电力系统课程设计潮流计算.docx
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1、电力系统课程设计潮流计算电力系统课程设计潮流计算 摘 要 潮流计算是电力系统特别重要的分析计算,用以探讨系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统,通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满意各种运行方式的要求;对运行中的电力系统,通过潮流计算可以预知各种负荷改变和网络结构的变更会不会危及系统的平安,系统中全部母线的电压是否在允许的范围以内,系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷,以及可能出现过负荷时应事先实行哪些预防措施等。 潮流计算是电力系统分析最基本的计算。除它自身的重要作用之外,潮流计算还是网损计算、静态平安分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计算、静
2、态和动态等值计算的基础。 实际电力系统的潮流计算主要采纳牛顿-拉夫逊法。按电压的不同表示方法,牛顿-拉夫逊潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种。本次计算采纳直角坐标形式下的牛顿-拉夫逊法,牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性,但要求有合适的初值。传统的潮流计算程序缺乏图形用户界面,结果显示不干脆难与其他分析功能集成。网络原始数据输入工作大量且易于出错。本文采纳MATLAB语言运行WINDOWS操作系统的潮流计算软件。目前MATLAB已成为国际限制界最流行、运用最广泛的语言了。它的强大的矩阵处理功能给电力系统的分析、计算带来许多便利,而且采纳MATLAB界面直观,运行稳定,计算精确。所以本次课程设计
3、程序设计采纳MATLAB计算。 关键词: 电力系统潮流计算 牛顿拉夫逊法潮流计算 MATLAB 目 录 一、 概述 1.1 设计目的与要求.3 1.1.1 设计目的.3 1.1.2 设计要求.3 1.2 设计题目.3 1.3 设计内容.3 二 电力系统潮流计算概述.4 2.1 电力系统简介.4 2.2 潮流计算简介.4 2.3 潮流计算的意义及其发展. .5 三 潮流计算设计题目.6 3.1 潮流计算题目. 6 3.2 对课题的分析及求解思路. 7 四 潮流计算算法及手工计算.7 4.1 极坐标下P-Q法的算法.7 4.2 节点电压方程.8 4.3 节点导纳矩阵.9 4.4 导纳矩阵在潮流计算
4、.10 4.5 潮流计算的手工计算.12 五 Matlab概述.13 5.1 Matlab简介. 14 5.2 Matlab的应用.14 5.3 矩阵的运算. 14 5.3.1 与常数的运算. 14 5.3.2 基本数学运算.14 5.3.3 逻辑关系运算.14 5.4 Matlab中的一些吩咐. 15 六 潮流计算流程图及源程序.18 6.1 潮流计算流程图.18 6.2 潮流计算源程序图.19 6.3 运行计算结果.27 七 总结.29 八 参考文献.29 第一章 系统概述 1.1 设计目的与要求 1.1.1 设计目的 1. 驾驭电力系统潮流计算的基本原理; 2. 驾驭并能娴熟运用一门计算
5、机语言(MATLAB语言或C语言或C+语言); 3. 采纳计算机语言对潮流计算进行计算机编程。 1.1.2 设计要求 1. 程序源代码; 2. 给定题目的输入,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)。 1.2 设计题目 电力系统潮流计算(牛顿-拉夫逊法、P-Q分解法) 1.3 设计内容 1. 依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. 给予各节点电压变量(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起先重新循环计算; 5. 求解的电压变量达到所要求的精度
6、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。 其次章 电力系统潮流计算概述 2.1电力系统叙述 电力工业发展初期,电能是干脆在用户旁边的发电站(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,电能的须要量快速增加,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,为了解决这个冲突,就须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,为了提高供电的牢靠性以及资源利用的综合经济性,又把很多分散的各种形式的发电站,通过送
7、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“敏捷沟通输电和新型直流输电”的概念。敏捷沟通输电技术是指运用固态电子器件与现代自动限制技术对沟通电网的电压、相位角、阻抗、功率以及电路的通断进行实时闭环限制,从而提高高压输电线路的诉讼实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动身点:在规划领域,须要进行潮流分析验证规划方案的合理性;在实时运行环境,调度员潮流供应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
8、的牢靠性。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,潮流问题是探讨电力系统稳态问题的基础和前提。2.2潮流计算简介 电力系统潮流计算是探讨电力系统稳态运行状况的一种计算,它依据给定的运行条件及系统接线状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探讨中,都须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。牢靠性和经济性。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,所以潮流计算是探讨电力系统的一种和重要和基础的计算。电力系统潮流计算
9、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支配系统的运行方式,后者则用于正在运行系统的常常监视及实时限制。利用电子数字计算机进行潮流计算从50年头中期就已经起先了。在这20年内,潮流计算曾采纳了各种不同的方法,这些方法的发展主要围围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: (1) 计算方法的牢靠性或收敛性; (2) 对计算机内存量的要求; (3) 计算速度; (4) 计算的便利性和敏捷性。2.3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,是对困难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
10、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。各点电压是否满意要求,功率的分布和安排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探讨,平安估计或最优潮流等对潮流计算的模型和方法有干脆影响。实际电力系统的潮流技术那主要采纳牛顿拉夫逊法。运行方式管理中,潮流是确定电网运行方式的基本动身点;在规划领域,须要进行潮流分析验证规划方案的合理性;在实时运行环境,调度员潮流供应了多个在预想操作状况下电网的潮流分布以及校验运行牢靠性。在电力系统调度运行的多个领域问题
11、是探讨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起先阶段,普遍实行以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原理比较简洁,要求的数字计算机内存量比较差下,适应50年头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状况。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年头获得了广泛的应用,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
12、,60年头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,在计算机内只须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约了内存容量,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纳牛顿-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年头中期,牛顿法中利用了最佳依次消去法以后,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年头末期以后广泛采纳的优
13、秀方法。 第三章 潮流计算设计题目 3.1 潮流计算课题 题目:在图1所示的简洁电力系统中,系统中节点1、2为节点,节点3为节点,节点4为平衡节点,已给定,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。试求: 图1 简洁电力系统 表1 网络各元件参数的标幺值 支路 电阻 电抗 输电线路 变压器变比k 12 0.03 0.09 0.02 13 0.02 0.05 0.02 23 0.04 0.08 24 0.0 0.05 0.9625 34 0.03 0.07 表2 各节点电压(初值)标幺值参数 节点i 1 2 3 4 1.00+j0.0 1.0+j0.0 1.0+j0
14、.0 1.05+j0.0 3.2 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,最终确定采纳牛顿拉夫逊法(极坐标)。因为此方法所需解的方程组最少。 第四章 潮流计算算法及手工计算 4.1 极坐标下P-Q法的算法 4.1.1 节点导纳矩阵Y 依据题目供应的各节点的参数,求得节点导纳矩阵 = 4.1.2 简化雅可比矩阵B/和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/和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打算。 4.1.3 修正和迭代 第一步,给
15、定PQ节点初值和各节点电压相角初值。 其次步,作第一次有功迭代,按公式计算节点有功功率不平衡量。 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10-5以下,迭代便可以结束。4.2 潮流计算算法 本题采纳了题目要求的牛顿拉夫逊潮流计算的方法。牛顿-拉夫逊法潮流计算的公式。把牛顿法用于潮流计算,采纳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: 将上述表示式(1-2)代入(1-1)式的右端,绽开并分
16、出实部和虚部,便得: (1-3) 根据以上的分类,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和(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、形式有些下列方程: (1-4) =(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: (1-5) =(m+1、m+2、n-1) (6)形成雅可比矩阵。N-R法的思想是;本例;对F(x)求偏导的式(1-6)、式(1-7),即式(1-4)、式(1-5)中的、是多维变量的函数,对多维
17、变量求偏导(、),并以矩阵的形式表达称为雅可比矩阵。 当j=i时,对角元素为 (1-6) 当时,矩阵非对角元素为: (1-7) 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改变而不断的改变。 雅可比矩阵具有结构对称性,数据不对称。如非对角,。 由式(1-7)可以看出,当导纳矩阵中非对角元素为零时,。雅可比矩阵中相应的元素也为零,即矩阵是特别稀疏的。因此,修正方程的求解同样可以应用稀疏矩阵的求解技巧。正是由于这一点才使N-R法获得广泛的应用。4.3 手工计算 4.3.1 节点导纳矩阵 求得节点导纳矩阵Y = 各节点的导纳值
18、如下: ;Y11= 10.2299 -27.2214i Y12= -3.3333 +10.0000i Y13=-6.8966 +17.2414i Y14=0 Y21= -3.3333 +10.0000i Y22=8.3333 -38.5181i Y23=-5.0000 +10.0000i Y24= 0 +19.2500i Y31=-6.8966 +17.2414i Y32= -5.0000 +10.0000i Y33=17.0690 -39.3003i Y34= -5.1724 +12.0690i Y41=0 Y42= 0 +19.2500i Y43=-5.1724 +12.0690i Y44
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