潮流计算课程设计.doc

课程设计(论文)题 目 名 称 电力系统潮流计算 课 程 名 称 电力系统稳态分析 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 指 导 教 师 2014 年 1 月 5 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业学生姓名学 号题目名称潮流计算课程设计设计时间2013.12.212014.1.4课程名称 电力系统稳态分析课程编号 121202306设计地点一、 课程设计（论文）目的 （1）掌握电力牛顿-拉夫逊法潮流计算的基本原理；（2）掌握并能熟练运用PSCAD软件；（3）通过课程设计,使学生巩固电力系统三相短路计算的基本原理与方法，掌握短路电流的数值求解方法(节点导纳矩阵，修正方程)，开发系统牛顿拉夫逊法的计算程序。让学生掌握用计算机仿真分析电力系统的方法。同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。二、已知技术参数和条件 在电力系统潮流计算中，基准功率一般选取SB =100MVA，基准电压等于各级平均额定电压。Z78=0.0085+j0.072表示节点7、8之间支路阻抗的标幺值，y =j0.0745表示该支路1/2对地电容容纳，输电线路一般采用“”型等值电路。发电机参数：G1：247.5MVA，16.5kV，功率因数1，水轮机组（Salient-Pole）。G2：192MVA，18kV，功率因数0.85，汽轮机组（Round-Rotor）。G3：128MVA，13.8kV，功率因数0.85，汽轮机组（Round-Rotor）变压器T1：16.5/230kV，XT=0.0576；T2：18/230kV，XT=0.0625；T3：13.8/230kV，XT=0.0586 。二、 任务和要求 任务 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PSCAD/MATLAB仿真软件；3.采用PSCAD/MATLAB仿真软件，做出系统接线图的潮流计算仿真结果。要求：1.熟悉PSCAD/MATLAB仿真软件；2.编写潮流计算流程图； 3.建立系统接线的仿真过程； 4.得出仿真结果。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 1何仰赞 温增银.电力系统分析（上册）.华中科技大学出版社.第三版.2002年 2何仰赞 温增银.电力系统分析（下册）.华中科技大学出版社.第三版.2002年 3陈衍.电力系统稳态分析.北京水利电力出版社.2004年1月 4李光琦.电力系统暂态分析.北京水利电力出版社.2005年2月 5WDT电力系统综合自动化试验台 综合仿真实验室五、进度安排 2013年12月12日：下达课程设计的计划书，任务书，设计题目及分组情况。2013年12月21日：讲述课程设计内容、软件的基本操作。2013年12月22日-26日：学习应用PSCAD/MATLAB软件，对简单的电力系统进行建模。2013年12月27日-30日：建立系统接线的仿真模型上机调试程序，得出仿真结果，进行分析、得出结论。2014年1月1日-3日：整理课程设计报告。2014年1月4日：交报告、参加答辩。六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 专业班级 题目名称 潮流计算课程设计 课程名称 一、学生自我总结 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩答辩课程设计内容综合成绩权 重30%30%40%单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。目 录摘 要I1 课题内容要求及目的11.1课题背景11.2课题意义21.3课题要求及内容31.4课题目的42 潮流计算步骤与原理52.1潮流计算流程图52.2潮流计算步骤63 方案设计73.1系统框图设计74 仿真调试及实验分析8总结11参考文献12致谢13摘要电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-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。本次计算采用极坐标形式下的牛顿-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。本设计采用电力系统仿真软件PSCAD，可以直观地看出电力系统运行时的潮流分布，从而完成课程设计的要求。关键词：潮流计算；稳态分析；PSCAD1 课题内容及意义1.1 课题背景1995年全世界的发电装机总容量为30.0亿kW，1998年为32.5kW。全世界人均用电量为2400kWh。预计在19952020年的25年中，世界能源消耗将增加50%，电能消耗将翻一番，装机总容量达到60.0亿kW。这期间，电力建设投资需要330000亿美元。这就意味着每增加1kW电力，需要投资900美元。20世纪70年代以前，世界电力处于大发展时间，那时电力年增长速度达7%。在这之后电力发展开始减慢，特别是发达国家，电力增长速度降为1%3%，而发展中国家电力增长速度加快，达到3%5%，特别是中国和印度。世界电力发展速度并不平衡，现在还有20亿人口未用上电。中国电力工业始于1882年，至1999年已有117年历史。旧中国67年的电力工业史，道路坎坷，步履蹒跚，至1949年全国装机容量仅为184.86万千瓦，年发电量为43.10亿千瓦时。新中国成立后，中国政府一直把电力工业作为国民经济的先行基础产业，并制定了一系列发展电力工业的方针政策。经全国电业职工的不懈努力，一座座火电厂拔地而起，一座座水电站横波卧浪，一条条输电线路纵横中国大地。到1998年底，全国发电装机容量已达2.77亿千瓦，年发电量已达11580亿千瓦时，分别由1949年的世界第21位和第25位均跃升为世界第2位，形成了一个较为完整的初步现代化的电力工业体系，为中国经济的发展和人民生活水平的提高作出了卓越的贡献。其发展标志主要是：电源结构不断改善。从80年代开始，火电建设就进入了大机组、大容量、高参数阶段。至今全国已投入运行的60万千瓦及以上的大机组已有17台，正在建设的有27台，其中绥中电厂80万千瓦机组即将投产；水电建设，以浙江新安江水电站为起点，随着刘家峡、龙羊峡、二滩、天生桥一级和广州抽水蓄能电站等大型水电站的建成投产，全国水电装机容量已达6300万千瓦。占全国发电总装机容量的23.5；中国从此结束了无核电的历史；同时，风能、地热、潮汐和太阳能等新能源发电有了较大发展。电网规模不断扩大。在加快电源建设的同时，加强了电网的同步建设。到1998年底，中国已拥有500千伏输电线路20093公里、330千伏输电线路7291公里，220千伏及以上变电设备容量达31958万千伏安，形成了东北、华北、华东、华中、西北六个跨省（区、市）电网和6个各自独立的省（区、市）电网，覆盖了全国所有城市和绝大部分乡镇农村。随着长江三峡工程的兴建和建成，中国电网即将进入大区电网互联，形成全国统一联合电网，实现全国范围内资源优化配置的新阶段。电力技术和管理水平明显提高。目前，中国已掌握30万、50万和超临界60万千瓦火电机组的设计、制造、安装运行技术和百万千瓦级核电机组的安装运行技术；掌握了180米级各类大坝的建筑技术。全国百万千瓦以上的大型发电厂已有68座。新中国成立50年来，在大力发展电力工业的同时，中国政府十分重视环境保护和电力国际科技与经济合作交流。1997年颁布了中国电力工业的发展与环境白皮书，进一步确立了电力工业可持续发展战略，全面推进电力工业快速、持续、健康发展；中共十一届三中全会实行对外开放政策后，电力工业的国际合作范围逐步扩大，从引进国外技术、管理经验和发电设备，到利用国外资金办电，有力地促进了自身的发展。根据中国2010年电力发展远景规划，到2010年全国发电装机总容量将达到5亿千瓦左右，实现全国联网，全国农村基本实现电气化。欧盟指令对欧洲电力市场造成的影响主要有：分开会计账目的规定迫使许多公司就发电、输电和配电业务成立不同的法人实体；行业并购和重组增加；公司开始从技术推动市场策略向以市场为主导的业务阶段过渡；消除了欧洲共同体间内部贸易的壁垒，竞争促进了价格的下降。为解决国与国之间电网互联薄弱，线路堵塞的问题，加快欧洲统一市场建设，实现更大范围内的资源优化配置，欧洲正努力加强国与国之间的联网建设。他们认为同步电网没有界限，越大越好。因此，除加强欧洲大陆联网建设外，他们还计划建设环地中海电网，将北非、中东等二十几个国家电网连接到一起，实现优势互补。1.2课题意义潮流计算是电力系统的各种计算的基础，同时它又是研究电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算，继电保护鉴定，安全分析的工具。电力系统潮流计算是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用电力系统潮流计算来定量的比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。潮流计算的目的在于:确定是电力系统的运行方式；检查系统中的各元件是否过压或过载；为电力系统继电保护的整定提供依据；为电力系统的稳定计算提供初值，为电力系统规划和经济运行提供分析的基础。因此，电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算，既具有一定的独立性，又是研究其他问题的基础。最初，电力系统潮流计算是通过人工手算的。后来为了适应电力系统日益发展的需要，采用了交流计算台。随着电子数字计算机的出现，1956 年 Ward 等人编制了实际可行的计算机潮流计算程序。这样，就为日趋复杂的大规模电力系统 提供了极其有力的计算手段。经过几十年的时间，电力系统潮流计算已经发展得十分成熟。电力系统潮流计算形式分为离线计算和在线计算两种。前者主要用于电力系统规划设计、安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的实时监视和实时控制。1.3 课题要求及课题内容1.了解电力系统潮流计算的基本理论；2.编写潮流计算流程图；3.建立原始设计题目的模型；4.通过PSCAD或MATLAB验证模型的正确性，得出潮流计算仿真结果，并进行分析。电路的参数：基准值取SB=100MVA，UB=230kV，系统频率为50Hz。发电机参数：G1：247.5MVA，16.5kV，功率因数为1，水轮机组（Salient-Pole）。G2：192MVA，18kV，功率因数为0.85，汽轮机组（Round-Rotor）。G3：128MVA，13.8kV，功率因数为0.85，汽轮机组（Round-Rotor）。变压器参数：发电机和变压器容量应输入100MVA。T1：16.5/230kV，XT=0.0576；T2：18/230kV，XT=0.0625；T3：13.8/230kV，XT=0.0586内容如图1.1所示，图1.1 电力系统接线图线路参数：Z45=0.01+j0.085，B/2=j0.088；Z46=0.032+j0.161，B/2=j0.153；Z69=0.017+j0.092，B/2=j0.079；Z57=0.039+j0.17，B/2=j0.179；Z78=0.0085+j0.072，B/2=j0.0745；Z89=0.0119+j0.1008，B/2=j0.1045负荷Lump A：125+j50MVA，Lump B：90+j30MVA，Lump C：100+j35MVA1.4 课题目的（1）掌握电力牛顿-拉夫逊法潮流计算的基本原理；（2）掌握并能熟练运用PSCAD软件；（3）通过课程设计,使学生巩固电力系统三相短路计算的基本原理与方法，掌握短路电流的数值求解方法(节点导纳矩阵，修正方程)，开发系统牛顿拉夫逊法的计算程序。让学生掌握用计算机仿真分析电力系统的方法。同时，通过软件开发，也有助于计算机操作能力和软件开发能力的提高。2 牛顿拉夫逊法简介2.1潮流计算流程图潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。输入原始数据形成节点导纳矩阵给定接点电压初值：计算： k 0 是解修正方程：计算雅可比矩阵各元素 输 出计算平衡节点功率及全部线路功k+1k否图2.1 潮流计算流程图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足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变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有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采取哪些预防措施等。参照电力系统分析一书的计算过程及原理，可以画出以下潮流计算程序流程图如图2.1所示。2.2潮流计算步骤（1）形成节点导纳矩阵（2）将各节点电压设初值U（3）将节点初值代入相关求式，求出修正方程式的常数项向量（4）将节点电压初值代入求式，求出雅可比矩阵元素（5）求解修正方程，求修正向量（6）求取节点电压的新值（7）检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第3步重新开始进行狭义次迭代，否则转入下一步（8）计算支路功率分布，PV节点无功功率和平衡节点柱入功率。（9）导纳矩阵 -45.6000 j15.0000 30.6000 -j14.8000 5.0000Y= 15.0000 -47.5228 j12.3103 5.0000 -10.0690 30.6000 j12.3103 -61.6961 j10.2000 5.27593 方案设计3.1系统框图设计PSCAD为用户提供了一些特殊的运行元件用于在线控制输入数据，并且可以记录及显示EMTDC输出数据，比如图形框、图表、曲线和一些仪表。用户可以直接控制EMTDC的输入变量，所以可以在仿真运行时改变这些变量。对于输出的图形信息或者整个图形框，用户可以把其作为图片复制出来，或者提取其中的变量数据信息。PSCAD软件中模块主要用于整合多个元件，把具有一定功能的元件组放入一个可称之为“子系统”的模块中，这样使得整个系统看起来更为简洁。连接模块和外部电路的信号有两种：数据信号（Data Signals）和电气信号（Electrical Signals）。根据课题要求，设计系统框图如图3.1所示。从PSCAD仿真图中可以看到整个模块的模型，各母线间的线路采用型等值电路，以及用来采集各母线上信号的装置，这样潮流分布就能通过图表来观测。 图3.1 PSCAD仿真图4 仿真调试及实验分析通过点击运行键可以得到如下图：图4.1 P1仿真图图4.2 Q1仿真图图4.3 P2仿真图图4.4 Q2仿真图图4.5 Q11仿真图图4.6 V1仿真图图4.7 I1仿真图 图4.8 P12仿真图图4.9 P13仿真图图4.10 Q13仿真图总 结课程设计过程当中，我们尽量按照老师的要求做，但在具体的操作过程中，还是出现了很多的问题。搞完这个课程设计让我感觉电力系统分析是一门很有用的课程。因为我对它的学到的知识比较少。在很多时候我很多东西都不了解，并且走了很多的弯路，而且我感觉自己的知识不够连贯，好些时候都出现了卡壳的情况。这次课程设计后，我一定要重新对电力系统分析这门课程做进一步的了解。对在此过程中遗留下的问题做好好的研究。争取早点对电力系统分析这门课程有个全方位的了解，为在以后的毕业课程设计中多些方案，也为我子以后走上工作岗位，提升自己的专业技能，打下扎实的基础。还有就是在十几天的课程设计中，使我养成了很好的学习习惯，和对学习知识的严谨的态度，同时也养成了积极查阅相关资料的好习惯，好习惯的养成是来之不易的，我相信在以后的学习和工作中，我将继续保持这些良好的习惯，并积极努力的学习。让自己更上一层楼。也感谢班上同学给了我很多宝贵的意见和参考，使我获益很多。参考文献1 何仰赞.电力系统稳态分析M.武汉：华中科技大学出版社，2002.2 电力系统计算M.北京：水利电力出版社，1993.123 于永源，杨绮雯. 电力系统分析M. 北京：中国电力出版社，2004.34 PSCAD 实验指导书.致 谢这次课程设计，凝结了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，要感谢老师的耐心细致的指导，老师在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为我指导。在设计过程中，老师和同学一并帮我分析遇到的种种困难。一直支持、鼓励我要有解决问题的信心，使设计得以顺利的完成。其次，学校在这方面也给我们提供了很大的支持和帮助。最后，还要感谢同学这半个月来对我的关心与支持，感谢各位老师在此期间对我的严格要求。同时也要感谢身边朋友的热心帮助，没有你们的关心与支持，我不可能这么快完成我的此次课程设计！这半个月是我学习过程中很有价值的一段时光，也将会成为我以后的美好回忆。12