电力系统程序设计
广西大学电气工程学院
2005年1月
第一章 原始数据
电力系统原始数据是电力系统计算的基础。电力系统每个计算程序都要求输入
一定的原始数据,这些数据可以反映电力网络结构、电力系统正常运行条件、电力
系统各元件参数和特性曲线。不同的计算程序需要不用的原始数据。
第一节 电力网络的描述
电力网络是由输电线路、电力变压器、电容器和电抗器等元件组成。这些元件
一般用集中参数的电阻、电抗和电容表示。为了表示电力网络中各元件是怎样互相
连接的,通常要对网络节点进行编号。电力网络的结构和参数由电力网络中各支路
的特性来描述。
1.1.1 线路参数
在电力系统程序设计中,线路参数一般采用线路的Π型数学模型,即线路用节点
间的阻抗和节点对地容性电纳来表示,由于线路的对地电导很小,一般可忽略不计。
其等价回路如下:
r+jx
i j
-jb/2 -jb/2
对于线路参数的数据文件格式一般可写为:
线路参数(序号,节点i,节点j,r,x,b/2)
1.1.2 变压器参数
在电力系统程序设计中,变压器参数一般采用Π型等值变压器模型,这是一种可
等值地体现变压器电压变换功能的模型。在多电压级网络计算中采用这种变压器模
型后,就可不必进行参数和变量的归算。双绕组变压器的等值回路如下:
k ZT
Zk
2
T
k
−1
kZT
k
−1
k:1 ZT
(a)接入理想变压器后的等值电路 (b) 等值电路以导纳表示
YT/k
1(
Yk
)
−
T
k
2
1( −
Yk
T)
k
(c) 等值电路以导纳表示
三绕组变压器的等值回路如下:
综合所述,三绕组变压器的等值电路可以用两个双绕组变压器的等值电路来表
示。因此,对于变压器参数的数据文件格式一般可写为:
变压器参数(序号,节点i,节点j,r,x,k0)
其中,k0表示变压器变比。
1.1.3对地支路参数
对地支路参数一般以导纳形式表示,其等价回路如下:
i
g-jb
对地支路参数的数据文件格式一般可写为:
接地支路参数(序号,节点i,gi,bi)
第二节 电力系统运行条件数据
电力系统运行条件数据包括发电机(含调相机)所连接的节点号、有功与无功
功率;负荷所连接的节点号、有功与无功功率;PV节点与给定电压值;平衡节点的
节点号与给定电压值。
1.2.1节点功率参数
电力系统中有流入流出功率的称为功率节点,有流入功率的称发电节点,一般
为各发电站、枢纽变电站等节点;有流出功率的称负荷节点。对于电力系统稳态计
算来说,功率节点都用有功功率P和无功功率Q来简单表示。其等价回路如下:
QG
PG PL
QL
节点功率参数的数据文件格式一般可写为:
节点功率数据(序号,节点i,PGi,QGi,PLi,QLi)
1.2.2 PV节点参数
根据给定节点变量的不同,可以有以下三种类型的节点:
1. PV节点(电压控制母线)
这种节点的注入有功功率Pi为给定值,电压Ui也保持在给定数值。这种类型节
点相当于发电机母线节点,其注入的有功功率由汽轮机调速器设定,而电压则大小
由装在发电机上的励磁调节器控制;或者相应于一个装有调相机或静止补偿器的变
电所母线,其电压由可调无功功率的控制器设定。
要求有连续可调的无功设备,调无功来调电压值。
2. PQ节点
这种节点的注入有功和无功功率是给定的,相应于实际电力系统中的一个负荷
节点,或有功和无功功率给定的发电机母线。
3. 平衡节点
这种节点用来平衡全电网的功率,一般选用一容量足够大的发电厂(通常是承
担系统调频任务的发电厂)来担任。平衡节点的电压和相位大小是给定的,通常以
它的相角为参考量,即取其电压相角为0。一个独立的电力网络只设一个平衡节点。
三类节点的划分并不是绝对不变的。PV节点之所以能控制其节点的电压为某一
设定值,重要原因在于它具有可调节的无功功率出力。一旦它的无功功率出力达到
可调节的上限或下限,就不能使电压保持在设定值,PV节点将转化成PQ节点。
对于这三种类型的节点参数可如下表示
2. 平衡节点:给出节点编号,节点电压。
3. PQ节点:在节点功率参数中就可表示。
4. PV节点:需单列,其数据文件格式一般可写为:
PV节点数据(序号,节点i,电压Vi,无功功率下限,无功功率上限)。
第三节 发电机参数
在故障计算中,除了上述数据外,还需要输入故障信息,发电机的负序电抗
和次暂态电抗。在简化模型的暂态稳定计算中,还需要输入发电机的直轴暂态电抗、
交轴同步电抗、负序电抗和转子惯性时间常数。在简化模型的静态稳定计算中,还
需要输入发电机的直轴暂态电抗和转子惯性时间常数。
第四节 各类数据文件格式
1.4.1一般潮流数据文件格式
4. 节点数,平衡节点,平衡节点电压,计算精度
5. 线路参数(序号,节点i,节点j,r,x,b/2)
6. 变压器参数(序号,节点i,节点j,r,x,k0)
7. 接地支路参数(序号,节点i,gi,bi)
8. 节点功率数据(序号,节点i,PGi,QGi,PLi,QLi)
9. PV节点数据(序号,节点i,电压Vi,无功功率下限,无功功率上限)
1.4.2故障信息文件格式
故障信息(序号,故障类型,故障线路首端节点号,故障线路末端节点号,故
障开始时间,故障结束时间,故障地点,附加信息)
1.4.3发电机数据文件格式
发电机数据(序号,节点i,负序电抗x2,直轴次暂态电抗x”
交轴同步电抗xq,转子惯性时间常数Tj)
d,直轴暂态电抗x’
d,
电力系统网络矩阵
第一节 节点导纳矩阵
2.1.1节点电压方程
I =
B
B
UY
B
用计算机计算复杂电力系统稳态问题时,一般要用到节点电压方程。在电路理
论课程中,已导出了运用节点导纳矩阵的节点电压方程:
其中:IB:为节点注入电流的列向量,可理解为各节点电源电流与负荷电流之和,
并规定电源流向网络的注入电流为正;
UB:为节点电压的列向量;
YB:为节点导纳矩阵。
Y
Y
n
12
1
Y
Y
n
22
Y
Y
n
nn
Y
⎡
11
⎢
Y
⎢
21
⎢
⎢
Y
⎣
n
1
2.1.2 节点导纳矩阵
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
2
2
其中:对角元Yii称为自导纳,数值上等于该节点直接连接的所有支路导纳的总和;
非对角元Yij称为互导纳,数值上等于连接节点i,j支路导纳的负值。
N个节点的电力网络的节点导纳矩阵的特点:
1 n×n阶方阵;
2 对称;
3 复数矩阵;
4 每一非对角元素Yij是节点i和j间支路导纳的负值,当i和j间没有直接相连的支路
时,为0。根据一般电力系统的特点,每一节点平均与3-5个相邻节点有直接联
系,所以导纳矩阵是一高度稀疏矩阵。互导纳,不包括对地支路;
5 对角元素Yii为所有联结于节点i的支路的导纳之和。
2.1.3 节点导纳矩阵的修改
1.原网络节点增加一接地支路
设在节点i增加一接地支路,由于没有增加节点数,节点导纳矩阵阶数不变,只
有自导纳Yii发生变化,变化量为节点i新增接地支路导纳yi’:
Yii’=Yii+yi’
2.原网络节点i,j增加一条支路
节点导纳矩阵的阶数不变,只是由于节点i和j间增加了一条支路导纳yij而使节点
i和j之间的互导纳、自导纳发生变化:
Yii’=Yii+yij Yjj’=Yjj+yij Yij’= Yji’= Yij-yij
3.从原网络引出一条新支路,同时增加一个新节点
设原网络有n个节点,从节点i(i≤n)引出一条支路yij及新增一节点j,由于网络节
点多了一个,所以节点导纳矩阵也增加一阶,有变化部分:
Yii’=Yii+yij Yjj’=yij Yij’= Yji’=-yij
4.删除网络中的一条支路
与增加相反,可理解为增加了一条负支路。
5.修改原网络中的支路参数
可理解为先将被修改支路删除,然后增加一条参数为修改后导纳值的支路。因
此,修改原网络中的支路参数可通过给原网络并联一条支路来实现。
6.增加一台变压器
可由步骤1、2构成。
7.将节点i、j之间变压器的变比由k改为k’
可由步骤5构成。
2.1.4节点导纳矩阵的存储
其为高度稀疏的N阶复数对称方阵。因此记录矩阵的下三角即可。