电力系统课程设计___潮流计算.pdf
《电力系统课程设计___潮流计算.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力系统课程设计___潮流计算.pdf(29页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、目录一、概述1.1设计目的与要求.31.1.1 设计目的.31.1.2 设计要求.31.2设计题目.31.3设计内容.3二电力系统潮流计算概述.42.1 电力系统简介.42.2 潮流计算简介.42.3 潮流计算的意义及其发展.5三潮流计算设计题目.63.1潮流计算题目.63.2对课题的分析及求解思路.7四潮流计算算法及手工计算.74.1极坐标下 P-Q 法的算法.74.2节点电压方程.84.3 节点导纳矩阵.94.4导纳矩阵在潮流计算.104.5潮流计算的手工计算.12五 Matlab 概述.135.1 Matlab 简介.145.2 Matlab 的应用.145.3矩阵的运算.145.3.1
2、 与常数的运算.145.3.2 基本数学运算.145.3.3 逻辑关系运算.145.4 Matlab 中的一些命令.15六潮流计算流程图及源程序.186.1潮流计算流程图.186.2潮流计算源程序图.196.3运行计算结果.27七总结.29八参考文献.291/29第一章第一章 系统概述系统概述1.11.1 设计目的与要求设计目的与要求1.1.11.1.1 设计目的设计目的1.掌握电力系统潮流计算的基本原理;2.掌握并能熟练运用一门计算机语言(MATLAB语言或 C 语言或 C+语言);3.采用计算机语言对潮流计算进行计算机编程。1.1.21.1.2设计要求设计要求1.程序源代码;2.给定题目的
3、输入,输出文件;3.程序说明;4.给定系统的程序计算过程;5.给定系统的手算过程(至少迭代 2 次)。1.11.1设计题目设计题目电力系统潮流计算(牛顿-拉夫逊法、P-Q 分解法)1.21.2设计内容设计内容1.根据电力系统网络推导电力网络数学模型,写出节点导纳矩阵;2.赋予各节点电压变量(直角坐标系形式)初值后,求解不平衡量;3.形成雅可比矩阵;4.求解修正量后,重新修改初值,从 2 开始重新循环计算;5.求解的电压变量达到所要求的精度时,再计算各支路功率分布、功率损耗和平衡节点功率;6.上机编程调试;7.计算分析给定系统潮流分析并与手工计算结果做比较分析;8.书写课程设计说明书。第二章 电
4、力系统潮流计算概述2.12.1 电力系统叙述电力系统叙述2/29电力工业发展初期,电能是直接在用户附近的发电站(或称发电厂)中生产的,各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展,电能的需要量迅速增加,而热能资源和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区,为了解决这个矛盾,就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站,然后将电能远距离输送给电力用户。同时,为了提高供电的可靠性以及资源利用的综合经济性,又把许多分散的各种形式的发电站,通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所,送电线路以及用电设备有机连接起来的整体,即称为电力系统。现代电力系统提出了“灵活交流输电和新
5、型直流输电”的概念。灵活交流输电技术是指运用固态电子器件与现代自动控制技术对交流电网的电压、相位角、阻抗、功率以及电路的通断进行实时闭环控制,从而提高高压输电线路的诉讼能力和电力系统的稳态水平。新型直流输电技术是指应用现电力电子技术的最新成果,改善和简化变流站的造价等。运营方式管理中,潮流是确定电网运行方式的基本出发点:在规划领域,需要进行潮流分析验证规划方案的合理性;在实时运行环境,调度员潮流提供了电网在预想操作预想下的电网的潮流分布以及校验运行的可靠性。在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。潮流是确定电力网咯运行状态的基本因素,潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。2.2
6、2.2 潮流计算简介潮流计算简介电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算,它根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态:各母线的电压。各元件中流过的功率,系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设计和现有电力系统运行方式的研究中,都需要利用潮流计算来定量的分析比较供电方案或运行方式的合理性。可靠性和经济性。此外,电力系统的潮流计算也是计算机系统动态稳定和静态稳定的基础,所以潮流计算是研究电力系统的一种和重要和基础的计算。电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种,前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式,后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。利用电子数
7、字计算机进行潮流计算从 50 年代中期就已经开始了。在这 20 年内,潮流计算曾采用了各种不同的方法,这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的,对潮流计算的要求可以归纳为以下几点:3/29(1)计算方法的可靠性或收敛性;(2)对计算机内存量的要求;(3)计算速度;(4)计算的方便性和灵活性。2.32.3 潮流计算的意义及其发展潮流计算的意义及其发展电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算,是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态的计算,即节点电压和功率分布,用以检查系统各元件是否过负荷。各点电压是否满足要求,功率的分
8、布和分配是否合理以及功率损耗等。对现有的电力系统的运行和扩建,对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和稳态分析都是以潮流计算为基础。潮流计算结果可用如电力系统稳态研究,安全估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有直接影响。实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿拉夫逊法。运行方式管理中,潮流是确定电网运行方式的基本出发点;在规划领域,需要进行潮流分析验证规划方案的合理性;在实时运行环境,调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以及校验运行可靠性。在电力系统调度运行的多个领域问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。在用数字解算计算机解电力系统潮流问题的开始阶段,普遍采取以节点导纳
9、矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原理比较简单,要求的数字计算机内存量比较差下,适应 50 年代电子计算机制造水平和当时电力系统理论水平,但它的收敛性较差,当系统规模变大时,迭代次数急剧上升,在计算中往往出现迭代不收敛的情况。这就迫使电力系统的计算人员转向以阻抗矩阵为基础的逐次代入法。阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性,解决了导纳无法求解的一些系统的潮流计算,在 60 年代获得了广泛的应用,阻抗法德主要缺点是占用计算机内存大,每次迭代的计算量大。当系统不断扩大时,这些缺点就更加突出,为了克服这些缺点,60 年代中期发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统
10、,在计算机内只需要存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络的阻抗,这样不仅大幅度的节省了内存容量,同时也提高了计算速度。克服阻抗法缺点是另一个途径是采用牛顿-拉夫逊法。这是数学中解决非线性方程式的典型方法,有较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时,是以导纳矩阵为基4/29础的,因此,只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性,就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。自从 60 年代中期,牛顿法中利用了最佳顺序消去法以后,牛顿法在收敛性。内存要求。速度方面都超过了阻抗法,成为了 60 年代末期以后广泛采用的优秀方法。第三章 潮流计算设计题目3.13.1 潮流计算课题潮流计算课题题目:
11、在图 1 所示的简单电力系统中,系统中节点 1、2 为PQ节点,节点 3 为PV节点,节点 4 为平衡节点,已给定s1 0.4 j0.3,s2 0.3 j0.2,P3 0.4,V31.02,V41.05,4 0,网络各元件参数的标幺值如表 2 所示,给定电压的初始值如表 2所示,收敛系数 0.00001。试求:4V44k:12P2jQ23P3V31P1jQ1图图 3-13-1 简单电力系统简单电力系统表表 3-13-1网络各元件参数的标幺值网络各元件参数的标幺值支路支路1213232434表表 2 2各节点电压(初值)标幺值参数各节点电压(初值)标幺值参数电阻电阻0.030.020.040.0
12、0.03电抗电抗0.090.050.080.050.07输电线路输电线路1yc2变压器变比变压器变比 k k0.96250.020.02节点节点 i i1 12 25/293 34 4(0)e(0)jf(0)Uiii1.00+j0.01.00+j0.01.0+j0.01.0+j0.01.0+j0.01.0+j0.01.05+j0.01.05+j0.03.23.2 对课题的分析及求解思路对课题的分析及求解思路此电力系统是一个 4 节点,5 支路的电力网络。综合比较牛顿拉夫逊法(直角坐标、极坐标)、PQ 分解法等多种求解方法的特点,最后确定采用牛顿拉夫逊法(极坐标)。因为此方法所需解的方程组最少。
13、第四章 潮流计算算法及手工计算4.14.1 极坐标下极坐标下 P-QP-Q 法的算法法的算法4.1.14.1.1 节点导纳矩阵节点导纳矩阵 Y Y根据题目提供的各节点的参数,求得节点导纳矩阵Y=yyijiii0jYik yik4.1.24.1.2 简化雅可比矩阵简化雅可比矩阵 B B/和和 B B/通过上一步的导纳矩阵,形成有功迭代和无功迭代的简化雅可比矩阵 B B/和和 B B/对雅可比矩阵进行三角分解,形成因子表,为后面进行修正方程计算作好准备。4.1.34.1.3 修正和迭代修正和迭代第一步,给定 PQ 节点初值和各节点电压相角初值。第二步,作第一次有功迭代,按公式计算节点有功功率不平衡
14、量。第三步,做第一次无功迭代,按公式计算无功功率不平衡量,计算时电压相角最新的修正值。解修正方程式,可得各节点电压幅值的修正量。第四步,第一轮有功迭代和无功迭代便做完了。第五步,按公式计算平衡节点功率。直到节点不平衡功率下降到 10 以下,迭代便可以结束。-54.24.2 潮流计算算法潮流计算算法本题采用了题目要求的牛顿拉夫逊潮流计算的方法。6/29牛顿-拉夫逊法潮流计算的公式。把牛顿法用于潮流计算,采用极坐标形式表示的如式(1-3)所示的形式。其中电压和支路导纳可表示为:FBUi Ei jFi E2 F2ar tanYij G jB G2 B2ar tanEGFUi Ei jFi E2 F2
15、ar tanEBYij G jB G2 B2ar tanG将上述表示式(1-2)代入(1-1)式的右端,展开并分出实部和虚部,便得:Piei(GijejBijfj)fi(Gi jfjBijej)j1ni1nnnQi fi(GijejBijfj)ei(Gi jfjBijej)j1j1(1-3)按照以上的分类,PQ 节点的输出有功功率和无功功率是给定的,则第 i 节点的给定功率设为Pis和Qis(称为注入功率)。假定系统中的第 1、2、m 节点为 PQ 节点,对其中每一个节点的 N-R 法表达式 F(x)=0如Si 0、Pi 0、Qi 0形式有些下列方程:Pi Pis Pi Pisei(Gijej
16、 Bijfj)fi(Gijfj Bijej)0j1j1nnQi QisQi Qis fi(Gijej Bijfj)ei(Gijfj Bijej)0j1j1nn(1-4)i=(1、2、m)PV 节点的有功功率和节点电压幅值是给定的。假定系统中的第 m+1、m+2、n-1节点为 PV 节点,则对其中每一 PV 节点可以列写方程:Pi Pis Pi Pisei(Gijej Bijfj)fi(Gijfj Bijej)0j1j1(1-5)22U2UisUi2Uis(ei2 fi2)nni=(m+1、m+2、n-1)(6)形成雅可比矩阵。N-R法的思想是F(x)F(x)x 0;本例P jQ F(x);对
17、F(x)求偏导的式(1-6)、式(1-7),即式(1-4)、式(1-5)中的Pi 0、Qi 0、7/29U是多维变量的函数,对多维变量求偏导(PiPiPiPiQiQi、efeeifieijjjPi、),并以矩阵的形式表达称为雅可比矩阵。ei当 j=i 时,对角元素为nPi(Gijej Bijfj)GiieiBiifi Niieij1nPi(Gijfj Bijej)BiieiGiifi Hiifij1nQi(GijfjBijej)BiieiGiifi Liieij1(1-6)nQi(GijejBijfj)Giiei Biifii Jiifij12Ui 2eiei2Ui 2 fifi当j i时,矩
18、阵非对角元素为:PiQi (Gijei Bijfi)Nij JijeifjPiQi BijeiGijfi Hij Lij(1-7)fjejUi2Ui2 0ejfj由上式不难看出,雅可比矩阵有以下特点。雅可比矩阵中的诸元素都是节点电压的函数,因此在迭代过程中,它们将随着节点电压的变化而不断的变化。雅 可 比 矩 阵 具 有 结 构 对 称 性,数 据 不 对 称。如 非 对 角Hij Hji,Hij BijeiGijfi,Hji BijejGijfj。由式(1-7)可以看出,当导纳矩阵中非对角元素Yij为零时,。雅可比矩阵中相应的元素也为零,即矩阵是非常稀疏的。因此,修正方程的求解同样可以应用稀
19、疏矩阵的求解技巧。正是由于这一点才使 N-R 法获得广泛的应用。8/294.34.3 手工计算手工计算4.3.14.3.1 节点导纳矩阵节点导纳矩阵求得节点导纳矩阵 Y YY=yyijiii0jYik yik各节点的导纳值如下:Y11=10.2299-27.2214iY12=-3.3333+10.0000iY13=-6.8966+17.2414iY14=0Y21=-3.3333+10.0000iY22=8.3333-38.5181iY23=-5.0000+10.0000iY24=0+19.2500iY31=-6.8966+17.2414iY32=-5.0000+10.0000iY33=17.0
20、690-39.3003iY34=-5.1724+12.0690iY41=0Y42=0+19.2500iY43=-5.1724+12.0690iY44=5.1724-32.0690i4.3.24.3.2简化雅可比矩阵简化雅可比矩阵迭代中的雅克比矩阵:-27.5862 10.0000 17.5862 -10.0920 3.3333 10.0000 -40.4125 10.2000 3.3333 -8.2333 17.5862 10.2000 -40.8881 7.0345 5.1000 10.3678 -3.3333 -7.0345 -26.8566 10.0000 -3.3333 8.4333
21、-5.1000 10.0000 -36.6237 -28.3886 10.6530 17.7355 -10.1563 3.4957 10.6198 -42.3389 10.5574 3.5953 -8.8273 17.9892 10.7970 -40.8881 6.8278 5.0990 10.9577 -3.4957 -7.4620 -27.7952 10.6530 -3.5953 9.4444 -5.5781 10.6198 -42.11639/29 -28.3429 10.6190 17.7239 -10.1386 3.4922 10.5905 -42.2491 10.5416 3.57
22、76 -8.7973 17.9700 10.7682 -40.8881 6.8312 5.1009 10.9386 -3.4922 -7.4464 -27.7429 10.6190 -3.5776 9.3973 -5.5540 10.5905 -41.8495 -28.3426 10.6189 17.7238 -10.1385 3.4921 10.5903 -42.2486 10.5414 3.5777 -8.7971 17.9700 10.7682 -40.8881 6.8310 5.1007 10.9385 -3.4921 -7.4465 -27.7426 10.6189 -3.5777
23、9.3971 -5.5541 10.5903 -41.8486 -28.3427 10.6189 17.7238 -10.1385 3.4921 10.5903 -42.2486 10.5414 3.5777 -8.7971 17.9700 10.7682 -40.8881 6.8310 5.1007 10.9385 -3.4921 -7.4465 -27.7427 10.6189 -3.5777 9.3971 -5.5541 10.5903 -41.84864.3.34.3.3 修正、迭代修正、迭代给定 PQ 节点初值和各节点电压相角初值(0)(0)V1=1.0,V2=V3=1.0,V4=1
24、.052(0)=3(0)=0,4(0)=01 作第一次有功迭代,按公式计算节点有功功率不平衡量迭代中的P:-0.2621 -0.2000 0.3156 0.0007 0.0086 -0.0167 -0.0000 0.0000 0.0008 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.00002 做第一次无功迭代,按公式计算无功功率不平衡量,计算时电压相角最新的修正值。迭代中的Q:0.0648 1.6944 -0.0033 -0.0887 -0.0000 -0.0002 -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000解修正方程式,可得各节点电压
25、幅值的修正量为迭代中电压的模:10/29 1.0159 1.0470 1.0150 1.0448 1.0150 1.0448 1.0150 1.0448 1.0150 1.0448到这里为止,第一轮有功迭代和无功迭代便做完了。3 按公式计算平衡节点功率,得:P1+jQ1=0.3159+1.3621i经过四轮迭代,节点不平衡功率也下降到 10 以下,迭代到此结束。-54.44.4 输出功率的手工计算输出功率的手工计算全线路各个点的功率分配如下:0 -0.0582-0.3378i -0.3418+0.0172i 0 0.0612-0.4727i 0 -0.0958-0.4238i -0.2654-
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力系统 课程设计 _ 潮流 计算
限制150内