基于Matlab计算程序的电力系统运行分析.docx
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基于Matlab计算程序的电力系统运行分析
课程设计
课程名称：
电力系统分析
设计题目：
基于Matlab计算程序的电力系统运行分析
学院：
电力工程学院
专业：
电气工程及其自动化
年级：
2011级
学生姓名：
指导教师：
、、
日期：
教务处制
目录
前言··········································1
第1章参数计算·······························2
第一节原始数据··································2
第二节电网模型的建立·····························3
第二章潮流计算·······························6
第一节系统参数的设置·····························6
第二节程序的调试·································7
第三节网损和潮流分析····························13
第三章短路故障的分析计算·····················15
第一节序网分析····································15
第二节短路计算····································18
心得体会·······································35
参考文献·······································36
前言
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暂态稳定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。
在电力系统中可能发生的各种故障中，危害最大且发生概率较高的首推短路故障。
产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏。
短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。
其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路。
短路故障大多数发生在架空输电线路。
电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障的发生概率。
短路计算可以为设备的选择提供原始数据。
第1章参数计算
第一节原始数据
一、目标电网接线图
图1—1
二、系统参数
表1.线路参数表
线路编号
线路型号
线路长度（km）
线路电阻
{Ω/km}
线路正序电抗
{Ω/km}
线路容纳之半
{S/km}
4-5
LGJ-240/30
113
0.047
0.4
1.78×
4-6
LGJ-120/70
120
0.074
1.47×
5-7
LGJ-120/25
165
0.079
1.60×
6-9
LGJ-95/55
166
0.092
1.80×
7-8
LGJ-240/30
92
0.047
1.78×
8-9
LGJ-240/30
122
0.047
1.78×
说明：
线路零序电抗为正序电抗3倍。
表2.变压器参数表
线路编号
变压器型号
变压器变比（kV）
短路电压百分数（%）
2-7
SSPL-220000
242±3×2.5%/20
10.43
3-9
SSPL-120000
242±3×2.5%/15
5.81
1-4
SSPL-240000
242±3×2.5%/17.5
11.42
说明：
变压器零序电抗与正序电抗相等，且均为Δ/Y0接法。
表3.发电机参数表1
发电机
额定功率{MW}
额定电压{kV}
额定功率因数
1
200
16.5
0.85
2
180
18
0.85
3
100
13.8
0.85
表4.发电机参数表2
发电机
母线名
（S）
{Ω}
{Ω}
{Ω}
{Ω}
{Ω}
（S）
（S）
1
1
47.28
0
0.32
0.13
0.21
0.21
8.96
2
2
12.80
0
1.93
0.26
1.87
0.43
6.00
0.535
3
3
6.02
0
1.51
0.21
1.45
0.29
8.59
0.60
表5.负荷数据表
节点号
有功负荷（MW）
无功负荷（MVA）
5
135
50
6
100
30
8
80
35
第二节电网模型的建立
本设计中，采用精确计算算法，选取
=100MVA，
=220KV，将所有支路的参数都折算到220KV电压等级侧；
一、计算公式
（1）线路参数的计算：
（2）变压器参数的计算：
（3）发电机参数的计算：
（暂态分析时，只用到发电机的暂态电抗来代替其次暂态电抗，故只求出暂态电抗）
（4）负荷节点的计算
二、使用编程的结果如下：
线路电抗X=
0.09340.09920.13640.13720.07600.1008
线路电阻R=
0.01090.01830.02690.03160.00890.0118
线路正序、负序阻抗Z1=Z2=
Columns1through5
0.0109+0.0937i0.0183+0.0992i0.0269+0.1364i0.0316+0.1372i0.0089+0.0760i
Column6
0.0118+0.1008i
线路容纳之半B/2=
Columns1through5
0+0.0974i0+0.0854i0+0.1280i0+0.1450i0+0.0793i
Column6
0+0.1050i
线路零序阻抗Z0:
Columns1through5
0.0109+0.2802i0.0183+0.2975i0.0269+0.4091i0.0316+0.4112i0.0089+0.2281i
Column6
0.0118+0.3024i
变压器正、负序电抗值Xt：
0+0.0576i0+0.0574i0+0.0586i
变压器零序电抗值Xt0：
0+0.0576i0+0.0574i0+0.0586i
发电机暂态电抗Xdg=
0+0.0476i0+0.0803i0+0.1103i
负荷节点阻抗Zl=
0.6514-0.2413i0.9174-0.2752i1.049-0.4590i
以上结果均采用程序计算。
三、等值电路模型
该等值电路图全部数值以标幺值表示，具体图1—2所示：
图1—2
第二章潮流计算
第一节系统参数的设置
设计中要求所有结点电压不得低于1.0p.u.，也不得高于1.05p.u.，若电压不符合该条件，可采取下面的方法进行调压：
（1）改变发电机的机端电压
（2）改变变压器的变比（即改变分接头）
（3）改变发电机的出力
（4）在电压不符合要求的结点处增加无功补偿调压方式应属于逆调压。
结点的分类：
根据电力系统中各结点性质的不同，将结点分为三类：
PQ结点、PV结点和平衡结点，在潮流计算中，大部分结点属于PQ结点，小部分结点属于PV结点，一般只设一个平衡结点。
对于平衡结点，给定其电压的幅值和相位，整个系统的功率平衡由这一点承担。
本设计中，选1号节点为平衡节点；2、3号节点为P、U节点；4、5、6、7、8、9号结点为P、Q节点。
设计中，节点数:
n=9，支路数:
nl=9，平衡母线节点号:
isb=1，误差精度:
pr=0.0001。
由支路参数形成的矩阵:
B1=[140.0576i01.00000;
270.0574i01.00000;
390.0586i01.00000;
450.0109+0.0934i2*0.0974i1.00000;
460.0183+0.0992i2*0.0854i1.00000;
570.0269+0.1364i2*0.1280i1.00000;
690.0316+0.1372i2*0.1450i1.00000;
780.0089+0.0760i2*0.0793i1.00000;
890.0118+0.1008i2*0.1050i1.00000;];%支路参数矩阵
由各节点参数形成的矩阵:
B2=[001.00001.000001.0000;
1.800001.00001.000003.0000;
1.000001.00001.000003.0000;
001.0000002.0000;
01.3500+0.5000i1.0000002.0000;
00.0000+0.3000i1.0000002.0000;
001.0000002.0000;
00.8000+0.3500i1.0000002.0000;
001.0000002.0000;];%节点参数矩阵
由节点号及其对地阻抗形成的矩阵:
X=[1,0;2,0;3,0;4,0;5,0;6,0;7,0;8,0;9,0];
第二节程序的调试
一、未调试前，原始参数运行结果如下：
注意：
输入“var=1”时将选用牛顿-拉夫逊法来进行潮流计算；输入“var=其他数字时将选用PQ分解法来进行潮流计算”
var=1
迭代次数
4
没有达到精确要求的个数
141680
各节点的实际电压标么值E为（节点号从小到大排列）:
Columns1through4
1.00000.9759+0.2183i0.9906+0.1368i0.9840-0.0240i
Columns5through8
0.9498-0.0429i0.9689-0.0388i0.9863+0.1148i0.9814+0.0641i
Column9
0.9969+0.0785i
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
Columns1through7
1.00001.00001.00000.98430.95080.96970.9929
Columns8through9
0.98351.0000
各节点的电压相角O为（节点号从小到大排列）:
Columns1through7
012.61017.8603-1.3973-2.5839-2.29096.6372
Columns8through9
3.73774.5008
各节点的功率S为（节点号从小到大排列）:
Columns1through4
0.4167+0.2781i1.8000+0.2175i1.0000+0.0298i0.0000-0.0000i
Columns5through8
-1.3500-0.5000i-1.0000-0.3000i-0.0000+0.0000i-0.8000-0.3500i
Column9
0.0000-0.0000i
各条支路的首端功率Si为（顺序同您输入B1时一样）:
0.4167+0.2781i
1.8000+0.2175i
1.0000+0.0298i
0.2456+0.2320i
0.1711+0.0316i
-1.1063-0.1017i
-0.8297-0.1097i
0.6573-0.0157i
-0.1467-0.2444i
各条支路的末端功率Sj为（顺序同您输入B1时一样）:
-0.4167-0.2636i
-1.8000-0.0288i
-1.0000+0.0289i
-0.2437-0.3983i
-0.1703-0.1903i
1.1427+0.0445i
0.8528-0.0711i
-0.6533-0.1056i
0.1472+0.0422i
各条支路的功率损耗DS为（顺序同您输入B1时一样）:
0+0.0145i
0.0000+0.1887i
0.0000+0.0587i
0.0019-0.1663i
0.0008-0.1587i
0.0364-0.0572i
0.0232-0.1808i
0.0039-0.1213i
0.0005-0.2022i
以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）
图2—1
由运行结果可知，节点4、5、6、7、8电压均不满足要求。
故需进行调试，以期各结点电压均满足要求。
下面用N-L法进行潮流计算。
二、采用NL法进行潮流的计算和分析
（1）第一次调试
将变压器1的变比初始值由1.0000改为1.0250，则修改结果如下：
B1=[1.00004.00000.0576i01.02500;
2.00007.00000.0574i01.00000;
运行结果如下：
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
1.00001.00001.00001.00220.96380.98230.99680.98751.0038
节点5、6、7、8都不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求，改变变压器1的变比不满足要求。
（2）第二次调试
将变压器2的变比初始值由1.0000改为1.0250，则修改结果如下：
B1=[1.00004.00000.0576i01.02500;
2.00007.00000.0574i01.02500;
运行结果如下：
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
1.00001.00001.00001.00660.97450.98711.01471.00011.0085
节点5、6的值，虽然第二次调试仍然不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求，但电压有所升高。
（3）第三次调试
将变压器3的变比初始值由1.0000改为1.0250，则修改结果如下：
B1=[1.00004.00000.0576i01.02500;
2.00007.00000.0574i01.02500;
3.00009.00000.0586i01.02500;
运行结果如下：
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
1.00001.00001.00001.01090.97950.99771.01961.01091.0265
节点5、6的值，虽然第三次调试仍然不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求，但电压有所升高。
（4）第四次调试
将变压器1的变比初始值由1.0250改为1.0500，则修改结果如下：
B1=[1.00004.00000.0576i01.05000;
2.00007.00000.0574i01.02500;
3.00009.00000.0586i01.02500;
运行结果如下：
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
1.00001.00001.00001.02870.99241.01031.02361.01501.0305
节点5的值，不满足要在1.0000~1.0500范围内的要求，且变压器T1的变比以调至最大。
应调节与节点5临近的变压器T2的变比。
（5）第五次调试
将变压器2的变比初始值由1.0250改为1.0500，则修改结果如下：
B1=[1.00004.00000.0576i01.05000;
2.00007.00000.0574i01.05000;
3.00009.00000.0586i01.02500;
运行结果如下：
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
1.00001.00001.00001.03321.00311.01521.04131.02761.0353
所有节点的值，都满足在1.0000~1.0500范围内的要求。
NL法程序运行结果如下：
注意：
输入“var=1”时将选用牛顿-拉夫逊法来进行潮流计算；输入“var=其他数字时将选用PQ分解法来进行潮流计算”
var=1
迭代次数
4
没有达到精确要求的个数
1416100
各节点的实际电压标么值E为（节点号从小到大排列）:
Columns1through4
1.00000.9783+0.2074i0.9914+0.1307i1.0329-0.0248i
Columns5through8
1.0022-0.0423i1.0145-0.0384i1.0356+0.1087i1.0258+0.0609i
Column9
1.0325+0.0755i
各节点的电压大小V为（节点号从小到大排列）:
Columns1through7
1.00001.00001.00001.03321.00311.01521.0413
Columns8through9
1.02761.0353
各节点的电压相角O为（节点号从小到大排列）:
Columns1through7
011.96937.5084-1.3780-2.4143-2.16625.9892
Columns8through9
3.39614.1824
各节点的功率S为（节点号从小到大排列）:
Columns1through4
0.4108+0.2829i1.8000+0.2384i1.0000-0.1423i-0.0000+0.0000i
Columns5through8
-1.3500-0.5000i-1.0000-0.3000i-0.0000+0.0000i-0.8000-0.3500i
Column9
-0.0000-0.0000i
各条支路的首端功率Si为（顺序同您输入B1时一样）:
0.4108+0.2829i
1.8000+0.2384i
1.0000-0.1423i
0.2366+0.2034i
0.1743+0.0651i
-1.1150-0.1078i
-0.8267-0.0608i
0.6518+0.0403i
-0.1519-0.1709i
各条支路的末端功率Sj为（顺序同您输入B1时一样）:
-0.4108-0.2685i
-1.8000-0.0491i
-1.0000+0.2021i
-0.2350-0.3922i
-0.1733-0.2392i
1.1482+0.0088i
0.8479-0.1521i
-0.6481-0.1791i
0.1521-0.0500i
各条支路的功率损耗DS为（顺序同您输入B1时一样）:
-0.0000+0.0143i
-0.0000+0.1892i
0.0000+0.0598i
0.0015-0.1888i
0.0009-0.1741i
0.0332-0.0990i
0.0212-0.2128i
0.0036-0.1388i
0.0003-0.2209i
以下是每次迭代后各节点的电压值（如图所示）
图2—2
三、对运行结果的分析：
（1）、为什么在用计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流，而并非任何情况下只一次送入初始值算出结果就行呢？
要考虑什么条件？
各变量是如何划分的？
哪些可调？
哪些不可调？
答：
潮流计算时功率方程是非线性，多元的具有多解。
初始条件给定后得到的结果不一定能满足约束条件要求，要进行调整初值后才能满足。
其约束条件有：
，
，
，
。
负荷的PQ量为扰动变量，发电机的PQ为控制变量，各节点的V为状态变量。
扰动变量是不可控变量，因而也是不可调节的，状态变量是控制变量的函数，因而状态变量和控制变量是可以调节的。
所以，计算机对某网络初次进行潮流计算时往往是要调潮流的。
（2）、牛顿拉夫逊法与PQ分解法有哪些联系？
有哪些区别？
二者的计算性能如何？
答：
在潮流计算中，牛顿拉夫逊法的实质是一种逐步线性化的方法，它有很好的收敛性，但要求有合适的初值。
PQ分解法来源于N-L法极坐标形式，又充分考虑在交流高压电网中，变压器和线路的电抗远远大于电阻，且系统中母线有功功率的变化主要受电压相位的影响，而无功功率的变化主要受母线电压幅值的影响，在此基础之上对H、L阵进行简化。
由于这种简化只涉及修正方程的系数矩阵，并为改变结点功率平衡方程和收敛判据，从N—L法和PQ分解法程序运行结果可以看出不会降低计算结果的精度。
由图2—2和图2—3比较可知，PQ分解法与N-L法相比大大提高了计算速度，但迭代次数却增多；PQ分解法为恒速率收敛，比起N-L法，其收敛速度变慢。
第三节网损和潮流分析
一、选取NL法的数据来分析网损
表2—1调整前后网络损耗比较
节点编号
1-4
2-7
3-9
4-5
4-6
5-7
6-9
7-8
8-9
调整前
0.0145i
0.1887i
0.0587i
0.0019-0.1663i
0.0008-0.1587i
0.0364
-0.0572i
0.0232-0.1808i
0.0039-0.1213i
0.0005-0.2022i
牛拉法调整后
0.0143i
0.1892i
0.0598i
0.0015-0.1888i
0.0009-0.1741i
0.0332-0.0990i
0.0212-0.2128i
0.0036-0.1388i
0.0003-0.2209i
调节前有功损耗：
P=（0+0+0+0.0019+0.0008+0.03
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