节点电力网络潮流计算.docx

1、节点电力网络潮流计算辽宁工程技术大学 电力系统分析 课程设计 设 计 题 目 9节点电力网络潮流计算 指 导 教 师 李洪珠 葛群 刘健辰 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 电气12-*班 学 号 1206* 姓 名 * 日 期 2015年6月21日 电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2014/2015第2学期姓名专业班级课程名称 电力系统分析设计题目 9节点电力网络潮流计算 成绩 评分项目合格评定不合格评定设计表现1.独立工作能力独立完成设计不能独立完成设计2.上交设计时间按时迟交设计说明书3.设计内容设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，

2、内容完整，结果正确设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误4.设计书写、字体、排版规范、整洁、有条理，排版很好不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大5.封面、目录、参考文献完整不完整图纸6.绘图效果满足要求很差7.布局合理布局混乱8.绘图工程标准符合标准不符合标准答辩9.回答问题回答基本正确或正确回答不正确总评定评定说明：（1）不合格标准1）设计说明书不合格否决制，即3、4两项达不到要求，不予合格；2）9项评分标准中，有6项达不到要求，不予合格。（2）合格标准除设计说明书的3、4、5项必须满足要求外，其余6项，至少有4项满足要求，给予合格。（3）

3、请在评定栏里打“”评定，若全部满足要求，不必分项评定，只需在总评定中打“”即可，最后给出最终成绩，并签字。最终成绩： 评定教师签字：电力系统分析课程设计任务书9节点系统单线图如下：基本数据如下：表1 母线数据母线名 基准电压区域号电压上限电压下限发电 12发电 21发电 31GEN1-2302GEN2-2301GEN3-2301STNA-2302STNB-2302STNC-2301表2 交流线数据 数据组I 侧母线J 侧母线编号所属区域单位正序电阻正序电抗正序充电电纳的 1/2常规GEN1-230STNA-2301I侧标么常规STNA-230GEN2-2302I侧标么常规GEN2-230STN

4、C-2303I侧标么常规STNC-230GEN3-2304I侧标么常规GEN3-230STNB-2305I侧标么常规STNB-230GEN1-2306I侧标么表3 两绕组变压器数据数据组I侧线母线J侧母线编号连接方式单位正序电阻正序电抗常规发电1GEN1-2307三角形/星形接地标么常规发电2GEN2-2308三角形/星形接地标么 常规发电3GEN3-2309三角形/星形接地标么 两绕组变压器数据（续表）激磁电导激磁电纳变比I 侧主抽头电压J 侧主抽头电压J 侧抽头级差J侧抽头位置J 侧最大抽头电压J 侧最小抽头电压表4 发电机数据数据组母线名母线类型单位额定容量（MVA）额定功率（MW）有功

5、发电无功发电母线电压幅值母线电压相角常规发电1V标么常规发电2PV标么常规发电3PV标么 负荷数据数据组母线名编号母线类型单位有功负荷无功负荷常规STNA-230300PQ标么常规STNB-230301PQ标么常规STNC-230302PQ标么表5 区域数据区域名区域号区域11区域22设计要求：利用PSASP电力系统分析综合程序建立单线图程序，完成潮流分析计算，给出设计结果。设计说明书内容：1、 任务书2、 PSASP软件简介及牛顿拉夫逊潮流计算简介3、 给出单线图及元件数据（从程序中导出）4、 给出潮流计算结果5、 结论电气12-6班数据序号姓名GEN2与STNC母线之间线路GEN3与STN

6、C母线之间线路GEN2与STNA母线之间线路GEN3与STNB母线之间线路GEN1与STNA母线之间线路GEN1与STNB母线之间线路1陈世游双回线路2邢梦平双回线路3李现凯双回线路4于坤鹏双回线路双回线路5金坤双回线路双回线路6万志国双回线路7杨乐双回线路8郑笳笳双回线路9李钦崇双回线路双回线路10曹倩蕾双回线路双回线路11刘金杯双回线路双回线路12李令双回线路双回线路13高双双双回线路14刘旭阳双回线路15张亚朋双回线路双回线路16张军双回线路双回线路17王小芳双回线路双回线路18桂学祥双回线路双回线路19王新欢双回线路双回线路20李浩文双回线路双回线路说明：1.双回线路参数完全相同，具体

7、参数见交流数据表；表中空白表示母线之间为单回线路；2.对于电气12-6的学生，发电厂3的升压变压器为两台并联，并联运行的变压器参数相同，其他变压器为单台运行。1设计目的 1二PSASP软件简介 PSASP软件概述1 开发历史 2 应用功能 3 主要特点 33潮流计算 牛顿拉夫逊法简介 4 牛顿拉夫逊法潮流计算方法步骤 5 雅可比矩阵 5 牛顿拉夫逊法计算潮流程序框图 54系统单线图及元件数据 单线图 7 系统元件数据 75.潮流计算结果 潮流计算后的单线图 10 潮流计算结果输出表格整理 11六结论 15七参考文献 151设计目的 潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算，对电力网络的各种设

8、计方案及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮流及网络中各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。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。牛顿拉夫逊法是数学上解非线性方程式的有效方法，有较好的收敛性。将牛顿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化等技巧，使牛顿法在收敛性、占用内存、计算速度等方面都达到了一定的要求。潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，他的任务是对给定运行条件确定系统运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的

9、基础。具体表现在以下方面：(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

10、调整方案。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。二PSASP软件简介 PSASP软件概述 电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package）简称PSASP。是一套功能强大、使用方便的电力系统分析程序，它具有我国自主知识产权，是资源共

11、享，使用方便，高度集成和开放的拥有长久历史的大型软件包。 PSASP是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的重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题的得力助手；是高等院校用于教学和研究的软件设施。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)的各种计算分析。其中包括：稳态分析的潮流计算、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析、静态等值等；故障分析的短路计算、复杂故障计算以及继电保护整定计算等；机电暂态分析的暂态稳定计

12、算、直接法暂态稳定计算、电压稳定计算、小干扰稳定计算、动态等值、马达起动、控制系统参数优化与协调以及电磁-机电暂态分析的次同步谐振计算等。PSASP的计算功能还在不断发展、完善和扩充。它有着友好、方便的人机界面，如基于图形的数据输入和图上操作，自定义模型图以及图形、曲线、报表等各种形式输出。并且与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。开发历史 PSASP的开发始于1973年，当时是在国产DJS-170机(即早期的一种晶体管计算机)上用机器指令编写而成的。它不仅速度快、存储量占用小，可以满足实际电力系统的计算和分析需要，而且PSAS

13、P在国内率先采用稀疏矩阵技术编写了牛顿法潮流计算程序、复杂故障暂态稳定计算程序、网络化简程序等，使程序计算规模从原来的46个节点扩展至200个节点。当时的计算机硬件水平很低，存储量小(21kB)，计算速度慢(1万次/秒)，使程序开发受到很大限制。但是对计算方法和编程技巧等方面要求很高：收敛性好、计算速度快、存储量占用小等，能满足实际电力系统的计算和分析需要。在这样的条件下，PSASP在国内率先采用稀疏矩阵技术编写了牛顿法潮流计算程序、复杂故障暂态稳定计算程序、网络化简程序等，使程序计算规模从原来的46个节点扩展至200个节点。多年来，PSASP一方面不断增加和扩展其功能以适应飞速发展的电力系统

14、计算分析的需要；另一方面不断跟踪计算机新技术，使其更加友好和方便。在计算分析功能方面，如今的PSASP包含了电力系统的潮流、暂态稳定、小干扰稳定等十几种计算程序，涉及了稳态、暂态、线性、非线性、优化等各种分析手段。在计算机硬件和软件环境方面，PSASP经历了以下几个阶段： 1973-1980 出现早期的机器指令版；1980-1986产生大中型机 FORTRAN语言版；1986-1995使用的微机 DOS 版；1995至今使用的微机Windows 版。 全国各省市、香港地区电力规划设计、生产调度运行、科研教育等超过400家用户 ，应用于多项大型电力系统工程计算分析 ，应用于多所大学作为科研和教学

15、的有力工具 。1985年荣获首届国家科技进步一等奖。 应用功能 PSASP的结构是基于公用数据和模型的三层体系结构。第一层：公用数据和摸型的的资源库；第二层：基于资源库的应用程序包；第三层：计算结果库和分析工具。文本和图形两种录入编辑方式的电网基础数据库。是支持 PSASP 各种计算的公用数据，包含发电机、变压器、交流线、负荷、直流线、静止无功补偿器等电网基本元件。有文本和图形两种数据录入编辑方式，可提供各种分析计算的基本数据支持。可按地区、年度、运行方式从中抽取计算的基本数据。直观方便、功能强大的用户自定义模型方法。PSASP 功能强大的用户自定义(UD)建模方法，提供了自行建模来研究电力系

16、统新设备、新装置的得力工具。近年来国内多所大学和科研单位应用PSASP 的UD功能做了大量的研究工作。所谓用户自定义建模方法是在无须了解程序内部结构和编程设计的条件下，用户可按自己计算分析的需要，用工程技术人员熟悉的概念和容易掌握的方法，设计各种模型，使其在原则上可以灵活模拟任何系统元件、自动装置和控制功能。为扩充PSASP的功能，向用户开放提供非常有力的工具。可自由建立任何元件的模型（电源、负荷、各种控制保护装置、FACTS元件等）。作为各种计算的模型库，直观方便的文本和图形两种模型编辑方式。调用简单，计算快速。基于公用资源的交直流电力系统分析程序包，有以下应用功能：潮流计算，暂态稳定，短路

17、电流，网损分析，电压稳定，静态安全分析，静态和动态等值，直接法暂态稳定，小干扰稳定，最优潮流和无功优化，参数优化协调，继电保护整定与仿真。主要特点PSASP是交直流混合电力系统；拥有固定模型库和用户自定义模型库支持；它不仅提供用户程序接口，实现与用户程序联合运行还具有文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出和开放友好的用户程序接口环境。PSASP提供用户程序接口(UPI)环境，使PSASP模块和用户程序模块联合运行，共同完成某一计算任务；UPI为用户提供了更加自由，更加开放的环境，即通过编程(语言工具不限，如FORTRAN，C+等)；我们可以在其中利用PSASP的资源和实现PSASP的功能扩

18、充；利用Windows操作系统提供的动态连接库(DLL)支持，可以使UPI方式与PSASP内部的固定模型方式，在计算精度和时间上达到同样的效果 。近年来，不少单位应用UPI做了很多富有成效的科研工作 。3牛顿拉夫逊潮流计算 牛顿拉夫逊法简介 牛顿拉夫逊法（Newton-Raphson法）是求解非线性代数方程有效的迭代计算方法。在牛顿拉夫逊法的每一次迭代过程中，非线性问题通过线性化逐步近似。设有非线性函数 设解的初值为，它与真解的误差为，则可得：泰勒展开： 若接近真解，足够小，则 （1）将初值代入上式，求得：，可分析出更接近于真解。 将作为新的初值带入式（1），再求出新的修正量。如果两次迭代解的

19、差值小于某一给定的允许误差值，或者说（k为迭代次数），则可认为为求得解。 很容易将单变量问题推广到具有n个位置变量X的n阶非线性联立代数方程组F(X)，这时，可有： 式中，J为函数向量F（X）对变量X的一阶偏导数的雅可比矩阵，是n阶方阵，其中元素,从而求得每次迭代的修正量 牛顿拉夫逊法潮流计算方法步骤雅可比矩阵 牛顿拉夫逊法潮流计算方法有以及坐标形式表示节点电压和以直角坐标形式表示节点电压两种。其中求取雅可比矩阵是潮流计算的一项重要工作，电力系统潮流计算的雅可比矩阵具有以下性质：（1）雅可比矩阵为一非奇异方阵；（2）矩阵元素与节点电压有关，故每次迭代时需要重新计算；（3）与导纳矩阵具有相似的结

20、构，也是高度稀疏的矩阵；（4）具有结构对称性，但数值不对称。 牛顿拉夫逊法计算潮流程序框图 下图为节点电压以直角坐标表示的牛顿拉夫逊法计算潮流程序框图。图中为直接给定的最大迭代次数，当实际迭代次数K时，即认为计算不收敛。 停机四系统单线图及元件数据 单线图 系统元件数据汇总数据报表系统基准容量100MVA区域数目2分区数目2厂站数目3母线数目9交流线数目8两绕组变压器数目4节点数目9发电机数目3负荷数目3区域数据报表数据有效标记区域号区域名11区域-122区域-2分区数据报表所属区域编号分区编号分区名称11区域-122区域-2厂站数据报表厂站名厂站类型分区号发电厂1火电厂2发电厂2火电厂1发电

21、厂3火电厂1母线数据报表母线名 所属分区厂站名基准电压电压上限电压下限发电 12发电厂1发电 21发电厂218发电 31发电厂3GEN1-2302发电厂123000GEN2-2301发电厂223000GEN3-2301发电厂323000STNA-2302发电厂123000STNB-2302发电厂123000STNC-2301发电厂223000交流线数据报表数据组线路名称I 侧母线J 侧母线编号所属区域单位正序电阻正序电抗正序充电电纳的 1/2常规AC_1GEN1-230STNA-2301I侧标么常规AC-2STNA-230GEN2-2302I侧标么常规AC_3GEN2-230STNC-2303

22、I侧标么常规AC_4STNC-230GEN3-2304I侧标么常规AC_5GEN3-230STNB-2305I侧标么常规AC_6STNB-230GEN1-2306I侧标么常规AC_31GEN2-230STNC-23031I侧标么常规AC_61STNB-230GEN1-23061I侧标么两绕组变压器数据报表数据组变压器名称I侧线母线J侧母线编号连接方式I侧J侧单位正序电阻正序电抗常规T2w_1发电1GEN1-2307DYG标么0常规T2w_2发电2GEN2-2308DYG标么0 常规T2w_3发电3GEN3-2309DYG标么0 常规T2w_31发电3GEN3-23091DYG标么0 两绕组变压

23、器数据报表（续表）激磁电导激磁电纳变比I 侧主抽头电压J 侧主抽头电压J 侧抽头级差J侧主抽头档位J 侧最高抽头档位J 侧最低抽头档位00230911700182303150023031500230315节点数据报表母线名 节点名物理母线标记厂站名基准电压节点类型发电 1发电 11发电厂10发电 2发电 21发电厂2180发电 3发电 31发电厂30GEN1-230GEN1-2301发电厂12300GEN2-230GEN2-2301发电厂22300GEN3-230GEN3-2301发电厂32300STNA-230STNA-2301发电厂12300STNB-230STNB-2301发电厂12300STNC-230STNC-2301发电厂22300发电机数据报表数据组发电机名称母线名母线类型单位额定容量（MVA）额定功率（MW）有功发电无功发电母线电压幅值母线电压相角常规Gen_1发电1V标么100000常规Gen_2发电2PV标么10010常规Gen_3发电3PV标么1001