9節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算

1、9節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目指導(dǎo)教師院（系、部）專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名期9節(jié)點(diǎn)電力網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算電氣與控制工程學(xué)院日電氣工程系課程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分模板目錄1 PSAS瞅件簡(jiǎn)介11.1 PSAS斗臺(tái)的主要功能和特點(diǎn)11.2 PSASP勺平臺(tái)組成22牛頓拉夫遜潮流計(jì)算簡(jiǎn)介32.1 牛頓一拉夫遜法概要32.2 直角坐標(biāo)下的牛頓一拉夫遜潮流計(jì)算52.3 牛頓一拉夫遜潮流計(jì)算的方法63九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖及元件數(shù)據(jù)73.1 九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖73.2 系統(tǒng)各項(xiàng)元件的數(shù)據(jù)84潮流計(jì)算的結(jié)果104.1 潮流計(jì)算后的單線圖104.2 潮流計(jì)算結(jié)果輸出表格105結(jié)論14電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)任務(wù)書9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖如下：基

2、本數(shù)據(jù)如下：表3兩繞組變壓器數(shù)據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)1 PSAS瞅件簡(jiǎn)介“電力系統(tǒng)分析綜合程序”（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP是一套歷史悠久、功能強(qiáng)大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，是高度集成和開發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型軟件包?；陔娋W(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、固定模型庫(kù)以及用戶自定義模型庫(kù)的支持,PSAS阿進(jìn)行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計(jì)算分析，目前包括十多個(gè)計(jì)算機(jī)模塊，PSASP勺計(jì)算功能還在不斷發(fā)展、完善和擴(kuò)充。為了便于用戶使用以及程序功能擴(kuò)充，在PSASP7.沖設(shè)計(jì)和開發(fā)了圖模一體化支持平臺(tái)，應(yīng)用該平臺(tái)可以方便地建立電網(wǎng)分析的各種數(shù)據(jù)，繪制所需要

3、的各種電網(wǎng)圖形（單線圖、地理位置接線圖、廠站主接線圖等）；該平臺(tái)服務(wù)于PSASP勺各種計(jì)算，在此之外可以進(jìn)行各種分析計(jì)算，并輸出各種計(jì)算結(jié)果。1.1 PSAS呼臺(tái)的主要功能和特點(diǎn)PSASF®模一體化支持平臺(tái)的主要功能和特點(diǎn)可概括為：1 .圖模支持平臺(tái)具備MDI多文檔操作界面，是一個(gè)單線圖圖形繪制、元件數(shù)據(jù)錄入編輯、各種計(jì)算功能、結(jié)果顯示、報(bào)表和曲線輸出的集成環(huán)境。用戶可以方便地建立電網(wǎng)數(shù)據(jù)、繪制電網(wǎng)圖形、驚醒各種分析計(jì)算。人機(jī)交互界面全部漢化，界面良好，操作方便。2 .真正的實(shí)現(xiàn)了圖模一體化?？蛇吚L圖邊建數(shù)據(jù)，也可以在數(shù)據(jù)已知的情況下進(jìn)行圖形自動(dòng)快速繪制；圖形、數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)應(yīng)，所見即所

4、得。3,應(yīng)用該平臺(tái)可以繪制各種電網(wǎng)圖形，包括單線圖、地理位置接線圖、廠站主接線圖等。?所有圖形獨(dú)立于各種分析計(jì)算，并為各計(jì)算模塊所共享；?可在圖形上進(jìn)行各種計(jì)算操作，并在圖上顯示各種計(jì)算結(jié)果；?同一系統(tǒng)可對(duì)應(yīng)多套單線圖，多層子圖嵌套；?單線圖上可細(xì)化到廠站主接線結(jié)構(gòu)；1?可定義各種模板，通過(guò)模板自動(dòng)生成廠站主接線圖及其數(shù)據(jù)；?各種電網(wǎng)圖形基于統(tǒng)一的圖形組態(tài)定義，實(shí)現(xiàn)了各類元件樣式的靈活定義和擴(kuò)展。4.具備安全的數(shù)據(jù)構(gòu)架，進(jìn)行了層次化的數(shù)據(jù)保護(hù)，保證了電網(wǎng)數(shù)據(jù)和圖形的安全性和一致性。5,該平臺(tái)是開放的，基于該平臺(tái)的應(yīng)用軟件（計(jì)算模塊）的接入為“即插即用式"，便于對(duì)PSAS函行功能擴(kuò)充。

5、便于PSASFg序模塊定制剪裁及功能擴(kuò)充，適應(yīng)PSAS不斷發(fā)展的需要。6,通過(guò)與實(shí)際廠站中物理元件的對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)PSASPf在線數(shù)據(jù)接口。平臺(tái)可接入SCADA/EM潴實(shí)際量測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)PSASFft線分析計(jì)算。7,兼容PSAS麻種版本的數(shù)據(jù)；提供與BPAIEEE格式的數(shù)據(jù)接8 .使用標(biāo)準(zhǔn)Qt圖形庫(kù)支持，保證了程序的多平臺(tái)兼容性，可運(yùn)行于Windows、Linux、UNIX操作系統(tǒng)下。9 .除PSAS比外，該平臺(tái)還可作為在線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估（DSA、調(diào)度員培訓(xùn)模擬（DTS等系統(tǒng)的運(yùn)行支持平臺(tái)。10 .向AutoCADMatLab、Excel等通用軟件開發(fā)。1.2PSASP勺平臺(tái)組成PSASP7.（0模

6、一體化平臺(tái)包括：?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)?單線圖?地理位置接線圖?廠站主接線圖?計(jì)算作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)?實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)?用戶自定義建模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是滿足實(shí)時(shí)要求的主內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，由于不需要在數(shù)據(jù)庫(kù)文件和緩沖池間交換數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)緩存管理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的處理速度和響應(yīng)能力均優(yōu)于商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。22牛頓拉夫遜潮流計(jì)算簡(jiǎn)介2.1牛頓一拉夫遜法概要潮流計(jì)算在數(shù)學(xué)上是多元非線性方程組的求解問(wèn)題，求解的方法有很多種。自從20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)應(yīng)用于電力系統(tǒng)以來(lái)，當(dāng)時(shí)求解潮流的方法是以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法，后來(lái)為解決節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法的收斂性較差的問(wèn)題，出現(xiàn)了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的逐次代入法，到了20世紀(jì)60年代，針對(duì)阻抗法占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存大的

7、問(wèn)題又出現(xiàn)了分塊阻抗法及牛頓一拉夫遜法。牛頓一拉夫遜法是數(shù)學(xué)上解決非線性方程式的有效方法，有較好的收斂性，利用了導(dǎo)納矩陣的對(duì)稱性、稀疏性以及節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)順序優(yōu)化的技巧，成為廣泛研究非線性問(wèn)題的潮流計(jì)算方法。牛頓一拉夫遜法是常用的解非線性方程組的方法，也是當(dāng)前廣泛采用的計(jì)算潮流的方法，其標(biāo)準(zhǔn)模式如下。設(shè)有非線性方程組f1?x1,x2,?,xn?y1?ff其近似解為x1?n?,?,xn?y2?2x1x2?,?,?y?xxx12nnn?0?(21)?0?,x?0?2?，,x。設(shè)近似解與精確解分別相差？x,?x,?,12x,則如下的關(guān)系式應(yīng)該成立f1?x1ff2(0)?x1,x2x1,x2x1,x2(0)

8、?x2,?,xnx2,?,xnx2,?,xn(0)?xn?y1?xn?xn?x?x(0)1(0)(0)?(0)1n?(0)?(0)?y?2?y?n?(22)上式中的任何一式都可按照泰勒級(jí)數(shù)展開。以第一式為例,3f1?x1?(0)?(0)x1,x2?(0)(0)(0)x2,?,xn?(0)xn?f1?x2f1?x1y1,x2,?,xn?f1?x1?x1?x2?f1?xn?xn?1(23)?式中：?f1?x1?f1?x2?)?f1?xn分別表示以x1?0?,x2,?,xn?0?0?代入這些偏導(dǎo)數(shù)表示式日t計(jì)算所得，?1則是一包含？x1,?x2,?xn的高次方與f1的高階偏導(dǎo)數(shù)乘積的函數(shù)。如近似解x

9、i與精確解相差不大，則？xi的高次方可略去，從而？1也可略去，由此可以得到一組線性方程組，常稱為修正方程組。它可以用矩陣的形式表示?f?f?x10?x20?f?f?x10?x20?x10?x20?f?J?x(0)?f?y?1?y?2?ynf1?x1ff2(0),x2,?,xn(0)(0)(0)?x?x(0)1,x2,?,xn(0)?(0)1n,x2,?,xn(0)(0)?xn0?x1?f?x2?xn0?xn?fn?xn0?(24)或者簡(jiǎn)寫為(25)式中：J稱為函數(shù)fi的雅可比矩陣；？x為由？xi組成的列向量；?f則稱不平衡量的列向量。將xi代入，可得？f、J中的各元素。然后用任何一種解線性代數(shù)

10、方程的方法，可求得？xi,從而求得經(jīng)第一次迭代后xi的新值(0)(0)xi?xi(0)?(1)xi。再將求得的xi代入，又可求得？f、J中各元素的新值，從而(2)(0)(1)解得？xi以及xi確的解。?xi(1)?xi。如此循環(huán)不已，最后可獲得對(duì)初始式子足夠精(2)42.2 直角坐標(biāo)下的牛頓一拉夫遜潮流計(jì)算把牛頓法用于潮流計(jì)算，要求將潮流方程改寫成形如方程式(-1)所示的形式。節(jié)點(diǎn)電壓和導(dǎo)納可表示為?Uiei?fi(26)Yij?Gij?jBij將上述表示式代入Pi?jQi?Ui?YijUj的右端，展開并分出實(shí)部和虛部，j?1?n?便可得Pi?ei?Gijej?Bijfnj?1?fi?Gijf

11、nj?1nBijej?Bijej?(27)Qi?fi?Gijej?Bijfnj?1?e?Gij?1f?按照節(jié)點(diǎn)的分類，PQ節(jié)點(diǎn)的有功功率和無(wú)功功率是給定的，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的給定功率設(shè)為Pis和Qis。假定系統(tǒng)中的第1,2,3,?,m節(jié)點(diǎn)為PQ節(jié)點(diǎn)，對(duì)其中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可列方程?Pi?Pis?Pi?Pis?ei?Gijej?Bijfnj?1n?fi?Gijfnj?1nBijej?0Bijej?0?Q?iQis?Qi?Qis?fi?Gijej?Bijfj?ei?Gijfj?1j?1?i?1,2,3,?,m?(28)PV節(jié)點(diǎn)的有功功率和節(jié)點(diǎn)電壓幅值是給定的。假定系統(tǒng)中的第m+1,m+2,?,n1號(hào)節(jié)點(diǎn)為P

12、V節(jié)點(diǎn)，則對(duì)其中每一節(jié)點(diǎn)可以列寫方程?Pi?Pis?Pi?Pis?ei?Gijej?Bijfnj?1?fi?Gijfnj?1Bijej?0?U2i?U2is?U2i?U2is?e2i?f2i?05?i?m?1,m?2,?,n?1?n(29)第n號(hào)節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)，其電壓en?fn是給定的，故不參加迭代。式(28)和(29)中總共包含了2(n-1)個(gè)方程，待求變量有el,fl,e2,f2,?,en?1,fn?1,也是2(n1)個(gè)。同時(shí)可以看到方程式(28)和(29)已經(jīng)具備方程組(24)的形式?W?J?U(210)再將上式用雅可比的矩陣方程組來(lái)表示出來(lái)，用牛頓一拉夫遜法依次迭代數(shù)據(jù)求得精確的潮流計(jì)

13、算。這一方法在當(dāng)代的電力系統(tǒng)計(jì)算和分析中得到了廣泛的應(yīng)用和開發(fā)。2.3 牛頓一拉夫遜潮流計(jì)算的方法形成了雅可比矩陣后并建立了修正方程式，運(yùn)用牛頓一拉夫遜法計(jì)算潮流的核心問(wèn)題已解決，已有可能列出基本計(jì)算步驟并編制流程圖。顯然，其修正方程式有兩中不同表示方式，但牛頓一拉夫遜法潮流計(jì)算的基本步驟卻大體上一致，如下幾步：(1)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣丫旨(2)設(shè)各節(jié)點(diǎn)電壓的初值ei,f(0)(0)i(3)將各節(jié)點(diǎn)電壓初始值代入式(29)中，求修正方程式中的不平衡量?Pi(0),?Qi和？U(0)(0)i2；(4)將各節(jié)點(diǎn)電壓的初值代入雅可比矩陣表達(dá)式中，求修正方程式的系數(shù)矩陣；(5)解修正方程式，求各節(jié)點(diǎn)電壓

14、的變化量，即修正量？ei、?f(6)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓的新值，即修正后的值(0)(0)i；eiei?(0)?ei(0)(0)i?(0)i(211)(7)運(yùn)用各節(jié)點(diǎn)電壓新值順次進(jìn)行下一次迭代;(8)計(jì)算平衡點(diǎn)功率和線路功率。其中平衡點(diǎn)功率為?iSs?Us?YisUi?1Ps?jQs線路功率為(212)Sij?UiIij?j?Pij?jQijPji?jQji(213)S?UI從而，線路上損耗的功率為jiSijSij?S?Pij?j?Q(214)3九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖及元件數(shù)據(jù)3.1 九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖圖31.9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖PSAS啾件導(dǎo)出圖73.2 系統(tǒng)各項(xiàng)元件的數(shù)據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)如下表所示：表3-5負(fù)荷數(shù)據(jù)表

15、3-6區(qū)域、分區(qū)/數(shù)據(jù)94潮流計(jì)算的結(jié)果4.1 潮流計(jì)算后的單線圖圖41.潮流計(jì)算后的單線圖4.2潮流計(jì)算結(jié)果輸出表格經(jīng)單線圖繪制完成，檢查無(wú)誤，潮流計(jì)算后表格輸出的結(jié)果如下:表41潮流計(jì)算摘要信息表10表42結(jié)果綜述表表43物理母線計(jì)潮流算結(jié)果11表44發(fā)電機(jī)潮流計(jì)算結(jié)果表45負(fù)荷潮流計(jì)算結(jié)果12表46交流線潮流計(jì)算結(jié)果交流線結(jié)果報(bào)表作業(yè)名：作業(yè)_1計(jì)算日期：2013/06/24時(shí)間：18:21:59單位:p.u.區(qū)域全網(wǎng)交流線名稱* AC_1*AC_6*AC_7區(qū)域全網(wǎng)交流線名稱* AC_2*AC_5*AC_8區(qū)域全網(wǎng)交流線名稱* AC_3*AC_4分區(qū)區(qū)域一2I側(cè)母線J側(cè)母線I側(cè)電壓I側(cè)

16、有功I側(cè)無(wú)功J側(cè)電壓J側(cè)有功J側(cè)無(wú)功GEN1-230STNA-2301.040420.1493-0.0296STNB-230GEN1-2301.02347-0.4002-0.1911GEN1-230STNA-2301.040420.1493-0.0296分區(qū)分區(qū)間I側(cè)母線J側(cè)母線I側(cè)電壓I側(cè)有功I側(cè)無(wú)功1.033680.14910.15761.04042-0.403-0.03791.033680.14910.1576J側(cè)電壓J側(cè)有功J側(cè)無(wú)功STNA-230GEN2-2301.03368GEN3-230STNB-2301.03301STNA-230GEN2-2301.033娜區(qū)域一1I側(cè)母線J側(cè)

17、母線I側(cè)電壓-0.47610.5095-0.4761I側(cè)有功-0.0923-0.2283-0.0923I側(cè)無(wú)功1.04014-0.4830.20181.023470.50.10861.04014-0.4830.2018J側(cè)電壓J側(cè)有功J側(cè)無(wú)功GEN2-230STNC-2301.040140.66430.07541.024890.6607STNC-230GEN3-2301.02489-0.3395-0.14691.03301-0.3408表47兩繞組變壓器潮流計(jì)算結(jié)果0.20320.0632兩繞組變壓器結(jié)果報(bào)表作業(yè)名：作業(yè)_1計(jì)算日期：2013/06/24時(shí)間：18:21:59單位:p.u.區(qū)域

18、全網(wǎng)兩繞組變壓器名稱*T2w_1*T2w_14區(qū)域全網(wǎng)兩繞組變壓器名稱*T2w_12區(qū)域全網(wǎng)兩繞組變壓器名稱分區(qū)區(qū)域一2I側(cè)母線廠站發(fā)電廠1J側(cè)母線I側(cè)有功I側(cè)無(wú)功J側(cè)有功J側(cè)無(wú)功發(fā)電1發(fā)電1分區(qū)區(qū)域一1I側(cè)母線GEN1-230GEN1-230廠站發(fā)電廠2J側(cè)母線0.3508-0.00430.3508-0.0043I側(cè)有功I側(cè)無(wú)功0.3508-0.01080.3508-0.0108J側(cè)有功J側(cè)無(wú)功發(fā)電2分區(qū)區(qū)域一1I側(cè)母線GEN2-230廠站發(fā)電廠3J側(cè)母線1.6309-0.16861.6309-0.3285I側(cè)有功I側(cè)無(wú)功J側(cè)有功J側(cè)無(wú)功135結(jié)論電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中的一種最基本的計(jì)算，它是研究和分析電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件確定網(wǎng)絡(luò)中的功率分布、功率損耗，以及各母線的電壓。潮流計(jì)算的主要目的是：(1)在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，用于選擇接線方式，選擇電氣設(shè)備；(2)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，用于確定運(yùn)行方式，制定檢修計(jì)劃，為調(diào)壓計(jì)算、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算提供必要的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)主要選用的是牛頓一拉夫遜潮流計(jì)算方法結(jié)合計(jì)算機(jī)方法。將一個(gè)區(qū)域分成兩個(gè)