完整word版电力系统潮流计算课程设计.docx
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完整word版电力系统潮流计算课程设计
一、问题重述
课程设计要求
1、在读懂程序的基础上画出潮流计算根本流程图
2、经过输入数据,进行潮流计算输出结果
3、对不同样的负荷变化,解析潮流分布,写出解析说明。
4、对不同样的负荷变化,进行潮流的调治控制,并说明调治控制的方法,并
列表表示调治控制的参数变化。
5、打印利用DDRTS进行潮流解析绘制的系统图,以及潮流分布图。
课程设计题目
1、系统图:
两个发电厂分别经过变压器和输电线路与四个变电所相连。
变电所1
变电所2
变电所4
变电所3
10kV母线
35kV母线
10kV母线
35kV母线
一次侧电压220kV
一次侧电压220kV
线路长为60km
线路长为80km
线路长为100km
线路长为80km
线路长为100km
线路长为80km
母线1
母线2
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
母线3
2*QFQ-50-2
2*QFS-50-2
2*TQN-100-2
2*TQN-100-2
电厂一
电厂二
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〔
400MW〕,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50MW
和30MW;发电厂二总装机容量为〔200MW〕。
3、变电所资料:
〔1〕变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为:
10KV35KV10KV35KV〔2〕变电所的负荷分别为:
50MW40MW50MW60MW
1
〔3〕每个变电所的功率因数均为cosφ=0.85;
〔4〕变电所2和变电所4分别配有两台容量为75MVA的变压器,短路耗费414KW,短路电压〔%〕=16.7;变电所1和变电所3分别配有两台容量为63MVA的变压器,短路耗费为245KW,短路电压〔%〕=10.5;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,单位长度的电抗为,单位长度的电纳为2.78*10-6S。
课程设计根本内容
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,并对计算结果进行解析。
3.随从变电所负荷按必然比率发生变化,进行潮流计算解析。
1)4个变电所的负荷同时以2%的比率增大;
2)4个变电所的负荷同时以2%的比率下降
3)1和4号变电所的负荷同时以2%的比率下降,而2和3号变电所的负荷同时以2%的比率上升;
4.在不同样的负荷情况下,解析潮流计算的结果,若是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
之间;电压35KV要求调整范围在35-36之间〕
5.轮流断开环网一回线,解析潮流的分布。
6.利用DDRTS软件,进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的解析,并进行结果的比较。
7.最后形成课程设计成品说明书。
二、问题解析
节点设置及分类
依照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的上下压侧分别设为节点2、3、4、5、6、7、8、9。
并且,将节点1设为平衡节点,将节点10设为PV节点,其他节点设为PQ节点。
2.2参数求取
设定基准值SB
100MVA,UB
SB
484依照题目
220KV,因此ZB
2
UB
原始资料,计算发电厂、变压器及线路的参数。
〔1〕运用以下公式计算变压器参数:
2
2
PkUN
RT
UK%UN
2
XT
1000SN
100S
N
2
ZTRT
XT
ZT
ZT
〔2〕计算线路参数
ZB
ZR
jX
(r
jx)L
〔3〕变电所负荷分别为:
变电所1
SL
变电所2
SL
变电所3
SL
变电所4
SL
将参数整理,见下表:
首端号
尾端号
阻抗有名值
阻抗标幺值
电纳有名值
电纳标幺值
1
2
1
4
1
6
2
3
0
0
4
5
0
0
4
6
6
7
0
0
6
8
8
9
0
0
8
10
〔4〕计算变压器分接头变比
变压器有5个抽头,电压调治范围为UN
2*2.5%,UN对应的分接头开始
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k*以备调压
时采用
k*1
220
(1
5%)
10
11
220
k*2
220
(1
2.5%)
10
11
220
k*3
220
10
11
220
k*4
220
(1
2.5%)
10
11
220
k*5
220
(1
5%)
10
11
220
对变电所低压母线为35KV时,非标准变比与10KV时同样。
计算方法
利用牛顿拉夫逊法进行求解,用MATLAB软件编程,能够求解系统潮流分布依照题目的不同样要求对参数进行调整,经过调治变压器变比和发电厂的电压,
3
求解出合理的潮流分布,最后用PSAT进行潮流解析,将两者进行比较。
牛顿—拉夫逊法
1、牛顿—拉夫逊法大纲
第一对一般的牛顿—拉夫逊法作一简单的说明。
一个变量X函数为:
f(X)0
(0)
到此方程时,由合适的近似值X出发,依照:
(n1)
f(X
X
X(n)
f(X
(n)
(n)
)(n1,2,......)
)
(n)
屡次进行计算,当X满足合适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。
(n)
这一方法还可以够做下边的讲解,设第n次迭代获取的解语真值之差,即X的误差为时,那么:
f(X(n)
)0
把f(X(n)
)在X
(n)
周边对
用泰勒级数张开
2
f(X(n)
)
f(X(n))
f(X(n))
f(X(n))......0
2!
上式省略去2今后局部
f(X(n))f(X(n))0
(n)
X的误差能够近似由上式计算出来。
f(Xf(X
(n)
(n)
)
)
(n)
比较两式,能够看出牛顿—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n个变量的n个方程:
f1(X1,X2,,Xn)0
f2(X1,X2,,Xn)0
fn(X1,X2,,Xn)0
对其近似解X1得修正量X1能够经过解下边的方程来确定:
4
f1(X1,X2,,Xn)
f1
f1
f1
x1
x2
xn
X1
f2(X1,X2,
Xn)
f2
f2
f2
X2
x1
x2
xn
fn(X1,X2,,Xn)
fn
fn
fn
Xn
x1
x2
xn
式中等号右边的矩阵
fn都是对于X1,X2,
Xn的值。
这一矩阵称为雅可比
xn
〔JACOBI〕矩阵。
按上述获取的修正向量
X1,
X2,,Xn后,获取以下关系
XnXn
Xn
这比X1,X2,,Xn更凑近真实值。
这一步在收敛到希望的值以前重复进行,
一般要屡次计算满足
maxX1
n1
X1
n1,X2
n1
X2
n1,,Xnn1
Xnn1
为起初规定的小正数,
Xnn
1是第n次迭代Xn的近似值。
2、牛顿法的框图及求解过程
(1〕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),f(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e
(1)
e(0)
e(0),f
(1)
f
(0)
f(0);
⑥将e
(1),f
(1)在带入方程式,求出P
(1),
Q
(1),(V2)
(1);
(k)(k)
⑦检验可否收敛,即maxPi,Qi
若是收敛,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。
若是不收敛,转回②进行下次迭代计算,直到收敛为止。
〔2〕程序框图以下:
5
启动
输入原始数据
形成节点导纳矩阵
分解各节点初始电压的实部和虚部
迭代次数K=0
(k)
(k)
(k)
(k)
求PQ节点的Pi,Qi
,求PV节点的Pi
,
Ui
置节点号i=0
是
雅克比矩阵可否形成,
i>n
否
求
得
雅
克
比
矩
阵
各
元
素
(k)
(k)
Jij
(k)
(k)
(k)
Sij
(k)
Hij
Nij
Lij
Rij
增大节点号
i=i+1
把雅克比矩阵单位化
求解修正方程,得ei(k),fi(k)
回带各电压新值,K=K+1
求解最大修正量|ei(k)|max,|fi(k)|max
否
可否收敛
是
计算输出电压大小及相角,节电功率及支路耗费
停止
三、问题求解
3.1等值电路的计算
电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。
电压过高或过低,都将对人身及其用电设备产生重要的影响。
保证用户的电压凑近额定值是电力系统调换的根本
6
任务之一。
当系统的电压偏离赞同值时,电力系统必定应用电压调治技术调治系统电压的大小,使其保持在赞同值范围内。
本文经过手算形成了等值电路图,并编写好了程序得出节点电压标幺值,使其满足所要求的调整范围。
我们第一对给定的程序输入局部作了简要的解析,程序开始需要我们确定输入节点数、支路数、平衡母线号、支路参数矩阵、节点参数矩阵。
〔1〕为了保证整个系统潮流计算的完满性,我们把凡拥有母线及发电机处均选作节点,这样,能够确定有10个节点,节点号见等值电路图。
〔2〕确定完节点及编号后,各条支路也相应确定了,网络中总计有13条支路,我们对各支路参数进行了计算。
依照所给实质电路图和题中的条件,有以下公式计算各输电线路的阻抗和对地支路电容的标幺值和变压器的阻抗标幺
值。
选择电压基准值为UB
220KV和功率基准值SB100MVA
因此ZB
UB
484
SB
3.2依照题目要求及原始资料画出系统等值电路图:
3
5
7
9
1:
k
1:
k
1:
k
1:
k
1
2
3
4
2
4
6
8
j
j
j
1
10
U=231V
发电厂一
δ=0
P=200MW
发电厂二
U=231V
图1系统等值电路
利用psat软件可得计算所需系统图如图2所示。
7
图2
3.3潮流计算
3.3.1B1、B2矩阵的形成:
依照所求参数,以及
B1矩阵的含义,列写B1矩阵以下:
B1=[1
2
1
0;
1
4
1
0;
1
6
1
0;
2
3
0
1
1;
4
5
0
1
1;
4
6
1
0;
6
7
0
1
1;
6
8
1
0;
8
9
0
1
1;
8
10
1
0];
由各个变电所负荷功率能够计算出总功率为200MW,而发电厂一、二的总装机容量分别为400MW和200MW。
令发电厂二的功率为200MW,为了减小线路上的耗费,令发电机的电压为额定电压的1.05倍。
依照前面表达的节点分类,形成B2矩阵以下:
B2=[0
0
231
231
0
1;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
8
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
200
0
231
231
0
3];
编写程序并运行
从结果中能够观察到各个节点电压标幺值分别为:
节点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
电压
折算到有名值今后,能够观察到节点3、5、7、9的电压都与题目给定的范围对照偏高,因此调治变压器分接头和发电厂电压,经过对系统进行屡次调整,最后获取合理结果,调整结果以下:
调治方法:
调治方法电厂1电压
电厂2电压
分接头1
分接头2分接头3
分接头4
未调整
1
1
1
1
调整后
调治结果:
节点号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
未调整
调整后
由上表观察到,进行最后一次调治节气点
3,5,7,9的电压均在题目赞同的范
围内,对线路耗费进行解析,统计每次调整后各个支路的有功耗费,记录于下表:
功率耗费
未调整
调整后
(1,2)支路
(1,4)支路
(1,6)支路
(2,3)支路
(4,5)支路
(4,6)支路
(6,7)支路
(6,8)支路
(8,9)支路
(8,10)支路
总耗费
由此能够看出,随着变压器分接头的调高有功耗费逐渐增大,吻合实质情
况,而最后调治使得电压在规定范围内时,有功耗费增加了,相对与实质耗费小很多,能够认为是合理的。
详尽的潮流分布见下表
9
各条支路的首端功率Si各条支路的尾端功率Sj
各节点的功率S为(节点号从小到大排列):
获取的各节点的电压标幺值,电压角度,节点注入无功,支路首端无功如图
3所示:
10
值
度
5
幺
1
角
标
压
压
0
电
电
5
10
-5
5
10
0
0
节点号
节点号
1
功
功
无
无
入
端
注
0
首
点
路
节
支
345678910
0
23
45678910
12
1
图3
3.3.34个变电所负荷同时以2%的比率增大
由于变电所负荷以2%的比率增大,因此各个变电所负荷变为:
10
变电所1
SL
变电所2
SL
变电所3
SL
变电所4
SL
相应地,
B2矩阵变为:
B2=[0
0
231
231
0
1;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
0
0
220
0
0
2;
0
220
0
0
2;
200
0
231
231
0
3];
将程序中的B2矩阵代替后,运行并进行调治,此系统经过调治后到达要求,对应的调治方法和结果见下表:
调治方法:
调治方法
电厂1电压
电厂2电压
分接头1
分接头
2分接头3
分接头4
调整前
1
1
1
1
调整后
调治结果:
节点电压
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
调整前
调整后
由上表观察到,进行最后一次调治节气点3,5,7,9的电压均在题目赞同的范围内,对线路耗费进行解析,统计每次调整后各个支路的有功耗费,记录于下表:
功率耗费
未调整
调整后
(1,2)支路
(1,4)支路
(1,6)支路
(2,3)支路
(4,5)支路
(4,6)支路
(6,7)支路
(6,8)支路
(8,9)支路
(8,10)支路
总耗费
11
由电压和功率耗费能够观察到,最后一次的电压和有功耗费均吻合题目要求,能够为是合理的。
详尽的潮流分布以下:
各条支路的首端功率Si各条支路的尾端功率Sj
各节点的功率S为(节点号从小到大排列):
获取的图像以下:
10
值
度
5
幺
1
角
标
压
压
0
电
电
5
10
-5
5
10
0
0
节点号
节点号
1
功
功
无
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