东北电力大学电力系统潮流计算说明书报告论文.docx

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东北电力大学电力系统潮流计算说明书报告论文

课程设计报告

学生姓名:

学号：

学院:

电气工程学院

班级:

电自1011

题目:

指导教师：

职称:

年月日

课程设计任务书

12-13学年第I学期

学院：

电气工程学院

专业：

电气工程及其自动化专业

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

电力系统潮流计算

起迄日期:

2012年12月31日-2013年1月10日

课程设计地点:

电气工程学院现代电气技术数字仿真实验室

指导教师:

李秀卿

系主任：

初壮

下达任务书日期:

2012年12月31日

课程设计任务书

1．设计目的：

本实验是电力系统分析课程设计的内容，目的是通过课程设计能使学生学会如何利用计算机进行潮流计算，加深学生对电力系统潮流计算基本方法、基本过程的理解，并能根据电力系统的实际需要分析简单的工程问题。

提高学生理解分析问题的能力。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

1.对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数，画出等值电路图。

2.输入各支路数据，各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷情况下的潮流计算，并对计算结果进行分析。

3.跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。

4.在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要求，进行电压的调整。

5.轮流断开环网一回线，分析潮流的分布。

6.利用PSAT软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并进行结果的比较。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：

（1）课程设计工作量比较大，需要有前期准备工作，需要查找资料。

（2）撰写课程设计报告。

课程设计报告中不仅要根据课程设计要求完成基本内容，还要包含计算机计算潮流的程序源代码，及各种条件下潮流计算的数据及数据分析。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

[1]陈珩.电力系统稳态分析.水利电力出版社，1984

[2]孟祥萍、王林川.基于MATLAB的电力系统设计与计算.吉林人民出版社，2001

5．设计成果形式及要求：

撰写课程设计报告

6．工作计划及进度：

2012年12月31日-2013年1月2日查资料，原始资料分析，参数计算

2013年1月3日-1月9日计算潮流，进行电压调整，仿真分析，撰写报告

1月10日答辩或成绩考核

7、成绩组成及考核标准：

系主任审查意见：

签字：

年月日

（一）电力系统潮流计算的概述

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）。

1、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

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

2、节点的分类：

⑴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。

⑵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；

⑶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。

（二）课程设计任务书

一、题目原始材料

1、系统图：

两个发电厂分别通过变压器和输电线路与四个变电所相连。

变电所4

变电所3

变电所2

变电所1

10kV母线

35kV母线

10kV母线

35kV母线

一次侧电压220kV

线路长为80km

线路长为70km

线路长为80km

线路长为90km

线路长为100km

母线2

母线1

。

母线3

2*QFQ-50-2

2*TQN-100-2

TQN-100-2

2*QFs-50-2

电厂二

电厂一

2、发电厂资料：

母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为300MW，母线3为机压母线，机压母线上装机容量为100MW，最大负荷和最小负荷分别为40MW和20MW；发电厂二总装机容量为200MW。

3、变电所资料：

（一）变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：

10KV35KV35KV10KV

（二）变电所的负荷分别为：

45MW50MW60MW70MW

（三）每个变电所的功率因数均为cosφ=0.85；

（四）变电所1和变电所2分别配有两台容量为75MVA的变压器，短路损耗414KW，短路电压（%）=16.7；变电所3和变电所4分别配有两台容量为63MVA的变压器，短路损耗为245KW，短路电压（%）=10.5；

4、输电线路资料：

发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中，单位长度的电阻为

，单位长度的电抗为

，单位长度的电纳为

。

二、课程设计基本内容：

7.对给定的网络查找潮流计算所需的各元件等值参数，画出等值电路图

8.输入各支路数据，各节点数据利用给定的程序进行在变电所在某一负荷情况下的潮流计算，并对计算结果进行分析。

9.跟随变电所负荷按一定比例发生变化，进行潮流计算分析。

1）4个变电所的负荷同时以2%的比例增大；

2）4个变电所的负荷同时以2%的比例下降

3）1和4号变电所的负荷同时以2%的比例下降，而2和3号变电所的负荷同时以2%的比例上升；

10.在不同的负荷情况下，分析潮流计算的结果，如果各母线电压不满足要求，进行电压的调整。

（变电所低压母线电压10KV要求调整范围在9.5-10.5之间；电压35KV要求调整范围在35-36之间）

11.轮流断开环网一回线，分析潮流的分布。

12.利用DDRTS软件，进行绘制系统图进行上述各种情况潮流的分析，并进行结果的比较。

13.最终形成课程设计成品说明书。

三、课程设计成品基本要求：

1.在读懂程序的基础上画出潮流计算基本流程图

2.通过输入数据，进行潮流计算输出结果

3.对不同的负荷变化，分析潮流分布，写出分析说明。

4.对不同的负荷变化，进行潮流的调节控制，并说明调节控制的方法，并列表表示调节控制的参数变化。

5.打印利用DDRTS进行潮流分析绘制的系统图，以及潮流分布图。

（三）题目求解

1.调压范围

由于各节点电压不应超过各自的允许范围，由题目要求知，发电厂电压标幺值在1到1.05变化时，变压器低压侧电压标幺值变化范围如下表：

节点

电压下限

0.95

电压上限

1.05

1.0285

1.05

同时保证发电厂发出的有功功率要大于变电所有功功率，并且两者差值越小

表明线路有功功率损耗越小，越满足实际要求。

2.编写程序并运行

由程序运行的结果可以观察到各个节点电压标幺值分别为:

节点

电压

1.0500

1.0358

1.1092

1.0288

1.0976

1.0382

1.1117

1.0284

1.0952

由此观察到节点4,6,8,10的电压都较正常范围偏高，因此调节变压器分接头和发电厂电压，此系统共进行二次调整，最终得到合理结果，各次调整和结果如下:

调节方法：

调节方法

电厂1电压

电厂2电压

分接头1

分接头2

分接头3

分接头4

未调整

1.05

0.909

第一次

1.05

0.955

第二次

1.02

0.955

调节结果：

节点电压

未调整

1.0500

1.0358

1.1092

1.0288

1.0975

1.0382

1.1117

1.0284

1.0952

第一次

1.0500

1.0357

1.0525

1.0287

1.0409

1.0381

1.0549

1.0282

1.0384

第二次

1.0200

1.0048

1.0190

0.9974

1.0070

1.0073

1.0216

0.9972

1.0045

由上表观察到，进行最后一次调节时节点4,6,8,10的电压均在题目允许的范围内，对线路损耗进行分析，统计每次调整后各个支路的有功损耗的标幺值，记录于下表：

功率损耗

未调整

第一次

第二次

（1,3）支路

0.0038

0.0041

（1,5）支路

0.0037

0.0040

（1,7）支路

0.0010

0.0011

（2,7）支路

0.0049

0.0052

（2,9）支路

0.0083

0.0084

0.0090

（3,4）支路

0.0008

0.0009

0.0010

（5,6）支路

0.0011

0.0012

0.0013

（5,7）支路

0.0010

0.0011

（7,8）支路

0.0012

0.0014

0.0015

（9,10）支路

0.0018

0.0019

0.0021

由此可以看出，随着变压器分接头的调高以及发电厂电压的降低，有功损耗逐渐增大，符合实际情况，具体的潮流分布如下:

各条支路的首端功率Si

各条支路的末端功率Sj

S（1,3）=45.5065+4.24769i

S（3,1）=-45.0998-30.873i

S（1,5）=32.0804+11.125i

S（5,1）=-31.6756-22.4905i

S（1,7）=15.4485+4.50484i

S（7,1）=-15.3406-16.6929i

S（2,7）=63.8882+8.08163i

S（7,2）=-63.3679-26.2096i

S（2,9）=71.1118+29.2084i

S（9,2）=-70.2083-48.9785i

S（3,4）=45.0998+30.873i

S（4,3）=-45-27.87i

S（5,6）=50.1263+34.7884i

S（6,5）=-50-30.99i

S（5,7）=-18.4507-12.2978i

S（7,5）=18.5604+1.74559i

S（7,8）=60.148+41.1569i

S（8,7）=-60-37.18i

S（9,10）=70.2083+48.9785i

S（10,9）=-70-43.38i

各节点的功率S为（节点号从小到大排列）：

Columns1through7

0.9304+0.1988i1.3500+0.3729i-0.0000+0.0000i-0.4500-0.2787i-0.0000+0.0000i-0.5000-0.3099i-0.0000+0.0000i

Columns8through10

-0.6000-0.3718i-0.0000-0.0000i-0.7000-0.4338i

各节点的电压相角sida为（节点号从小到大排列）：

00.4601-0.8762-3.4985-1.0413-4.0119-0.4540-3.0512-0.5500-3.6632

得到图像如下：

利用DDRTS比较结果：

结果分析：

本题中要求,变电所1和变电所4的低压母线电压要求调整范围在0.95-1.05

之间，变电所2和3的低压母线电压要求调整范围在1-1.0285

之间。

接下来根据当前的电压情况进行调整：

由原始数据可知4，6,8,10节点电压均大于电压上限，故首先调整变压器变比使电压降低，由于只调整变压器变比无法使低压母线电压处于调整范围，所以还需降低机端电压，直至四个节点电压都满足电压质量的要求。

和DDRTS潮流计算的结果比较，电压相差也非常的小。

3.4个变电所的负荷同时以2%的比例增大

由于变电所负荷变大，所以各个变电所符合标幺值变为：

变电所1S=0.459+j0.2848

变电所2S=0.51+j0.3161

变电所3S=0.612+j0.3792

变电所4S=0.714+j0.4425

相应地，B2矩阵变为：

将程序中的B2矩阵替换后，运行并进行调节，此系统经过二次调节后达到要求，对应的调节方法和结果见下表：

调节方法：

调节方法

电厂1电压

电厂2电压

分接头1

分接头2

分接头3

分接头4

未调整

1.05

0.909

第一次

1.05

0.955

第二次

1.02

0.955

调节结果：

节点电压

未调整

1.0500

1.0354

1.1080

1.0282

1.0962

1.0378

1.1107

1.0279

1.0938

第一次

1.0500

1.0353

1.0512

1.0280

1.0395

1.0377

1.0538

1.0277

1.0370

第二次

1.0200

1.0044

1.0177

0.9968

1.0054

1.0069

1.0204

0.9966

1.0030

功率损耗

未调整

第一次

第二次

（1,3）支路

0.0039

0.0043

（1,5）支路

0.0040

0.0041

0.0044

（1,7）支路

0.0011

0.0012

0.0013

（2,7）支路

0.0047

0.0051

（2,9）支路

0.0087

0.0088

0.0095

（3,4）支路

0.0009

0.0010

（5,6）支路

0.0011

0.0012

0.0013

（5,7）支路

0.0010

0.0011

（7,8）支路

0.0013

0.0014

0.0015

（9,10）支路

0.0018

0.0020

0.0022

由此可以看出，随着变压器分接头的调高以及发电厂电压的降低，有功损耗逐渐增大，符合实际情况，具体的潮流分布如下:

各条支路的首端功率Si

各条支路的末端功率Sj

S（1,3）=46.4303+5.04899i

S（3,1）=-46.0042-31.6155i

S（1,5）=33.6746+11.3689i

S（5,1）=-33.2353-22.6451i

S（1,7）=17.5542+4.15651i

S（7,1）=-17.4274-16.2953i

S（2,7）=62.4374+10.0002i

S（7,2）=-61.9302-28.1519i

S（2,9）=72.5626+30.4337i

S（9,2）=-71.6174-50.0924i

S（3,4）=46.0042+31.6155i

S（4,3）=-45.9-28.48i

S（5,6）=51.1318+35.5749i

S（6,5）=-51-31.61i

S（5,7）=-6.00609-18.1466i

S（7,5）=18.0033+2.38072i

S（7,8）=61.3543+42.0668i

S（8,7）=-61.2-37.92i

S（9,10）=71.6174+50.0924i

S（10,9）=-71.4-44.25i

各节点的功率S为（节点号从小到大排列）：

Columns1through7

0.9766+0.2057i1.3500+0.4043i0.0000+0.0000i-0.4590-0.2848i-0.0000+0.0000i-0.5100-0.3161i-0.0000-0.0000i

-0.6120-0.3792i0.0000+0.0000i-0.7140-0.4425i

Columns8through10

-0.6120-0.3792i-0.0000-0.0000i-0.7140-0.4425i

得到图像如下：

利用DDRTS比较结果：

结果分析：

本题中要求,变电所1和变电所4的低压母线电压要求调整范围在0.95-1.05

之间，变电所2和3的低压母线电压要求调整范围在1-1.0285

之间。

接下来根据当前的电压情况进行调整：

和DDRTS潮流计算的结果比较，电压相差也非常的小。

4.4个变电所的负荷同时以2%的比例下降

由于变电所负荷变大，所以各个变电所符合标幺值变为：

变电所1S=0.441+j0.2731

变电所2S=0.49+j0.3037

变电所3S=0.588+j0.3644

变电所4S=0.686+j0.4251

相应地，B2矩阵变为：

将程序中的B2矩阵替换后，运行并进行调节，此系统经过二次调节后达到要求，对应的调节方法和结果见下表：

调节方法：

调节方法

电厂1电压

电厂2电压

分接头1

分接头2

分接头3

分接头4

未调整

1.05

0.909

第一次

1.05

0.955

第二次

1.02

0.955

调节结果：

节点电压

未调整

1.0500

1.0363

1.1103

1.0295

1.0901

1.0385

1.1128

1.0290

1.0966

第一次

1.0500

1.0362

1.0536

1.0293

1.0424

1.0384

1.0560

1.0288

1.0398

第二次

1.0200

1.0053

1.0202

09981

1.0085

1.0077

1.0227

0.9978

1.0060

功率损耗

未调整

第一次

第二次

（1,3）支路

0.0036

0.0039

（1,5）支路

0.0034

0.0037

（1,7）支路

0.0008

0.0009

（2,7）支路

0.0050

0.0053

（2,9）支路

0.0080

0.0086

（3,4）支路

0.0008

0.0009

0.0010

（5,6）支路

0.0010

0.0011

0.0012

（5,7）支路

0.0011

（7,8）支路

0.0012

0.0013

0.0014

（9,10）支路

0.0017

0.0019

0.0020

由此可以看出，随着变压器分接头的调高以及发电厂电压的降低，有功损耗逐渐增大，符合实际情况，具体的潮流分

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