電力系統(tǒng)分析課設(shè)

1、目錄第一章 psasp簡介11.1 pasp簡介11.2 psasp結(jié)構(gòu)、功能及特點11.3 psasp的使用方法2第二章 牛頓拉夫遜潮流計算的基本原理32.1 牛頓-拉夫遜法的基本原理32.2 牛頓-拉夫遜法潮流計算的修正方程62.3 潮流計算的基本特點7第三章 單線圖及元件數(shù)據(jù)93.1 基本數(shù)據(jù)如下：93.2 單線圖103.3 潮流計算結(jié)果輸出報表11結(jié) 論15參考文獻16摘 要電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效，無污染，使用方便，易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生率第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準已經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

2、分析包括潮流計算和靜態(tài)安全分析。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)最基本的計算，也是最重要的計算。所謂潮流計算，就是已知電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運行條件，計算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行各母線電壓、個支路電流與功率及網(wǎng)損。對于正在運行的電力系統(tǒng)，通過潮流計算可以判斷電網(wǎng)母線電壓、支路電流和功率是否越限，如果有越限，就應(yīng)采取措施，調(diào)整運行方式。對于正在規(guī)劃的電力系統(tǒng)，通過潮流計算，可以為選擇電網(wǎng)供電方案和電氣設(shè)備提供依據(jù)。潮流計算還可以為繼電保護和自動裝置定整計算、電力系統(tǒng)故障計算和穩(wěn)定計算等提供原始數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 潮流計算 牛頓-拉夫遜法第一章 psasp簡介1.1 pasp簡介電力系統(tǒng)分析綜合程序（pow

3、er system analysis software package）簡稱psasp。是一套歷史長久、功能強大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，它具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包。psasp基于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可進行電力系統(tǒng)(輸電、供電和配電系統(tǒng))的各種計算分析 。1.2 psasp結(jié)構(gòu)、功能及特點1、結(jié)構(gòu)：基于公用數(shù)據(jù)和模型的三層體系結(jié)構(gòu) 。第一層：公用數(shù)據(jù)和摸型的的資源庫 ；第二層：基于資源庫的應(yīng)用程序包 ；第三層：計算結(jié)果庫和分析工具 。文本和圖形兩種錄入編輯方式的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫 ，是支持 psasp 各種計算的公

4、用數(shù)據(jù) ，包含發(fā)電機、變壓器、交流線、負荷、直流線、靜止無功補償器等電網(wǎng)基本元件 ，有文本和圖形兩種數(shù)據(jù)錄入編輯方式 ，可提供各種分析計算的基本數(shù)據(jù)支持 ，可按地區(qū)、年度、運行方式從中抽取計算的基本數(shù)據(jù) ，直觀方便、功能強大的用戶自定義模型方法 。psasp 設(shè)計了功能強大的用戶自定義(ud)建模方法，提供了自行建模來研究電力系統(tǒng)新設(shè)備、新裝置的得力工具。近年來國內(nèi)多所大學(xué)和科研單位應(yīng)用psasp 的ud功能做了大量的研究工作。 所謂用戶自定義建模方法是在無須了解程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程設(shè)計的條件下，用戶可按自己計算分析的需要，用工程技術(shù)人員熟悉的概念和容易掌握的方法，設(shè)計各種模型，使其在原則上可以

5、靈活模擬任何系統(tǒng)元件、自動裝置和控制功能。為擴充psasp的功能，向用戶開放提供非常有力的工具 ?？勺杂山⑷魏卧哪Ｐ停娫?、負荷、各種控制保護裝置、facts元件等），作為各種計算的模型庫，直觀方便的文本和圖形兩種模型編輯方式。1、 基于公用資源的交直電力系統(tǒng)分析程序包，有以下應(yīng)用功能： 潮流計算 、暫態(tài)穩(wěn)定 、短路電流 、網(wǎng)損分析 、電壓穩(wěn)定 、靜態(tài)安全分析 、靜態(tài)和動態(tài)等值 、直接法暫態(tài)穩(wěn)定 、小干擾穩(wěn)定 、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化 、參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào) 、繼電保護整定與仿真 。2、 主要特點：交直流混合電力系統(tǒng) 、交直流混合電力系統(tǒng) 、固定模型庫和用戶自定義模型庫支持 、提供用戶程序接口，實現(xiàn)

6、與用戶程序聯(lián)合運行 、文本和圖形兩種運行模式及多種形式的結(jié)果輸出 、開放友好的用戶程序接口環(huán)境 。psasp提供用戶程序接口(upi)環(huán)境，使psasp模塊和用戶程序模塊聯(lián)合運行，共同完成某一計算任務(wù)upi為用戶提供了更加自由，更加開放的環(huán)境，即通過編程(語言工具不限 如fortran，c+等)。利用windows操作系統(tǒng)提供的動態(tài)連接庫(dll)支持，可以使upi方式與psasp內(nèi)部的固定模型方式，在計算精度和時間上達到同樣的效果 。近年來，不少單位應(yīng)用upi做了很多富有成效的科研工作 。 1.3 psasp的使用方法（1） 輸入電網(wǎng)數(shù)據(jù)，形成電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及元件公用參數(shù)數(shù)據(jù)庫，也可使用用戶

7、定義模型ud，在此可以將數(shù)據(jù)合理組織成若干數(shù)據(jù)組，以便下一步形成不同的數(shù)據(jù)方案。文本支持環(huán)境：點擊“數(shù)據(jù)”菜單項，執(zhí)行“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”和“公用參數(shù)”命令，可依次輸入電網(wǎng)元件的參數(shù)。圖形支持環(huán)境：在“編輯模式”下，利用工具箱，輸入電網(wǎng)接線圖。作圖時，若元件參數(shù)尚未輸入，會自動彈出相關(guān)數(shù)據(jù)錄入窗口，此時輸入數(shù)據(jù)即可。注意：兩種環(huán)境下，均應(yīng)先輸入母線數(shù)據(jù)，再處理其他元件。（2） 方案定義：從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)組，組成不同方案，以確定電網(wǎng)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和運行方式。文本支持環(huán)境：點擊“計算”菜單選項，執(zhí)行“方案定義”命令。圖形支持環(huán)境：“運行模式”下，點擊“作業(yè)”菜單項，執(zhí)行“方案定義”命令。（3） 數(shù)據(jù)檢

8、查：對確定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行檢查，檢查網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的合理性，計算規(guī)模是否超出范圍。文本支持環(huán)境：點擊“計算”菜單項，執(zhí)行“數(shù)據(jù)檢查”命令。圖形支持環(huán)境：“運行模式”下，點擊“作業(yè)”菜單選項，執(zhí)行“數(shù)據(jù)檢查”命令。（4） 作業(yè)定義：給出作業(yè)控制信息，明確具體的計算任務(wù)。文本支持環(huán)境：點擊“計算”菜單項，執(zhí)行“短路”命令。圖形支持環(huán)境：“運行模式”下，點擊“作業(yè)”菜單項，執(zhí)行“短路”命令。（5） 執(zhí)行計算：文本支持環(huán)境：在上述“短路計算信息”窗口完成作業(yè)定義之后，點擊“計算”按鈕即可。圖形支持環(huán)境：“運行模式”下，a. 點擊“視圖”菜單項，執(zhí)行“短路”命令，選擇作業(yè)。b. 點擊“計算”菜單項，執(zhí)行“短路”

9、命令，執(zhí)行計算。c. 點擊“格式”菜單項，執(zhí)行“短路結(jié)果”命令，確定計算結(jié)果在圖上的顯示方式。（6） 報表輸出結(jié)果：用戶可選擇期望的輸出范圍，輸出內(nèi)容和輸出方式。文本支持環(huán)境：點擊“結(jié)果”菜單項，執(zhí)行“短路”命令。圖形支持環(huán)境：“運行模式”下，點擊“報表”菜單項，執(zhí)行“短路”命令。第二章 牛頓拉夫遜潮流計算的基本原理2.1 牛頓-拉夫遜法的基本原理牛頓拉夫遜迭代法是常用的解非線性方程組的方法，也是當(dāng)前廣泛采用的計算潮流的方法，其標準模式如下。設(shè)有非線性方程組 式（2.1）其近似解為。設(shè)近似解與精確解分別相差，則如下的關(guān)式應(yīng)該成立： 式（2.2）上式中任何一式都可按泰勒級數(shù)展開，由此可得： 式（

10、2.3） 以第一式為例， ，式子中：，分別表示以帶入這些偏導(dǎo)數(shù)表示式時的計算所得，則是一包含，的高次方與的高階偏導(dǎo)數(shù)相乘的函數(shù)。如果與精確解相差不大，則的高次方可以略去，從而也可以略去。由此可得： 式（2.4）或簡寫為： 式（2.5）式中：稱函數(shù)的雅克比矩陣，為由組成的列向量，則稱不平衡向量的列向量。將帶入，可得中的各個元素。然后運用任何一組解線性代數(shù)方程的方法，可求得，從而球的經(jīng)第一次迭代后的新值。再將求得的代入，又可以求得的新值，從而解得以及。如此循環(huán)而已，最后可獲得足夠精確的解。運用這種方法計算時，的初值要選擇比較接近他們的精確解，否則迭代過程可能不收斂。將這種情況簡單說明如下。設(shè)函數(shù)的

11、圖像如圖所示，運用這種方法解算時的修正方程式為按著修正方程式迭代求解過程就中由求，的過程。如的初值選擇的接近其精確解，迭代過程將循序收斂；反之，將不收斂。正因為這樣，某些運用牛頓拉夫遜計算潮流的程序中，第一、第二次迭代采用高斯賽德爾法，這是因為后者對的初值的選擇沒有嚴格要求。與運用高斯賽德爾法時不同，運用牛頓法拉夫遜法時，可以直接用以求解功率方程。 式（2.6）而為此需將代入 式（2.7）并將實數(shù)部分和虛數(shù)部分分列 式（2.8a） 式（2.8b）此外，由于系統(tǒng)中還有電壓大小給定的pv節(jié)點，還應(yīng)補充一組方程式 式（2.8c）和分別表示迭代過程中求得的節(jié)點電壓實部與虛部，為pq節(jié)點和pv節(jié)點的注入

12、有功功率，為pq節(jié)點的注入有功功率，為pv節(jié)點的電壓大小。對照式(2.8)、式(2.1)可見，式(2-8)的右端項、分別是給定的注入功率和節(jié)點電壓大小的平方值，他們就對應(yīng)于式(2.1)右端項；式(2.2)的左端函數(shù)分別是由迭代過程求得的節(jié)點電壓確定的注入功率和節(jié)點電壓大小的平方值，它就對應(yīng)于式(2.1)中的左端函數(shù)；于是，式(2.8)中的和就對應(yīng)于式(2.1)中的。至于修正方程式(2.4)中雅可比矩陣的各個元素，顯然就是迭代過程中求得的注入功率各個節(jié)點電壓大小的平方值相對應(yīng)的的偏導(dǎo)數(shù)。牛頓法的核心便是反復(fù)形成并求解修正方程。牛頓法當(dāng)初始估計值和方程的精確解足夠接近時，收斂速度非常快。2.2 牛

13、頓-拉夫遜法潮流計算的修正方程牛頓潮流計算的核心問題是修正方程式的建立和求解。為說明這一修正方程的建立過程，先對網(wǎng)絡(luò)中個節(jié)點的編號作如下約定：(1)網(wǎng)絡(luò)中共有n個節(jié)點，編號為1,2,3,n，其中包含一個平衡節(jié)點，編號為s；(2)網(wǎng)絡(luò)中有m個pq節(jié)點，編號為1,2,3,m，其中包含編號為s的平衡節(jié)點；(3)網(wǎng)絡(luò)中有n-m個pv節(jié)點，編號為m+1,m+2,n。據(jù)此，由式（2-8a）、(2-8b)、(2-8c)所組成的方程式組中共有2(n-1)個獨立方程式。其中，式（2-8a）類型的有(n-1)個，包括除平衡節(jié)點為所有節(jié)點有功功率的表示式，即i=1,2,3,n，is；式（2-8b）類型的有(m-1)

14、個，包括所有pq節(jié)點無功功率的表示式，即i=1,2,3,n，is；式（2-8c）類型的有(n-1)-(m-1)=n-m個，包括所有pv節(jié)點電壓的表達式，i=m+1,m+2,n。平衡節(jié)點s的功率和電壓之所以不包括在這個方程內(nèi)，是由于平衡節(jié)點的注入功率不可能事先給定，從而不可能列出相應(yīng)的 的表達式，而平衡節(jié)點的電壓則不必求取。為此，就可以建立類似(2-4)的修成方程式如下： 式(2-10)2.3 潮流計算的基本特點形成了雅可比矩陣并建立了修正方程式，運用牛頓-拉夫遜計算潮流的核心問題已經(jīng)解決，已有可能列出基本計算步驟并編制流程圖。顯然，雖修正方程有兩種不同表示方法，但是牛頓拉夫遜潮流計算的基本步驟

15、卻總不外乎如下幾步：（1）形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣。（2）設(shè)個節(jié)點電壓的初值。（3）將各節(jié)點電壓的初值帶入式中求修正方程式中的不平衡量以及。（4）將節(jié)點電壓的初值代入式（2.14b）求修正方程式的系數(shù)矩陣，即雅可比矩陣的各個元素、以及、。（5）解修正方程式，求各節(jié)點電壓的變化量，即修正量、。（6）計算各節(jié)點電壓的新值，即修正后值:（7）運用各節(jié)點電壓側(cè)初值自第三步開始進入下一次迭代。（8）計算平衡節(jié)點功率和線路功率。其中平衡節(jié)點功率為： 式(2.15)線路功率為： 式(2.16) 式(2.17)從而，線路上的損耗功率為 式(2.18)圖2-1 線路上流通的電流和功率第三章 單線圖及元件數(shù)據(jù)3.1 基本

16、數(shù)據(jù)如下：表3-1 母線數(shù)據(jù)母線名 基準電壓區(qū)域號電壓上限電壓下限發(fā)電 116.5000218.150014.8500發(fā)電 218.000119.80016.2000發(fā)電 313.8000115.180012.4200gen1-230230.00020.00000.0000gen2-230230.00010.00000.0000gen3-230230.00010.00000.0000stna-230230.00020.00000.0000stnb-230230.00020.00000.0000stnc-230230.00010.00000.0000表3-2 交流線數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)組i 側(cè)母線j 側(cè)母線編號所屬區(qū)域單位正序電阻正序電抗正序充電電納的 1/2常規(guī)gen1-230stna-2301i側(cè)標么0.0100000.0850000.088000常規(guī)stna-230gen2-2302i側(cè)標么0.0320000.1610000.153000常規(guī)gen2-230stnc-2303i側(cè)標么0.0085000.0720000.0745