电力工程潮流计算网络软件实验指导书Word文件下载.docx

1、具有投影演示系统软件系统：Windows 2000/XP，Vista操作系统，带IE6.0及以上版本浏览器Visual Studio.Net 2008可视化编程环境，SQL Server 2008数据库管理系统三、 潮流计算原理简介 电力系统是一个大型、非线性系统，因此无法用经典的方法得到电力系统运行状态的解析解。自从上世纪40年代数字计算机出现后，计算机成为求解电力系统数值解的基本工具。电力系统潮流计算的主要任务是:a 确定电力系统中每个节点的电压幅值（V）和相角（）的大小；b 求电力系统中每条输电线或变压器支路上的功率分布,即有功功率P和无功功率Q的分布,以及每条支路的网损P,Q。目前计算

2、机潮流计算有以下几种代表性的算法：1. 高斯-塞德法（Gauss-Seidel Method）；2. 牛顿-拉夫逊法（Newton-Laphson Method）；3. P-Q分解法（PQ Decoupled Method）。以上算法在计算机进行潮流计算时有着广泛的应用,尤其是牛顿-拉夫逊法,以其较好的收敛性备受青睐。在本次实验时采用牛顿-拉夫逊法来完成对各种典型电力网络的潮流计算。牛顿-拉夫逊法（Newton-Laphson Method）的基本原理 对于一个高次的非线性方程： （1） 求解此方程的根是牛顿-拉夫逊迭代法的最终目标。为此,先假设解的初值为,它与根的真值之间的误差为,则。将方程

3、的变量以代替,即得：将式左边的函数在附近展开成泰勒级数,于是便得: （2） 如果差值很小,上式右端的二次以及以上的各阶次的各项均可忽略，于是公式（2）化简成: （3）从而有 （4）这时对于修正变量线性方程式,解方程可得： （5）用所求得的去修正近似解,便得近似解由于上式省略了高次项的省略式，因此所得的修正量也只是近似量。修正后的近似解与真值也有误差。因此再将代入（5）式，得： （5a）这样的迭代计算可以反复下去，迭代计算的通式： （5b）迭代过程的收敛判据为 ,式中为预先给定的一个任意小的数。理论分析和大量的电力系统网络案例表明，牛顿-拉夫逊迭代法具有平方收敛的特性。潮流计算中的约束条件1.

4、所有的结点必须满足：从保证电能质量和供电安全的要求来看，电力系统的所有电气设备都必须运行在额定电压附近。2. 电源结点的有功功率和无功功率必须满足是：PQ节点的有功功率和无功功率以及PV节点的有功功率，在给定时就满足上述条件。3. 某些节点之间电压的差应满足：为了保证系统运行的稳定性，要求某些输电线路两端的电压相位差不多超过一定的数值。 四、软件的算例及拓扑数据1. IEEE5节点闭环网络IEEE5节点电网如下图所示。它由5个节点、5条支路组成，1#节点是平衡节点，其余的发电厂节点（5#）为PV节点，负荷节点为PQ节点。IEEE5节点电网拓扑结构图1. IEEE5节点电网拓扑结构在该电网中，由

5、于负荷较重，某些节点的电压不能满足电网运行的要求，因此在实际计算后，要进行电压的无功补偿。IEEE5节点电网的初始电压和支路数据如表1和表2所示。表1 典型5节点电网节点初始电压NVPQMark11.050.021.0-1.6-0.83-2.0-1.04-3.7-1.355.0表2 典型5节点电网支路参数LIJRXB2K-10.000.0300.040.2500.250.080.300-50.0152. IEEE14节点电网IEEE14节点电网的初始电压和支路数据如表3和表4所示。表3 IEEE14节点初始电压PgQgPLQLQc1.0600.0000001.0450.40-0.217000-

6、0.1270001.010-0.942000-0.1900001.000-0.4780000.039000-0.076000-0.01600061.070-0.112000-0.075000781.0909-0.295000-0.1660000.1910-0.090000-0.05800011-0.035000-0.01800012-0.06100013-0.13500014-0.149000-0.050000表4 IEEE14节点支路参数0.019380.059170.026400.046990.197970.021900.058110.176320.018700.054030.223040

7、.024600.056950.173880.017000.067010.171030.017300.013350.042110.006400.000000.176150.110010.031810.084500.094980.198900.122910.155810.066150.130270.127110.27038150.082050.19207160.220920.19988170.170930.3480218-40.209120.97800190.556180.96900200.252020.93200IEEE14节点电网由14个节点、20条支路组成（其中包含17条输电线路和3条变压器

8、支路），在5个发电厂节点中，1#节点是平衡节点，其余的发电厂节点为PV节点，负荷节点为PQ节点。IEEE14节点电网的网络拓扑结构如下：图2. IEEE14节点电网拓扑结构3. 上海电网（略）上海电网主要是指上海电力公司管辖的500kV和220kV的主干网架，2003年时，它有大约85个发电厂和变电站、112条高压和超高压输电线路组成（双回线算一条）。装机容量大约为1000万kW，年用电量约600亿kWh。本软件实验对上海电网作为选做项目。五、潮流计算网络软件的模块和网页介绍潮流计算网络软件的主界面如下图所示，其功能是实现登录的作用。左边的下拉框用于选择班级，该班级的学生名单由树状结构显示。双

9、击某个学生名字后，其名字将出现在右侧的用户框内，操作人输入正确的密码后，就可以登录到电网设计的界面。一般来说，未出现在树状结构中的人员是不能登录的。图3. 潮流计算网络软件的主界面潮流计算网络软件在注册登陆之后，首先进入电网设计界面，它由以下模块组成：生成电网模块，编辑母线模块，编辑支路模块，典型电网模块，潮流分析模块，显示结果模块。电网设计模块的框图如下图4. 潮流计算网络软件框图电网设计界面如图5所示。左侧是二级模块的导航条，右侧显示操作人员的名字。图5. 电网设计界面（部分）生成电网模块该模块用来定义和生成电网的名称，规模，电压等级，计算方法等。模块设置了引导下拉框，用来显示已经生成的电

10、网的信息。按确认键后，网络软件首先在数据库中查图6. 生成电网模块的流程图询，若该名称命名的电网已经存在，则修改现有的信息，以最新输入的为准；若该电网尚不存在，则新建该电网，同时给与一个数据库的唯一性编号。图7. 生成电网模块界面生成和增加母线模块该模块用来定义和生成某个指定电网的厂站名称，该厂站的排列序号，母线编号，电压，相角，发电机或电源所注入的有功功率，无功功率，负荷所吸收的有功功率，无功功率，该母线上的补偿无功，母线的节点类型和电压等级等数据。如图8所示。可以通过下拉框来选择母线的节点类型和电压等级，母线的节点类型分为平衡节点、PQ节点和PV节点，一个电网设一个平衡节点，其他的发电厂或

11、大型可调节变电站可设为PV节点，而一般的负荷节点可设为PQ节点。上海和华东电网有6个电压等级，即10kV，35 kV，110 kV，220 kV，500 kV，和1000 kV（800 kV DC），但基于教学，还是将330 kV和750 kV的电压等级也列入其中，如图9所示。图8. 生成和增加母线模块界面本模块的每一条记录后面都有一个删除的图标，在编辑时，若感觉该母线不适合，可修改其参数或干脆删除之。如图9所示。完成编辑后按确认存库按钮将界面上的数据存入数据库。软件界面对全网的发电有功电源出力，发电无功电源出力，负荷有功功率，负荷无功功率等数据自动进行动态的统计，供操作人员核对。典图9. 母

12、线类型和电压等级的选择界面增加线路支路和变压器支路模块该模块用来定义和生成某个指定电网的输电线路支路、该支路的排列序号，变压器支路及其相关参数。如支路名称，起始母线的编号，迄止母线的编号，支路的电阻，电抗，对地支路的电纳，变压器支路的变比，输电线路的热稳定功率上限等数据。如图10所示。点击增加支路条目按钮可以增加一条支路，点击若干次则增加若干条支路。可以通过改变支路的排列序号来调整某个电网的支路排列顺序。同理，本模块的每一条记录后面都有一个删除的图标，在编辑时，若感觉该支路不适合，可修改其参数或干脆删除之。图10. 增加线路支路和变压器支路界面起始母线编号、迄止母线编号可以为任意整数，在编辑或

13、输入起始母线编号、迄止母线编号时，若其中有一个编号为负数，则说明该支路为变压器支路，负号所在的节点是与变压器阻抗相连的节点。如图10中，支路1是变压器支路，变比为1.1282，阻抗连接1号母线，理想变比连接2号母线。变压器支路的对地导纳一般忽略，若不能忽略的，则可等效为一个恒定的负荷挂在相关的母线上。电力系统典型电网模块该模块存储了若干个电力系统的典型电网的数据，如IEEE5节点电网，IEEE14节点电网，和IEEE30节点电网的数据，用来为学生示范如何输入和编辑一个电网的拓扑结构以及母线及支路的参数。如图11所示。图11显示典型电网的母线数据和支路数据。通过选择电网下拉框可以切换到其他的典型

14、电网。电力系统典型电网模块只提供显示功能，不能修改其参数或进行增删操作，记录的序号顺序不能变动，软件也不对界面数据进行存盘操作，以此来确保典型电网数据不会再学生的实验过程中被随意改动，从而保证数据的正确性。软件界面对全网的发电有功电源出力，发电无功电源出力，负荷有功功率，负荷无功功率等数据自动进行动态的统计，供操作使用人员核对。图11显示典型电网的母线数据和支路数据界面电力系统潮流分析模块电力系统潮流分析模块只显示参加本系统软件操作的学生本人所生成的电网，不能操作他人的电网信息，操作和使用人员之间是相互隔离的，从而确保学生甲的操作不会影响学生乙所生成的电网数据。进入本界面后，软件首先显示电网的

15、初始数据，即显示电网的初始母线节点数据和电网的初始支路数据，如图12所示。可以通过选择电网下拉框来个切换到另一个电网。在进行潮流计算前，若发现该电网的数据不对，还可以进行修改和编辑。确认数据无误后，点击潮流计算按钮，系统开始计算，须臾，系统显示计算结果，取计算精度为=10-6。如图13所示，同时将潮流计算的结果存入数据库，供今后查询使用。潮流计算的结果包括各个母线的电压和相角，平衡节点上发电机的注入功率（含有功功率和无功功率），PV节点上发电机的注入无功功率和相角，以及各条输电支路和变压器支路的潮流。各支路的潮流分为支路的出发潮流和支路的到达潮流，两者之间的差距就是支路的网损，软件已经将支路的

16、网损进行了统计，并显示在网页上，供分析使用。图12 显示电网的母线和支路数据界面图13 显示电网的潮流计算数据界面 同时，程序界面还显示了潮流计算的迭代次数，供分析比较。在软件中，设置了最大最大迭代次数，例如，50次，若某电网的初始数据不合理，或该电网为病态电网，则潮流计算有可能会不收敛，这时，程序将跳出循环，自动结束。显示电力系统潮流计算结果模块该模块用于显示已经通过电力系统潮流分析的电网的计算结果，如图14所示。只显示用户本人所生成的电网潮流数据和典型电网的潮流数据，不能显示他人的潮流数据。通过选择电网下拉框可以在多个电网的潮流数据之间进行切换。图14 显示电网的潮流计算数据界面选择电网下

17、拉框还具有锁定电网的功能，及用户在某一个软件界面中选择了一个电网，当他转换到电网设计模块的其他界面后，软件会记住原先的电网，自动调入该电网的数据，除非用户又通过选择电网下拉框选中了其他电网。六、潮流计算结果及分析在完成潮流计算后，学生要对潮流计算的结果及其计算数据的合理性进行必要的分析和讨论。IEEE5节点闭环网络的潮流计算结果如下图所示，其中2#节点的电压偏离了正常范围，要求学生在实验中对电网的运行方式进行调整。图15 显示IEEE5电网的潮流计算数据界面本次计算的迭代次数为4次，计算时间约为10mS。在计算分析时，如有条件或时间允许，可以列出节点导纳矩阵，并求出每一次迭代的Jacobin矩

18、阵和最大误差，绘制收敛曲线，从中得出收敛的趋势。IEEE14节点闭环网络的潮流计算结果如下图所示，共有14个节点、20条支路。电图16 IEEE14电网的潮流计算节点数据界面网中考虑平衡节点在内有五台发电机，除平衡节点之外都设置为PV节点。图17 IEEE14电网的潮流计算支路数据界面本次计算的迭代次数为25次，计算时间约为180mS。IEEE30节点闭环网络和上海电网作为附加实验电网，相关数据另行给出。七、电力系统潮流计算实验报告电力系统潮流计算实验报告在完成电力系统潮流计算实验之后编写。实验报告必须编写在专用的实验报告纸上，或采用计算机的电子文档在A4纸上打印输出。电力系统潮流计算实验报告应该包括实验目的、意义、软硬件设备，电力系统潮流计算的原理、所计算的电网的拓扑结构图、计算数据的结果及分析、心得体会和建议等内容。