电力系统设计 潮流计算.docx

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电力系统设计潮流计算

课程设计说明书

题目名称：

电力系统潮流计算

系部：

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

新疆工程学院电力工程系

课程设计评定意见

设计题目：

电力系统潮流计算

学生姓名：

专业班级

评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：

年月日

评定意见参考提纲：

1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：

学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

新疆工程学院

电力工程系课程设计任务书

16/17学年2学期2017年5月26日

专业

班级

课程名称

电力系统分析基础

设计题目

电力系统潮流的计算

指导教师

刘华

起止时间

2017年5月26日—2017年6月16日

周数

2周

设计地点

神华楼A303

仿真实验室

设计目的：

本次电力系统课程设计是根据给定的原始材料完成、巩固和加深对电力系统潮流计算基本原理的理解，学习和掌握应用计算机进行电力系统设计和计算的方法，培养学生独立分析和解决问题的能力。

设计任务或主要技术指标：

网络图如图所示，发电厂G2为一基载厂，承担负荷包括高压母线上的负荷，其运算功率为117-j22MVA，变压所H的运算负荷（包括高压母线负荷）为440+j136MVA。

发电厂G1承担除G2厂供给功率以外的系统所需负荷以及网络损耗。

线路L1、L2、L3的阻抗分别为3.17+j20.7Ω,5.13+j27.2Ω,7.33+j48.0Ω。

已知发电厂G1的高压母线电压U1为238kv。

（1）绘出等值网络并化简

（2）计算潮流分布

2.设计进度与要求

设计进度：

[1]第一天：

选题，收集资料，完成开题报

[2]第二、三天：

电力元件参数整理与输入

[3]第四、五天：

完成电路潮流的手工计算

[4]第六、七天：

基于PSASP的仿真潮流计算

[5]第八、九天：

潮流调整

[6]第十、十一天：

设计初稿，交指导老师批阅。

[7]第十二天：

打印，答辩。

要求：

[1]a.编写设计原理；b.电路参数计算；c.画等值电路图；d.计算步骤及结果；e结果分析；

[2]用PSASP建模仿真计算；

[3]2人一组，1人手算，1人计算机仿真计算。

[4]计算题目要求的电网的手算潮流之后再上计算机用PSASPB建模仿真。

主要参考书及参考资料：

[1]李庚银.电力系统分析基础[M].北京：

机械工业出版社.2011.8;

[2]中国电力科学研究院.短路计算用户手册[M].2010.6；

[3]中国电力科学研究院.潮流计算用户手册[M].2010.6；

[4]李光琦.电力系统暂态分析.北京：

水利电力出版社.第二版

[5]陈珩.电力系统稳态分析.北京：

水利电力出版社.第二版

[6]孟祥萍.电力系统分析.北京：

高等教育出版社

[7]电力系统潮流和短路计算课程设计指导书.自编

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日

摘要

潮流计算是电力系统最基本最常用的计算。

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的电压，包括电压的幅值和相

各元件流过的功率，整个系统的功率损耗等一系列系统中的潮流数据。

潮流计算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Newton-Raphson法是数学上解非线性方程组的有效方法，有较好的收敛性。

将N-R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划等技巧，使N-R法在收敛性，占用内存，计算速度等方面的优点都超过了阻抗法。

同时本设计也应用了电力系统潮流计算软件PSASP与利用程序计算的结果进行比较，使计算的结果更加准确。

利用成形的程序对系统中出现的各种情况，例如负荷的变化以及线路上所发生的变化进行计算，并使得系统处于一个较稳定的状态。

关键词：

牛顿-拉夫逊法PSASP仿真潮流计算结果

目录

1电力系统概述1

1.1电力系统介绍1

1.2电力系统潮流计算4

2设计题目及目的5

2.1课程设计选题5

2.2课程设计目的5

3计算过程及步骤6

3.1网络参数计算6

3.2画等值电路6

3.3计算功率分布7

3.4计算电压损耗7

3.5结果分析8

4基于软件PSASP仿真结果9

4.1PSASP软件介绍9

4.3潮流分析数据报表11

4.4潮流分析输出结果12

总结14

致谢15

参考文献16

1电力系统概述

1.1电力系统介绍

一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。

1.1.1电力系统运行特点 

（1）电能不能大量存储；

（2）各环节组成的统一整体不可分割；

（3）过渡过程非常迅速（百分之几秒到十分之几秒）；

（4）电力系统的地区性特点较强；

（5）对电能质量的要求颇为严格；

（6）与国民经济各部门和人民生活关系极其密切。

1.1.2电力系统的组成示意图

图1.1电力系统示意图

 电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。

　1．用电设备 

　用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。

实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值。

为了保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。

显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。

　2．发电机 

　发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5%，用于补偿电网上的电压损失。

　3．变压器 

　变压器的额定电压分为一次和二次绕组。

对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷（如工厂降压变压器），故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时（如发电厂升压变压器），则其额定电压应与发电机额定电压相同。

对于二次绕组，额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压损失（按5%计），变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失（按5%计），此时， 二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。

1.1.3电力系统的额定电压 

　电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。

　1．用电设备 

　用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。

实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值。

为了保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。

显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。

2．发电机 

　发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5%，用于补偿电网上的电压损失。

　3．变压器 

　变压器的额定电压分为一次和二次绕组。

对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷（如工厂降压变压器），故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时（如发电厂升压变压器），则其额定电压应与发电机额定电压相同。

对于二次绕组，额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压损失（按5%计），变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失（按5%计），此时， 二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。

1.1.4电力系统的中性点运行方式 

　在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有两种运行方式：

中性点接地和中性点部接地。

中性点直接接地系统称为大电流接地系统，中性点不接地和中性点经消弧线圈（或电阻）接地的系统称为小电流接地系统。

中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及供电可靠性。

中性点直接接地方式：

当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相短路，供电中断，可靠性降低。

但是，该方式下非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。

此外，在380/220V低压供电系统中，线对地电压为相电压，可接入单相负荷。

　中性点不接地方式：

当发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的√3倍，供电不中断，可靠性高。

1.1.5供电质量的主要指标 

　决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。

　1．电压 

　理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。

由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都与理想电压之间存在着偏差。

（1）电压偏差：

电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。

（2）电压波动和闪变：

电网电压的均方根值随时间的变化称为电压波动，由电压波动引起的灯光闪烁对人眼脑的刺激效应称为电压闪变。

当电弧炉等大容量冲击性负荷运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动。

　（3）高次谐波：

当电网电压波形发生非正弦畸变时，电压中出现高次谐波。

高次谐波的产生，除电力系统自身背景谐波外，在用户方面主要由大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。

高次谐波的存在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加快，并且干扰自动化装置和通信设施的正常工作。

　（4）三相不对称：

三相电压不对称指三个相电压的幅值和相位关系上存在偏差。

三相不对称主要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等因素引起。

供电系统的不对称运行，对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。

　2．频率 

　我国规定的电力系统标称频率（俗称工频）为50Hz，国际上标称频率有50Hz和60Hz两种。

由电力系统供电的交流用电设备的工作频率应与电力系统频率相一致。

为了达到某种特殊目的，有的用电设备需在其它频率下工作，则可配以专用变频电源供电，如高频加热、电动机变频调速等。

　当电能供需不平衡时，系统频率会偏离其标称值。

频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，更重要的影响到电力系统的稳定运行。

　用户供电系统的电压频率是由电力系统保证的。

我国国标规定，电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放到±0.5Hz。

1.2电力系统潮流计算

电力系统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。

它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。

电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

中文名：

电力系统潮流计算

目的：

研究电力系统稳态运行情况

属性：

基本电气计算

任务：

确定整个系统的运行状态

意义：

预想事故等

结果：

电力系统稳定计算和故障分析基础

（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。

2设计题目及目的

2.1课程设计选题

网络图如图2.1所示，发电厂G2为一基载厂，承担负荷包括高压母线上的负荷，其运算功率为117-j22MVA，变压所H的运算负荷（包括高压母线负荷）为440+j136MVA。

发电厂G1承担除G2厂供给功率以外的系统所需负荷以及网络损耗。

线路L1、L2、L3的阻抗分别为3.17+j20.7Ω,5.13+j27.2Ω,7.33+j48.0Ω。

已知发电厂G1的高压母线电压U1为238kv。

计算潮流分布。

图2.1电力网络图

2.2课程设计目的

1.巩固和加深对电力系统潮流计算基本原理的理解

2.练习查阅手册、资料和分析解决问题的能力

3.根据给定的原始资料，学习和掌握应用计算机进行电力系统设计和潮流计算的方法

3计算过程及步骤

3.1网络参数计算

图3.1简化电路图

将节点1、2、3设为节点A、B、C三点，由题可知参数如下：

线路L1：

（式3.1）

线路L2：

（式3.2）

线路L3：

（式3.3）

发电厂G1：

（式3.4）

发电厂G2：

（式3.5）

变压所H:

（式3.6）

3.2画等值电路

在节点A处将闭环网解开，得等值电路图，见图3.2.

图3.2等值电路图

3.3计算功率分布

根据等值电路图3.2所示，可写出下列公式：

（式3.7）

（式3.8）

计算得：

（式3.9）

（式3.10）

验算:

（式3.11）

（式3.12）

可见，计算结果误差很小，无需重复，则

（式3.13）

功率分布如图3.3所示：

图3.3电力网络功率分布

3.4计算电压损耗

由于线路L2和线路L3的功率均流向节点c,故节点c功率分点，这点的电压最低。

为了计算线路L3的电压损耗，需要用A点电压和功率

（式3.14）

（式3.15）

节点c的高压母线的实际电压为：

（式3.16）

在功率分点（节点c）将网络解开，使之成为两个开设电力网，其功率率分布如图3.4所示。

图3.4连段供电网络功率分布图

则线路L2的点电压降落为

（式3.17）

节点B的高压母线的实际的电压为

（式3.18）

3.5结果分析

综上所述：

发电厂G1对发电厂G2提供功率

（式3.19）

发电厂G1对变压H所提供功率

（式3.20）

发电厂G2对变电所H提供功率

（式3.21）

变电所H的高压母线实际电压

（式3.22）

发电厂G2的高压母线实际电压

（式3.23）

经比较，手算结果与计算机仿真结果相差不大，这是因为对环形网络进行潮流计算时，即使是最简单的单环形网络的等值网络也相当复杂，需将其进一步简化。

即在假设全网电压都为网络额定电压的情况下，计算各变电所和发电厂运算功率，并将它们接在相应的节点。

这时，等值网络中就不在包含个变压器的阻抗之路和母线上的并联导纳支路，从而组成了只包括运算负荷和运算功率及线路阻抗的简化等值网络。

还应指出，在等值网络中运用力矩法公式是在假设全网电压均为网络额定电压，且相位也相同的条件下得出的，也就是假设网络中没有功率损耗。

因此还必须计及网络中电压损耗和功率损耗，才能获得环形网络的潮流计算结果的最终结果。

4基于软件PSASP仿真结果

4.1PSASP软件介绍

《电力系统分析综合程序》（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP）是由中国电力科学研究院研发的电力系统分析程序。

主要用于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；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；科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题以及高等院校用于教学和研究。

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）的各种稳态分析、故障分析及机电暂态分析计算。

PSASP功能强大、使用方便、高度集成并开放，是具有我国自主知识产权的大型软件包。

其自1973年开发应用以来，经历了多次大跨越式的改进，并于1985年荣获首届国家科技进步一等奖。

PSASP立足于易于应用、可扩展、跨平台、兼容性好、数据库通用、设置灵活的设计理念和总体架构，以其高可靠性、强大的计算功能、友好的人机界面和开放的平台赢得了众多用户的青睐。

PSASP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。

PSASP主要功能和特点包括：

（1）用户可以通过平台方便地建立电网数据、绘制电网图形、进行各种分析计算。

人机界面友好，操作方便。

（2）真正实现了图模一体化。

可边绘图边建数据，也可根据已有数据进行图形自动快速绘制。

图形、数据自动对应，所见即所得。

（3）应用该平台可以绘制各种电网图形，包括单线图、地理位置接线图、厂站主接线图等。

（4）具备安全的数据架构，进行了层次化的数据保护，保证了电网数据和图形的安全性和一致性。

（5）采用实时数据库为图形界面显示和分析计算提供快速数据访问途径，保证了PSASP7.0版图形显示和分析计算的高效性，并可与在线数据接口，便于PSASP的在线应用。

（6）具有良好的可扩展性，基于该平台的应用软件（计算模块）的接入为“即插即用”式，便于PSASP程序模块定制剪裁及功能扩充，适应用户需求不断发展的需要。

（7）具备网络拓扑和网络校验功能，可对各计算模块需要的计算数据进行必要的数据校验和网络拓扑计算。

4.2PSASP仿真图

4.2.1PSASP仿真及潮流图

图4.1PSASP仿真主接线图

潮流是显示变电站设备运行的主要参数，以图表方式显示变电站设备运行的各种数据，主要有：

电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数等等。

图4.2潮流分布图

电力系统中电压（各节点）、功率（有功、无功）（各支路）的稳态分布叫做潮流，通过线条、节点、电抗元件等电气符号将电网的电压和功率分布化成的电路图形就是潮流图。

4.3潮流分析数据报表

1.母线数据

表4.3母线数据表

2.交流线数据报

表4.4交流线数据表

续上表

3.两绕组变压器数据数据

表4.5两绕组变压器数据表

续上表

4.发电机数据

表4.6发电机数据

续上表

续上表

5.负荷数据报

表4.7负荷数据

续上表

4.4潮流分析输出结果

在文本环境窗口中点击“方案定义”后，弹出方案定义窗口。

在文本环境窗口中点击“潮流”，在潮流计算信息窗口中定义作业1和2。

在文本环境窗口中，点结果-潮流-报表输出，输出单位选有名值，分区输出为否，点“输出范围选择”选中全网，输出方式，选择输出EXCEL报表。

单位为标幺值在选定一个母线则显示母线结果;“选区域图示化”后，再选择作业号则输出区域结果。

1.物理输出母线

表4.8母线输出表

2.结果综述报表

表4.9结果综述表

3.发电机输出报表

表4.10发电机输出表

4.负荷输出报表

表4.11符合输出表

5.交流线输出报表

表4.12交流线输出表

6.两绕组变压器输出报表

表4.13两绕组变压器输出表

根据计算可以得出，寸电源到负荷各处的电压大小与方向以及功率分步情况，但是从结果上比较数据计算和计算机仿真存在一定的误差。

总结

此次课程设计不仅加深了我对潮流计算的认识，尤其是对PSASP仿真潮流计算的求解思路有了比较透彻的理解，而且此次课程设计中我发现自己的基础知识有很多不足，对一些重要的基础知识点掌握的还不够，这些基础知识的缺乏给我的设计造成了不小的障碍，虽然最终都解决，但是我依然认识到了自己的不足。

同时，在这个过程中我明白了，凡事只要肯用心去做，认真去做，持之以恒，就会有新的发现，新的收获。

致谢

经过两周的不断努力，课程设计任务终于顺利完成，这一阶段的学习工作终于要告一段落了，这次的课程设计使我受益匪浅，不仅熟练地掌握了电力系统分析潮流计算的过程及方法而且对PSASP软件的操作与应用有了一定的认识，在这个过程中除了自身的努力外，还有指导老师和同学的支持和帮助。

在课程设计的编写过程中，指导老师刘华给予了我们很多的帮助，从选题到开题，从写作提纲又到一遍又一遍的审核，严格把关。

在此，我衷心的感谢刘老师的无私帮助！

参考文献

[1]李庚银.电力系统分析基础[M].北京：

机械工业出版社.2011.8;

[2]中国电力科学研究院.短路计算用户手册[M].2010.6；

[3]中国电力科学研究院.潮流计算用户手册[M].2010.6；

[4]李光琦.电力系统暂态分析.北京：

水利电力出版社.第二版；

[5]陈珩.电力系统稳态分析.北京：

水利电力出版社.第二版；

[6]中国电力科学研究院.电力系统综合程序用户手册（6.1）[M].2002；

[7]孟祥萍.电力系统分析.北京：

高等教育出版社；

[8]电力系统潮流和短路计算课程设计指导书.自编；