节点电力网络潮流计算.docx
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节点电力网络潮流计算
辽宁工程技术大学
电力系统分析课程设计
设计题目9节点电力网络潮流计算
指导教师李洪珠葛群刘健辰
院（系、部）电气与控制工程学院
专业班级电气12-*班
学号1206******
姓名******
日期2015年6月21日
电气工程系课程设计标准评分模板
课程设计成绩评定表
学期
2014/2015第2学期
姓名
专业
班级
课程名称
电力系统分析
设计题目
9节点电力网络潮流计算
成绩
评分项目
合格
评定
不合格
评定
设计表现
1.独立工作能力
独立完成设计
不能独立完成设计
2.上交设计时间
按时
迟交
设计说明书
3.设计内容
设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确
设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误
4.设计书写、字体、排版
规范、整洁、有条理，排版很好
不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大
5.封面、目录、参考文献
完整
不完整
图纸
6.绘图效果
满足要求
很差
7.布局
合理
布局混乱
8.绘图工程标准
符合标准
不符合标准
答辩
9.回答问题
回答基本正确或正确
回答不正确
总评定
评定说明：
（1）不合格标准
1）设计说明书不合格否决制，即3、4两项达不到要求，不予合格；
2）9项评分标准中，有6项达不到要求，不予合格。
（2）合格标准
除设计说明书的3、4、5项必须满足要求外，其余6项，至少有4项满足要求，给予合格。
（3）请在评定栏里打“√”评定，若全部满足要求，不必分项评定，只需在总评定中打“√”即可，最后给出最终成绩，并签字。
最终成绩：
评定教师签字：
电力系统分析课程设计任务书
9节点系统单线图如下：
基本数据如下：
表1母线数据
母线名
基准电压
区域号
电压上限
电压下限
发电1
2
发电2
1
发电3
1
GEN1-230
2
GEN2-230
1
GEN3-230
1
STNA-230
2
STNB-230
2
STNC-230
1
表2交流线数据
数据组
I侧母线
J侧母线
编号
所属区域
单位
正序电阻
正序电抗
正序充电电纳的1/2
常规
GEN1-230
STNA-230
1
I侧
标么
常规
STNA-230
GEN2-230
2
I侧
标么
常规
GEN2-230
STNC-230
3
I侧
标么
常规
STNC-230
GEN3-230
4
I侧
标么
常规
GEN3-230
STNB-230
5
I侧
标么
常规
STNB-230
GEN1-230
6
I侧
标么
表3两绕组变压器数据
数据组
I侧线母线
J侧母线
编号
连接方式
单位
正序电阻
正序电抗
常规
发电1
GEN1-230
7
三角形/星形接地
标么
常规
发电2
GEN2-230
8
三角形/星形接地
标么
常规
发电3
GEN3-230
9
三角形/星形接地
标么
两绕组变压器数据（续表）
激磁
电导
激磁
电纳
变比
I侧主抽头电压
J侧主抽头电压
J侧抽头级差
J侧抽头位置
J侧最大抽头电压
J侧最小抽头电压
表4发电机数据
数据组
母线名
母线
类型
单位
额定容量（MVA）
额定功率（MW）
有功发电
无功发电
母线电压幅值
母线电压相角
常规
发电1
Vθ
标么
常规
发电2
PV
标么
常规
发电3
PV
标么
负荷数据
数据组
母线名
编号
母线类型
单位
有功负荷
无功负荷
常规
STNA-230
300
PQ
标么
常规
STNB-230
301
PQ
标么
常规
STNC-230
302
PQ
标么
表5区域数据
区域名
区域号
区域－1
1
区域－2
2
设计要求：
利用PSASP电力系统分析综合程序建立单线图程序，完成潮流分析计算，给出设计结果。
设计说明书内容：
1、任务书
2、PSASP软件简介及牛顿拉夫逊潮流计算简介
3、给出单线图及元件数据（从程序中导出）
4、给出潮流计算结果
5、结论
电气12-6班数据
序号
姓名
GEN2与STNC母线之间线路
GEN3与STNC母线之间线路
GEN2与STNA母线之间线路
GEN3与STNB母线之间线路
GEN1与STNA母线之间线路
GEN1与STNB母线之间线路
1
陈世游
双回线路
2
邢梦平
双回线路
3
李现凯
双回线路
4
于坤鹏
双回线路
双回线路
5
金坤
双回线路
双回线路
6
万志国
双回线路
7
杨乐
双回线路
8
郑笳笳
双回线路
9
李钦崇
双回线路
双回线路
10
曹倩蕾
双回线路
双回线路
11
刘金杯
双回线路
双回线路
12
李令
双回线路
双回线路
13
高双双
双回线路
14
刘旭阳
双回线路
15
张亚朋
双回线路
双回线路
16
张军
双回线路
双回线路
17
王小芳
双回线路
双回线路
18
桂学祥
双回线路
双回线路
19
王新欢
双回线路
双回线路
20
李浩文
双回线路
双回线路
说明：
1.双回线路参数完全相同，具体参数见交流数据表；表中空白表示母线之间为单回线路；
2.对于电气12-6的学生，发电厂3的升压变压器为两台并联，并联运行的变压器参数相同，其他变压器为单台运行。
1．设计目的……………………………………………………………………………1
二．PSASP软件简介
PSASP软件概述……………………………………………………………………1
开发历史…………………………………………………………………………2
应用功能…………………………………………………………………………3
主要特点…………………………………………………………………………3
3．潮流计算
牛顿—拉夫逊法简介……………………………………………………………4
牛顿—拉夫逊法潮流计算方法步骤……………………………………………5
雅可比矩阵……………………………………………………………………5
牛顿—拉夫逊法计算潮流程序框图…………………………………………5
4．系统单线图及元件数据
单线图……………………………………………………………………………7
系统元件数据……………………………………………………………………7
5..潮流计算结果
潮流计算后的单线图……………………………………………………………10
潮流计算结果输出表格整理……………………………………………………11
六．结论…………………………………………………………………………………15
七．参考文献……………………………………………………………………………15
1．设计目的
潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算，对电力网络的各种设计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。
在数学上是多元非线性方程组的求解问题，求解的方法有很多种。
牛顿—拉夫逊法是数学上解非线性方程式的有效方法，有较好的收敛性。
将牛顿法用于潮流计算是以导纳矩阵为基础的，由于利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性及节点编号顺序优化等技巧，使牛顿法在收敛性、占用内存、计算速度等方面都达到了一定的要求。
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，他的任务是对给定运行条件确定系统运行状态，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。
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。
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。
二．PSASP软件简介
PSASP软件概述
电力系统分析综合程序（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage）简称PSASP。
是一套功能强大、使用方便的电力系统分析程序，它具有我国自主知识产权，是资源共享，使用方便，高度集成和开放的拥有长久历史的大型软件包。
PSASP是电力系统规划设计人员确定经济合理、技术可行的规划设计方案的重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题的得力助手；是高等院校用于教学和研究的软件设施。
基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，PSASP可进行电力系统（输电、供电和配电系统）的各种计算分析。
其中包括：
稳态分析的潮流计算、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析、静态等值等； 故障分析的短路计算、复杂故障计算以及继电保护整定计算等； 机电暂态分析的暂态稳定计算、直接法暂态稳定计算、电压稳定计算、小干扰稳定计算、动态等值、马达起动、控制系统参数优化与协调以及电磁-机电暂态分析的次同步谐振计算等。
PSASP的计算功能还在不断发展、完善和扩充。
它有着友好、方便的人机界面，如基于图形的数据输入和图上操作，自定义模型图以及图形、曲线、报表等各种形式输出。
并且与Excel、AutoCAD、Matlab等通用的软件分析工具有着方便的接口，可充分利用这些软件的资源。
开发历史
PSASP的开发始于1973年，当时是在国产DJS-170机（即早期的一种晶体管计算机）上用机器指令编写而成的。
它不仅速度快、存储量占用小，可以满足实际电力系统的计算和分析需要，而且PSASP在国内率先采用稀疏矩阵技术编写了牛顿法潮流计算程序、复杂故障暂态稳定计算程序、网络化简程序等，使程序计算规模从原来的46个节点扩展至200个节点。
当时的计算机硬件水平很低，存储量小（21kB），计算速度慢（1万次/秒），使程序开发受到很大限制。
但是对计算方法和编程技巧等方面要求很高：
收敛性好、计算速度快、存储量占用小等，能满足实际电力系统的计算和分析需要。
在这样的条件下，PSASP在国内率先采用稀疏矩阵技术编写了牛顿法潮流计算程序、复杂故障暂态稳定计算程序、网络化简程序等，使程序计算规模从原来的46个节点扩展至200个节点。
多年来，PSASP一方面不断增加和扩展其功能以适应飞速发展的电力系统计算分析的需要；另一方面不断跟踪计算机新技术，使其更加友好和方便。
在计算分析功能方面，如今的PSASP包含了电力系统的潮流、暂态稳定、小干扰稳定等十几种计算程序，涉及了稳态、暂态、线性、非线性、优化等各种分析手段。
在计算机硬件和软件环境方面，PSASP经历了以下几个阶段：
1973-1980出现早期的机器指令版；1980-1986产生大中型机FORTRAN语言版；1986-1995使用的微机DOS版；1995至今使用的微机Windows版。
全国各省市、香港地区电力规划设计、生产调度运行、科研教育等超过400家用户，应用于多项大型电力系统工程计算分析，应用于多所大学作为科研和教学的有力工具。
1985年荣获首届国家科技进步一等奖。
应用功能
PSASP的结构是基于公用数据和模型的三层体系结构。
第一层：
公用数据和摸型的的资源库；第二层：
基于资源库的应用程序包；第三层：
计算结果库和分析工具。
文本和图形两种录入编辑方式的电网基础数据库。
是支持PSASP各种计算的公用数据，包含发电机、变压器、交流线、负荷、直流线、静止无功补偿器等电网基本元件。
有文本和图形两种数据录入编辑方式，可提供各种分析计算的基本数据支持。
可按地区、年度、运行方式从中抽取计算的基本数据。
直观方便、功能强大的用户自定义模型方法。
PSASP功能强大的用户自定义（UD）建模方法，提供了自行建模来研究电力系统新设备、新装置的得力工具。
近年来国内多所大学和科研单位应用PSASP的UD功能做了大量的研究工作。
所谓用户自定义建模方法是在无须了解程序内部结构和编程设计的条件下，用户可按自己计算分析的需要，用工程技术人员熟悉的概念和容易掌握的方法，设计各种模型，使其在原则上可以灵活模拟任何系统元件、自动装置和控制功能。
为扩充PSASP的功能，向用户开放提供非常有力的工具。
可自由建立任何元件的模型（电源、负荷、各种控制保护装置、FACTS元件等）。
作为各种计算的模型库，直观方便的文本和图形两种模型编辑方式。
调用简单，计算快速。
基于公用资源的交直流电力系统分析程序包，有以下应用功能：
潮流计算，暂态稳定，短路电流，网损分析，电压稳定，静态安全分析，静态和动态等值，直接法暂态稳定，小干扰稳定，最优潮流和无功优化，参数优化协调，继电保护整定与仿真。
主要特点
PSASP是交直流混合电力系统；拥有固定模型库和用户自定义模型库支持；它不仅提供用户程序接口，实现与用户程序联合运行还具有文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出和开放友好的用户程序接口环境。
PSASP提供用户程序接口（UPI）环境，使PSASP模块和用户程序模块联合运行，共同完成某一计算任务；UPI为用户提供了更加自由，更加开放的环境，即通过编程（语言工具不限，如FORTRAN，C++等）；我们可以在其中利用PSASP的资源和实现PSASP的功能扩充；利用Windows操作系统提供的动态连接库（DLL）支持，可以使UPI方式与PSASP内部的固定模型方式，在计算精度和时间上达到同样的效果。
近年来，不少单位应用UPI做了很多富有成效的科研工作。
3．牛顿—拉夫逊潮流计算
牛顿—拉夫逊法简介
牛顿—拉夫逊法（Newton-Raphson法）是求解非线性代数方程有效的迭代计算方法。
在牛顿—拉夫逊法的每一次迭代过程中，非线性问题通过线性化逐步近似。
设有非线性函数
设解的初值为
，它与真解的误差为
，则可得：
泰勒展开：
若
接近真解，
足够小，则
（1）
将初值
代入上式，求得：
，可分析出
更接近于真解。
将
作为新的初值带入式
（1），再求出新的修正量。
如果两次迭代解的差值小于某一给定的允许误差值
，或者说
（k为迭代次数），则可认为
为求得解。
很容易将单变量问题推广到具有n个位置变量X的n阶非线性联立代数方程组F（X），这时，可有：
式中，J为函数向量F（X）对变量X的一阶偏导数的雅可比矩阵，是n阶方阵，其中元素
从而求得每次迭代的修正量
牛顿—拉夫逊法潮流计算方法步骤
雅可比矩阵
牛顿—拉夫逊法潮流计算方法有以及坐标形式表示节点电压和以直角坐标形式表示节点电压两种。
其中求取雅可比矩阵是潮流计算的一项重要工作，电力系统潮流计算的雅可比矩阵具有以下性质：
（1）雅可比矩阵为一非奇异方阵；
（2）矩阵元素与节点电压有关，故每次迭代时需要重新计算；
（3）与导纳矩阵具有相似的结构，也是高度稀疏的矩阵；
（4）具有结构对称性，但数值不对称。
牛顿—拉夫逊法计算潮流程序框图
下图为节点电压以直角坐标表示的牛顿—拉夫逊法计算潮流程序框图。
图中
为直接给定的最大迭代次数，当实际迭代次数K>
时，即认为计算不收敛。
停机
四．系统单线图及元件数据
单线图
系统元件数据
汇总数据报表
系统基准容量
100MVA
区域数目
2
分区数目
2
厂站数目
3
母线数目
9
交流线数目
8
两绕组变压器数目
4
节点数目
9
发电机数目
3
负荷数目
3
区域数据报表
数据有效标记
区域号
区域名
1
1
区域-1
2
2
区域-2
分区数据报表
所属区域编号
分区编号
分区名称
1
1
区域-1
2
2
区域-2
厂站数据报表
厂站名
厂站类型
分区号
发电厂1
火电厂
2
发电厂2
火电厂
1
发电厂3
火电厂
1
母线数据报表
母线名
所属分区
厂站名
基准电压
电压上限
电压下限
发电1
2
发电厂1
发电2
1
发电厂2
18
发电3
1
发电厂3
GEN1-230
2
发电厂1
230
0
0
GEN2-230
1
发电厂2
230
0
0
GEN3-230
1
发电厂3
230
0
0
STNA-230
2
发电厂1
230
0
0
STNB-230
2
发电厂1
230
0
0
STNC-230
1
发电厂2
230
0
0
交流线数据报表
数据组
线路名称
I侧母线
J侧母线
编号
所属区域
单位
正序电阻
正序电抗
正序充电
电纳的1/2
常规
AC_1
GEN1-230
STNA-230
1
I侧
标么
常规
AC-2
STNA-230
GEN2-230
2
I侧
标么
常规
AC_3
GEN2-230
STNC-230
3
I侧
标么
常规
AC_4
STNC-230
GEN3-230
4
I侧
标么
常规
AC_5
GEN3-230
STNB-230
5
I侧
标么
常规
AC_6
STNB-230
GEN1-230
6
I侧
标么
常规
AC_31
GEN2-230
STNC-230
31
I侧
标么
常规
AC_61
STNB-230
GEN1-230
61
I侧
标么
两绕组变压器数据报表
数据组
变压器名称
I侧线母线
J侧母线
编号
连接方式
I侧
J侧
单位
正序电阻
正序电抗
常规
T2w_1
发电1
GEN1-230
7
D
YG
标么
0
常规
T2w_2
发电2
GEN2-230
8
D
YG
标么
0
常规
T2w_3
发电3
GEN3-230
9
D
YG
标么
0
常规
T2w_31
发电3
GEN3-230
91
D
YG
标么
0
两绕组变压器数据报表（续表）
激磁
电导
激磁
电纳
变比
I侧主抽头电压
J侧主
抽头电压
J侧抽
头级差
J侧主抽头档位
J侧最高抽头档位
J侧最低抽头档位
0
0
230
9
1
17
0
0
18
230
3
1
5
0
0
230
3
1
5
0
0
230
3
1
5
节点数据报表
母线名
节点名
物理母线标记
厂站名
基准电压
节点类型
发电1
发电1
1
发电厂1
0
发电2
发电2
1
发电厂2
18
0
发电3
发电3
1
发电厂3
0
GEN1-230
GEN1-230
1
发电厂1
230
0
GEN2-230
GEN2-230
1
发电厂2
230
0
GEN3-230
GEN3-230
1
发电厂3
230
0
STNA-230
STNA-230
1
发电厂1
230
0
STNB-230
STNB-230
1
发电厂1
230
0
STNC-230
STNC-230
1
发电厂2
230
0
发电机数据报表
数据组
发电机名称
母线名
母线类型
单位
额定容量（MVA）
额定功率（MW）
有功发电
无功发电
母线电压幅值
母线电压相角
常规
Gen_1
发电1
Vθ
标么
100
0
0
0
常规
Gen_2
发电2
PV
标么
100
1
0
常规
Gen_3
发电3
PV
标么
100
1
升级会员 