电力系统潮流计算优秀课程设计优质报告.doc

课 程 设 计 报 告

学生姓名:

学 号：

学 院:
电气工程学院
班 级:

题 目:
电力系统时尚计算

初 壮

指导老师： 职称: 副教授
指导老师： 李翠萍 职称: 副教授

01月10日

1 时尚计算目标和意义
时尚计算目标：已知电网接线方法和参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流和功率及网损。对于正在运行电力系统，经过时尚计算能够判定电网母线电压、支路电流和功率是否越限，假如有越限，就应采取方法，调整运行方法。对于正在计划电力系统，经过时尚计算，能够为选择电网供电方案和电气设备提供依据。时尚计算还能够为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。
时尚计算意义：
(1)在电网计划阶段,经过时尚计算,合理计划电源容量及接入点,合理计划网架,选择无功赔偿方案,满足计划水平大、小方法下时尚交换控制、调峰、调相、调压要求。 　　
(2)在编制年运行方法时,在估计负荷增加及新设备投运基础上,选择经典方法进行时尚计算,发觉电网中微弱步骤,供调度员日常调度控制参考,并对计划、基建部门提出改善网架结构,加紧基建进度提议。 　　
(3)正常检修及特殊运行方法下时尚计算,用于日运行方法编制,指导发电厂开机方法,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 　　
(4)预想事故、设备退出运行对静态安全影响分析及作出预想运行方法调整方案。

2 时尚计算数学模型
1.变压器数学模型：
变压器忽略对地支路等值电路：

2.输电线数学模型：
π型等值电路：

3 数值方法和计算步骤
利用牛顿拉夫逊法进行求解，用MATLAB软件编程，能够求解系统时尚分
布依据题目标不一样要求对参数进行调整，经过调整变压器变比和发电厂电压，求解出合理时尚分布，最终用matpower进行时尚分析，将二者进行比较。

牛顿—拉夫逊法
1、牛顿—拉夫逊法概要
首先对通常牛顿—拉夫逊法作一简单说明。已知一个变量X函数为：

到此方程时，由合适近似值出发，依据：

反复进行计算，当满足合适收敛条件就是上面方程根。这么方法就是所谓牛顿—拉夫逊法。
这一方法还能够做下面解释，设第次迭代得到解语真值之差，即误差为时，则：

把在周围对用泰勒级数展开

上式省略去以后部分

误差能够近似由上式计算出来。

比较两式，能够看出牛顿—拉夫逊法休整量和误差一次项相等。
用一样方法考虑，给出个变量个方程：

对其近似解得修正量能够经过解下边方程来确定：

式中等号右边矩阵全部是对于值。这一矩阵称为雅可比（JACOBI）矩阵。按上述得到修正向量后，得到以下关系

这比更靠近真实值。这一步在收敛到期望值以前反复进行，通常要反复计算满足

为预先要求小正数，是第n次迭代近似值。
2、牛顿法框图及求解过程
（1）用牛顿法计算时尚时，有以下步骤：
①给这各节点电压初始值；
②将以上电压初始值代入公式，求修正方程常数项向量 ；
③将电压初始值在带入上述公式，求出修正方程中系数矩阵各元素。
④解修正方程式；
⑤修正各节点电压，；
⑥将，在带入方程式，求出；
⑦检验是否收敛，即
假如收敛，迭代到此结束，深入计算各线路时尚和平衡节点功率，并打印输出结果。假如不收敛，转回②进行下次迭代计算，直到收敛为止。
（2）程序框图以下：
开启

输入原始数据

形成节点导纳矩阵

分解各节点初始电压实部和虚部
迭代次数K=0
求PQ节点,，求PV节点，
置节点号i=0
雅克比矩阵是否形成，i>n
求得雅克比矩阵各元素
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

4 算例分析
4.1 第一问
4.1.1 节点设置及分类
依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1，10，将变电所1、2、3、4高低压侧分别设为节点2、3、4、5、6、7、8、9。而且，将节点1设为平衡节点，将节点10设为PV节点，其它节点设为PQ节点。

4.1.2 参数求取
设定基准值，，所以依据题目原始资料，计算发电厂、变压器及线路参数。
（1）利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 =50+j30.987 变电所2 =40+j27.79
变电所3 =50+j30.987 变电所4 =60+j37.18
将参数整理，见下表：

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
1
2
8.5+j20.1
0.0176+j0.0415
j0.000556
j0.2691
1
4
13.6+j32.16
0.0218+j0.0664
j0.0002224
j0.1076
1
6
13.6+j32.16
0.0218+j0.0664
j0.0002224
j0.1076
2
3
1.49+j40.333
0.0031+j0.0833
0
0
4
5
1.78+j53.885
0.037+j0.1113
0
0
4
6
10.2+j24.12
0.0211+j0.0498
j0.0001668
j0.0807
6
7
1.49+j40.333
0.0031+j0.0833
0
0
6
8
6.8+j16.08
0.0140+j0.0332
j0.0004448
j0.2153
8
9
1.78+j53.885
0.0037+j0.1113
0
0
8
10
8.5+j20.1
0.0176+j0.0415
j0.000556
j0.2691
（4）计算变压器分接头变比
变压器有5个抽头，电压调整范围为2*2.5%， 对应分接头开始时设变压器高压侧接主接头,降压变压器5个分接头时非标准变比以备调压时选择

对变电所低压母线为35KV时，非标准变比和10KV时相同。
所以得到电力系统数学模型以下图所表示：
S=40+j24.8

S=50+j31

S=40+j24.8

S=60+j37.2

发电厂一
发电厂二
1:k1
1:k2
1:k3
1:k4
1
10
2
4
8
6
3
5
7
9
8.5+j20.1
13.6+j32.16

1.49+j40.333

1.78+j53.885

1.49+j40.333

1.78+j53.885

10.2+j24.12

13.6+j32.16

6.8+j16.08

8.5+j20.1

j0.0001112
j0.0001112

j 0.000556
4
j0.0000834
j 0.0004448

δ=0
U=231V
P=200MW
U=231V

4.2 第二问
当变电所1,2,3,4负荷分别为：40MW，50MW，40MW，60MW时，
假设初始branch，bus，generator矩阵以下图：

得到结果以下图：
节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
1.0
0.987
1.011
0.971
0.960
0.974
0.997
0.974
0.973
1.0
14.055
43.75

由上图分析很多参数全部不符合要求，且网络无功有功损耗过大。
所以对母线电压，发电厂发电功率，变压器变比逐一调整，得到以下关系：
1， 母线电压1电压升高会造成以下参数改变：2~9母线电压会提升，网络总损耗变大。
2， 发电厂2发电功率降低会造成以下参数改变：4~9母线电压会降低，网络总损耗变小。
3， 变压器变比降低会造成以下参数改变：对应母线电压提升，网络总损耗变小。
综上述分析，经过调试参数得到较为满足条件且网络损耗较小情况：
得到branch，bus，generator矩阵以下图

结果以下图：

节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
1.01
0.997
1.022
0.973
0.989
0.967
0.989
0.973
0.998
1.0
5.406
23.5

4.3 第三问
因为要伴随负荷改变而使电力系统满足给类要求，所以我们先初步给定各可控参数：
（因为发电厂1母线设定为参考节点，所以暂且将电厂1发电量设为0）
发电厂2发电量
发电厂1母线电压
发电厂2母线电压
变压器1变比
变压器2变比
变压器3变比
变压器4变比
60
1.01
1
0.955
0.932
0.955
0.932
结果以下表：
节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
1.01
0.997
1.022
0.973
0.989
0.967
0.989
0.973
0.998
1.0
5.406
23.5

由此表中所给可控参数，我们得出各电压参数不符合题目要求，且有没有功损耗较高，所以我们还需要调整各可控参数来取得更小有没有功损耗。

4.4 第四问
经过调试各可控参数我们得到以下结果：
当可调参数值为下表时：

得到结果以下表所表示：

节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
四个负荷均增大2%
1.01
0.997
1.023
0.986
1.003
0.991
1.015
0.991
1.017
1.01
3.822
19.09
四个负荷均减小2%
1.01
0.998
1.024
0.987
1.007
0.992
1.018
0.992
1.021
1.01
3.494
17.45
1,4下降2,3上升2%
1.01
0.998
1.024
0.986
1.003
0.991
1.016
0.991
1.02
1.01
3.708
18.23
满足题目要求，且有没有功损耗较小

4.5 第五问

设变电所1，2，3，4负荷分别为40MW，50MW，40MW，60MW，此时若不停开任何一条回线且可控参数为第四问得到较优解，则运行结果以下：

节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
未断开回线
1.01
0.997
1.022
0.987
1.005
0.991
1.015
0.991
1.019
1.01
3.671
18.38

断开4,6回线：

节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
断开4,6回线
1.01
0.998
1.024
0.986
1.003
0.991
1.016
0.991
1.02
1.01
3.708
18.23
断开1,4回线：

节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
断开1,4回线
1.01
0.997
1.022
0.946
0.959
0.974
0.998
0.982
1.008
1.01
6
24.83
断开1,6回线：

节点1电压
节点2电压
节点3电压
节点4电压
节点5电压
节点6电压
节点7电压
节点8电压
节点9电压
节点10电压
有功功率损耗
无功功率损耗
断开1,6回线
1.01
0.997
1.022
0.977
0.994
0.973
0.996
0.981
1.007
1.01
5.434
23.40
由上述结果分析：
切断4,6回线会使各母线电压和有没有功功率损耗改变不大。
切断1,4回线会使4~9母线电压大幅下降，而且有没有功损耗均得到较大增加。
切断1,6回线会使4~9母线电压小幅下降，而且有没有功损耗增加。

4.6 第六问
第二问中网损率：
所以：

5 结语

参考文件
1 陈珩.电力系统稳态分析.北京：中国电力出版社，
2

附录

深入思索