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电力系统潮流计算论文.doc

发布时间：2022-06-18 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.10M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    电力系统课程设计论文 ——潮流计算 学院：电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电自 0000 姓名：00 学号：0803110136
    电力系统课程设计论文——潮流计算 内容摘要：潮流计算是电力系统最基本最常用的计算。根据系统给定的运行条件，网 络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压（幅值和相角），各元件流 过的功率，整个系统的功率损耗。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手 段和重要工作环节。因此，潮流计算在电力系统的规划计算，生产运行，调度管理及 科学计算中都有着广泛的应用。 潮 流 计 算 在 数 学 上 是 多 元 非 线 性 方 程 组 的 求 解 问 题 ， 牛 顿 — 拉 夫 逊 Newton-Raphson 法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。运用电 子计算机计算一般要完成以下几个步骤：建立数学模型，确定解算方法，制订计算流 程，编制计算程序。 这次课程设计主要是给定网络地理接线图和各元件电气接线关系，以及各个变 电所的负荷以及对个别节点的电压和功率的要求，需要我们画出等效电路图，在计算 出各元件参数的基础上，运用牛顿---拉夫逊法, 运用 MATLAB 软件进行潮流计算，对 给定题目进行分析计算，再应用 DDRTS 软件，构建系统图进行仿真，利用 DDRTS 软件 绘制系统图，进行同样过程的潮流分析，并与 MATLAB 计算结果进行比较。两种结果 比较接近，符合要求，最终得到合理的系统潮流。通过调节各变压器的非标准变比， 求解出符合题中要求的各个节点电压，各元件流过的功率以及各条支路的功率损耗等 参数。 本次课程设计用到的知识： 1．电力系统潮流计算的基本概念,对电力系统、网络的构成，网络的已知参量以及网 络需要求解的未知量等有基本的了解，了解电网各母线类型。 2. 方程和导纳矩阵的形成,掌握网络的基本方程式，非标准变比变压器的模拟实验方 法及导纳矩阵的形成。 3．线性代数方程组的解算方法：高斯消去法. 4．电力系统潮流求解算法：了解用于电力系统潮流计算的牛顿—拉夫逊法， 及实现 框图。 5．实验（上机）内容 （1）学会形成导纳阵 （2）学会形成 B1 阵 B2 阵 （3）学会用 Matlab 调试程序 （4）学会由结果分析问题 关键词：牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson） 变压器及非标准变比 无功调节 潮 流计算 Matlab 1
    目录 一、电力系统潮流计算以及变量的概述 ·变量分类………………………………………………………………………………… ·节点控制………………………………………………………………………………… 二、题目原始资料 三、课程设计内容及要求 · 课程设计基本内容……………………………………………………………………… · 课程设计成品基本要求………………………………………………………………… 四、解题主要思路 ·网络等值电路…………………………………………………………………………… ·参数计算………………………………………………………………………………… ·等值电路………………………………………………………………………………… ·形成 B1、B2 矩阵………………………………………………………………………… ·修改程序………………………………………………………………………………… ·运行调试………………………………………………………………………………… ·DDRTS 软件仿真…………………………………………………………………………… 五、潮流的计算 ·牛顿–拉夫逊潮流计算法的求解过程………………………………………………… ·牛顿–拉夫逊潮流计算法的计算框图………………………………………………… 六、改变负荷进行潮流计算 ·4 个变电所的负荷同时以 2%的比例增大………………………………………………… ·四个变电所负荷同时减小 2%…………………………………………………………… ·1、4 降 2%，2、3 增 2%……………………………………………………………………… 七、改变网络结构进行潮流计算 ·断开环网中的 1、5 回线………………………………………………………………… ·断开环网中的 1、6 回线………………………………………………………………… ·断开环网中的 5、6 回线………………………………………………………………… 九、设计心得 ·损耗分析…………………………………………………………………………………… 八、设计心得 ·我的收获………………………………………………………………………………… 九、参考文献 十、附录——程序清单 2
    一、电力系统潮流计算以及变量的概述 在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中 的损耗也将发生变化。要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能 的，因此系统运行中个节点出现电压的偏移是不可避免的。为了保证电力系统的稳定 运行，要进行潮流调节。 广义的潮流计算给定的变量可以是四个变量中的任意组合，共有十五种节点类 型，此外四个变量都不给定也是一种节点，故可能是十六种类型，为了适应联络线功 率给定的要求，广义潮流还考虑将线路的有功功率给定及五功功率的给定作为潮流平 衡方程式。本次课程设计主要应用拉牛顿——拉夫逊潮流计算。 变量的分类： 扰动变量：负荷消耗的有功、无功功率— 1LP 、 1LQ 、 2LP 、 2LQ 控制变量：电源发出的有功、无功功率—— 1GP 、 1GQ 、 2GP 、 2GQ 状态变量：母线或节点的电压大小和相位—— 1U 、 2U 、 1 、 2 在这十二个变量中，负荷消耗的有功和无功功率无法控制，因它们取决于用户， 它们就称为不可控变量或是扰动变量。电源发出的有功无功功率是可以控制的自变 量，因此它们就称为控制变量。母线或节点电压的大小和相位角——是受控制变量控 制的因变量。 为了保证系统的正常运行必须满足以下的约束条件：① min GiP ＜ GiP ＜ max GiP GiQ ＜ GiQ ＜ max GiQ ；② min iU ＜ iU ＜ max iU ；③∣ i— j ∣ min <∣ i — j ∣< ∣ i min — j ∣ max 节点的分类： ⑴ 第一类称 PQ 节点。等值负荷功率 LiP 、 LiQ 和等值电源功率 GiP 、 GiQ 是给定的，从 而注入功率 iP 、是给定的，待求的则是节点电压的大小和相位角 i 。属于这类节点的 有按给定有功、无功率发电的发电厂母线和没有其他电源的变电所母线； ⑵ 第二类称 PV 节点。等值负荷和等值电源的有功功率 LiP 、 GiP 是给定的，从而 注入有功功率 iP 、 iQ 是给定的。等值负荷的无功功率 LiQ 和节点电压的大小 iU 也 是给定的。待求的则是等值电源的无功功率 GiQ ，从而注入无功功率 iQ 和节点电压的 相位角 i 。有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线都可以 作为 PV 节点； ⑶ 第三类平衡节点。潮流计算时一般只设一个平衡节点。等值负荷功率 GiP 、 GiQ 是 给定的，节点电压的大小和相位也是给定的。担任调整系统频率任务的发电厂母线往 3
    往被选作为平衡节点。 为保证电力系统的稳定运行，对电压实现如下的管理和控制： 1. 为了保证电力系统静态与暂态的稳定运行以及变压器带负荷调压分接头的运行范 围和厂用电，系统的运行电压必须大于某一最低值。 2. 在正常运行时，必须具有规定的无功功率储备，以保证事故后系统最低电压大于 规定的最低值，防止出现电压崩溃事故和同步稳定性破坏。 3. 保持系统电压低于规定的最大数值，以适应电力设备的绝缘水平和避免变压器过 饱和，并向用户提供合理的最高水平电压。 4. 在上述制约条件下，尽可能减少网络的有功功率损耗，以取得经济效益。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功功 率输出应满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的要求，否则电压就回偏 离额定值。所以在必要的时候要对无功功率进行调节。为了实现超高压电网的电压控 制，需要在网络中的适当地点装设一定数量的无功补偿设备。这些无功补偿设备的容 量，运行性能和装设地点，必须满足和适应电网控制的要求。 二、题目原始资料 系统地理接线如图所示， 线长为：1－火厂：70km 2－火厂：120km 4－火厂：80km 2－3：100km 3－水厂：60km 3－火厂：200km 均为双回线，电压为 220KV，单回线路参数为： r1=0.085 Ω/km x1=0.32 Ω/km b1=3.5*10-6 四个变电所的负荷 cosФ=0.85,年初负荷分配如下： s/km ①70MW ②90MW ③60MW ④80MW 10KV 35KV 10KV 35KV 1 火厂 2 水厂 3 1 4 变压器配置：P=60MW 时，配二台 50MVA 变压器；每台 PK=254KW，uk%=14.5 P=70 MW 时，配二台 63MVA 变压器；每台 PK=245KW，uk%=12.5 P=80 MW 时，配二台 63MVA 变压器；每台 PK=245KW，uk%=12.5 P=90 MW 时，配二台 75MVA 变压器；每台 PK=414KW，uk%=16.7 要求：①、变电所的负荷为年初数值，年末最大运行方式数值应比年初数值高 10％ 年中最大运行方式数值应比年初数值低 3％ 各时期最小运行方式数值应比当时的最大运行方式数值低 30％ ②、火电厂作为平衡节点，水电厂作为 PV 节点。 ③、各节点电压应在 UN－1.05UN 之间 ④、水厂夏季满发 P=120MW，－40
    3) 1 和 4 号变电所的负荷同时以 2%的比例下降，而 2 和 3 号变电所的负荷 同时以 2%的比例上升； 4. 在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要求， 进行电压的调整。轮流断开支路双回线中的一条，分析潮流的分布。（几条支 路断几次） 5. 利用 DDRTS 软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并进行结 果的比较。 6. 最终形成课程设计成品说明书。 课程设计成品基本要求： 1. 在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图 2. 通过输入数据，进行潮流计算输出结果 3. 对不同的负荷变化，分析潮流分布，写出分析说明。 4. 对不同的负荷变化，进行潮流的调节控制，并说明调节控制的方法，并列表 表示调节控制的参数变化。 5. 打印利用 DDRTS 进行潮流分析绘制的系统图，以及潮流分布图。 系统的网络接线图如下图所示： 四、解题主要思路 5
    参数计算及等值电路的绘制 1．节点设置及分类 根据电力系统图将火电厂母线设为节点节点 1，水电厂节点设为节点 8，将变电 所 1、2、3、4 的高压侧分别设为节点 2、5、6、9、低压侧为 3、4、7、10。并且， 将节点 1 设为平衡节点，将节点 8 设为 PV 节点，其余节点设为 PQ 节点，即： 节点分类标号 igl  平衡节点 1  —  109765432 —、、、、、、、   8 —  节点 PV PQ 节点 平衡节点：1（电压初始设置为 231V） PV 节点：2 （电压初始设置为 231V，由于总负荷为 200MW 电厂 1 和电厂 2 装机 容量比约为 3:2，所以设置电厂 2 的发电功率为 120MW） PQ 节点：2、3、4、5、6、7、9、10（电压设置为 220V）。 电压基准值为 220V，视在功率基准值为 100WVA。 2．支路参数计算并求解 设定电压基准值为 220V，视在功率基准值为 100WVA，根据题目原始资料，计算 发电厂、变压器及线路的参数有名值。 参数计算公式如下： 1.变压器阻抗： R T  2 N UP k 2 S N  10  3 2.变压器电抗： 3.线路电阻： 4.电抗： 5.线路电纳： 6.变电所负荷分别为： X T  U K 100 % 2 U N S N LrR  X  Lx B=b·L 变电所 1 LS =47.53+j29.456 变电所 2 LS =61.11+j37.873 变电所 3 LS =40.74+j25.248 变电所 4 LS =54.32+j33.665 6
    将参数整理，双回路支路阻抗除以 2，对地电纳乘以 2，见下表： 表 1 各支路等值参数 首端号 末端号 支路的阻抗（R+jx）/  支路的对地电纳 B/ S 1 2 1 5 5 6 6 1 1 9 2 3 5 4 6 8 7 6 9 10 2.975+j11.2 j0.00049 1.494+j48.016 10.2+j38.4 1.718+j53.885 8.5+j32 2.55+j9.6 2.459+j70.18 17+j64 3.4+j12.8 1.494+j48.016 0 j0.00042 0 J0.00035 j0.00042 0 J0.0007 j0.00056 0 6.计算变压器分接头：0.95 -1.05 变压器有 5 个抽头，电压调节范围为 NU  2*2.5%， NU 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 以备调压时选用。 7.求解方法 首先，画出系统的等效电路图，在计算出各元件参数的基础上，应用牛顿—拉夫 逊 Newton-Raphson 法以及 MATLAB 软件进行计算对给定系统图进行了四种不同负荷下 的潮流计算，经过调节均得到符合电压限制及功率限制的潮流分布。 其次，轮流断开环网的三条支路，在新的系统结构下进行次潮流计算，结果亦均 满足潮流分布要求。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，应用 DDRTS 软件，构建系统图，对给定负荷重新进行分析，潮流计算后的 结果也能满足相应的参数要求，将两者进行比较。 采用标么值进行计算,根据题中最高电压等级为 220KV,所以选择基准电压及功 率分别为： S  100 M ,VA U  220 ZKV ,  B B U S 2 B B  484  据此可以计算各部分标幺值。 绘制等效电路时，双回线阻抗减半，容抗加倍；并联变压器阻抗变为一半，无容 抗。 7
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