电力系统的潮流计算.doc

信息工程系电力系统分析课程设计报告书 题目： 电力系统的潮流计算 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 09级14班 学 号： K 学生姓名： 谭辉 指导教师： 钟健伟 2012年3月12日信息工程学院课程设计任务书学生姓名谭辉学 号K成 绩设计题目电力系统潮流计算设计内容2 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。3 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，并对计算结果进行分析。4 跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。4.7 4个变电所的负荷同时以2%的比例增大；4.8 4个变电所的负荷同时以2%的比例下降4.9 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；5 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。（变电所低压母线电压10KV要求调整范围在9.5-10.5之间；电压35KV要求调整范围在35-36之间）6 轮流断开环网一回线，分析潮流的分布。7 利用仿真软件，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。8 最终形成课程设计成品说明书。设计要求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.时间安排第二周：周一复习潮流计算的相关知识设计。周四选定题目并复习潮流计算的相关知识。周五学习课程设计的格式及相关要求并在网上查询电力系统课程设计的相关设计第三周：周一和周二学习MATLAB软件。周三查找电力系统分析潮流计算的程序和利用C语言书籍查看潮流计算程序。周四和周五仍在分析潮流计算程序。第四周：周一和周二学习DDRTS软件。周四根据题目画出等值电路，绘制程序流程图。用MATLAB进行潮流计算。周五进行仿真并整理报告。参考资料1、电力系统分析课程设计综合实验，祝淑萍 等，中国电力出版社;2、电力系统稳态分析，陈珩，中国电力出版社;3、MATLAB实用指南，苏金明，王永利，电子工业出版社。4、电力系统分析，何仰赞，温增银等，华中科技大学出版社。5、C语言程序设计教程，李清政，叶斌，雷辉，陈世强等编辑。目录1原始资料的提出与分析······································11.1节点的设置及分类········································31.2参数求取················································31.3求解的方法··············································42题目求解··················································52.1依据题目要求及原始资料画出等值电路图·····················52.2读程序画出牛顿拉夫逊法的流程图···························62.3变电所负荷为题目所给数据进行求解·························72.4 4个变电所负荷同时以2%的比例增大时求解·················102.5 4个变电所负荷同时以2%的比例下降时求解················132.6 1、4变电所负荷以2%的比例下降2、3变电所负荷以2%的比例增加求解·····················158.7 1、3节点短线时潮流计算································188.8 1、5节点短线时潮流计算································198.9 3、5节点短线时潮流计算································203潮流计算程序3.1电力系统潮流计算程序设计·································234仿真比较及图形···············································335总结·····························································366参考文献························································371原始资料的提出与分析系统图：两个发电厂分别通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3变电所435kV母线10kV母线35kV母线10kV母线一次侧电压220kV一次侧电压220kV母线1母线3母线2线路长为100km线路长为90km线路长为80km线路长为100km线路长为80km2*QFQ-50-22*QFS-50-2TQN-100-22*TQN-100-2。线路长为70km。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（300MW），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40MW和20MW；发电厂二总装机容量为（200MW）。3、变电所资料：(一) 变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：10KV 35KV 35KV 10KV(二) 变电所的负荷分别为：40MW 60MW 70MW 50MW (三) 每个变电所的功率因数均为cos=0.85；(四) 变电所1和变电所2分别配有两台容量为75MVA的变压器，短路损耗414KW，短路电压（%）=16.7；变电所3和变电所4分别配有两台容量为63MVA的变压器，短路损耗为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。二、 课程设计基本内容：3. 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。4. 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，并对计算结果进行分析。5. 跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。1) 4个变电所的负荷同时以2%的比例增大；2) 4个变电所的负荷同时以2%的比例下降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；6. 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。（变电所低压母线电压10KV要求调整范围在9.5-10.5之间；电压35KV要求调整范围在35-36之间）7. 轮流断开环网一回线，分析潮流的分布。8. 利用仿真软件，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。9. 最终形成课程设计成品说明书。1.1节点设置及分类 根据系统图可知此系统为两端供电网路，将母线1，2设为节点1，2，将变电所1、2、3、4的高低压侧分别设为节点3、4、5、6、7、8、9、10。并且，将节点1设为平衡节点，将节点2设为PV节点，其余节点设为PQ节点。1.2参数求取设定基准值，所以根据题目原始资料，计算发电厂、变压器及线路的参数。（1）运用下列公式计算变压器参数： （2）计算线路参数 （3）变电所负荷分别为： 变电所1 =0.5047+j0.31278 变电所2 =0.6489+j0.40215 变电所3 =0.4326+j0.2681 变电所4 =0.5768+j0.35747将参数整理，见下表：表1-2-1(参数表)首端号末端号阻抗有名值阻抗标幺值电纳有名值电纳标幺值125.1+j19.20.01054+j0.03967j0.00084j0.4143.4+j12.80.00702+j0.02645j0.00056j0.267192.975+j11.20.00615+j0.02314j0.00049j0.233261.78+j53.8850.0368+j0.111500234.25+j160.00878+j0.03306j0.0007j0.333372.46+j70.180.0051+j0.145003102.55+j9.60.00527+j0.01983j0.00046j0.219481.5+j480.0031+j0.09900591.5+j480.0031+j0.09900（4）计算变压器分接头变比变压器有5个抽头，电压调节范围为2*2.5%， 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以备调压时选用对变电所低压母线为35KV时，非标准变比与10KV时相同。1.3求解方法本文运用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，最终得到合理的系统潮流。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。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。牛顿拉夫逊Newton-Raphson法具有较好的收敛性，上诉计算过程经过四到五次迭代后均能收敛。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。2题目求解2.1依据题目要求及原始资料画出等值电路图：图2-1（等值电路图）2.2读程序画出牛顿拉夫逊法的流程图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求PQ节点的,，求PV节点的，置节点号i=0雅克比矩阵是否形成，i>n求得雅克比矩阵个元素增大节点号i=i+1把雅克比矩阵单位化求解修正方程，得，求解最大修正量，是否收敛 回带各电压新值，K=K+1计算输出电压大小及相角，节电功率及支路损耗停止否是否是2.3变电所负荷为题目所给数据进行求解1 形成B1、B2矩阵：根据所求参数，以及B1矩阵的含义，列写B1矩阵如下:B1= 1 2 0.01054+0.03967i 0.4i 1 0; 1 4 0.00702+0.02645i 0.267i 1 0; 1 9 0.0065+0.02314i 0.233i 1 0; 2 6 0.00368+0.1115i 0 0.909 1 ; 2 3 0.00878+ 0.03306i 0.333i 1 0; 3 7 0.0051+0.145i 0 0.909 1; 3 10 0.00527+0.01983i 0.219i 1 0;4 8 0.0031+0.099i 0 0.909 1; 5 9 0.0031+0.099i 0 0.909 0 由各个变电所负荷功率可以计算出总功率为215MW，而发电厂一、二的总装机容量分别为300 MW和200 MW。为了平衡两发电厂发出的电量，令发电厂二的功率为120 MW，为了减小线路上的损耗，令发电机的电压为额定电压的1.05倍。并且，根据前面叙述的节点分类，形成B2矩阵如下：B2= 0 0 1.05 1.05 0 1;0 0 1 0 0 2;0 0 1 0 0 2;0 0 1 0 0 2; 0 0.5047+0.31278i 1 0 0 2; 0 0.6489+0.40215i 1 0 0 2; 0 0.4326+0.2681i 1 0 0 2; 0 0.5768+0.35747i 1 0 0 2;0 0 1 0 0 2; 1.2 0 1.05 1.05 0 3 由于各节点电压不应超过各自的允许范围，由题目要求知，发电厂电压标幺值在1到1.05变化时，变压器低压侧电压标幺值变化范围如下表：表2-3-1（标幺值变化范围）节点46810电压下限1111电压上限1.051.051.051.05同时保证发电厂发出的有功功率要大于变电所有功功率，并且两者差值越小表明线路有功功率损耗越小，越满足实际要求。2 编写程序并运行由于程序较复杂，故将其放入附录中，具体程序和结果分别见附录一，二。由附录2的结果可以观察到各个节点电压标幺值分别为:表2-3-2（节点电压标幺值）节点12345678910电压1.05001.04371.04601.03971.11641.10361.11251.10911.04201.0500由此观察到节点4、6、8、10的电压都较正常范围偏高，因此调节变压器分接头和发电厂电压，此系统共进行四次调整，最终得到合理结果，各次调整和结果如下: 调节方法：表2-3-3（调节方法）调节方法电厂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1.051.050.9090.9090.9090.909第一次1.051.050.9550.9550.9550.955第二次1.041.040.9550.9550.9550.955第三次1.0351.040.9550.9550.9550.955第四次1.0251.0250.9550.9550.9550.955 调节结果： 表2-3-4（结果）节点电压12345678910未调整1.051.04371.04601.03971.11641.10361.11251.10911.04201.0500第一次1.051.04391.04621.03991.06031.04691.05591.05301.04221.0500第二次1.041.03361.03601.02971.04931.03551.04471.04191.03211.0400第三次1.0351.03071.03491.02461.04391.03231.04351.03641.02701.0400第四次1.0251.01771.02041.01401.03191.01701.02681.02411.01661.0250由上表观察到，进行最后一次调节时节点4，6，8，10的电压均在题目允许的范围内，对线路损耗进行分析，统计每次调整后各个支路的有功损耗的标幺值，记录于下表：表2-3-5（支路有功损耗的标幺值）功率损耗未调整第一次第二次第三次第四次(1,2)支路0.00050.00050.00050.00040.0006(1,4)支路0.00260.00250.00250.00260.0028(1,9)支路0.00180.00170.00180.00180.0019(2,6)支路0.00180.00190.00190.00190.0021(2,3)支路0.00470.00490.00490.00490.0050(3,7)支路0.00110.00110.00120.00120.0013(3,10)支路0.00690.00690.00710.00700.0072(4,8)支路0.00120.00120.00130.00100.0014(5,9)支路0.00090.00090.00100.00130.0010总损耗0.02150.02160.02220.02210.0233由此可以看出，随着变压器分接头的调高以及发电厂电压的降低，有功损耗逐渐增大，符合实际情况，而最终调节使得电压在规定范围内时，有功损耗增加了0.3MW，相对与实际损耗42.1MW小很多，可以认为是合理的。具体的潮流分布如下: 表2-3-6（潮流分布）各条支路的首端功率Si各条支路的末端功率SjS(1,2)= -10.24+0.57iS(2,1)=10.30-42.08iS(1,4)=58.09+13.38iS(4,1)=-57.82-40.09iS(1,9)=50.77+10.96iS(9,1)=-50.57-34.56iS(2,6)=65.10+46.50iS(6,2)=-64.89-40.21iS(2,3)= -75.39-4.42iS(3,2)=75.89-28.30iS(3,7)=43.39+30.37iS(7,3)=50.57+34.56iS(3,10)=-119.28-2.08iS(10,3)=120.00-18.10iS(4,8)=57.82+40.09iS(8,4)=-57.68-35.75iS(5,9)= -50.47-31.28iS(9,5)=-43.26-26.81i各节点的功率S为(节点号从小到大排列)：各节点的功率S为(节点号从小到大排列)：各节点的功率S为(节点号从小到大排列)： Columns 1 through 4 0.9862 + 0.2491i 0.0000 - 0.0000i -0.0000 + 0.0000i -0.0000 - 0.0000i Columns 5 through 8 -0.5047 - 0.3128i -0.6489 - 0.4022i -0.4326 - 0.2681i -0.5768 - 0.3575i Columns 9 through 10 0 1.2000 - 0.1810i得到的图像如下：图2-3-62.4 4个变电所负荷同时以2%的比例增大由于变电所负荷变大，所以各个变电所符合标幺值变为：变电所1 =0.51+j0.3.162变电所2 =0.49+j0.3038变电所3 =0.561+j0.348变电所4 =0.714+j0.0.443相应地， B2矩阵变为：将程序中的B2矩阵替换后，运行并进行调节，此系统经过四次调节后达到要求，对应的调节方法和结果见下表：调节方法：表2-4-1（调节方法）调节方法电厂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1.051.050.9090.9090.9090.909第一次1.051.050.9320.9320.9320.932第二次1.051.050.9550.9550.9550.932第三次1.031.030.9550.9550.9550.932第四次1.0251.0250.9550.9550.9550.932 调节结果：表2-4-2（调节结果）节点电压12345678910未调整1.051.051.021.091.031.111.031.111.031.09第一次1.051.051.021.061.031.081.031.081.031.06第二次1.051.051.021.031.031.051.031.051.031.06第三次1.031.0311.011.011.031.011.031.011.04第四次1.031.0311.011.011.021.011.0211.04表2-4-3（功率损耗）功率损耗未调整第一次第二次第三次第四次(1,3)支路0.01050.01050.01050.0110.0111(1,5)支路0.0130.0130.0130.01350.0137(2,7)支路0.00270.00270.00280.0030.0031(2,9)支路0.00870.00870.00870.00920.0093(3,4)支路0.00110.00120.00120.00130.0013(3,5)支路0.00060.00060.00060.00060.0006(5,6)支路0.00070.00070.00080.00080.0008(5,7)支路0.00160.00160.00160.00170.0017(7,8)支路0.00110.00120.00120.00130.0013(9,10)支路0.00180.00190.00190.0020.002总损耗0.04180.04210.04230.04440.0449由电压和功率损耗的标幺值可以观察到，最后一次的电压和有功损耗均符合题目要求，可认为是合理的。具体的潮流分布如下：表2-4-4（功率分布）各条支路的首端功率Si各条支路的末端功率SjS(1,3)=56.3705+5.38448iS(3,1)=-55.2571-16.5016iS(1,5)=67.4239-5.77691iS(5,1)=-66.0565-3.46334iS(2,7)=27.4697+23.4309iS(7,2)=-27.1597-47.7144iS(2,9)=72.5303+29.8637iS(9,2)=-71.6033-49.7819iS(3,4)=51.1312+35.5759iS(4,3)=-51-31.62iS(3,5)=4.12593-19.0743iS(5,3)=-4.0662+7.088iS(5,6)=40.8802+27.2176iS(6,5)=-40.8-24.8iS(5,7)=29.2425-30.8423iS(7,5)=-29.0687+9.45298iS(7,8)=56.2284+38.2614iS(8,7)=-56.1-34.8iS(9,10)=71.6033+49.781S(10,9)=-71.4-44.3i各节点的功率S为(节点号从小到大排列)： Columns 1 through 5 1.2374 - 0.0096i 1.0000 + 0.5247i -0.0000 + 0.0000i -0.5100 - 0.3162i 0.0000 - 0.0000i Columns 6 through 10 -0.4080 - 0.2480i 0.0000 - 0.0000i -0.5610 - 0.3480i -0.0000 + 0.0000i -0.7140 - 0.4430i得到的图像如下：图2-4-42.5 4个变电所负荷同时以2%的比例下降由于变电所负荷变小，所以各个变电所符合标幺值变为：变电所1 =0.49+j0.3.038变电所2 =0.392+j0.243变电所3 =0.539+j0.334变电所4 =0.686+j0.425相应地， B2矩阵变为：将程序中的B2矩阵替换后，运行并进行调节，此系统经过三次调节后达到要求，对应的调节方法和结果见下表：调节方法：表2-5-1（调节方法）调节方法电厂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1.051.050.9090.9090.9090.909第一次1.051.050.9320.9320.9320.932第二次1.051.050.9550.9550.9550.932第三次1.021.020.9550.9550.9550.932调节结果：表2-5-2（调节结果）节点电压12345678910未调整1.051.051.02491.0941.03281.10991.0351.11141.0291.0967第一次1.051.051.02481.06511.03271.0811.03491.08241.02891.0676第二次1.051.051.02471.03751.03261.05351.03481.05491.02891.0676第三次1.021.020.99291.0031.00111.01961.00361.02110.99791.0331表2-5-3（功率损耗）功率损耗未调整第一次第二次第三次(1,3)支路0.00920.00920.00920.0092(1,5)支路0.01090.01090.01090.0109(2,7)支路0.00260.00260.00260.0026(2,9)支路0.00790.0080.0080.008(3,4)支路0.0010.00110.00110.0011(3,5)支路0.00040.00040.00040.0004(5,6)支路0.00060.00070.00070.0007(5,7)支路0.00110.00110.00110.0011(7,8)支路0.0010.00110.00110.0011(9,10)支路0.00170.00180.00180.0018总损耗0.03640.03690.03690.0369由电压和功率损耗的标幺值可以观察到，最后一次的电压和有功损耗均符合题目要求，可认为是合理的。具体的潮流分布如下表：表2-5-4（潮流分布）各条支路的首端功率Si各条支路的末端功率SjS(1,3)=52.6693+2.93801iS(3,1)=-51.752-15.2555iS(1,5)=61.6782-7.19992iS(5,1)=-60.5878-3.35268iS(2,7)=30.4398+16.0066iS(7,2)=-30.1835-41.7232iS(2,9)=69.5602+25.6238iS(9,2)=-68.7673-47.0105iS(3,4)=49.1022+33.4628iS(4,3)=-49-30.38iS(3,5)=2.6498-18.2074iS(5,3)=-2.6055+5.4938iS(5,6)=39.2635+26.2167iS(6,5)=-39.2-24.3iS(5,7)=23.9297-28.3578iS(7,5)=-23.8171+5.61161iS(7,8)=54.0006+36.1116iS(8,7)=-53.9-33.4iS(9,10)=68.7673+47.0105iS(10,9)=-68.6-42.5i各节点的功率S为(节点号从小到大排列)： Columns 1 through 5 1.1468 - 0.0046i 1.0000 + 0.4711i -0.0000 - 0.0000i -0.4900 - 0.3038i -0.0000 - 0.0000i Columns 6 through 10 -0.3920 - 0.2430i 0.0000 - 0.0000i -0.5390 - 0.3340i -0.0000 - 0.0000i -0.6860 - 0.4250i得到的图像如下：图2-5-42.6 1、4变电所负荷以2%的比例下降2、3变电所负荷以2%的比例增加各个变电所符合标幺值变为：变电所1 =0.49+j0.3.038变电所2 =0.49+j0.3038变电所3 =0.561+j0.348变电所4 =0.686+j0.425相应地， B2矩阵变为：将程序中的B2矩阵替换后，运行并进行调节，此系统经过三次调节后达到要求，对应的调节方法和结果见下表：表2-6-1（调节方法）调节方法电厂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1.051.050.9090.9090.9090.909第一次1.051.050.9550.9550.9550.955第二次1.031.030.9550.9550.9550.955第三次1.021.020.9550.9550.9550.955表2-6-2（调节结果）节点电压12345678910未调整1.051.051.02441.09341.03191.10831.03411.10921.0291.0967第一次1.051.051.02421.0371.03171.05191.03391.05261.02881.0399第二次1.031.031.0031.01391.01071.02931.01311.031.00821.0174第三次1.021.020.99241.00241.00021.01791.00261.01880.99781.0061表2-6-3（功率损耗）功率损耗未调整第一次第二次第三次(1,3)支路0.00960.00970.01010.0104(1,5)支路0.0120.0120.01250.0128(2,7)支路0.00280.00280.00310.0032(2,9)支路0.01010.01020.01070.011(3,4)支路0.0010.00110.00120.0012(3,5)支路0.00050.00050.00050.0005(5,6)支路0.00070.00080.00080.0008(5,7)支路0.00130.00130.00140.0015(7,8)支路0.00110.00120.00130.0013(9,10)支路0.00220.00240.00250.0026总损耗0.04130.0420.04410.0453由电压和功率损耗的标幺值可以观察到，最后一次的电压和有功损耗均符合题目要求，可认为是合理的。具体的潮流分布如下表：表2-6-4（各条支路的首端功率）各条支路的首端功率Si各条支路的末端功率SjS(1,3)=54.1893+4.94198iS(3,1)=-53.1504-16.113iS(1,5)=64.8352-5.16571iS(5,1)=-63.5581-4.16816iS(2,7)=30.0421+22.1539iS(7,2)=-29.7217-46.1681iS(2,9)=69.9579+46.0785iS(9,2)=-68.8578-65.2603iS(3,4)=4