电力系统分析课程设计Word下载.docx

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一、课程设计任务书

二、电力系统潮流计算概述

2.1电力系统简介

2.2潮流计算简介

2.3潮流计算的意义及其发展

三、潮流计算课题

3.1潮流计算题目

3.2对课题的分析及求解思路

四、牛顿拉夫逊法潮流计算

4.1计算公式

4.2解题一般步骤

4.3手算部分

4.4计算机部分

五、潮流计算流程图及源程序

5.1潮流计算流程图

5.2潮流计算源程序图

总结

参考文献

一、设计内容及要求

复杂网络牛顿—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

1、给出一个六节点、环网、两电源和多引出的电力系统；

2、给出一个五节点、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。

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——第三天下午：

手算完成潮流计算的要求；

第四天上午——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；

第二章

2．1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。

同时，为了提高供电的可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送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“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。

2.2潮流计算简介

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运行条件及系统接线情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研究中，都需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。

可靠性和经济性。

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，所以潮流计算是研究电力系统的一种和重要和基础的计算。

电力系统潮流计算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安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。

利用电子数字计算机进行潮流计算从50年代中期就已经开始了。

在这20年内，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要围绕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）计算方法的可靠性或收敛性；

（2）对计算机内存量的要求；

（3）计算速度；

（4）计算的方便性和灵活性。

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

第三章课题

设发电机G1的端电压为1，发出的有功、无功可调；

发电机G2端电压为1，按指定的有功P=0.5发电。

利用N-R法计算系统潮流，取误差系数ε=10-4。

3.2对课题的分析及求解思路

此电力系统是一个5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，最后确定采用牛顿拉夫逊法（极坐标）。

因为此方法所需解的方程组最少。

第四章牛顿拉夫孙法潮流计算

4.1牛顿——拉夫逊法潮流计算计算公式

把牛顿法用于潮流计算，采用直角坐标形式表示的如式（2-2）所示的形式。

其中电压和支路导纳可表示为：

（2-1）

将上述表示式（2-1）代入（1-1）式的右端，展开并分出实部和虚部，便得：

（2-2）

按照以上的分类，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：

（2-3）

=（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：

（2-4）

=（m+1、m+2、…、n-1）

形成雅可比矩阵。

N-R法的思想是

；

本例

对F（x）求偏导的式（2-6）、式（2-7），即式（1-4）、式（1-5）中的

是多维变量的函数，对多维变量求偏导（

、…），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

（2-5）

当

时,矩阵非对角元素为：

（2-6）

由上式不难看出，雅可比矩阵有以下特点。

1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变化而不断的变化。

2雅可比矩阵具有结构对称性，数据不对称。

如非对角

，

。

3由式（2-6）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，即矩阵是非常稀疏的。

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。

4.2牛顿—拉夫逊法解题的一般步骤

以下讨论的是用直角坐标形式的牛顿—拉夫逊法潮流的求解过程。

当采用直角坐标时，潮流问题的待求量为各节点电压的实部和虚部两个分量

由于平衡节点的电压向量是给定的，因此待求共

需要2（n-1）个方程式。

事实上，除了平衡节点的功率方程式在迭代过程中没有约束作用以外，其余每个节点都可以列出两个方程式。

（2-3-0）

对PQ节点来说，

是给定的，因而可以写出

（2-3-1）

（2-3-2）

对PV节点来说，给定量是

，因此可以列出式（2-3-2）

求解过程大致可以分为以下步骤：

（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