天津大学课件现代电力系统.ppt
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天津大学电气与自动化工程学院天津大学电气与自动化工程学院现代电力系统分析现代电力系统分析现代电力系统分析现代电力系统分析课程简介课程简介本课程内容共分七章:
本课程内容共分七章:
第一章第一章潮流计算潮流计算第二章第二章状态估计状态估计第三章第三章静态和动态安全分析静态和动态安全分析第四章第四章电磁暂态分析电磁暂态分析第五章第五章静态稳定性分析静态稳定性分析第六章第六章柔性输电柔性输电第七章第七章分布式发电分布式发电现代电力系统分析现代电力系统分析课程简介课程简介参考书目:
参考书目:
1、诸骏伟,电力系统分析(上册),水利电力出、诸骏伟,电力系统分析(上册),水利电力出版社,版社,19952、夏道止,电力系统分析(下册),水利电力出、夏道止,电力系统分析(下册),水利电力出版社,版社,19953、王锡凡,现代电力系统分析,科学出版社,、王锡凡,现代电力系统分析,科学出版社,20034、PrabhaKundur.PowerSystemStabilityandControl(影印版影印版).中国电力出版社,中国电力出版社,2001天津大学电气与自动化工程学院天津大学电气与自动化工程学院现代电力系统分析现代电力系统分析现代电力系统分析现代电力系统分析第一章第一章电力系统潮流计算电力系统潮流计算1.11.1概概述述1.1.11.1.1目的和作用目的和作用电电力力系系统统常常规规潮潮流流计计算算的的任任务务是是根根据据给给定定的的网网络络结结构构及及运运行行条条件件(网网络络结结构构包包括括线线路路、变变电电站站、电电源源点点的的位位置置等等;运运行行条条件件是是指指负负荷荷的的大大小小及及电电源源出出力力等等),求求出出整整个个网网络络的的运运行行状状态态(各各母母线线的的电电压、网络中的功率分布以及功率损耗等等压、网络中的功率分布以及功率损耗等等)。
现代电力系统分析现代电力系统分析潮流计算的应用分为离线和在线应用两类。
潮流计算的应用分为离线和在线应用两类。
离线应用主要有:
离线应用主要有:
规划及运行规划研究规划及运行规划研究静态及暂态稳定计算静态及暂态稳定计算故障分析及优化计算故障分析及优化计算在线应用主要有:
在线应用主要有:
随随着着现现代代化化的的调调度度控控制制中中心心的的建建立立,为为了了对对电电力力系系统统进进行行实实时时安安全全监监控控,需需要要根根据据实实时时数数据据库库所所提提供供的的信信息息,随随时时判判断断系系统统当当前前的的运运行行状状态态并并对对预预想想事事故故进进行行安安全全分分析析,这这就就需需要要进进行行广广泛泛的的潮潮流流计计算算,并并且且对对计计算算速速度度等等还还提提出出了更高的要求,从而产生了潮流的在线计算。
了更高的要求,从而产生了潮流的在线计算。
潮潮流流计计算算是是电电力力系系统统中中应应用用最最为为广广泛泛、最最基本和最重要的一种电气计算!
基本和最重要的一种电气计算!
现代电力系统分析现代电力系统分析1.1.21.1.2本质和要求本质和要求潮潮流流计计算算问问题题在在数数学学上上一一般般是是属属于于多多元元非非线线性性代代数方程组的求解问题,必须采用迭代计算方法。
数方程组的求解问题,必须采用迭代计算方法。
自自从从5050年年代代中中期期开开始始利利用用电电子子计计算算机机进进行行潮潮流流计计算以来,潮流计算得到了很大的发展:
算以来,潮流计算得到了很大的发展:
开拓了各种特殊性质的潮流计算问题;开拓了各种特殊性质的潮流计算问题;更更多多的的是是属属于于为为了了提提高高计计算算性性能能而而陆陆续续提提出出的各种具体算法。
的各种具体算法。
现代电力系统分析现代电力系统分析对对于于一一个个潮潮流流算算法法,其其基基本本要要求求可可归归纳纳成成以以下下四个方面:
四个方面:
(1)
(1)计算速度;计算速度;
(2)
(2)计算机内存占用量;计算机内存占用量;(3)(3)算法的收敛可靠性;算法的收敛可靠性;(4)(4)程程序序设设计计的的方方便便性性以以及及算算法法扩扩充充移移植植等等的的通用灵活性。
通用灵活性。
这这四四点点要要求求也也成成为为本本章章后后面面评评价价各各种种潮潮流流算算法法性能时所依据的主要标准。
性能时所依据的主要标准。
现代电力系统分析现代电力系统分析1.1.31.1.3本章内容预览本章内容预览11、对潮流计算问题的数学模型进行简单的回顾、对潮流计算问题的数学模型进行简单的回顾22、简单回顾三种最基本的潮流算法:
、简单回顾三种最基本的潮流算法:
F高斯一塞德尔法高斯一塞德尔法F牛顿法牛顿法F快速解耦法快速解耦法现代电力系统分析现代电力系统分析3.3.保留非线性的潮流算法保留非线性的潮流算法在在将将非非线线性性方方程程线线性性化化的的牛牛顿顿法法中中采采用用更更精精确确的的模模型型,即即将将泰泰勒勒级级数数的的高高阶阶项项也也包包括括进进来来,可以提高算法的性能。
可以提高算法的性能。
4.4.最小化潮流计算法最小化潮流计算法为为了了解解决决病病态态潮潮流流计计算算,出出现现了了将将潮潮流流计计算算表表示示为为一一个个无无约约束束非非线线性性规规划划问问题题的的模模型型,并并称称之之为最小化潮流计算法。
为最小化潮流计算法。
现代电力系统分析现代电力系统分析5.5.介介绍绍一一些些为为了了实实际际用用于于电电力力系系统统,而而加加入入的的模模拟拟实实际际系系统统运运行行控控制制特特点点的的自自动动调调整整计计算算功功能能,如如潮流控制,分接头调整等。
潮流控制,分接头调整等。
6.6.最优潮流最优潮流以以非非线线性性规规划划作作为为计计算算模模型型的的潮潮流流问问题题,能能够够统筹兼顾电力系统的经济性、安全性和电能质量。
统筹兼顾电力系统的经济性、安全性和电能质量。
现代电力系统分析现代电力系统分析7.7.交直流混合系统的潮流计算交直流混合系统的潮流计算8.8.特殊用途的潮流计算问题特殊用途的潮流计算问题直流潮流直流潮流随机潮流随机潮流三相潮流三相潮流任课教师:
王守相任课教师:
王守相任课教师:
王守相任课教师:
王守相天津大学电气与自动化工程学院天津大学电气与自动化工程学院现代电力系统分析现代电力系统分析现代电力系统分析现代电力系统分析1.21.2潮流计算问题的数学模型潮流计算问题的数学模型1.2.11.2.1系统组成系统组成电电力力系系统统是是由由发发电电机机、变变压压器器、输输电电线线路路及及负负荷荷等等组组成成,其其中中发发电电机机及及负负荷荷是是非非线线性性元元件件,但但在在进进行行潮潮流流计计算算时时,一一般可用接在相应节点上的一个电流注入量代表。
般可用接在相应节点上的一个电流注入量代表。
因因此此,潮潮流流计计算算所所用用的的电电力力网网络络系系由由变变压压器器、输输电电线线路路、电电容容器器、电电抗抗器器等等静静止止线线性性元元件件所所构构成成,并并用用集集中中参参数数表表示示的串联或并联等值支路来模拟。
的串联或并联等值支路来模拟。
现代电力系统分析现代电力系统分析1.2.21.2.2节点法潮流方程节点法潮流方程对对电电力力系系统统普普遍遍采采用用节节点点法法,描描述述节节点点电电压压与与节节点点电电流之间的关系:
流之间的关系:
其展开式分别为:
其展开式分别为:
现代电力系统分析现代电力系统分析但但是是在在工工程程实实际际中中,已已知知的的节节点点注注入入量量往往往往不不是是节节点点电电流流而而是是节节点点功功率率,为为此此必必须须应应用用联联系系节节点点电电流流和和节节点点功功率率的关系式的关系式现代电力系统分析现代电力系统分析将上式代入式将上式代入式(13)(13)、式、式(14)(14)得到得到这这就就是是潮潮流流计计算算问问题题最最基基本本的的方方程程式式,是是一一个个以以节节点点电电压压UU为为变变量量的的非非线线性性代代数数方方程程组组。
由由此此可可见见,采采用用节节点点功功率率作作为为节节点点注注入入量量是是造造成成方方程程组组呈呈非非线线性性的的根根本本原原因因。
由由于于方方程程组组为为非非线线性性的的,因因此此必必须须采采用用数数值值计计算算方方法法、通通过过迭迭代代来来求求解解。
而而根根据据在在计计算算中中对对这这个个方方程程组组的的不不同同应应用用和和处处理理,就就形形成成了了不不同同的潮流算法。
的潮流算法。
现代电力系统分析现代电力系统分析对对于于电电力力系系统统中中的的每每个个节节点点,要要确确定定其其运运行行状状态态,需需要要有四个变量:
有四个变量:
F有功注入有功注入F无功注入无功注入F电压模值电压模值F电压相角电压相角nn个节点总共有个节点总共有4n4n个运行变量要确定。
个运行变量要确定。
再再观观察察式式(1-6)(1-6)或或式式(1-7)(1-7),总总共共包包括括nn个个复复数数方方程程式式,如如果果将将实实部部与与虚虚部部分分开开,则则形形成成2n2n个个实实数数方方程程式式,由由此此仅仅可可以以解解得得2n2n个个未未知知运运行行变变量量。
为为此此在在计计算算潮潮流流以以前前,必必须须将将另另外外2n2n个个变变量量作作为为已已知知量量而而预预先先给给以以指指定定。
也也即即对对每每个个节节点点,要要给给定定其其两两个个变变量量的的值值作作为为已已知知条条件件,而而另另两两个个变变量量作作为为待待求求量。
量。
现代电力系统分析现代电力系统分析按按照照电电力力系系统统的的实实际际运运行行条条件件,根根据据预预先先给给定定的的变变量量的的不同,电力系统中的节点又可分成不同,电力系统中的节点又可分成:
FPQPQ节点节点FPVPV节点节点F平衡节点平衡节点对对应应于于这这些些节节点点,分分别别对对其其注注入入的的有有功功、无无功功功功率率,有有功功功功率率及及电电压压模模值值以以及及电电压压模模值值和和相相角角加加以以指指定定;并并且且对对平平衡节点来说,其电压相角一般作为系统电压相角的基准:
即衡节点来说,其电压相角一般作为系统电压相角的基准:
即现代电力系统分析现代电力系统分析交交流流电电力力系系统统中中的的复复数数电电压压变变量量可可以以用用两两种种坐坐标标形形式式来来表示:
表示:
复数导纳为复数导纳为现代电力系统分析现代电力系统分析将将上上三三式式代代入入以以导导纳纳矩矩阵阵为为基基础础的的式式(1-6)(1-6),并并将将实实部部与虚部分开,可得到以下两种形式的潮流方程。
与虚部分开,可得到以下两种形式的潮流方程。
潮流方程的直角坐标形式为:
潮流方程的直角坐标形式为:
现代电力系统分析现代电力系统分析潮流方程的极坐标形式为:
潮流方程的极坐标形式为:
以以上上各各式式中中jiji表表示示号号后后的的标标号号为为jj的的节节点点必必须须直直接接和和节节点点ii相相联联,井井包包括括j=ij=i的的情情况况。
这这两两种种形形式式的的潮潮流流方方程程通通称称为为节节点点功功率率方方程程,是是牛牛顿顿一一拉拉夫夫逊逊法法等等潮潮流流算算法法所所采采用用的的主主要要数学模型。
数学模型。
现代电力系统分析现代电力系统分析1.2.31.2.3回路法潮流方程回路法潮流方程其中,其中,分别称为回路电流和回路阻抗。
分别称为回路电流和回路阻抗。
1.2.41.2.4系统运行变量的划分系统运行变量的划分1.1.目的目的对对于于以以上上潮潮流流方方程程中中的的有有关关运运行行变变量量,还还可可以以按按其其性性质质的的不不同同再再加加以以分分类类,这这对对于于进进行行例例如如灵灵敏敏度度分分析析以以及及最优潮流的研究等,都是比较方便的。
最优潮流的研究等,都是比较方便的。
现代电力系统分析现代电力系统分析每每个个节节点点的的注注入入功功率率是是该该节节点点的的电电源源输输入入功功率率PPGiGi、QQGiGi和和负荷需求功率负荷需求功率PPLiLi,QQLiLi的代数和。
的代数和。
负负荷荷需需求求的的功功率率取取决决于于用用户户,是是无无法法控控制制的的,所所以以称称之之为不可控变量或扰动变量。
为不可控变量或
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