电力系统潮流计算课程设计报告.docx
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电力系统潮流计算课程设计报告
电力系统潮流计算课程设计报
冻M电力*学
课程设计报告
学生姓名
学号:
学院:
电气工程学院
班级:
题目:
电力系统潮流计算
指导教师:
初壮职称:
副教授
指导教师:
李翠萍职称:
副教授
2014年01月10日
1潮流计算的目的与意义
潮流计算的目的:
已知电网的接线方式与参数及运行条件,计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。
对于正在运行的电力系统,通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限,如果有越限,就应采取措施,调整运行方式。
对于正在规划的电力系统,通过潮流计算,可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。
潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。
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)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,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
2潮流计算数学模型
1.变压器的数学模型:
变压器忽略对地支路等值电路:
2.输电线的数学模型:
n型等值电路:
T1
3数值方法与计算流程
利用牛顿拉夫逊法进行求解,用MATLAB软件编程,可以求解系统潮
流分
布根据题目的不同要求对参数进行调整,通过调节变压器变比和发电厂的电压,求解出合理的潮流分布,最后用matpower进行潮流分析,将两者进行比较。
牛顿一拉夫逊法
1、牛顿一拉夫逊法概要
首先对一般的牛顿一拉夫逊法作一简单的说明。
已知一个变量X函数为:
f(X)0
(0)
到此方程时,由适当的近似值X出发,根据:
(n1)fzY(n)x
XX(n)f(X(n))(n1,2,……)
f(X(n))
(n)
反复进行计算,当X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一拉夫逊法。
(n)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X
的误差为时,则:
f(X(n))0
(n)
把f(X(n))在X附近对用泰勒级数展开
2
f(X(n))f(X(n))f(x(n))云f(x(n))……0
上式省略去2以后部分
(n)
X的误差可以近似由上式计算出来。
(n)
比较两式,可以看出牛顿一拉夫逊法的休整量和X的误差的一次项相等。
用同样的方法考虑,给出
f(X(n))
f"(X^
f1(X1,X2,
Xn)
0
f2gX2
,Xn)
0
fn(XnX2
,Xn)
0
对其近似解X1
得修正量
X1可以通过解下边的方程来确定:
f1(X1,X2,
Xn)
f1f1
f1
X1
X1X2
Xn
f2(X1,X2,
Xn)
f2f2
f2
X2
XX2
Xn
fn(X1,X2,
Xn)
fnfn
fn
Xn
X1X2
Xn
式中等号右边的矩阵fn
xn
都是对于X1,
X2,,Xn
的值。
这一矩阵称为雅可比
(JACOB)矩阵。
按上述得到的修正向量
X1,X2,
Xn后,得到如下关系
n个变量的n个方程:
Xn
XnXn
这比X1,X2,
Xn更接近真实值。
这一步在收敛到希望的值以前重复进行,
般要反复计算满足
为预先规定的小正数,Xnn1是第门次迭代Xn的近似值。
2、牛顿法的框图及求解过程
(1)
(0);
7
用牛顿法计算潮流时,有以下的步骤:
①给这各节点电压初始值e(0)
2将以上电压初始值代入公式,求修正方程的常数项向量
p(0),Q(0),(V2)(0);
3将电压初始值在带入上述公式,求出修正方程中系数矩阵的各元素。
4解修正方程式e(0),f(0);
5修正各节点电压e⑴e(0)e(0),f⑴f(0)f(0);
6将e⑴,f⑴在带入方程式,求出P
(1),Q
(1),(V2)⑴;
7检验是否收敛,即maxPi(k),Qi(k)
如果收敛,迭代到此结束,进一步计算各线路潮流和平衡节点功率,并打印输出结果。
如果不收敛,转回②进行下次迭代计算,直到收敛为止。
(2)程序框图如下:
启动
4算例分析
4.1第一问
4.1.1节点设置及分类
根据系统图可知此系统为两端供电网路,将母线1,2设为节点1,10,将
变电所1、2、3、4的高低压侧分别设为节点2、3、4、5、6、7、&9。
并且,将节点1设为平衡节点,将节点10设为PV节点,其余节点设为PQ节点。
4.1.2参数求取
首端号
末端号
阻抗有名值
阻抗标幺值
电纳有名值
电纳标幺值
设定基准值Sb100MVA,uB220KV,所以Zb
Sb
2
Ub
484根据题目
原始资料,计算发电厂、变压器及线路的参数。
(1)运用下列公式计算变压器参数:
22PkUNUk%Un
Rt2XT
R1000SN100Sn
ZtRtXtZtZi
Zb
(2)计算线路参数
ZRjX(rjx)L
(3)变电所负荷分别为:
变电所1Sl=50+j30.987变电所2SL=40+j27.79
变电所3SL=50+j30.987变电所4SL=60+j37.18
将参数整理,见下表:
1
2
8.5+j20.1
0.0176+j0.0415
j0.000556
j0.2691
1
4
13.6+j32.16
0.0218+j0.0664
j0.000222
4
j0.1076
1
6
13.6+j32.16
0.0218+j0.0664
j0.000222
4
j0.1076
2
3
1.49+j40.333
0.0031+j0.0833
0
0
4
P5
1.78+j53.885
0.037+j0.1113
0
0
4
6
10.2+j24.12
0.0211+j0.0498
j0.000166
8
j0.0807
「6
P7
1.49+j40.333
0.0031+j0.0833:
0
P0
6
8
6.8+j16.08
0.0140+j0.0332
j0.000444
8
j0.2153
「8
r9
1.78+j53.885
0.0037+j0.1113:
0
0
8
10
8.5+j20.1
0.0176+j0.0415
j0.000556
j0.2691
(4)计算变压器分接头变比
变压器有5个抽头,电压调节范围为Un2*2.5%,
Un对应的分接头开始
k*以备调压
时设变压器高压侧接主接头,降压变压器5个分接头时的非标准变比
时选用
220(15%)10
11
220
220
(1
2.5%)10
11
220
220
10
0.909
11
220
220
(1
2.5%)10
11
220
220
(1
5%)10
11
220
对变电所低压母线为35KV时,非标准变比与
所以得到的电力系统数学模型如下图所示:
31S=40+J51S=50+J7〕
S=40+j
9S=60+
1.78+J53.885
1.49+J40.333
1.78+J53.885
k
11
AWMX
21:
k
410.2+J24.12
TA01
1:
k
1:
k
3
1
4
6.8+J16.08
8.5+J2
J0.0/卜J
13.6+J32.16''
8.5+J20.1
-卄
J0.0
PhJ0.0
:
13.6+J32.16
4.2第二问
U=2
1U=2
发电P=200
当变电所1,2,3,4负荷分别为:
40MW,50MW,40MW,60MW时,假设初始的branch,bus,generator矩阵如下图:
號鴛branchdata
%
fbus
tbus
rs
branch
=r
l
2
0.0176
0.0415
l
4
0,0218
0,0064
l
6
0.021S
0.0664
2
3
0.0031
0.0833
4
5
0,037
0.1113
4
6
0.02H
0J0498
6
7
0.0031
0.0833
E
S
0.014
0.0332
8
g
0.0037
C.1113
8
10
0.017S
0,0415
]:
brateA
rarteC
0.2691
0
0
0
0
[)
0.1076
0
0
0
0
0
0.1070
0
0
0
0
a
00
0
0
0.055
0
00
0
0
0.055
0
0.0807
0
0
0
0
a
0D
0
0
Q.95G
0
0.2153
0
0
0
0
0
00
c
0
0.955
a
0.26S1
0
0
0
0
0
ratioanglestatus
1
-360
360;
1
-360
360;
1
-360
360;
1
-360
300;
1
-360
360;
1
-360
360:
1
-360
3S0;
]
-360
360;
1
-360
360:
1
-360
360;
angminangmax
type
irpe.bus-
baseKYzone
13
00
00
i1
0
2^21
U1U,9;
21
u0
00
11
U
2421
1_1ui.9;
31
4025
00
11
0
111
LI(19:
41
00
00
11
0
2421
1.1d.9;
51
5051
00
11
0
羽・5
11.1o.s:
51
00
00
11
0
2421
1.1d.9;
T1
4025
00
11
0
1]1
L1(19:
81
00
on
11
0
2421
1.1ft.9:
91
003T
00
11
0
3呂5
11.1C.9:
102
00
00
11
0
2421
Lia.9:
]:
鹅
dita
bus刊Qg
QrmQnui
砲血塑E
ilatusPrcj
?
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f:
1Fc2Ocluiu43LuxQczIlji0cjm;'.
f31lp_L0
1厂
仰-【
:
C〔
涮-aoa]
10D137J
预0D
0】0
0C0
oa〕;
];
:
〔2DD〔|
3)0-3001
1DD:
2叮
LJ】D
0J〕
〔[0
0〔].
得到的结果如下图:
节点
节
亠占
八、、
节点
节点
节点
节点
节点
节点
节点节点
有功
无功
1电
2
电
3电
4电
5电
6电
7电
8电
9电10电
功率
功率
压
压
压
压
压
压
压
压
压压
损耗
损耗
(
).
1.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
1.
9
)8
01
97
96
97
99
97
971.0
14.
43
0
7
1
1
0
4
7
4
3
055
75
[
iiLp_30idn(-_iiapf
由上图分析诸多参数都不符合要求,且网络的无功有功损耗过大。
因此对母线电压,发电厂发电功率,变压器变比逐个调节,得到如下关系:
1,母线电压1的电压升高会导致以下参数的改变:
2~9母线的电压会提高,网络总损耗变大。
2,发电厂2的发电功率减少会导致以下参数的改变:
4~9母线电压会降低,网
络总损耗变小。
3,变压器变比的减少会导致以下参数的改变:
相应的母线电压提高,网络总损
耗变小。
综上述分析,经过调试参数得到较为满足条件且网络损耗较小的情况:
得至Ubranch,bus,generator矩阵如下图
%%btanchdata
%
fbuz
thus
r签
brateA
rsteBrateC
raiioang
lestatusarigminanjitaj;
mpc.
branch:
=[
1
2
0.017S
0.0415
0.2691
0
0
00
0
1
-3SC
360;
1
4
0.0210
0,0064
0.1076
0
0
D0
0
1
-^S0
360;
1
0
0.0218
0.0664
0.107C
0
0
00
0
1
-36C
3fi0;
2
3
0.0031
0,0333
00
0
0
0.965
0
1
-360
360;
4
5
0.037
0.1113
00
0
0
0.932
0
1
-360
北D.
4
6
0.0211
CL040S
0,0807
0
0
0D
0
1
-300
360;
6
7
0*0031
0.0833
00
0
0
0.955
0
1
-360
360:
5
S
0,014
0.0332
0.2153
0
0
00
0
1
-3S0
3fi0;
8
g
0.0037
0,1113
00
0
0
0.932
0
1
-360
360:
8
10
0.0176
0.0415
0.2691
0
0
00
0
1
-300
360;
];
infnrArnrtv■nrat
滋歸busdata
%bus.
it/pe
Fd
QdGs
B垃areaVm7ataseKT
zone
Vmin
mpe.hus
=[
1|
30
0
0
01
10
2421
].10.9:
2
10
0
0
01
10
2421
1.1o.g;
3
140
25
0
01
10
111
1.10.9;
4
10
0
0
01
I□
2421
1.1o,e:
5
150
31
0
01
I0
38.E
11.10.9
:
5
10
0
□
01
I□
2421
L10.9:
T
140
25
0
01
10
111
1.10.9;
5
10
0
0
01
1□
2421
1.10.9;
3
160
37
0
01
10
38.5
11.10.9
10
]:
20
0
0
0I
10
2421
I.10.9;
1
螂Ei^eiatordata
tstates
ptiir.PelFc?
Qclr.i*聽|x芻QcJruz-
]]网
:
泗rup.q
mpc,g'sn-[
I:
]
3(]-100
LOL
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oo
】3?
D10
DQ0
0〔0
]0000:
11]50〕
J[D-300
ino.
2U10〔
0Q〕
〕〔〔
:
DD3
结果如下图:
节点
节点
节点
节点
节点
节点
节点
节点节点
节点
有功
无功
1电
2电
3电
4电
5电
6电
7电
8电9电
10电
功率
功
匕率
压
压
压
压
压
压
压
压压
压
损耗
损耗
1.
0.
1.
0
■
0.
0.
0.
0.0.
5.4
23.
1.0
01
99
02
97
98
96
98
9799
06
5
72397938
4.3第三问
节点i电
压
1.
01
发电厂
2发电
发电厂i母线
发电厂
2母线
变压器
1变比
变压器2变比
变压器
3变比
变压器4变比
量
电压
电压
60
1.01
1
0.955
0.932
0.955
0.932
结果如下表:
节点
节点节点
节点
节点
节点
节点
节点
节点
有功
2电
3电4电
5电
6电
7电
8电
9电
10电
功率
压
压压
压
压
压
压
压
压
损耗
0.
1.0.
0.
0.
0.
0.
0.
5.4
99
0297
98
96
98
97
99
1.0
06
无功勺率损耗
功
由于要随着负荷变化而使电力系统满足给类要求,所以我们先初步给定各可控参数:
(由于发电厂i的母线设定为参考节点,所以暂且将电厂i的发电量设为0)
23.
由此表中所给的可控参数,
无功损耗较高,因此我们还需要调整各可控参数来获得更小的有无功损耗。
我们得出的各电压参数不符合题目要求,
且有
4.4第四问
经过调试各可控参数我们得到以下结果:
当可调参数的值为下表时:
branch
data
%
^bus
thus
rz
brateA
rateBeC
rat£oan^lestatusangniitangmax
叩匚*branch
=[
1
2
0.01176
0.0415
0.2691
0
0
0c
c
1
-360
sac;
1
4
0.0218
0.Q604
Oh1076
0
0
QC
0
1
-360
360;
1
S
0.0218
0.06&4
0.1070
0
0
0ij
0
1
-360
z
3
0.0031
0.0333
00
Q
Q
Q・9匪
0
1
-36(J
帧
4
6
0.037
D.1113
DD
□
0
0.932
0
I
-360
350;
a
0.0211
0.049B
0.0007
0
0
00
0
1
-360
预:
S
7
0.0031
0.0833
00
0
0
0.955
0
1
-360
360:
G
8
0.0H4
0.0332
0.2153
0
0
00
0
1
-360
360;
S
g
0+0037
0.1113
00
0
0
0.932
0
1
'360
3S0;
S
10
0.0176
0.0415
0.2691
0
0
0c
0
1
-360
360;
四个负荷均增大2%四个负荷均减小2%
1,4下降2,3上升2%
];
满足题目要求,且有无功损耗较小
4.5第五问
设变电所1,2,3,4的负荷分别为40MW,50MW,40MW,60MW,此时若
不断开任何一条回线且可控参数为第四问得到的较优解,则运行结果如下:
节点节点节点节点节点节点节点节点节点节点有功无功
1电2电3电4电5电6电7电8电9电10电功率功率
未断开回线
断开
4,6
回线
断开
1,4
回线
断开
1,6
回线
1.(
)10.9971.022
0.987
1.005
0.991
1.015
0.991
1.019
1.01
3.671
18.38
节
断开4,6回线:
亍点节点节点
节点
节点
节点
节点
节点
节点
节点
有功
无功
1
电2电3电
4电
5电
6电
7电
8电
9电
10电
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