南京理工大学
电力系统稳态分析
学院：自动化学院
专业：电力系统及其自动化
学生姓名：陆未学号：111101120 题目：基于MATLAB的牛顿-拉夫逊
潮流计算研究
日期: 2011 年12 月8 日
指导教师:杨伟
摘要
电力系统稳态分析是研究电力系统运行和规划方案最重要和最基本的手段，其任务是根据给定的发电运行方式及系统接线方式求解电力系统的稳态运行情况，包括各母线定的电压、各元件中通过的功率等等。在电力系统运行方式和规划方案研究中，都需要通过潮流计算来分析比较运行方式或规划方案的可行性、可靠性和经济性。牛顿-拉夫逊法是电力系统潮流计算的常用算法之一，它收敛性好，迭代次数少，在电力系统潮流计算中得到了广泛的应用。
本文介绍了电力系统潮流计算方法中的牛顿-拉夫逊法的相关知识及其基本原理，并用MATLAB编写程序，最后通过算例来验证该程序的正确性。
关键词：电力系统潮流计算；牛顿-拉夫逊法；MATLAB
1 绪论
电力系统稳态分析是研究电力系统运行和规划方案最重要和最基本的手段，其任务是根据给定的发电运行方式及系统接线方式求解电力系统的稳态运行情况，包括各母线定的电压、各元件中通过的功率等等。在电力系统运行方式和规划方案研究中，都需要通过潮流计算来分析比较运行方式或规划方案的可行性、可靠性和经济性。
1.1潮流计算概述
电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。
利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从50年代中期就已经开始。在这20年内，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：（1）计算方法的可靠性或收敛性；
（2）对计算机内存量的要求；
（3）计算速度；
（4）计算的方便性和灵活性。
电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式求解问题，其解法都离不开迭代。因此，对潮流计算方法，首先要求它能可靠地收敛，并给出正确答案。由于电力系统结构及参数的一些特点，并且随着电力系统不断扩大，潮流计算的方程式阶数也越来越高，对这样的方程式并不是任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况成为促使电力系统计算人员不断寻求新的更可靠方法的重要因素。
1.2 潮流计算的意义及其发展
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。实际电力系统的潮流技术那主要采用牛顿-拉夫逊法。
在运行方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点；在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了多个在预想操作情况下电网的潮流分布以校验运行可靠性。在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。潮流是确定电力网络运行状态的基本因素，潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。
在用数字计算机解电力系统潮流问题的开始阶段，普遍采取以节点导纳矩阵为基础的逐次代入法。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机内存量比较下，适应50年代电子计算机制造水平和当时电力系统理论水平。但它的收敛性较差，当系统规模变大时，迭代次数急剧上升，在计算中往往出现迭代不收敛的情况。这就迫使电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为基础的逐次代入法。阻抗法改善了系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法求解的一些系统的潮流计算，在60年代获得了广泛的应用。阻抗法的主要缺点是占用计算机内存大，每次迭代的计算量大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，60年代中期发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需要存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间联络线的阻抗，这样不仅大幅度地节省了内存容量，同时也提高了计算速度。
克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法。这是数学中解决非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。在解决电力系统潮流计算问题时，是以导纳矩阵为基础的，因此，只要我们能在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿法潮流程序的效率。自从60年代中期，在牛顿法中利用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性。内存要求。速度方面都超过了阻抗法，成为60年代末期以后广泛采用的优秀方法。
1.3 本文的主要工作
本文介绍了电力系统潮流计算方法中的牛顿-拉夫逊法的相关知识及其基本原理，并用MATLAB编写程序，最后通过算例来验证该程序的正确性。
2 牛顿-拉夫逊法潮流计算基本理论
牛顿法（又称牛顿-拉夫逊法）是求解非线性方程式的典型方法。该方法有较好的收敛性，迭代次数少，在电力系统潮流计算中也得到应用。目前，牛顿法潮流计算是最为广泛、效果最好的一种潮流计算方法。
2.1 牛顿法基本原理
牛顿法是把非线性方程式的求解过程变成反复对相应的线性方程式的求解过程，即非线性问题通过线性化逐步近似，这就是牛顿法的核心。下面以非线性方程式的求解过程来进行说明。
设有非线性方程式
0)(=x f （1.1）
设(0)x 为该方程式的初值， (0)x ?为初值(0)x 的修正量。如果求得(0)x ?，则就可以得到真解
(0)(0)x x x =-? （1.2）
为此，将式
(0)(0)()0f x x -?= （1.3）
按泰勒级数展开
''(0)(0)
(0)(0)'(0)(0)
2()()()()()2!
f x f x
x f x f x x
x -?=-?+?- （1.4）
如果(0)x 接近真值，则(0)x ?相对来说是足够小，所以可以略去所有)0(x ?的高次项。因此
(0)'(0)(0)()()0f x f x x -?= （1.5）
可得
(0)(0)
'(0)()
()
f x x
f x ?= （1.6） 由于式（1.5）是式（1.4）的简化结果，所以由式（1.6）得到)0(x ?后，还不能得到方程式（1.1）的真解。实际上，用)0(x ?对)0(x 修正后得到的)1(x ：
)0()0()1(x x x ?-= （1.7）
只是向真正解更逼近一些。现在如果再以作为初值)1(x ，求解
0)(')()1()1()1(=?-x x f x f （1.8）
就能得到更趋近真正解的)2(x
)1()1()2(x x x ?-= （1.9）
这样反复下去，就构成了不断求解非线性方程式的逐次线性化过程。第t 次迭代时的参数方程为
0)(')()()()(=?-t t t x x f x f （1.10）
或 )()()()('(t t t x x f x f ?= （1.11）
上式左端可以看成是近似解)(t x 引起的误差，当0)()(→t x f 时，就满足了原方程式（1.1），因而)(t x 就成为该方程的解。式中)(')(t x f 是函数0)(=x f 在)(t x 点的一次导数，也就是曲线在)(t x 点的斜率，如图1.1所示，
()'()()t t tg f x α= （1.12）
修正量)(t x ?则是由)(t x 点的切线与横轴的交点来确定，由图1.1可以直观的看出牛顿法的求解过程。
y
x
x
(1)t x +?(1)
t x +()
t x
?()
t α(1)()t f x +()
y f x =()()
t f x o
图1.1 牛顿法的几何解释
现在把牛顿法推广到多变量非线性方程组的情况。设有变量12,,,n x x x 的非线性联立方程组：
11221212(,,,)0(,,,)0(,,,)0n n n n f x x x f x x x f x x x =??=?
??
?=?
(1.13)
给定各变量初值)
0()
0(2)
0(1,,,n
x x x ，假设)
0()0(2)0(1,,,n
x x x ??? 为其修正量，
并使其满足
??
?
?
???
=?-?-?-=?-?-?-=?-?-?-0),,,(0),,,(0),,,()
0()0()0(2)
0(2
)0(1)0(1)
0()0()0(2)0(2
)0(1)0(12)
0()
0()
0(2)0(2)0(1)0(11n n n n n n n x x x x x x f x x x x x x f x x x x x x f
（1.14） 对以上n 个方程式分别按泰勒级数展开，当忽略)
0()
0(2)
0(1,,,n
x x x ??? 所组成
的二次项和高次项时，可以得到
??
??
?
?
?
??
??
??=???????????+???+???-=???
????????+???+???-=???
????????+???+???-0),,,(0),,,(0),,,()
0(0)0(202)0(101)0()0(2)0(1)
0(02)0(2022)0(1012)0()0(2)0(12)0(01)0(2021)0(1011)0()0(2
)
0(1
1n n n n n n n n n n n n n
x x f x x f x x f x x x f x x f x x f x x f x x x f x x f x x f x x f x x x f （1.15） 式中：
i
i x f ??为函数),,,(21n i x x x f 对自变量j x 的偏导数在点
（)
0()
0(2)
0(1,,,n
x x x ??? ）处的值。
把上式写成矩阵形式：
?????
???
???????????
??????
???
?
???
???????????????????????????=??????????????)0()0(2
)
0(100201
02022012
01021011)
0()0(2)0(1)
0()0(2)0(12)
0()0(2)0(11),,,(),,,(),,,(n n n n n n n n n n n x x x x f x f x f x f x f x f x f x f x f x x x f x x x f x x x f
（1.16）
这是变量)
0()0(2)0(1,,,n
x x x ??? 的线性方程组，称为牛顿法的修正方程，通过它可以解出)
0()
0(2)
0(1,,,n
x x x ??? ，并可以进一步求得
???
?
???
?-=?-=?-=)0()0()1()
0(2)0(2)1(2)0(1)0(1)1(1n n n x x x x x x x x x (1.17)
式中)
1()1(2)1(1,,,n x x x 向真正解逼近了一步，如果再以它们作为初值重复解式（1.16）修正方程式，等到更接近真解的)
2()
2(2)
2(1,,,n x x x ，如此迭代下去，并按式（1.17）进行修正，直到满足收敛要求为止并停止迭代计算，这就构成了牛顿法的迭代过程。
一般第t 次迭代式的修正方程为
?????
??
?
???????????
?????????
?
???
???????????????????????????=??????????????)()(2
)
(121
22212
12111
)
()(2)(1)
()(2)(12)
()(2)(11),,,(),,,(),,,(t n t t t n n t n t n t n t t t n t t t n t t n t n t t t n t t x x x x f x f x f x f x f x f x f x f x f x x x f x x x f x x x f
(1.18) 上式可以简写为
)()()()(t t t X J X F ?= (1.19)
式中
??
?
???
????????=),,,(),,,(),,,()()
()(2)(1)()(2)(12)
()(2)(11)(t n t t n t n
t t t n t t t x x x f x x x f x x x f X F (1.20) 为第t 次迭代时函数的误差相量；
??
?
????
?
???
?
??????????????????????????????=t n n t n t n t n t t
t n t t
t x f x f x f x f x f x f x f x f x f J
212221212111)
( (1.21) 称为的第t 次迭代时的雅克比矩阵；
??
??
??
???????????=?)()(2)(1)
(t n t t t x x x X (1.22) 为第t 次迭代时的修正量相量。
同样，也可以写出类似（1.17）的算式
)()()1(t t t X X X ?-=+ (1.23)
这样反复交替的解式（1.19）及式（1.23）就可以使)1(+t X 逐步趋近方程式的真正解。为了判断收敛情况，可采用一下两个不等式中的一个：
()1t X ε?< (1.24)
()2()t F X ε< (1.25)
式中，21,εε为预先给定的很小正数。
2.2 牛顿法潮流求解
在潮流计算中，节点极坐标功率方程式
(cos sin )i i j ij ij ij ij j i
P V V G B θθ∈=+∑ (1.26)
(cos sin )i i j ij ij ij ij j i
Q V V G B θθ∈=-∑ (1.27)
式中：j i ∈表示∑号后的节点j 都直接与i 节点相连，并且包括j i =的情况。
节点功率误差
(cos sin )i is i j ij ij ij ij j i
P P V V G B θθ∈?=-+∑ (1.28)
(cos sin )i is i j ij ij ij ij j i
Q Q V V G B θθ∈?=--∑ (1.29)
式中：is P ，is Q 为节点i 给定的有功功率及无功功率。
当采用的是极坐标模型时，待求量是各节点电压的幅值i V 和角度i θ。对于PV 节点来说，节点i 电压幅值i V 是给定的，不再作为变量。同时，该点不能预先给定无功功率is Q ，这样，方程式中i Q ?也就失去了约束作用。因此，在迭代过程中应该取消与PV 节点有关的无功功率方程式。只有当迭代结束后，即各节点电压向量求得之后，才利用这些方程式来求各PV 节点应维持的无功功率。同理，由于平衡节点电压幅值和相角都是给定量，因此与平衡节点有关的方程式也不参与迭代过程。迭代结束后，利用平衡节点的功率方程式来确定其有功功率和无功功率。
设系统节点总数为n ，PV 节点共r 个，PQ 节点共 1n r --个，平衡节点1个（在潮流计算中，该类节点一般在系统中只设一个）。为了求解方便，把平衡节点排在最后，即设为第n 个节点，则潮流要解的方程式应包括
① (cos sin )i is i j ij ij ij ij j i
P P V V G B θθ∈?=-+∑， 1,2,,1i n =- ，共1n -个方程式。
② (cos sin )i i j ij ij ij ij j i
Q V V G B θθ∈=-∑，1,2,,1i n r =-- ，共1n r --个方程式。
以上方程式的待求量为各节点电压的角度i θ及电压幅值i V ，其中i θ共有1n -个。由于i V 中不包括PV 节点的电压幅值，所以共有1n r --个。这样未知量共有22n r --个，恰好可由以上22n r --个方程式求出。
将式(1.28)、式(1.29)按泰勒级数展开，略去高次项，可得
11121,111121,11
21222,1
21222,121,11,21,11,11,21,1111121,111121,1121212,1
212221n n n n n n n n n n n n n n n n n r H H H N N N P H
H H N N N P H H H N N N P K K K L L L Q K K K L L Q Q ------------------???????????????=????????
????????? 121
112,1221,1
1,21,11,1
1,21,111///n n n r n r n r n n r n r n r n n r n r V V L V V K K K L L L V V θθθ--------------------?????
??????
????????
???
??
???
????
??????????
????????
??????
???
(1.30)
或 /P H
N Q K L V V θ????????
=???
??????????
?
(1.31) 式中，电压幅值的修正量采用112211/,/,/n r n r V V V V V V ----??? 的形式没有特殊意义，只是为了使雅克比矩阵中各元素具有比较相似的表达式。
利用简单的微分运算对式（1.28）、式（1.29）取偏导，可以得到雅克比矩阵中各元素的表达式
① 非对角元素（j i ≠）
(sin cos )i
ij i j ij ij ij ij i
P H VV G B θθθ??=
=--? (1.32) (cos sin )i
ij j i j ij ij ij ij j
P N V VV G B V θθ??=
=-+? (1.33) (cos sin )i
ij j i j ij ij ij ij j
P K V VV G B V θθ??=
=+? (1.34) (sin cos )i
ij j i j ij ij ij ij j
Q L V VV G B V θθ??=
=--? (1.35) ② 对角元素
2(sin cos )i
ii i j ij ij ij ij i ii i j i
i j i
P H V V G B V B Q θθθ∈≠??=
=-=+?∑ (1.36) 22(cos sin )2i
ii i i j ij ij ij ij i ii i ii i j i
i j i
P N V V V G B V G V G P V θθ∈≠??=
=-+-=--?∑ (1.37) 2(cos sin )i
ii i i j ij ij ij ij i ii i j i
i j i
P K V V V G B V G P V θθ∈≠??=
=-+=-?∑ (1.38) 22(sin cos )2i
ii i i j ij ij ij ij i ii i ii i j i
i j i
Q L V V V G B V B V B Q V θθ∈≠??=
=--+=-?∑ (1.39) 2.3 牛顿法潮流计算步骤
下面讨论的是用极坐标形式的牛顿法求解过程，大致分为以下几个步骤： ① 形成节点导纳矩阵；
② 给各节点电压设初值（(0)(0),i i V θ）；
③ 将节点电压初值代入式(1.28)、式(1.29)，求出修正方程式的常数项向量
,i i P Q ??；
④ 将节点电压初值代入式(1.32)~式(1.39)，求出雅可比矩阵元素； ⑤ 求解修正方程式(1.30)，求出变量的修正向量,V θ??； ⑥ 根据式(1.17)或式(1.23)，求取节点电压的新值；
开始
输入原始数据
节点重新排序
形成节点导纳矩阵
设定精度误差EPS 及迭代次数K =0
计算()()
,k k P Q ??收敛否
求雅克比矩阵元素
解方程式求()()
,k k V θ??求修正节点电压
K =K +1
max ?
K K >结束
求PV 节点无功功率和平衡节点功率
求支路功率分布和损耗
是
是
否
否
节点恢复编号
图1.2 牛顿法计算潮流的程序框图
⑦ 检查是否收敛，由式(1.24)和式(1.25)可知，若电压趋近于真解时，功率偏移量将趋于零.如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第③步重新开始下一次迭代，否则转入下一步。
⑧ 计算支路功率分布，PV 节点无功功率和平衡节点注入功率。 ⑨ 输出结果，并结束。
图1.2为牛顿法计算潮流的程序框图。图中max K 为事先给定的最大迭代次数，当实际迭代次数max K K 时，即认为计算不收敛。下面就据此流程图编写程序。
3 牛顿-拉夫逊法潮流计算编程
本文讨论用极坐标形式的牛顿法潮流的求解。下面就几个子函数作简要说明。
3.1 潮流计算数据文件建立
在一般的潮流计算中，需输入的原始数据包括①节点（母线）数据；②支路（包括接地支路，变压器支路等）数据。
3.1.1 节点数据
节点数据按一下的格式进行输入
格式：[节点编号，节点电压，节点相角，节点注入有功，节点注入无功，节点类型]
其中，节点类型取值为1、2、3，分别对应PQ节点、PV节点和平衡节点；节点注入功率如果是负荷，取负值；否则取正值；节点编号的原则是先PQ节点，然后PV节点，最后平衡节点。
3.1.2 支路数据
对于支路(包括对地支路和变压器），原始数据格式定义如下
格式：[节点I，节点J,，线路电阻R，线路电抗X，线路电导G，线路电纳B，变压器变比K]
其中，K=0表示普通线路；K>0，表示变压器非标准变比在j侧；K<0，表示变压器非标准变比在i侧。
于是，可以通过以上的格式进行节点和线路数据输入。在实际中，我们通过把节点和线路数据存在文件中，通过子程序1将数据文件的打开进行数据输入，程序代码详见附录A。
3.2 节点重新排序
在前面讲到的电力系统的潮流计算中，总是假设节点编号依据PQ节点、PV 节点、平衡节点的次序进行编号的。但是，实际电力系统的节点编号具有一定的随意性，并不总是按照这个原则形成原始数据的。
因此，当原始节点数据不按照PQ节点、PV节点、平衡节点的次序进行编号时，需要对节点重新编号。该程序见子程序2，程序代码详见附录A。
在潮流计算完成后还需要重新将计算结果重新还原为原来的节点编号。该程序见子程序9，程序代码详见附录A 。
3.3 计算节点导纳矩阵
由电力系统分析的知识可知，节点导纳矩阵的计算可以归纳如下： 1) 节点导纳矩阵是方阵，其阶数就等于网络中除去参考节点外的节点数。参考节点一般取大地，编号为零。
2) 节点导纳矩阵是稀疏矩阵，其各行非对角元素中非零元素的个数等于对应节点所连接的不接地支路数。
3) 节点导纳矩阵的对角元素，即各该节点的自导纳等于相应节点所连支路的导纳之和。
ii ij j i
Y y ∈=∑
(3.1)
式中，ij y 为节点i 与节点j 间支路阻抗的倒数；当节点i 有接地支路时，还应包括j =0的情况。
4) 节点导纳矩阵的非对角元素ij Y 等于节点i 与节点j 之间的导纳的负值。
1
ij ij ij
Y y z =-
=- (3.2)
5) 节点导纳矩阵一般是对称矩阵，这是网络的互易特性所决定的。从而，一般只要求求取这个矩阵的上三角或下三角部分。
按照以上的算式，对于实际网络可以根据给定的支路参数和连接情况，直观而简单地求出导纳矩阵。对于电力系统中的支路参数，可以用一下的算式来表示
1//2
t t t m Z R jX Y Z Y G jB =+==+或 (3.3)
设导纳矩阵为Y ，开始时设Y=0。 3.3.1 普通线路
对于普通的线路来说，0,0K j =≠，等值电路如图3.1所示。由图可知 Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym ； Y(J,J)=Y(J,J)+Yt+Ym ；
Y(I,J)=Y(I,J)-Yt ； Y(J,I)=Y(I,J)；
i
t
y m
Y j
图3.1 普通线路等值电路
3.3.2对地支路
对于对地支路来说，0,0K j ==，等值电路如图3.2所示。由图可知 Y(I,I)=Y(I,I)+Ym ；
i
m
Y
图2.2 对地支路等值电路
3.3.3变压器支路
对于对地支路来说，因非标准变比究竟在哪一侧的不同，有下面两种情况： 1）变压器支路（k >0，非标准变比在j 侧），等值电路如图3.3所示。由图可知
Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym ； Y(J,J)=Y(J,J)+K*K*Yt ； Y(I,J)=Y(I,J)-K*Yt ； Y(J,I)=Y(I,J)；
i
m y j
t
y 1:k *
i
/t y k *m
y j
1
t
k y k **
-2
1t
k y k **-
图2.3 变压器等值电路（k >0，非标准变比在j 侧）
2）变压器支路（k <0，非标准变比在i 侧），等值电路如图3.4所示。由图可知
Y(I,I)=Y(I,I)+Yt+Ym; Y(J,J)=Y(J,J)+K*K*Yt; Y(I,J)=Y(I,J)-K*Yt; Y(J,I)=Y(I,J);
i
m y j
t
y :1
k * i
t
k y *m y j (1)t
k y *-2()t
k k y **-
图2.4 变压器等值电路（k <0，非标准变比在i 侧）
由上述的基本原理和计算公式来编写程序，可以得到形成节点导纳矩阵的子程序3，程序代码详见附录A 。
3.4 功率偏差的计算
按式(1.28)和式(1.29)进行计算，就可很容易地得到功率偏差。该程序见子程序3，程序代码详见附录A 。
3.5 计算雅克比矩阵
按式(1.32)和式(1.39)进行计算，就可得到雅克比矩阵。该程序见子程序4，程序代码详见附录A 。
3.6 列主元消去法求解方程组
在求解式(1.30)或式(1.31)时，运用列主元消去法进行求解。对于求解线性方程组Ax b =等价于求解
PA LU Ly Pb Ux y
==??
=?
(3.4)
由上述的基本原理和计算公式来编写程序，可以得到求解方程组的子程序5，程序代码详见附录A 。
3.7 计算节点功率注入
按式(1.26)和式(1.27)进行计算，就可很容易地得到PV 节点的无功和平衡节点的功率。该程序见子程序7，程序代码详见附录A 。
3.8 计算支路潮流
潮流计算的目的不仅仅是为了得到节点信息，更重要的是希望得到系统中每条线路的功率流动情况。计算每条线路流过的功率的计算公式如下： 3.8.1 普通线路
由普通线路的等值电路图3.1，可得
()i j i i j ij T m T m T I U U Y U Y U Y Y U Y ??
=-+=+- ???
(3.5) ()*
*2
*
**ij i i
j
ij i
T m
T S U I U Y Y
U U
Y ==+-
(3.6) ()*
*
2*
**ji j j
i ji j
T m
T S U I U Y Y
U
U Y ==+-
(3.7)
3.8.2 变压器支路
对于变压器支路等值电路如图3.3和图3.4所示，它的计算同普通线路。 3.8.3 对地支路
由对地支路的等值电路图3.2，可得
0i i m I U Y =
(3.8) *
2*00i i i i m S U I U Y ==
(3.9)
由上述的基本原理和计算公式来编写程序，可以得到计算支路潮流的子程序8，程序代码详见附录A 。
3.9 牛顿-拉夫逊法潮流计算程序
根据图1.2 所示的牛顿法计算潮流的程序框图编写程序，可以得到牛顿法计算潮流的主程序，程序代码详见附录A 。
此外，潮流结果的输出。该程序见子程序10，程序代码详见附录A 。
4 算例
4.1系统模型
电力系统模型如图4.1所示，系统的参数见图。利用该模型进行牛顿-拉夫逊潮流计算。
图4.1 电力系统模型
在程序求解潮流时，数据的输入采用M文件的输入方式。节点和支路数据保存在lw_system.m中，如图4.2所示。
图4.2 原始节点和支路数据
4.2 计算结果
在MATLAB的Command Window中输入
跳出如下对话框
打开lw_system.m，计算完成后打开Result.m。
图4.3 牛顿法潮流计算结果
如图4.3所示，得到了牛顿法潮流计算的结果。每次迭代时，产生的雅克比
/ 《高等电力系统分析》 课后习题 第一部分：电力网络方程 对于一个简单的电力网络，计算机实现节点导纳矩阵 节点导纳矩阵的修改方法。 编制LDU分解以及因子表求解线性方程组 消元，回代。 > 试对网络进行等值计算。 多级电网参数的标么值归算，主要元件的等值电路。 第二部分：潮流计算 简单闭式网络潮流的手算方法步骤 第三部分：短路计算 对称分量法简单不对称故障边界条件计算，复合序网的形成。 第四部分：同步机方程 派克变换 ； 同步电机三相短路的物理过程分析 第五部分：电力系统稳定概述 什么是电力系统的稳定问题什么是功角稳定和电压稳定 广义的电力系统稳定性实际上指的就是电力系统的供电可靠性，如果系统能够满足对负荷的不间断的、高质量的供电要求，系统就是稳定的，否则系统就是不稳定的。通常所说的电力系统稳定性实际上专指系统的功角稳定。 电力系统的功角稳定指的是系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。 电力系统的电压稳定性是电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限(如不低于额定电压的70%)之内的能力，它与系统的电源配置，网络结构，运行方式及负荷特性等因素有关，带自动负荷调节分接头的变压器也对系统的电压稳定性有十分显著的影响。 电力系统送端和受端稳定的特点是什么 送端指电源，其稳定性主要是系统的各台发电机维持同步运行的能力，即功角稳定。 { 受端稳定一般指负荷节点的电压稳定性和频率稳定性。电动机负荷则是一个以微分方程描述的动态元件，其无功功率与电压的平方成正比，电压下降时，其吸收的无功功率会显著下降。当电压低于系统的临界电压时可能出现电压崩溃。 常用的电力系统稳定计算的程序都有哪些各有什么特点 常用仿真程序： 1.PSASP中国电科院（PSCAD属于系统级仿真软件） 2.BPA美国 3.PowerWorld Simulator美国 4.UROSTAG法国和比利时 5.？ https://www.doczj.com/doc/2f13505640.html,OMAC德国西门子公司 7.PSCAD/EMTDC (PSCAD属于装置级仿真软件)
第一章 1）电力系统的综合用电负荷加上网络中的功率损耗称为（D）D、供电负荷2）电力网某条线路的额定电压为Un=110kV，则这个电压表示的是（C、线电压 3)以下（A）不是常用的中性点接地方式。A、中性点通过电容接地 4）我国电力系统的额定频率为（C）C、50Hz 5）目前,我国电力系统中占最大比例的发电厂为（B）B、火力发电厂 6）以下（D）不是电力系统运行的基本要求。D、电力网各节点电压相等7）一下说法不正确的是（B）B、水力发电成本比较大 8）当传输的功率（单位时间传输的能量）一定时，（A） A、输电的压越高，则传输的电流越小 9）对（A）负荷停电会给国民经济带来重大损失或造成人身事故A、一级负荷 10）一般用电设备满足（C）C、当端电压增加时，吸收的有功功率增加 第二章 1）电力系统采用有名制计算时，三相对称系统中电压、电流、功率的关系表达式为（A）A．S=3UI 2）下列参数中与电抗单位相同的是（B）B、电阻 3）三绕组变压器的分接头，一般装在（B）B、高压绕组和中压绕组
4)双绕组变压器，Γ型等效电路中的导纳为（A）A．G T-jB T 5）电力系统分析常用的五个量的基准值可以先任意选取两个，其余三个量可以由其求出，一般选取的这两个基准值是（D）D.线电压、三相功率 6）额定电压等级为500KV的电力线路的平均额定电压为（C） C. 525kV 7)已知某段10kV的电压等级电力线路的电抗X=50Ω，若取S B=100MVA，UB=10kV，则这段电力线路的电抗标幺值为（B）A、X*=50ΩB、X*=50 C、X*=0.5 D、X*=5 8）若已知变压器的容量为S N，两端的电压比为110/11kV。则归算到高端压，变压器的电抗为（C）C.X T=U K%/100 X 1102/S N 9）下列说法不正确的是（D） D.电阻标幺值的单位是Ω 10）对于架空电力线路的电抗，一下说法不正确的是(B) B.与电力网的频率有关第三章 1）电力系统潮流计算主要求取的物流量是(A)A.U*,S~ B.U*;I* C.I*;S~ D Z ,I* 2）电力线路等效参数中消耗有功功率的是（C)A.电纳B.电感C.电阻D .电容3）电力线路首末端点电压的向量差称为（C）C.电压降落 4）电力线路主要是用来传输（C）C.有功功率 5)电力系统某点传输的复功率定义为（D）A.UI B.U。I。 C.U*I。D.U。I*（点米） 6)设流过复阻抗Z=R+jX的线路电流为I，线路两端的电压为U,则线路消耗的有功功率为（A）A.P=I2R B.P=I2|Z | C.U2/|Z| D.P=UI 7）当有功分点和无功分点为同一节点时，该节点电压是网络中的 B.最低电压8）变压器的励磁损耗（铁损）一般由等效电路中（C）确定C.接地支路的导纳9）电力线路等效电路的电纳是（）的，变压器的电纳是（B）的。
一、实验目的 1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围； 2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。 二、原理与说明 电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图2所示。 图2 一次系统接线图 本实验系统是一种物理模型。原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。 为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。
1.同步发电机并列的理想条件表达式为：f G=f S、U G=U S、δe=0。实际要求：冲击电流较小、 不危及电气设备、发电机组能迅速拉入同步运行、对待并发电机和电网运行的影响较小。 2.同步发电机并网方式有两种：将未加励磁电流的发电机升速至接近于电网频率，在滑差 角频率不超过允许值时进行并网操作属于自同期并列；将发电机组加上励磁电流，在并列条件符合时进行并网操作属于准同期并列。 3.采用串联补偿电容器可以补偿输电线路末端电压，设电容器额定电压为U NC=0.6kV，容 量为Q NC=20kVar的单相油浸纸制电容器，线路通过的最大电流为I M=120A，线路需补偿的容抗为X C=8.2Ω，则需要并联电容器组数为m=4，串联电容器组数为n=2。 4.常用的无功电源包括同步发电机、同步调相机、并联电容器、静止无功补偿器。 6同步发电机常见的励磁系统有直流励磁机、交流励磁机、静止励磁系统，现代大型机组采用的是静止励磁系统。 7励磁系统向同步发电机提供励磁电流形式是直流。 8电力系统的稳定性问题分为两类，即静态稳定、暂态稳定。 9电力系统负荷增加时，按等微增率原则分配负荷是最经济的。 10.同步发电机励磁系统由励磁调节器和励磁功率单元两部分组成。 11.AGC属于频率的二次调整，EDC属于频率的三次调整。 12.发电机自并励系统无旋转元件，也称静止励磁系统。 13.采用同步时间法（积差调频法）的优点是能够实现负荷在调频机组间按一定比例分配，且可以实现无差调频，其缺点是动态特性不够理想、各调频机组调频不同步，不利于利用调频容量。 14.频率调整通过有功功率控制来实现，属于集中控制；电压调整通过无功功率控制来实现，属于分散控制。 15.当同步发电机进相运行时，其有功功率和无功功率的特点是向系统输出有功功率、同时吸收无功功率。 16自动励磁调节器的强励倍数一般取1.6～2.0。 重合器与普通断路器的区别是普通断路器只能开断电路，重合器还具有多次重合功能。 17同步发电机并网方式有两种，这两种方法为：自同期并网、准同期并网 18同步发电机与无穷大系统并联运行时，调节发电机的励磁不改变有功功率，改变无功功率。 19励磁系统向同步发电机的转子提供励磁电流，励磁电源由发电机本身提供的励磁系统称之为自励系统。 20变压器可以调节系统电压，不是无功电源 21调频方法：1主导发电机法2同步时间法（积差调节） 22画出发电机组功率频率特性： 静态调节方程表达式： 1什么是发电机准同期并列和自同期并列？各自的特点？⑴自同期并列：先将励磁绕组经过一个电阻短路，在不加励磁的情况下，原动机带动发电机转子旋转。特点：自同期并列的优
活跃的研究领域 一、实验目的 1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。 二、原理与说明 电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图2所示。 图2一次系统接线图 本实验系统是一种物理模型。原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相
活跃的研究领域 似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。 为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。 三、实验项目和方法 1．单回路稳态对称运行实验 在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的差别等），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。 2．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验 按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。将实验1的结果与实验2进行比较和分析。 表3-1
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2f13505640.html, 电力系统安全运行中负荷控制技术的研究与分析 作者：董敏胡国顺 来源：《环球市场》2017年第12期 摘要：在电力网络迅速发展的今天，对我国电力系统安全运行的控制技术进行分析，能够提高我国电力系统安全控制的质量，提高电力输送的安全性，保证国家经济和人民生活不受影响。本文从三个方面对电力系统安全运行的控制技术进行深入分析，为电力系统的安全控制技术提供相应的意见，希望本文的分析能为以后的具体工作起到实际的参考作用。 关键词：电力系统；安全运行；控制技术； 1、电力系统负荷控制技术的探究 1.1电力系统负荷运行故障分析 电力系统运行过程中，由于受到诸多因素的影响，所以在先关的故障方面也比较严重，其中在电源因素的影响上，主要会造成电力负荷管理终端的GPRS掉线。终端系统电源不能够提供无线通信规模块瞬间大电流，这样就使得电压大幅下降对相关电力器件的正常运行就有着很大的影响。另外在网络影响因素层面会造成电力负荷管理终端掉线，在终端GPRS连接以及激活分组数据协议后，在定时超时的情况下先会进入到准备状态，然后就会进入到空闲状态，最后则会造成终端掉线。还有一个因素就是由于GPRS移动网络在信号上不佳也会使得覆盖面效果不能良好呈现。 除此之外，电力负荷系统的运行故障由于网络基站的业务量比较大，所以就需要网络加以管理，这在系统数据的通信方面就会受到运营商的限制。还有是在无线模块的优劣以及天线层面的因素上也会对运行系统造成影响。 1.2电力系统负荷控制技术类型分析 电力负荷控制技术在类型上是多方面的，其中的工频电力负荷控制技术主要是将配电网作为重要传输的渠道，在技术的应用过程中则是把工频信号发射机在每个变电站中进行装设，并要能结合控制中小传送信号，在电源电压过零点前二十五度产生畸变，然后再返送到lOkv侧传输给这一变电站的低压侧，从而就能够实现用户侧负荷的控制目标。而在无线电力负荷控制技术层面，则是通过中转站以及无线电台实施的无线电信息传输，这样就能达到信息交换的目的，通过这一方法也能够对电力的负荷控制技术得到作用的发挥。
Power System Contingency Analysis: A Study of Nigeria’s 330KV Transmission Grid Nnonyelu, Chibuzo Joseph Department of Electrical Engineering University of Nigeria, Nsukka chibuzo.nnonyelu@https://www.doczj.com/doc/2f13505640.html,.ng Prof. Theophilus C. Madueme Department of Electrical Engineering University of Nigeria, Nsukka Abstracts As new sources of power are added to the Nigeria’s power system, an over-riding factor in the operation of the power system is the desire to maintain security and expectable reliability level in all sectors –generation, transmission, and distribution. System security can be assessed using contingency analysis. In this paper, contingency analysis and reliability evaluation of Nigeria power system will be performed using the load flow method. The result of this analysis will be used to determine the security level of the Nigeria power system and suggestions will also be made on the level of protection to be applied on the Nigeria power system with aim of improving system security. Keywords: Contingency Analysis, Contingency, Power System Security, Overload Index 1.INTRODUCTION Power system protection is an important factor of consideration in all sectors of a power system during both planning and operation stages. This is because any loss of component leads to transient instability of the system and can be checked immediately by the help of protective devices put in place. As we propose and source new sources of power in order to meet up the Nigeria energy demand, it is important to access the security level of the existing grid in order to devise a more defensive approach of operation. Currently, the Transmission Company of Nigeria (TCM), projected to have the capacity to deliver about 12,500 MW in 2013, has the capacity of delivering 4800 MW of electricity. Nigeria has a generating capacity of 5,228 MW but with peak production of 4500 MW against a peak demand forecast of 10,200MW. This shows that if the generation sector is to run at full production, the transmission grid will not have the capacity to handle the produced power reliably [7]. This goes a long way to tell that the 330 KV transmission system is not running effectively as expected. Therefore to maintain and ensure a secure operation of this delicate system, the need for contingency analysis cannot be over emphasized. Contingencies are defined as potentially harmful disturbances that occur during the steady state operation of a power system [1] Contingencies can lead to some abnormalities such as over voltage at some buses, over loading on the lines, which if are unchecked, can lead to total system collapse. Power system engineers use contingency analysis to predict the effect of any component failure. Periodically, maintenance operation are carried out on generating units or transmission lines. During this, a unit is taken offline for servicing. The effect of this forced outage on other parts of the system can be observed using contingency analysis.
第十章 电力系统静态稳定 一 例题 例10-1 如图10-7示出一简单电力系统，并给出了发电机（隐极机）的同步电抗、变压器电抗和线路电抗标幺值（均以发电机额定功率为基准值）。无限大系统母线电压为1∠0°。如果在发电机端电压为1.05时发电机向系统输送功率为0.8，试计算此时系统的静态稳定储备系数。 解 此系统的静稳定极限即对应的功率极限为 q d E X ∑ u= 11.3 q E ? 下面计算空载电势q E 。 （1）计算UG 的相角0G σ 电磁功率表达式为 E p =001 1.05 sin sin 0.80.3 G G G T L UU X X σσ?==+ 求得 0G σ=13.21o (2)计算电流
? (3)计算q E 例10-2 简单系统如图10-10所示,试考察此系统的稳定性.A点所接负荷当电压为1.0时的容量为0.5MVA,功率因数为0.8(参数折算到同一基准值). 图10-10 系统接线图 解系统等效网络如图10-11所示. 根据已知条件计算参数
A 点电压为 A U == 1.128= 二 习题 1． 何为电力系统静态稳定性？
2．简单电力系统静态稳定的实用判据是什么？ 3．何为电力系统静态稳定储备系数和整步功率因数？ 4．如何用小干扰法分析简单电力系统的静态稳定性？ 5．提高电力系统静态稳定性的措施主要有哪些？ 6. 简单电力系统如图10-4所示，各元件参数如下：（1）发电机G，PN=250MW， cosφN=0.85,UN=10.5KV,Xd=1.0Ω,Xq=0.65Ω,Xd’=0.23Ω;(2)变压器T1，SN=300MVA，uk%=15,KT1=10.5/242;(3)变压器T2，SN=300MVA，uk%=15,KT2=220/121。（4）线路，l=250km,UN=220KV,X1=0.42Ω/km;(5)运行初始状态为U0=115KV，P[0]=220 MW， cosφ[0]=0.98。 (1)如发电机无励磁调节，Eq=Eq[0]=常数，试求功角特性PEq(δ),功率极 限PEqm,δEqm,并求此时的静态稳定储备系数Kp%;(2)如计及发电机励磁调节，Eq’=Eq’(0)=常数，试作同样内容计算。 图10-4 简单系统图 [答案：（1）Eq为常数时, PEq=1.16sinδ+0.085sin2δ, δm=82.35°,PEqm=1.172,Kp=33.18%;(2) Eq’为常数时, PEq’=1.58sinδ-0.21sin2δ, δm=103.77°, PE‘qm=1.63,Kp=84.9%;] 7. 简单电力系统的元件参数及运行条件与题6相同，但须计及输电线路的电阻，r1=0.07Ω/km.试计算功率特性PEq(δ)，功率极限PEqm和δEqm。 [答案：取Sn=220MVA, PEq(δ)=0.0636+1.2sin(δ-1.13°); PEqm=1.264; δEqm=90.13°] 8 最简单电力系统有如下的参变量： Xd=Xq=0.982,Xd’=0.344,X1=0.504 Xd∑=Xq∑=1.486, X‘d∑=0.848 TJ=7.5s,Td’=2.85s,Te=2s Pe(0)=1.0,Eq(0)=1.972, δ0=49°,U=1.0
一、单项选择题(每小题2分，从每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案， 并将正确答案的号码写在题干后面的括号内。) 20011011.中性点经消弧线圈接地系统中一般采用( ) ①欠补偿形式②过补偿形式③全补偿形式④补偿形式不变20011012.在标么制中，只需选定两个基准，常选的是( ) ①电压、电流②电压、功率③电压、电路④电流、阻抗 20011013.电力系统分析中，阻抗指的是( ) ①一相等值阻抗②三相阻抗③两相阻抗④三相不等值阻抗20011017.频率的二次调整是( ) ①发电机组的调速系统完成的②负荷的频率特性来完成的 ③发电机组的调频系统完成的④功率确定的 20011018.同步调相机可以向系统中( ) ①发出感性无功②吸收感性无功③只能发出感性无功④既可为1，也可为2 20011019.电压中枢点是指( ) ①反映系统电压水平的主要发电厂母线②反映系统电压水平的主要变电所母线 ③1或2 ④电机输出线电压 20011020.无限大功率电源供电系统发生三相短路，短路电流的非周期分量的衰减速度( ) ①ABC三相相同②BC两相相同③A、B两相相同④AC两相相同20011021.冲击系数k im的数值变化范围是( ) ①0≤k im≤1 ②1≤k im≤2③0≤k im≤2 ④1≤k im≤3 20011022.电力系统不对称短路包括几种短路类型( ) ①1 ②2 ③3 ④4 20011023.无限大功率电源的内部电抗为( ) ①∝②0.0 ③0.3～1.0 ④1.0～10 20011026.将三个不对称相量分解为三组对称相量的方法是( ) ①小干扰法②对称分量法③牛顿一拉夫逊法④龙格一库塔法20011027.三相短路的短路电流只包含( ) ①正序分量②负序分量③零序分量④反分量 20011029.在系统的初始运行条件、故障持续时间均完全相同的情况下，导致系统的暂态稳
9 电力系统静态稳定性 9. 1 习题 1）什么是电力系统稳定性？如何分类？ 2）发电机转子d轴之间的相对空间角度与发电机电势之间的相对角度是什么关系？这角度的名称是什么？ 3）发电机转子运动方程表示的是什么量与什么量的关系？该方程有几种表示形式？写出时间用秒、角度用弧、速度用弧/秒、功率偏差?P用标幺值表示，及时间、角度用弧，速度、功率偏差?P用标幺值表示的转子转动方程。 4）发电机惯性时间常数的的物理意义是什么？如何计算？ 5）什么是发电机的功角特性？以E q 表示的凸极机和隐极机功角特性是否相同？以E q '表示 的凸极机和隐极机功角特性是否相同？如何用简化方法表示功角特性？ 6）多机系统功角特性是否可表示两机系统的功角特性？是否能表示成单机对无限大系统的功角特性？ 7）什么是异步电动机的转差？异步电动机的转矩和转差有何关系？什么是异步电动机的临界转差？ 8）什么是电力系统的负荷电压静特性？ 9）具有副励磁机的直流励磁机励磁系统各部分的功用是什么？励磁系统的方程由几部分方程组成？ 10）正常运行时发电机转子受什么转矩作用？转速是多少？功率偏差?P 是多少？出现正功率偏差转子如何转？出现负功率偏差转子如何转？ 11）为什么稳定运行点一定是功角特性曲线和机械功率P T 直线相交点？ 12）发电机额定功率P N ，输入机械功率P T ，功率极限P Eq max ? 是什么关系？ 13）什么是电力系统静态稳定性？电力系统静态稳定的实用判据是什么？ 14）为什么要有统静态稳定储备？静态稳定储备的多少如何衡量？正常运行时应当留多少储备？ 15）已知单机无限大供电系统的系统母线电压、发电机送到系统的功率P+jQ、发电机到系统的总电抗X∑。试说明如何计算空载发电机电势、功率极限、静态稳定储备系？
电力系统及其自动化安全问题分析 发表时间：2019-01-09T10:21:48.453Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：樊春龙 [导读] 摘要：随着经济的快速发展，社会在不断的进步，电力系统及其自动化对于安全控制要求比较高，所以要求相关的管理人员对与电力系统及其自动化的安全控制问题进行详细的分析，以及通过分析找到相应的解决问题的方法。 (青海宁北发电有限责任公司青海西宁 810000) 摘要：随着经济的快速发展，社会在不断的进步，电力系统及其自动化对于安全控制要求比较高，所以要求相关的管理人员对与电力系统及其自动化的安全控制问题进行详细的分析，以及通过分析找到相应的解决问题的方法。进而不断提高电力系统及其自动化技术的安全控制的管理水平。 关键词：电力系统；自动化技术；安全控制 引言 随着电力系统及其自动化控制在技术和理论方面的发展，为我国应用其自动化系统建立了良好的发展环境。电力系统及其自动化在满足我国巨大的用电需求的同时，也保证了用电安全，解决了用电效率的问题。然而此系统并不是不会发生故障的完美系统，事实上该系统还存在着一些问题有待解决。 1．电力系统自动化技术安全控制问题 1.1设计层面 电力系统及其自动化建设是一项较为复杂的工程，对技术设计、标准制定等要求很高，相比于发达国家，甚至部分发展中国家，我国的电力事业发展速度虽快，但整体水平还与其有一定的差距。由于技术不成熟，缺乏统一的设计标准，使得自动化技术在实际应用中受到限制，严重时可能会引起安全事故。另外，国内几经城乡电网改造，比过去有进步，然而在统一指挥管理方面，仍未能解决根本性的问题，以至于在应用时障碍重重。如今，电力行业在国家经济发展中越来越重要，电网覆盖面积更广，对安全要求更高。我国城乡差异明显，东西部经济水平不一，同样会影响到电网建设。比如，电力设备种类繁多，往往需配套使用，型号、规格等均要满足要求，一旦存在设计不合理的弊端，必然会削弱其功能发挥。 1.2出现设备老化，以及维护不够及时的问题 电力系统其工作性质决定了它是24小时不停止的运转着，电力系统的相关设备工作负荷非常重，如果相关的工作人员没有对服役的设施设备惊醒定期维护，一些设备老化发现不及时，将会导致安全性问题的出现。 1.3电力系统自动化技术的电力设备质量不过关 电力系统及其自动化技术在应用的过程当中，如果电力设备的质量达不到标准化的要求，就有可能会产生一些安全方面的事故。造成这一方面的原因主要有以下几个。第一，相关的购买人员在购买电力设备的过程当中，过分的重视经济成本的投入，而忽略了设备的性能。但是电力系统及其自动化技术，对于设备性能的要求十分的严格，这样就导致所购买的设备不能满足电力系统运行的需要，进而会造成一些安全隐患。第二，操作水平低下。有一些技术人员在应用电力设备的过程中，由于没有对电力设备进行充分的了解，就有可能会操作不熟练，从而为电力系统的运行带来安全方面的隐患。第三，经常会发生一些抗干扰的现象，但是此现象有时候会被忽视。从而就导致抗干扰措施无法施行，电力系统的运行可靠性也就会大幅度降低。 2．电力系统及其自动化安全控制的对策 2.1优化设计方案 如要实现对电力系统及自动化的严格安全把控，需要从设计方案入手，这样才能从根源上解决、实现安全控制的目标，以建筑工程电力系统设计为例，设计人员需要从一开始就对某建筑进行电力系统设计，根据工程的实际进行优化和设计电力系统。在这电力自动化系统设计方面，我国与发达国家仍存在明显差距，这需要经过长时间的发展，工作人员要在工作中加以总结，对设计方案不断改进和更新，寻求电力系统及自动化与设计目标一致，使两者互相适应、符合、一致。此外，设计人员可在方案设计时，以方便电力操作系统和使用目的，适当地加入各个环节的自动化程度，从而保证电力系统的运行安稳。优化电力系统及自动化设计方案，需要技术人员的不懈努力。设计人员要不断研究和思考，不断在原有设计基础上推陈出新，完善电力系统及自动化的设计方案。 2.2加大电力系统及其自动化设备的投入 为了大幅度的提高电力设备的质量，必须要增加资金的投入。这样相应的采购人员在进行购买的过程中，就有充足的资金去进行采购，可以对设备进行充分的挑选，从而挑选高性能高质量的设备。这样设备在进行运行的过程中，也就可以满足电力系统及其自动化技术的需要。在获得了充足的资金之后，也就可以购买一些比较现代化的设备，这些设备比较先进，可以提高工作的效率，并且也可以保证质量，从而使电力系统的安全性得到保障。其次，在设备购买完成之后，还必须要对设备进行一系列充分的检查，审查过程必须要严格，防止出现以次充好的问题，如果设备检验合格，那么就可以投入使用。对于那些检验不合格的设备，就要进行去除。必须要使得投入使用的仪器和设备的质量达到标准化的要求。除此之外，对于一些不经常使用的设备，必须要妥善的进行保管。还必须要对设备进行定期的检修，如果发现有一些安全方面的隐患，就要及时的进行维修。防止在使用的过程中，出现问题。 2.3提升工作人员的专业水平 电力系统及其自动化技术是一项复杂的学科，需要多个专业共同配合。而且在工作当中发现，其施工环节存在很大的复杂性，较为繁琐，所以对相关的工作人员的综合素质就有了更高的要求。同时对相关的工作人员也提出更加严格的要求。对于工作人员而言，需要不断完善自身的专业素养，提升自身的专业水平。同时要加强学习，建立终身学习的意识，实现技术水平与观念的不断更新。相关的工作人员应该结合企业发展的特点，以及岗位的需求，完善自身的职业规划，树立正确的价值观与人生观。以及加强理论知识的学习，从而切实提高自身的综合素质，以及技术水平。 2.4完善管理制度 电力系统安全控制需有相应的制度进行约束和指导，加强技术管理，结合现状，科学预估未来发展趋势。首先，明确职责。各部门、各岗位都要清楚并做好本职工作，内部需制定管理制度和实施细则。以自动化设备使用单位为例，需严格按照规章制度进行使用和维护，建立健全的台账，同时负责各项设备仪器运行状态的监督，发现问题后需及时处理。出现故障时，还要积极配合维修人员。另外，还要负
中南大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科毕业论文(设计) 论文题目简单电力系统暂态稳定性计算与仿真 学生姓名李妞妞 指导老师 学院中南大学继续教育学院 专业班级电气工程及其自动化2014专升本 完成时间2016年5月1日
毕业论文（设计）任务书 函授站(点): 江西应用工程职业学院继续教育分院专业: 电气工程及其自动化 注：本任务书由指导教师填写并经审查后，一份由学生装订在毕业设计（论文）的封面之后，原件存函授站。
毕业设计（论文）成绩单
摘要 随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题，依据电网用电供电系统电路模型要求，因此，论文利用MATLAB 的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网可能遇到的多种故障方面运行的需要。 论文以MATLAB R2009b电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，设计得到了在该系统发生各种短路接地故障并故障切除的仿真结果。 本文做的主要工作有： （1）Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建 （2）系统故障仿真测试分析 通过实例说明，若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。 关键词:电力系统；暂态稳定；MATLAB；单机—无穷大；
填空题 1、输电线路的网络参数是指（电阻）、（电抗）、（电纳）、（电导）。 2、所谓“电压降落”是指输电线首端和末端电压的（相量）之差。“电压偏移”是指输电线某点的实际电压和额定电压的（数值）的差。 3、由无限大的电源供电系统，发生三相短路时，其短路电流包含（强制/周期）分量和（自由/非周期）分量，短路电流的最大瞬时的值又叫（短路冲击电流），他出现在短路后约（半）个周波左右，当频率等于50HZ时，这个时间应为（0.01）秒左右。 4、标么值是指（有名值/实际值）和（基准值）的比值。 5、所谓“短路”是指（电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接），在三相系统中短路的基本形式有（三相短路），（两相短路），（单相短路接地），（两相短路接地）。 6、电力系统中的有功功率电源是（各类发电厂的发电机），无功功率电源是（发电机），（电容器和调相机），（并联电抗器），（静止补偿器和静止调相机）。 7、电力系统的中性点接地方式有（直接接地）（不接地）（经消弧线圈接地）。 8、电力网的接线方式通常按供电可靠性分为（无备用）接线和（有备用）接线。 9、架空线是由（导线）（避雷线）（杆塔）（绝缘子）（金具）构成。 10、电力系统的调压措施有（改变发电机端电压）、（改变变压器变比）、（借并联补偿设备调压）、（改变输电线路参数）。 11、某变压器铭牌上标么电压为220±2*2.5%，他共有（5）个接头，各分接头电压分别为（220KV）（214.5KV）（209KV）（225.5KV）（231KV）。 二：思考题 电力网，电力系统和动力系统的定义是什么？（p2） 答: 电力系统：由发电机、发电厂、输电、变电、配电以及负荷组成的系统。 电力网：由变压器、电力线路、等变换、输送、分配电能的设备组成的部分。 动力系统：电力系统和动力部分的总和。 电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？（p4-5） 答：电力系统的地理接线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及它们相互间的连接。但难以表示各主要电机电器间的联系。 电力系统的电气接线图主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机电器、线路之间的电气结线。但难以反映各发电厂、变电所、电力线路的相对位置。 电力系统运行的特点和要求是什么？（p5） 答：特点：（1）电能与国民经济各部门联系密切。（2）电能不能大量储存。(3)生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。（4）电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。（5）对电能质量的要求颇为严格。 要求：（1）保证可靠的持续供电。（2）保证良好的电能质量。（3）保证系统运行的经济性。 电网互联的优缺点是什么？（p7） 答：可大大提高供电的可靠性，减少为防止设备事故引起供电中断而设置的备用容量；可更合理的调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少联合系统中发电设备的总容量；可更合理的利用系统中各类发电厂提高运行经济性。同时，由于个别负荷在系统中所占比重减小，其波动对系统电能质量影响也减小。联合电力系统容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容高效率的机组。 我国电力网的额定电压等级有哪些？与之对应的平均额定电压是多少？系统各元件的额定电压如何确定？（p8-9）答：额定电压等级有（kv）：3、6、10、35、110、220、330、500 平均额定电压有（kv）：3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525 系统各元件的额定电压如何确定：发电机母线比额定电压高5%。变压器接电源侧为额定电压，接负荷侧比额定电压高10%，变压器如果直接接负荷，则这一侧比额定电压高5%。 电力系统为什么不采用一个统一的电压等级，而要设置多级电压？（p8） S 。当功率一定时电压越高电流越小，导线的载流答：三相功率S和线电压U、线电流I之间的固定关系为 面积越小，投资越小；但电压越高对绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘设备投资越大。综合考虑，对应一定的输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压。但从设备制造角度考虑，又不应任意确定线路电压。考虑到现有的实际情况和进一步发展，我国国家标准规定了标准电压等级。 导线型号LGJ-300/40中各字母和数字代表什么?（p27）
电力安全事故的原因分析及防范措施 前言 目前国内外电力行业安全事故预防正趋于研究电力系统安全问题，完善应急处理机制，确保电力生产和输配的安全。抓紧建立电力系统应急处理机制，做到未雨绸缪，防患于未然。加强以节电和提高用电效率为核心的需求侧管理；加强技术改造和管理措施；加强调度管理；加强运行维护；加强预警机制建设。电力行业安全事故预防关系到国家安全、社会稳定和生产、生活秩序，必须高度重视，进行全面、系统、周密的研究，提出相应对策。” 一、电力安全生产事关国家安全不口社会稳定大局，安全可靠的电力供应对于保持社会稳定和促进经济发展具有十分重要的意义。各电力企业要认真贯彻落实党中央、国务院关于加强安全生产工作的各项方针政策，切实做好电力安全生产工作。 二、电力安全生产要始终坚持“安全第一、预防为主”的方针，坚持以人为本，牢固树立“责任重于泰山”的观念，把安全生产放在各项工作的首位。 1电力安全
1.1电力安全的发展与创新 1.1.1电力安全的发展与趋势 建国以来，特别是改革开放以来，中国电力工业快速发展，全国发电装机容量从１９９６年底开始一直稳居世界第２位。２００７年全国发电量达到３２５５９亿千瓦时，全社会用电量达到３２４５８亿千瓦时，基本满足了国民经济和社会发展对电力的需求。在电网建设方面，随着５００千伏电压等级主干网架的形成，已基本实现全国联网格局，西电东送、南北互济初具规模，电能资源配置得到优化。 近几年来，我国城市建设快速发展对电力需求不断扩张，不仅使日常电力供应日趋紧张，而且许多电力设备呈现高负荷运转的局面。南方电网针对珠三角地区电网普遍存在的变电站容量过大、供电面积过大、设备长期满负荷运行的现状。 中华人民共和国电力行业标准《电业生产事故调查规程》规定"调查分析事故必须实事求是，尊重科学，严肃认真，要做到事故原因不清楚不放过，事故责任者和应受教育者没有受到教育不放过，没有采取防范措施不放过。居安思危，防患于未然，更积极。有备才能无患。 目前国内外电力行业安全事故预防正趋于研究电力系统安全问题，
提高电力系统静态稳定性的几种措施分析 提高电力系统静态稳定性的几种措施分析 摘要：随着电网的不断发展和扩大，电力系统的稳定性问题也逐步得到重视。本文就提高电力系统静态稳定性的几种措施进行了分析。 关键词：电力系统；静态稳定性；措施 稳定性破坏是电网中最为严重的事故之一，大电力系统的稳定破坏事故，往往引起大面积停电，给国民经济造成重大损失。因此，为了保证电力系统运行的安全性，在系统规划、设计和运行过程中都需要稳定性分析。当稳定性不满足规定要求，或者需要进一步提高系统的传输能力时，还需要研究和采取相应的提高稳定措施。本文就提高电力系统静态稳定性的几种措施进行了以下分析。 1 发电机装设自动调节励磁装置 电力系统静态稳定性的研究表明，发电机可能输送的功率极限越高则静态稳定性越高。要增加功率极限，应减少发电机与系统之间的联系，即缩短“电气距离”。而发电机如果装设先进的调节器按运行参数的变化调节励磁就有可能维持发电机端电压为常数，其结果等值于将发电机的电抗减少为零，从而缩短了发电机与系统间的“电气距离”，提高系统的静态稳定性。此外，由于装设自动调节励磁装置价格低廉，效果显著，几乎所有发电机都装设了自动调节励磁装置。 2 降低元件电抗 系统中的电抗有发电机的电抗，变压器的电抗和线路的电抗。发电机装设自动调节励磁装置，可起到减少发电机电抗的作用。变压器的电抗在系统总电抗中所占的比重不大，在选用时可尽量选用电抗较小的变压器即可。而线路电抗在电力系统中所占的比例较大，特别是远距离输电线路所占比重更大，因此这里有实际意义的就是减少线路电抗。具体做法有以下几种。 （1）采用分裂导线系统中输电线采用分裂导线主要目的是为了避免电晕引起的功率损耗和对无线通讯产生干扰，同时，分裂导线也