222121211121212211),,,(),,,(),,,(式中等号右边的矩阵nnxf都是对于nXXX,,,21的值。这一矩阵称为雅可比（JACOBI）矩阵。按上述得到的修正向量nXXX,,,21后，得到如下关系nnnXXX这比nXXX,,,21更接近真实值。这一步在收敛到希望的值以前重复进行，一般要反复计算满足1112121111,,,maxnnnnnnnnXXXXXX为预先规定的小正数，1nnX是第n次迭代nX的近似值2.2.2．用牛顿法计算潮流时，有以下的步骤：⑴输入线路，电气元件参数，形成节点导纳矩阵BY。⑵给这各节点电压初始值)0()0(,fe。⑶将以上电压初始值代入式（4—38a）~式（4—38c）或式（4—45c）、（4—45a），求出修正方程式中的不平衡量)0(2)0()0()(,iiiUQP以及。⑷将各节点电压的初值代入式（4-41a）、式（4-41b）或式（4-49a）~式（4-49d）,求修正方程式的系数矩阵——雅克比矩阵的各个元素000000ijijijijijijSRLJNH、以及、、、。⑸解修正方程式，求各节点电压的变化量，即修正量00iife、。⑹计算各节点电压的新值，即修正后值001001;iiiiiifffeee⑺运用各节点电压的新值自第三步开始进入下一次迭代。⑻计算平衡节点功率和线路功率。其中，平衡节点功率为ssisiniissjQPUYUS1~线路功率为jijiijjjjjijjiijijjiiiiijiijjQPUUyUUIUSj