电力系统基于pscad的潮流计算程设计正文.doc

摘 要电力系统分析是电气工程及其自动化专业的必修课。主要通过理论和仿真计算使学生掌握电力系统三大计算（电力系统短路计算、系统稳定计算、潮流计算）的基本方法，深化学生对电力系统基本理论和计算方法的理解，培养学生分析、解决问题的能力和电力系统计算软件的应用能力。 PSCAD/EMTDC仿真软件为我们电力系统分析的学习提供了一个有效的工具，可利用该仿真软件对电力电子电路进行仿真，并以单相交流调压电路为例对其进行了仿真分析,对提高学习质量有重要意义。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。也就是说，对于电气工程及其自动化专业的学生来说，掌握潮流计算是非常重要和必要的。关键词：PSCAD/EMTDC仿真；潮流计算；单相交流调压目 录摘要1概述1。1电力系统叙述1。2 设计目的1。3 设计要求2电力系统潮流计算概述及课题2。1 潮流计算概述2.2潮流计算的意义及其发展2.3课程设计题目相关技术参数3 PSCAD仿真软件简介 4课程设计的调试与仿真结果4.1 系统仿真图4.2 输出端显示图4。3 仿真波形图总结参考文献致 谢1概述1。1 电力系统叙述 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。现代电力系统提出了“灵活交流输电和新型直流输电”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.1。2 设计目的掌握电力系统潮流计算的基本原理;掌握并能熟练运用PSCAD/MATLAB 仿真软件；采用PSCAD/MATLAB 软件，做出系统接线图的潮流计算仿真结果。1。3 设计要求熟悉PSCAD/MATLAB 软件；编写潮流计算流程图；建立系统接线图的仿真过程;得出仿真结果。2电力系统潮流计算的概述及课题2.1 潮流计算概述在电力系统的正常运行中,随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的损耗也将发生变化.要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能的，因此系统运行中个节点出现电压的偏移是不可避免的。为了保证电力系统的稳定运行，要进行潮流调节。随着电力系统及在线应用的发展,计算机网络已经形成，为电力系统的潮流计算提供了物质基础。电力系统潮流计算是电力系统分析计算中最基本的内容，也是电力系统运行及设计中必不可少的工具。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电压的幅值及相角、各元件中流过的功率、整个系统的功率损耗等。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设计、生产运行、调度管理及科学研究中都有着广泛的应用。它的发展主要围绕这样几个方面：计算方法的收敛性、可靠性;计算速度的快速性;对计算机存储容量的要求以及计算的方便、灵活等.常规的电力系统潮流计算中一般具有三种类型的节点：PQ、PV及平衡节点。一个节点有四个变量，即注入有功功率、注入无功功率，电压大小及相角。常规的潮流计算一般给定其中的二个变量：PQ节点（注入有功功率及无功功率),PV节点（注入有功功率及电压的大小），平衡节点(电压的大小及相角）。变量的分类：负荷消耗的有功、无功功率、;电源发出的有功、无功功率、；母线或节点的电压大小和相位-、 、。在这十二个变量中，负荷消耗的有功和无功功率无法控制，因它们取决于用户，它们就称为不可控变量或是扰动变量.电源发出的有功无功功率是可以控制的自变量,因此它们就称为控制变量.母线或节点电压的大小和相位角-是受控制变量控制的因变量.其中, 、主要受、的控制， 、主要受、的控制。这四个变量就是简单系统的状态变量。为了保证系统的正常运行必须满足以下的约束条件：对控制变量有；对没有电源的节点则为； 对状态变量的约束条件则是; 对某些状态变量还有如下的约束条件为 .节点的分类： 第一类称PQ节点.等值负荷功率、和等值电源功率、是给定的，从而注入功率、是给定的，待求的则是节点电压的大小和相位角。属于这类节点的有按给定有功、无功率发电的发电厂母线和没有其他电源的变电所母线. 第二类称PV节点。等值负荷和等值电源的有功功率、是给定的，从而注入有功功率是给定的.等值负荷的无功功率和节点电压的大小 也是给定的。待求的则是等值电源的无功功率,从而注入无功功率和节点电压的相位角.有一定无功功率储备的发电厂和有一定无功功率电源的变电所母线都可以作为PV节点； 第三类平衡节点.潮流计算时一般只设一个平衡节点。等值负荷功率、是给定的，节点电压的大小和相位也是给定的。担负调整系统频率任务的发电厂母线往往被选作为平衡节点。2。2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.在用数字见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，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.2.3 课程设计题目相关技术参数 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线路参数：Line1：Z=0.01+j0.085，B/2=j0。088；Line2：Z=0。032+j0。161，B/2=j0。153；Line3：Z=0.017+j0.092，B/2=j0。079；Line4:Z=0。039+j0。17，B/2=j0.179；Line5:Z=0。0085+j0。072，B/2=j0。0745；Line6：Z=0.0119+j0。1008,B/2=j0。1045；负荷参数：Lump A：125+j50MVALump B：90+j30MVALump C：100+j35MVA在图2。1所示的简单电力系统接线图中，将发电机G1 设为系统的平衡节点（Slack），设置电压幅值为1.04pu,电压参考相角为0；将G2 和G3 设为PV 节点，分别设置有功出力为1.63pu 和0。85pu,设置电压幅值都为 1。025pu.收敛系数0.00001.电路图如图所示。图2.1 WSCC 三机九节点系统3 PSCAD仿真软件简介PSCAD是一种有效的用户图形界面,能够显著地提高电力系统电磁瞬时模拟研究的效率。 利用PSCAD 家族的软件工具,使得电力系统工程师能够充分利用现代微机工作站的资源, 更为有效地使用马尼托巴高压直流研究中心的EMTDC 瞬时模拟软件。该族软件还可作为该中心的实时数字模拟器（RTDS）的用户界面。 PSCAD 由下述软件模块构成： 档管理系统、建模(DRAFT)模块 、架空线（T-LINE)和电缆(CABLE)模块 、运行(RUN TIME）模块 、单曲线绘图（UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块 PSCAD 编写使其适合在基于UNIX操作系统并具有X 窗口环境的微机工作站上运行。PSCAD 具备自己的软件支持因而不需要用户再安装其他支持软件. 建议使用的系统至少应具备16MB的内部RAM。 安装的PSCAD 软件需占用不到10MB的磁盘存储空间。软件同时支持单色和彩色监视器.如果要运行EMTDC 模拟软件, 用户应提供FORTRAN 77（F77） 编译器.硬拷贝输出采用PS格式.建模模块中的图形可通过接受HP-GL 命令的绘图仪输出。 PSCAD代表电力系统计算机辅助设计,PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能,而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。PSCAD V1 1988年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年PSCAD V2开始应用。PSCAD V3以PC Windows作为平台，在1999年面世。目前最新版本的是PSCAD V4.2。1。 用户可以通过调用随EMTDC 主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。EMTDC 的威力之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统, 包括直流输电系统和其相关的控制系统.所以PSCAD是电力专业十分有用的仿真软件,我们组的课题系统节点较多,传统的手工计算显然不切实际,于是利用PSCAD仿真运行出结果就成了本次课程设计最为关键的一个环节。4 课程设计的系统仿真总图与仿真波形图4.1 系统仿真图系统PSCAD仿真总接线图如下图4.1所示。图4.1 系统仿真图4.2 输出端显示图输出端显示如图4.2所示，点击最右边放大图标可以查看各节点参数分布情况。图4。2 输出端显示图4.3 仿真波形图下面几张图分别为母线5上的有功功率分布(图4。3和图4。4），母线6上的无功功率分布（图4。5和图4.6）。图4.3 母线5上有功功率分布图4.4母线上5上有功功率分布图4.5 母线上6上无功功率分布图4。6 母线上6上无功功率分布总 结潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压(幅值及其相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。潮流计算的已知条件通常是电源点的电压和负荷点的功率，待求的是电源点以外的各节点电压和功率分布。可以采用逐步逼近的方法,将每一轮的计算分两个步骤进行:第一步，从负荷点开始，逆着功率传送的方向,计算各支路的功率损耗和功率分布；第二步，从电源点开始，顺着功率传送的方向，计算各支路的电压降落（或电压损耗）。通过这次的课程设计，我重新温习了之前课本的相关内容，对课本上的知识有了更深层次的理解与掌握，同时进一步感受到了理论知识在工程实践中的重要性.刚接触到课设题目时，把问题想的太复杂,只有一个模糊的方向。后来与同学进行了多次讨论与推敲，直至最后才把问题解决.总之，这次的课程设计是很有意义的，让我更加地体会到“实践出真知”的这个道理。参考文献1何仰赞,温增银.电力系统分析上册。武汉:华中科技大学出版社2006。82 何仰赞，温增银.电力系统分析下册.武汉：华中科技大学出版社2006.83 何仰赞，温增银.电力系统分析题解.武汉：华中科技大学出版社2006。114 电气工程设计手册5 孟祥萍。 电力系统分析高等教育出版社.2004致 谢经过两个多星期的忙碌的学习研究，课程设计已接近尾声，作为一个课程设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方.如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢黄肇指导老师。平时工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，从资料的收集，开题报告的写作,设计的检查,后期的设计完整性指导等整个过程中都给予了我悉心的指导。其次要感谢和我一起作课程设计（论文）的全体同学，他们在学习生活和精神上给我很大的帮助，且在资料查找过程中我也得到了同学热情的帮助.最后还要感谢大学以来所有的老师，为我们打下电气专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次课程设计才会顺利完成. 致谢人：2013年1月6日