电力网络潮流的手工计算.docx
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电力网络潮流的手工计算
《电力系统稳态分析》
课程设计
（2012级本科）
题目：
电力系统潮流手工计算
系（部）院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化121班
作者姓名：
贺正磊
指导教师：
刘永科职称：
副教授
完成日期：
2015年6月28日
设计题目
电力网络潮流的手工计算
作者姓名
贺正磊
学院、专业、年级
物电学院电气工程及其自动化专业121级
指导教师姓名、职称
刘永科副教授
任务下达日期
2015年5月20日
一、设计内容
1.1电力网结线如图所示，是一个额定电压为110KV的闭式区域电力网，已知发电厂A（调频发电厂）高压母线电压等于118KV。
发电厂B（按规定的负荷曲线运行）装有额定电压为6.3KV，容量25MW，COS
=0.8的发电机一台，满载运行，除了厂用电10%外，其余的功率经一台SFL
-31500/110的升压变压器送入电力网。
1.2.原始资料：
变电所a装有两台SFL
-31500/110的降压变压器，低压侧电网的额定电压为10KV，负荷为40+j30MVA；变电所b装有一台SFL
-16000/110的降压变压器，低压侧电网的额定电压为6KV，负荷为12+j7MVA；电力网中全部线路均用单回路架设，导线为LGJ-150，水平排列，线间几何均距为5m。
试作该电力网的功率分布及电压计算。
二、设计的基本要求
2.1设计及计算说明书
（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。
（2）计算书内容：
为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算。
（3）计算书要求：
计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。
2.2图纸
（1）绘制分析所需的必要图纸
（2）图纸要求：
用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。
3.论文（设计）进度安排
阶段
论文（设计）各阶段名称
起止日期
1
熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料
5月20日—5月25日
2
查阅有关资料
5月26日—5月27日
3
阅读设计要求必读的参考资料
5月28日—5月29日
4
书写设计说明书
5月30日—6月20日
5
小组答辩及质疑
6月21日—6月22日
6
上交设计成果
6月30日
4.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）
[1]:
陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M]，北京，中国电力出版社，2007
[2]：
何仰赞，温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002
[3]：
陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008
[4]：
胡虔生，胡敏强.《电机学》[M]，北京，中国电力出版社，2005
[5]：
刘介才.《工厂供电》第四版[M]，北京，机械工业出版社，2004
教研室意见
负责人签名：
年月日
电力系统潮流手工计算
0电力网络潮流的简介………………………………………………5
0.1基本概念………………………………………………………5
0.2电力系统计算…………………………………………………5
0.3发展历史………………………………………………………6
0.4基本方程………………………………………………………7
0电力网络潮流的简介
0.1基本概念
在电力工程中，“潮流”还特指电网各处电压（包括幅值与相角）、有功功率、无功功率等的分布。
潮流的分布是运行调度单位和维修部门所必须知道的事项。
而潮流计算，是指给定电网中一些参数、已知值和未知值中假设的初始值，通过重复迭代，最终求出潮流分布的精确值，常用方法有牛顿-拉夫逊法和PQ分解法。
在发电机母线上功率被注入网络；而在变（配）电站上接入负荷；其间，功率在网络中流动。
对于这种流动的功率，电力生产部门称为潮流（POWERFLOW）。
潮流：
电力系统中电压（各节点）、功率（有功、无功）（各支路）的稳态分布
潮流计算---电力系统分析中的一种最基本的计算，根据给定的运行参数确定系统的运行状态，如计算网络中各节点的电压（幅值和相角）和各支路中的功率分布及损耗。
0.2电力系统计算
电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。
所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、各支路电流、功率及网损。
对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。
对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。
潮流计算还可以为继电保护和自动装置整定计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。
表征电力系统运行状态的参量。
包括电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布。
在实用上，一般是指稳态运行方式下的静态潮流。
合理的潮流分布是电力系统运行的基本要求,其要点为:
①运行中的各种电工设备所承受的电压应保持在允许范围内，各种元件所通过的电流应不超过其额定电流，以保证设备和元件的安全；②应尽量使全网的损耗最小，达到经济运行的目的；③正常运行的电力系统应满足静态稳定和暂态稳定的要求。
并有一定的稳定储备，不发生异常振荡现象。
为此就要求电力系统运行调度人员随时密切监视并调整潮流分布。
现代电力系统潮流分布的监视和调整是通过以在线计算机为中心的调度自动化系统来实现的。
电力系统潮流的计算和分析是电力系统运行和规划工作的基础。
运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知,随着各种电源和负荷的变化以及网络结构的改变,网络所有母线的电压是否能保持在允许范围内，各种元件是否会出现过负荷而危及系统的安全，从而进一步研究和制订相应的安全措施。
规划中的电力系统，通过潮流计算，可以检验所提出的网络规划方案能否满足各种运行方式的要求，以便制定出既满足未来供电负荷增长的需求，又保证安全稳定运行的网络规划方案。
0.3发展历史
潮流计算还为稳定计算和短路电流计算等提供初始运行方式，是电力系统最基本的计算。
复杂电力系统的潮流计算须借助于计算工具完成。
20世纪30年代出现的交流计算台,曾是潮流计算的有效工具。
50年代以来,随着数字计算机应用的发展以及求解电力系统潮流问题的数字解法和计算程序的进步，数字计算机已替代交流计算台，成为求解潮流问题的主要工具。
现在，除在电力系统规划和运行中利用数字计算机进行大量的离线潮流计算外，在电力系统运行的监控方面，采用实时数据的在线潮流计算已经开始走上实用阶段。
0.4基本方程
潮流计算的一般提法是：
已知电力网络的结构和参数，已知各负荷点、电源点吸取或发出的有功功率和无功功率（PQ节点），给定电压控制点的电压幅值和有功功率（PV节点），对指定的一个平衡节点给定其电压幅值和相位角（Vθ点）,求解全网各节点电压幅值和相位角，并进一步算出各支路的功率分布和网络损耗。
求解潮流问题的基本方程式是节点功率平衡方程。
若全网有n个节点，对其中任一节点,可写出其节点功率平衡方程式i=1,2,…,n
式中Pi、Qi分别为节点注入有功功率和无功功率,妭i为节点电压相量，Yik为节点导纳矩阵元素。
这一方程描述了节点电压同功率之间的非线性关系，是潮流计算的基本方程式。
对潮流计算的数字计算机求解方法提出的基本要求是：
①计算速度快；②占用存储量少；③收敛性好；④方法简单。
数值解法 潮流计算在数学上是求解一组非线性方程，基本的方法是迭代法。
首先发展的潮流问题数字解法是导纳矩阵迭代法。
它占用计算机存储量少，适合于计算机发展初期阶段的实际条件，其缺点是收敛性较差。
其后发展了阻抗矩阵迭代法，克服了导纳矩阵迭代法收敛性差的缺点，但对大电力系统的计算，占用计算机存储量大。
60年代末期出现了以导纳矩阵为基础、采用稀疏矩阵和节点编号优化技术的牛顿－拉夫森法。
该法以其在收敛性、存储量和计算时间方面的优越性逐渐取代了其他方法，在当今的潮流计算中应用得最为广泛。
在数学上，牛顿－拉夫森法是求解非线性方程的有效方法。
它把非线性方程的求解变成反复对相应的线性方程迭代求解的过程：
设非线性方程组为F（X）=0,求解X的第t步迭代格式是F'（X（t））ΔX（t）=-F（X（t））
X（t+1）=X（t）+ΔX（t）
式中F┡（X）是非线性函数矢量F（X）对变量矢量X的一阶偏导数矩阵,称为雅可比矩阵；ΔX为X的偏差矢量；上标t表示第t次迭代值。
当X的相邻两次迭代值之差ΔX小于给定误差时，迭代收敛。
一般潮流问题，经6～7次迭代即可收敛。
牛顿－拉夫森法的迭代收敛性与初值X（10）的选取有关。
当X（10）与其解X接近时,极易收敛。
对电力系统潮流问题，当选用标幺值计算时，节点电压通常在1附近，给定各点电压初值为1，可以有相当好的收敛性。
在牛顿－拉夫森的基础上，发展了一种更加简化的方法，即PQ分解法。
这种方法利用高压电网电抗值远大于电阻值、有功功率变化主要与电压相角有关、无功功率变化主要与电压幅值有关的特点，将有功功率和无功功率的迭代分开进行，使占用计算机存储量和计算量进一步减少。
潮流计算方法的进一步发展将使潮流计算更加快速，收敛性更好，适应各种系统运行状况的能力更强，并在一些专门领域中如优化潮流和在线潮流中得到实际的应用。
1.题目设计
图1潮流计算用图
变压器T1、T2：
SFL1-16000/110，（121±2×2.5﹪）/6.3，ΔPs=110kW，ΔP0=10.5kW，U0﹪=10.5，I0﹪=0.9；
变压器T3：
SFL1-8000/110，（110±5﹪）/6.6，ΔPs=52kW，ΔP0=12.76kW,
Us﹪=10.5，I0﹪=1.1；
变压器T4：
2×SFL1-16000/110，（110±2×2.5﹪）/10.5，ΔPs=62kW，ΔP0=11.6kW，Us﹪=10.5，I0﹪=1.10。
导线型号均为LGJ-150，参数r0=0.21Ω/km，x0=0.4Ω/km，b0=2.8×10-6S/km。
电网潮流计算
1.计算各元件参数，画出等值电路；
2.进行网络潮流计算；
3.不满足供电要求，进行调压计算。
2思路分析
这是一道潮流计算题，按照一般潮流计算的步骤将元件转换为等值参数，这里我们进行真实值的直接计算，并用近似计算计算。
由于负载给出，线路长度已知，我们可以将如图闭环的潮流计算分解成4个开环单电源的潮流问题进行计算，并计算是否有调压的必要。
3潮流计算过程
3.1各元件参数计算
1120Km线路
2100Km线路
370Km线路
4变压器T1，T2
5变压器T3
6变压器T4
3.2绘制等效电路
图3-1等效电路
3.3功率分布计算
各元件功率损耗
1两台T4变压器并联损耗
2T3变压器损耗
3100Km与70Km线路交点4末端功率损耗
4120Km与100Km线路交点3末端功率损耗
51.4间100Km线路损耗
61.3间120Km线路损耗
72.4间70Km线路损耗
82.3间100Km线路损耗
位置1点总损耗
位置2点总损耗
3.4调压计算
计算1.4线路上的电压值
位置4由G1提供的电压为
由于119.84的输入电压大于110额定值，所以调压关系不满足。
（经验证其他3路均不满足关系）
所以需要降低121KV端的输出电压和提高110的输入额定值
T1
的变压器取输出
T4
的变压器取输入
调压后：
所以满足调压关系。
经验证其他三路均满足，调压成功。
结论：
将变压器T1，T2置于
和
将变压器T3，T4置于
调压档可满足条件。
5心得体会
课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。
当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。
在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。
顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。
此次课程设计让我对课本上的知识有了更加深入的了解，特别是对系统设计部分的理论知识，在认真阅读课本的同时还要去图书馆查阅一些系统设计方面的资料，并且要考虑很多东西，更要学习一些其他以前未曾接触的知识。
在这个设计中最重要的部分就是参数的选择，只有把参数的问题解决了其他一切问题都好办，最终才能得到正确的仿真结果。
同时在设计过程中要求我们有足够的耐心。
这次课程设计，虽然这次课程设计没有想象中的那么简单，花费了很多的时间来搭建模型，调节参数，不断地实验，虽说花费了大量的时间但是最后终于完成了预定的目的，收获颇丰，也很好的锻炼了自己运用知识的能力。
重新巩固了有关双闭环直流调速系统的相关知识，培养了自己设计思维能力。
进一步学习了MATLAB软件的相关应用。
MATLAB软件在生活中的运用是非常广泛的，它在以后的专业课程的学习中应用也是很广泛的，掌握好了MATLAB，这为以后的专业课程的学习将有很大的帮助。
在以后的学习中，自己还要慢慢学习，慢慢探索，更好的掌握这个软件的运用。
在设计中收获知识、收获阅历、收获成熟，在此过程中，通过查找大量资料，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，则会更加珍惜我所拥有的，更加努力的去完善它，增进它。
只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！
享受过程，而不是结果！
认真对待每一件事，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益。
参考文献
[1]:
陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M].北京:
中国电力出版社，2007.
[2]：
何仰赞.温增银.《电力系统分析》第三版[M].武汉:
华中科技大学出版社，2002.
[3]：
陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M].北京:
中国水利水电出版社，2008.
[4]：
胡虔生.胡敏强.《电机学》[M].北京:
中国电力出版社，2005.
[5]：
刘介才.《工厂供电》第四版[M].北京:
机械工业出版社，2004.
电力系统稳态分析课程设计成绩评定表
姓名
贺正磊
学号
1251401110
专业班级
电气工程及其自动化121班
课程设计题目：
电力网络潮流的手工计算
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
评定项目
评分成绩
1.设计方案可行性及其选优（20分）
2.设计过程及结果（40分）
3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）
5.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6.答辩（20分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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