电力系统分析报告

山东交通学院电力系统分析课程设计报告书院（部）别信息科学与电气工程学院班 级学 号姓 名指导教师时 间201406 92013.06.13课程设计任务书题目学院专业班级学生姓名学号电力系统分析课程设计信息科学与电气工程学院电气工程及其自动化6月9 日至 6 月 13 日 共 1 周指导教师（签字）院长（签字）2014 年 6 月 13 日一、设计内容及要求复杂网络牛顿一拉夫逊法潮流分析与计算的设计电力系统潮流计算是电力系统中一项最基本的计算，设计内容为复杂网络潮 流计算的计算机算法 牛顿-拉夫逊法。首先，根据给定的电力系统简图，通过手算完成计算机算法的两次迭代过程, 从而加深对牛顿-拉夫逊法的理解，有助于计算机编程的应用。其次，利用计算机编程对电力系统稳态运行的各参数进行解析和计算；编程 完成复杂网络的节点导纳矩阵的形成；电力系统支路改变、节点增减的程序变化; 编程完成各元件的功率损耗、各段网络的电压损耗、各点电压、功率大小和方向 的计算。二、设计原始资料给出一个46节点、环网、两电源和多引出的电力系统；参数给定，可以选用直角坐标表示的牛拉公式计算，也可以选用极坐标表示的牛 拉公式计算。具体题目详见附录题单三、设计完成后提交的文件和图表1. 计算说明书部分设计报告和手算潮流的步骤及结果2. 图纸部分：电气接线图及等值电路；潮流计算的计算机算法，即程序；运算结果等以图片的形式附在设计报告中。四、进程安排第一天上午：选题，查资料，制定设计方案； 第一天下午一一第三天下午：手算完成潮流计算的要求；第四天上午一一第五天上午：编程完成潮流计算，并对照手算结果，分析误差 第五天下午：答辩，交设计报告。五、主要参考资料电力系统分析（第三版）于永源主编，中国电力出版社，2007年电力系统分析，何仰赞温增银编著，华中科技大学出版社，2002年版;电力系统分析，韩桢祥主编，浙江大学出版社，2001年版；电力系统稳态分析，陈珩 编，水利电力出版社；成绩评定表指导教师成绩答辩小组成绩总评成绩摘要潮流计算，电力学名词，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负 荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是 根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各 部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的 功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母 线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。传统的 潮流计算程序缺乏图形用户界面，结果显示不直观，难于与其他分析功能集成， 网络原始数据输入工作量大且易于出错。结合电力系统的特点，对于复杂电力系 统，根据定条件，应用牛顿-拉夫逊法进行计算，在手工计算中，由于涉及大量 变量、微分方程、矩阵计算，求解很繁琐，计算不同系统时需要重新计算。运用 MATLAB 软件进行仿真潮流计算，图形界面直观，运行稳定，计算准确，提高 了计算速度，各个类的有效封装又使程序具有很好的模块性 .可维护性和可重用 性。关键字： 潮流计算 牛拉法 Matlab目录1潮流计算11.1 潮流计算概述11.2 潮流计算的要求21.3 潮流计算的优势21.4 潮流计算的用途32 MATLAB简介42.1MATLAB 概述 43 牛顿-拉夫逊法概述 53.1 牛顿-拉夫逊基本原理 53.2 直角牛顿-拉夫逊法潮流计算求解过程64 设计过程124.1 题目 D124.2牛顿拉夫逊法程序流程图2114.3 设计程序22心得体会25参考文献261 潮流计算1.1潮流计算概述潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算 的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上 的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是 电力系统稳定计算和故障分析的基础。通过潮流计算可以判断电网母线电压、支 路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在 规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。 潮流计算还可以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。具体表现在以下方面：(1) 在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点 ,合理规划 网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调 相、调压的要求。(2) 在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方 式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、 基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。(3) 正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发 电厂开机方式,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的影响分析及作出预想的运行方式 调整方案。总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比 较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电 力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力 系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系 统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采 用在线潮流计算。此外，电力系统潮流计算也是计算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很重要和基础的计算。1.2潮流计算的要求电力系统运行必须满足一定技术和经济上的要求。这些要求够成了潮流问题 中某些变量的约束条件，常用的约束条件如下：1. 节点电压应满足U U U (i = 1,2,.n)i minii max从保证电能质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运 行在额定电压附近。PU节点电压幅值必须按上述条件给定。因此，这一约束条件对PQ节点而言。 PGi max Q JGi max2节点的有功功率和无功功率应满足P PGi minGiQ QGi minGiPQ节点的有功功率和无功功率，以及PU节点的有功功率，在给定是就必须 满足上述条件，因此，对平衡节点的P和Q以及PU节点的Q应按上述条件进行 检验。3.节点之间电压的相位差应满足建抗10 1=10 -0 1dAQ = -L (G Ae - B f ) + G e + B fdfij j ij j ii i ii ij j=dAU 2,i- = -2edei泌=-2 fdfJiJi由式(2-2-9)和(2-2-10)看出，雅可比矩阵的特点:(3-2-10)1 矩阵中各元素是节点电压的函数,在迭代过程中，这些元素随着节点电压的变化而变化;2 导纳矩阵中的某些非对角元素为零时，雅可比矩阵中对应的元素也是为零.建菟贽料若Y = 0，则必有J = 0 ;ijij3雅可比矩阵不是对称矩阵；(i = ql,2,n; i主s)雅可比矩阵各元素的表示如下式(2-2-11):h =SAPij dejz SAPN = iijdfj-(Ge + Bf)iji ij i(j 丰 i)L (Ge - B f ) - Ge - B f (j 二 i) ij j ij jii i ii ijB e - G f)ij i ij i(j 主 i)(Gf + Be ) + Be - Gf (j 二 i) ij j ij jii i ii iM dAQBe-G f)ij i ij i(j 丰 i)(Gf + Be ) + Be - Gf (j 二 i) ij j ij jii i ii iGe+B f)r3AQij iij i(j Hi)L i AQ = Q - f 为(Ge - B f ) + e 为(G f + Be )ij j j j Iij jij jj =1j =1AP2(0) = 0.5000,AQ2(0) = 1.1000AP3(0) = -0.3750,AQ3(0) = 0.0750Ap4(0) = -0.4000,AQ4(0) = -0.0500 AP5(0) = -0.6.000,AQ4(0) = -0.05003. 计算雅可比矩阵中各元素当j丰i时，雅可比矩阵中非对角元素为QAP沁Q“厂八i _ i _ (G e + B f )dA edAfij i ij ijjQA PSA Q D i _ i _ B e G fSAfSAeij i ij ijjSAU 2 SAU 2_ _ 0SeSfjj当丿=i时，雅可比矩阵中对角元素为:ijB f )TjjiiBfTT Ti(G f +Tjjijiiii(G f +TjjijiiiiijTjTTTTdA UidA U把数据代入上边公式，可得：雅克比矩阵各元素H22=33.4J22=-11.134N22=10.534L22=31.6H23=-5J23=1.667N23=-1.667L23=-5H24=-5J24=1.667N24=-1.667L24=-5H25=-7.5J25=2.5N25=-2.5L25=-7.5相似可得雅可比矩阵中其它元素33.40010.534一 5.000一1.667一 5.000一1.667一 7.5一 2.500一 11 .13431.6001.667一 5.0001.667一 5.0002.500一 7.500一 5.000一1.66738.97512.842一 30 .000一 10 .0000.0000.0001.667一 5.00012.99238.52510.000一 30 .0000.0000.000一 5.000一1.667一 30 .000一 10 .00038.75012.917一 3.750一1.2501.667一 5.00010.000一 30 .000一 12 .91738.7501.250一 3.750一 7.500一 2.5000.0000.000一 3.750一1.25011.2503.7502.500一 7.5000.0000.0001.250一 3.750一 3.75011.250J04. 列写修正方程式求各节点电压值 采用矩阵求各节点电压的修正量求得雅可比矩阵的逆阵节点功率不平衡量 节点电压修正量，从而求得电压新值修正方程的解DY:-0.0488-0.08730.0058-0.09290.0038-0.1076-0.0032节点电压的第1次近似值:1.0358 - 0.0488i1.0058 - 0.0873i1.0038 - 0.0929i0.9968 - 0.1076i1.0600各点的电压实部ei（单位:V）为（节点号从小到大排列）：1.03581.00581.00380.99681.0600各点的电压虚部fi（单位:V）为（节点号从小到大排列）：-0.0488-0.0873-0.0929-0.10760平衡节点的功率：S1 = 1.29816 + 0.24447各支路功率：00.2469 + 0.0815i0.2793 + 0.0806i0.5489 + 0.1333i-0.8751 - 0.0954i-0.5370 - 0.0977i0-0.0630 - 0.0023i00.8895 + 0.1387i0.4087 + 0.1058iShortcuts 0 How to Add 囚 Whsts New平術节点艾:TlS -PQ节点为:JD =丘 商n -is.75nni-5.0000 +15. 00001-1.2500 + 3. 7500100翱拒阵切二6.2500 -18. 75001-5.0000 +15. 0000i-1.2500 + 3. 750010-5. nnnn +ifi.ninni-i.psnn10.8340 -32.5J001-1.6670-1.6670 + 5.0J00112.970-1.6670 + 5.0)001-10.0000+ 5.00001 -1.66?0 + 5.00001-38.75001 -10. 0000 +30.00001+30. OOOOi-2.5000 + 7.5D001-5.0000 +15.0J00110. B340 -32.5)001-1.2500 + 3.75001-1.60 + 5.C0001-1.667012.91?0 -38.75O0i-1.2500 + 3.750010-l,6T0 + 5.XOOi5.0J001 12.970 -38.75001 -10. 0000 +30.00001-1.6670 + 5.0J001 -10.0000 +30.00001 12.9110 -38.75001-2.5000 + 7.5J001 0-：.2500 + 3.7500i3.7500 -11.250010-2.5000 + 7.5D00i0-1.2500 + 3.7500135.annn10. 530.00001for m=2:5pp=0;qq=0;for n=1:5pp=pp+ei(m)*(G(m,n)*ei(n)-B(m,n)*fi(n)+fi(m)*(G(m,n)*fi(n)+B(m,n)*ei(n);% Pi(0)qq=qq+fi(m)*(G(m,n)*ei(n)-B(m,n)*fi(n)-ei(m)*(G(m,n)*fi(n)+B(m,n)*ei(n);I(m)= (pp-qq*i)/conj(ei(m)+fi(m)*i);%节点注入电流 Ii (0)endDP(m)=P(m)-pp; %有功功率的不平衡量DQ(m)=Q(m)-qq; %无功功率的不平衡量 H(m,m)=-B(m,m)*ei(m)+G(m,m)*fi(m)+imag(I(m);N(m,m)=G(m,m)*ei(m)+B(m,m)*fi(m)+real(I(m);J(m,m)=-G(m,m)*ei(m)-B(m,m)*fi(m)+real(I(m);L(m,m)=-B(m,m)*ei(m)+G(m,m)*fi(m)-imag(I(m);JJ(2*m-3,2*m-3)=H(m,m);JJ(2*m-3,2*m-2)=N(m,m);JJ(2*m-2,2*m-3)=J(m,m);JJ(2*m-2,2*m-2) =L(m,m);endfor m=2:Nfor n=2:Nif n=melse H(m,n)=-B(m,n)*ei(m)+G(m,n)*fi(m); N(m,n)=G(m,n)*ei(m)+B(m,n)*fi(m); J(m,n)=-B(m,n)*fi(m)-G(m,n)*ei(m); L(m,n)=G(m,n)*fi(m)-B(m,n)*ei(m);JJ(2*m-3,2*n-3)=H(m,n);JJ(2*m-3,2*n-2)=N(m,n);JJ(2*m-2,